第四章计算机局域网络(市场营销学-中南财经政法大学,

Page12019/10/17第四章计算机局域网络本章重点●局域网的特点及关键技术●介质访问控制方法：CSMA/CD，TOKEN-PASSING●以太网技术●高速局域网Page22019/10/174.1局域网(LAN)概述1.LAN的特点覆盖范围小房间、建筑物、园区范围距离≤25km高传输速率10Mbps～1000Mbps低误码率10-8～10-10采用总线、星形、环形拓扑双绞线、同轴电缆、光纤为一个单位所拥有，自行建设，不对外提供服务hubhubhubSwitchServerfarmstationstationsstationsPage32019/10/172.局域网的关键技术拓扑结构（逻辑、物理）总线型、星型、环型、树型介质访问方法按协议实现信道共享:CSMA/CD和Token-passing信号传输形式基带、宽带Page42019/10/17LAN典型拓扑结构总线型:所有结点都直接连接到共享信道星型:所有结点都连接到中央结点环型:结点通过点到点链路与相邻结点连接BusStarRingABCCADCBABCATPage52019/10/173.LAN参考模型IEEE802标准网络层数据链路层物理层逻辑链路控制LLC媒体访问控制MAC高层OSIIEEE802物理层PHY由NOS来实现Page62019/10/17IEEE802标准的主要成员802.2-逻辑链路控制LLC802.3-CSMA/CD（以太网）802.4-TokenBus（令牌总线）802.5-TokenRing（令牌环）802.6-分布队列双总线DQDB--MAN标准802.8–FDDI（光纤分布数据接口）802.11–无线LANPage72019/10/17……802.3CSMA/CD802.4TokenBus802.5TokenRing802.6DQDB802.8FDDI802.2LLC数据链路层物理层LLCMAC802.1DBridge802.1A体系结构IEEE802体系结构示意图PHYPage82019/10/174.2局域网中的介质访问控制方法•载波侦听多路访问/冲突检测(CSMA/CD)CarrierSenseMultipleAccess/CollisionDetect•令牌传递(TokenPassing)TokenRingTokenBusFDDI(双环)常见的有两种：Page92019/10/171.CSMA：载波监听多点访问•工作原理：发送前监听。每个站点在发送数据之前要监听信道上是否有数据在传送。若有，则此站不能发送，需等待一段时间后重试。载波监听策略：非坚持CSMA：一旦监听到信道忙，就不再监听；延迟一个随机时间后再次监听。坚持CSMA：监听到信道忙时，仍继续监听，直到信道空闲。1-坚持CSMA：一听到信道空闲就立即发送数据p-坚持CSMA：听到信道空闲时，以概率p发送数据（以概率1-p延迟一段时间后再发送）CSMA技术不能解决发送中出现的冲突现象。Page102019/10/172.CSMA/CD—带冲突检测的载波监听多点访问•工作原理：发送前先监听信道是否空闲，若空闲则立即发送数据。在发送时，边发边继续监听。若监听到冲突，则立即停止发送。等待一段随机时间（称为退避）以后，再重新尝试。•CSMA/CD可归结为四句话：发前先侦听，空闲即发送，边发边检测，冲突时退避。Page112019/10/17CSMA/CD的流程图媒体忙？发送帧碰撞？发送完？发送JamN≥16?YesNoNoYes发送成功Yes发送失败No延迟随机时间NoYes发送帧碰撞次数N++Page122019/10/173.令牌环（IEEE802.5）ABDC站点干线耦合器单向环拓扑结构：点到点链路连接，构成闭合环发送缓冲区接收缓冲区接收发送线路驱动线路接收控制器DTE环路输入环路输出干线耦合器的结构传输媒体：STP、光纤，速率4/16Mbps；最多站点数：250，信号采用曼彻斯特编码TCU高层软件Page132019/10/17干线耦合器（TCU）工作状态：发送方式（站点发送数据时）收听/转发方式（其他时候）收听方式下，TCU与DTE断开TCU对位流再生并转发，同时监视帧中是否出现本站地址和令牌。若出现本站地址，则将开关K闭合，TCU与DTE接通，位流复制到DTE，同时继续转发；若出现令牌且有数据要发送，则截获令牌，转为发送方式，发送数据帧。发送方式下，数据以帧为单位从TCU的输出端发送到下一个TCU的输入端。DTETCU收听方式KKDTETCU发送方式KKPage142019/10/17TokenRing/802.5的操作1）谁可以发送帧，是由一个沿着环旋转的称为“令牌”（TOKEN）的特殊帧来控制的。只有拿到令牌的站可以发送帧，而没有拿到令牌的站只能等待。2）拿到令牌的站将令牌转变成访问控制头，后面加挂上自己的数据进行发送。Page152019/10/173）数据帧通过任何一个站点(除源站点外)时，该站点都要把帧的目的地址和本站地址相比较：a)如果地址相符合，则将帧拷贝到接收缓冲器，供高层软件处理，同时将帧送回环中；b)如果地址不符合，则直接将帧送回环中。4）数据循环一周后由发送站回收。即发送的帧在环上循环一周后再回到发送站时，发送站将该帧从环上移去，同时再放一个空令牌到环上，使其余的站点能获得发送帧的许可权。Page162019/10/17TokenRing/802.5的操作举例AT=0TAT=0TAT=1TDataCTDataCTDataCTDataCData（a）（b）（c）帧循环一圈后A将数据帧回收并放出空令牌A有数据要发送，它抓住空令牌A将令牌修改为数据帧，并加挂数据Page172019/10/17IEEE802.5的帧结构起始、结束标志访问控制字段包括：起始接入控制结束1B1B1B令牌帧非令牌帧（信息帧/控制帧）起始访问控制帧控制目的地址源地址数据FCS结束帧状态1112/62/6≥0411BPPPTMRRR优先级位令牌位监督位预约位优先级与预约及优先级限制位。