計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理與應(yīng)用第4章

管理學(xué)院信息管理系肖潔計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理與應(yīng)用第4章計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)學(xué)習(xí)目標(biāo)

了解局域網(wǎng)的基本概念掌握局域網(wǎng)的介質(zhì)訪問(wèn)控制方法了解傳統(tǒng)以太網(wǎng)技術(shù)一、局域網(wǎng)概述1、局域網(wǎng)的特性：局域網(wǎng)屬于某一組織機(jī)構(gòu)所有。如一個(gè)工廠、學(xué)校、企事業(yè)單位等內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，因此LAN的設(shè)計(jì)、安裝、使用等均不受公共網(wǎng)絡(luò)的束縛。局域網(wǎng)覆蓋范圍有限，通常在數(shù)百米至數(shù)公里之內(nèi)。局域網(wǎng)具有較高的數(shù)據(jù)傳輸速率，一般在1-100Mbps之間。目前已出現(xiàn)速率高達(dá)10000Mbps的局域網(wǎng)。具有較低誤碼率。局域網(wǎng)采用短距離基帶傳輸，可以使用高質(zhì)量的傳輸媒體，出現(xiàn)差錯(cuò)的機(jī)會(huì)少，可靠性高。局域網(wǎng)容易組裝、組建和維護(hù)，具有較好的靈活性。2、決定局域網(wǎng)特性的三方面技術(shù)：（1）傳輸介質(zhì)（2）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是指它的各個(gè)節(jié)點(diǎn)互聯(lián)的方法。

總線網(wǎng)、星狀網(wǎng)、環(huán)狀網(wǎng)、樹(shù)狀網(wǎng)（3）媒體訪問(wèn)控制技術(shù)局域網(wǎng)的信道是廣播信道，而信道可以使用不同的傳輸媒體，因此引出多種媒體訪問(wèn)控制技術(shù)，如：

載波偵聽(tīng)、多路訪問(wèn)/沖突檢測(cè)技術(shù)、令牌環(huán)控制技術(shù)、令牌總線控制技術(shù)和光纖分布式數(shù)據(jù)接口技術(shù)等。3、IEEE802參考模型：（1）物理層的主要功能實(shí)現(xiàn)比特流的傳輸與接收；為進(jìn)行同步用的前同步碼的產(chǎn)生與刪除；信號(hào)的編碼與譯碼；規(guī)定了拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和傳輸速率。（2）媒體訪問(wèn)控制MAC子層的主要功能發(fā)送時(shí)將上層交下來(lái)的數(shù)據(jù)封裝成幀進(jìn)行發(fā)送，接收時(shí)對(duì)幀進(jìn)行拆卸，將數(shù)據(jù)交給上層；實(shí)現(xiàn)和維護(hù)MAC協(xié)議；進(jìn)行比特差錯(cuò)檢查與尋址。（3）邏輯鏈路控制LLC子層的主要功能建立和釋放數(shù)據(jù)鏈路層的邏輯連接；提供與上層的接口（即服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)）；給LLC幀加上序號(hào)；差錯(cuò)控制。IEEE已經(jīng)公布的局域網(wǎng)主要的標(biāo)準(zhǔn)：IEEE802.1：綜述局域網(wǎng)的尋址機(jī)制體系結(jié)構(gòu)和網(wǎng)際互連。IEEE802.2：定義邏輯鏈路控制子層（LLC）的功能與服務(wù)。IEEE802.3：描述CSMA/CD介質(zhì)訪問(wèn)協(xié)議及采用該協(xié)議的廣播式局域網(wǎng)的物理層規(guī)范。IEEE802.4：描述TokenBus介質(zhì)訪問(wèn)協(xié)議及采用該協(xié)議的總線局域網(wǎng)的物理層規(guī)范。IEEE802.5：描述TokenRing介質(zhì)訪問(wèn)協(xié)議及采用該協(xié)議的環(huán)型局域網(wǎng)的物理層規(guī)范。IEEE802.6：關(guān)于城域網(wǎng)的分布式隊(duì)列雙總線DQDB（DistributedQueueDualBus）的標(biāo)準(zhǔn)等。IEEE802.7：描述寬帶技術(shù)進(jìn)展。IEEE802.8：描述光纖技術(shù)進(jìn)展。IEEE802.9：描述語(yǔ)音和數(shù)據(jù)綜合局域網(wǎng)技術(shù)。IEEE802.10：描述局域網(wǎng)的安全與解密問(wèn)題。IEEE802.11：描述無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)。IEEE802.12：描述用于高速局域網(wǎng)的介質(zhì)訪問(wèn)方法及相應(yīng)的物理層規(guī)范。二、局域網(wǎng)的媒體訪問(wèn)控制方法

—CSMA/CD和IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)