令牌位：帧类型标识。0-令牌；1-信息/控制帧监督位：防止无效帧在环路中无限循环。Page182019/10/17实际结构——星型环路ABCDE集线器Page192019/10/174.令牌总线(IEEE802.4)特点：物理上是总线网，逻辑上是令牌网物理层：传输媒体为75宽带同轴电缆，数据速率为1Mb/s、5Mb/s或10Mb/s；传输机制为以太网和令牌环的结合：●物理传输采用广播方式；●介质访问控制采用令牌方式。Page202019/10/175.LAN的数据链路层按功能划分为两个子层：LLC和MAC功能分解的目的：•将功能中与硬件相关的部分和与硬件无关的部分分开，降低实现的复杂度。•局网特点：共享信道(如总线)。需要解决介质访问控制(MAC)问题。分层可以使帧的传输独立于介质和MAC方法。LLC：与介质、拓扑无关；MAC：与介质、拓扑相关。Page212019/10/17LAN的链路层与传统的数据链路层的区别：LAN链路支持多重访问，支持成组地址和广播；支持MAC介质访问控制功能；提供某些网络层的功能，如网络服务访问点、多路复用、流量控制、差错控制...MAC子层功能：成帧/拆帧，实现、维护MAC协议，位差错检测，寻址。LLC子层功能：向高层提供SAP，建立/释放逻辑连接，差错控制，帧序号处理，提供某些网络层功能。LAN对LLC子层透明，仅在MAC子层才可见LAN的标准(对不同的LAN标准，区别在MAC子层)Page222019/10/17LLC的帧结构DSAPSSAP控制数据111/2长度无限制单位：字节高层PDULLC数据LLC首部MAC首部MAC尾部MAC数据LLC帧和MAC帧的关系Page232019/10/17MAC子层的地址IEEE802标准为每个DTE规定了一个48位的全局地址，它是站点的全球唯一的标识符，与其物理位置无关。——MAC地址（物理地址）MAC地址为6Byte（48位）。MAC地址的前3个字节（高24位）由IEEE统一分配给厂商，低24位由厂商分配给每一块网卡。网卡的MAC地址可以认为就是该网卡所在站点的MAC地址。Page242019/10/175.LAN的网络层和高层网络层由于IEEE802局域网拓扑结构简单，一般不需中间转接，所以网络层的很多功能(如路由选择等)是没有必要的，而流量控制、寻址、排序、差错控制等功能可在数据链路层完成，故IEEE802标准没有单独设立网络层。高层局域网的高层尚未定义，一般由网络操作系统（NOS）来实现，如Unix、WindowsNT、Netware等。Page252019/10/174.3以太网•70年代中期由XeroxPaloAltoResearchCenter(BobMetcalfe)提出，数据率为2.94M，称为Ethernet（以太网）。•经DEC,IntelandXerox公司改进为10M标准(DIX标准)。•1985年定名为IEEE802.3，即使用1坚持的CAMA/CD协议的LAN标准，数据率从1M到10M(现已发展到1000M)，支持多种传输媒体。•Ethernet是指基带总线LAN。•Ethernet和IEEE802.3的帧格式不同。1.Ethernet和IEEE802.3Page262019/10/17IEEE802.3规范•传统以太网•802.3——同轴电缆Ethernet•802.3a——细缆Ethernet•802.3i——双绞线•802.3j——光纤•快速以太网FE•802.3u——双绞线，光纤•千兆以太网GE•IEEE802.3z——屏蔽短双绞线、光纤•IEEE802.3ab——双绞线Page272019/10/17802.3布线介质标准10Base5粗同轴10Base2细同轴10BaseT双绞线10BaseFMMF100BaseT双绞线100BaseFMMF/SMF1000BaseX屏蔽短双绞线/MMF/SMF1000BaseT双绞线数据率（Mbps）基带或宽带Base，Broad段最大长度（百米）或介质类型（T，F，X）10Base5Page282019/10/172.10Base5•粗同轴电缆，可靠性好，抗干扰能力强•收发器:发送/接收,冲突检测,电气隔离•AUI:连接件单元接口•总线型拓扑•用于网络骨干连接最大段长度500米每段最多站点数100两站点间最小距离2.5米粗缆VampiretapBNC端子收发器AUI电缆NIC网络最大跨度2.5公里Page292019/10/173.10Base2•细同轴电缆，可靠性稍差•BNCT型接头连接•总线型拓扑•用于办公室LAN细缆BNC接头NIC每段最大长度185m每段最多站点数30两站点间最短距离0.5m网络最大跨度925m网络最多5个段Page302019/10/174.10BaseT•双绞线介质（UTP）•以Hub（集线器）为中心节点。Hub－多端口转发器。•拓扑结构为星形，逻辑上仍然是总线形。•转发器/中继器的作用：将信号放大并整形后再转发，消除信号传输的失真和衰减。•转发器/中继器/HUB——物理层设备(工作在物理层)。•用于小型LAN。NICHUB段最大长度100mPage312019/10/175.10BaseF•使用光纤进行长距离连接，例如建筑物间连接。•星形拓扑结构•最常见的布线标准：10BaseFL-异步点到点链路，链路最长2km6.10Broad36•使用75电缆连接，拓扑结构为树形•用于宽带LANPage322019/10/177.IEEE802.3的体系结构与功能实现物理层电缆连接器收发器AUI电缆网卡站接口数据封装/解封（MAC帧）链路管理（CSMA/CD协议）曼彻斯特编码/译码发送/接收MACLLCPage332019/10/178.Ethernet/802.3操作每个站点都可以接收到所有来自其他站点的数据为决定那个站点接收，