CSMA/CD是一種采用爭(zhēng)用的方法來(lái)決定對(duì)媒體訪問(wèn)權(quán)的協(xié)議，這種爭(zhēng)用協(xié)議只適用于邏輯上屬于總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，CSMA/CD是廣播式局域網(wǎng)中最著名的介質(zhì)訪問(wèn)協(xié)議。可簡(jiǎn)單概括如下：先聽(tīng)后說(shuō)邊說(shuō)邊聽(tīng)強(qiáng)化碰撞延遲一隨機(jī)時(shí)間，重復(fù)這一過(guò)程，直到某一極限值（一般為16）時(shí)，放棄這項(xiàng)信息的發(fā)送。1、載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)(CSMA)------先聽(tīng)后說(shuō)

（1）CSMA控制方案①一個(gè)站要發(fā)送，首先需監(jiān)聽(tīng)總線，以確定共享介質(zhì)上是否存在其他站的發(fā)送信號(hào)。②如果介質(zhì)是空閑的，則可以發(fā)送。③如果介質(zhì)是忙的，則等待一定間隔后重試。

（2）三種類型CSMA

①非堅(jiān)持的CSMA如果介質(zhì)是空閑的，則立即發(fā)送。如果介質(zhì)是忙的，等待一段隨機(jī)時(shí)間再嘗試。

②1-堅(jiān)持的CSMA如果介質(zhì)是空閑的，則立即發(fā)送。如果介質(zhì)是忙的，則繼續(xù)監(jiān)聽(tīng)，直到介質(zhì)空閑，立即發(fā)送。如果沖突發(fā)生，則等待一段隨機(jī)時(shí)間后再偵聽(tīng)。

③P-堅(jiān)持的CSMA

如果介質(zhì)是空閑的，則以P的概率發(fā)送，而以（l-P）的概率延遲一個(gè)時(shí)間單位。時(shí)間單位等于最大傳播延遲的兩倍。如果介質(zhì)是忙的，則繼續(xù)監(jiān)聽(tīng)，直到介質(zhì)空閑后以概率P發(fā)送。2、CSMA/CD(帶有沖突檢測(cè)的載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn))

沖突檢測(cè)的基本思想：站點(diǎn)一邊將信息輸送到共享介質(zhì)上，一邊從共享介質(zhì)上接收信息，然后將發(fā)送的信息和接收的信息進(jìn)行按位比較。如果兩者一致，說(shuō)明沒(méi)有沖突；如果兩者不一致，則說(shuō)明發(fā)生了沖突。------邊說(shuō)邊聽(tīng)一旦檢出沖突后，發(fā)送站點(diǎn)就停止發(fā)送已開(kāi)始發(fā)送的幀，不必將很長(zhǎng)的數(shù)據(jù)幀全部發(fā)完，并向總線發(fā)送一串阻塞信號(hào)，讓總線上其他各站均能感知沖突已經(jīng)發(fā)生。沖突檢測(cè)可及早地釋放共享介質(zhì)，提高信道利用率。------強(qiáng)化碰撞3、沖突退避算法二進(jìn)制指數(shù)算法

站要求發(fā)送有載波？發(fā)送一幀信息有沖突？收到ACK？發(fā)出阻塞信號(hào)放棄發(fā)送，另作處理延時(shí)處理一次發(fā)送結(jié)束沖突>16？有錯(cuò)重發(fā)NNYNNYYY偵聽(tīng)CSMA/CD發(fā)送過(guò)程4、以太網(wǎng)(Ethernet)IEEE802.3規(guī)定了物理媒體命名方法：

IEEE802.3X

TYPE-YNAME其中X表示數(shù)據(jù)傳輸速率TYPE表示信號(hào)的傳輸方法Base指基帶傳輸Broad指寬帶傳輸Y表示網(wǎng)段長(zhǎng)度或傳輸媒體的特征5指粗同軸電纜，每一段電纜的最大長(zhǎng)度為500m2指細(xì)同軸電纜，每一段電纜的最大長(zhǎng)度為200m（實(shí)際上是185m）T指雙絞線F指光纖NAME是局域網(wǎng)名稱例如：IEEE802.3100BASE-TEthernet表示100Mbps傳輸速率、使用基帶傳輸、支持5類雙絞線的以太網(wǎng)。5、以太網(wǎng)的四種類型（1）10Base2網(wǎng)絡(luò)總線拓?fù)?，基帶傳輸，速?0Mbps，細(xì)同軸電纜（2）10Base5網(wǎng)絡(luò)總線拓?fù)?，基帶傳輸，速?0Mbps，粗同軸電纜（3）10BaseT網(wǎng)絡(luò)星狀拓?fù)洌鶐鬏?，速?0Mbps，雙絞線（4）100BaseX網(wǎng)絡(luò)星狀拓?fù)?，基帶傳輸，速?00Mbps100BaseTX：5類UTP或STP（2對(duì)）100BaseT4：3，4，5類UTP（4對(duì)）100BaseFX：2對(duì)光纖

三、局域網(wǎng)的媒體訪問(wèn)控制方法

—令牌環(huán)（TokenRing）訪問(wèn)控制

和IEEE802.5標(biāo)準(zhǔn)

1、令牌環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)令牌環(huán)是由環(huán)接口（干線耦合器、轉(zhuǎn)發(fā)器）及一段點(diǎn)到點(diǎn)鏈路連接而成的環(huán)，工作站連接到環(huán)接口上。介質(zhì)是共享的但非廣播的。環(huán)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示。2、令牌環(huán)網(wǎng)的基本原理當(dāng)令牌環(huán)進(jìn)行初始化后，如果各站都沒(méi)有幀要發(fā)送，此時(shí)只有空令牌在環(huán)上流動(dòng)。如果一個(gè)站要發(fā)送幀，必須等待空令牌的到來(lái)，獲得空令牌后，將空令牌改為忙令牌，并且緊跟著忙令牌之后，將數(shù)據(jù)幀發(fā)送到環(huán)上。當(dāng)發(fā)送的幀經(jīng)過(guò)某站的轉(zhuǎn)發(fā)器時(shí)，轉(zhuǎn)發(fā)器將幀內(nèi)的目的地址與本站的地址相比較，如果相符，則復(fù)制該幀并送入本站，同時(shí)將幀轉(zhuǎn)發(fā)至下一個(gè)站；如果不符，僅轉(zhuǎn)發(fā)幀至下一站。當(dāng)幀沿環(huán)路返回到發(fā)送站時(shí)，發(fā)送站將其撤銷，同時(shí)將忙令牌改為空令牌，繼續(xù)發(fā)送到環(huán)上。3、令牌環(huán)網(wǎng)的硬件組成（1）令牌環(huán)網(wǎng)卡（2）連接電纜（3）連接器（干線耦合器、轉(zhuǎn)發(fā)器）（4）令牌環(huán)網(wǎng)集線器四、局域網(wǎng)的媒體訪問(wèn)控制方法

—令牌總線訪問(wèn)控制和IEEE802.4標(biāo)準(zhǔn)

1、令牌總線結(jié)構(gòu)圖2、令牌總線的基本原理用令牌控制對(duì)介質(zhì)的訪問(wèn)，持令牌的站暫時(shí)控制了介質(zhì)，并可以發(fā)送數(shù)據(jù)；令牌按一定的規(guī)則在網(wǎng)上的各站之間循環(huán)地傳遞，從而形成了一個(gè)邏輯環(huán)。3、令牌總線的特點(diǎn)

（1）不可能產(chǎn)生沖突。（2）令牌按邏輯順序傳遞。（3）站點(diǎn)有公平的訪問(wèn)權(quán)。五、光纖分布式數(shù)據(jù)接口FDDIFDDI主要技術(shù)特點(diǎn)

使用802.5的單令牌環(huán)網(wǎng)介質(zhì)訪問(wèn)控制協(xié)議；使用802.2協(xié)議，與符合802標(biāo)準(zhǔn)局域網(wǎng)兼容；數(shù)據(jù)傳輸速率為100Mb/s，連網(wǎng)的結(jié)點(diǎn)數(shù)最大為1000，環(huán)路長(zhǎng)度為100km；可以使用雙環(huán)結(jié)構(gòu)，具有容錯(cuò)能力；可以使用多?；騿文９饫w或雙絞線作為傳輸媒體；具有動(dòng)態(tài)分配帶寬的能力，能支持同步和異步數(shù)據(jù)傳輸。FDDI作為主干網(wǎng)互連多個(gè)局域網(wǎng)的結(jié)構(gòu)采用雙環(huán)結(jié)構(gòu)具有自動(dòng)重構(gòu)的功能六、無(wú)線局域網(wǎng)無(wú)線局域網(wǎng)的應(yīng)用

作為傳統(tǒng)局域網(wǎng)的擴(kuò)充建筑物之間的互連漫游訪問(wèn)特殊網(wǎng)絡(luò)

典型的無(wú)線局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)

本章小結(jié)局域網(wǎng)的基本概念決定局域網(wǎng)特性的三方面技術(shù)：傳輸介質(zhì)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、介質(zhì)訪問(wèn)控制方法。IEEE802參考模型包括了OSI/RM最低兩層（物理層和鏈路層）的功能，也包括網(wǎng)間互連的高層功能和管理功能。IEEE已經(jīng)指定的局域網(wǎng)主要的標(biāo)準(zhǔn)：IEEE802.1----IEEE802.12

。LLC子層要完成建立和釋放數(shù)據(jù)鏈路層的邏輯連接；提供與上層的接口（即服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)）；給LLC幀加上序號(hào)；差錯(cuò)控制等功能。MAC子層要完成MAC幀的封裝、解封和介質(zhì)訪問(wèn)控制兩個(gè)主要功能。局域網(wǎng)的媒體訪問(wèn)控制方法CSMA(CarriesSenseMultipleAccess)稱為載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)，其工作原理是：即每個(gè)站在發(fā)送幀之前首先監(jiān)聽(tīng)信道上是否有其他站點(diǎn)