上海大学中级口译课程ppt~~!分解

1网络与通信第4章局域网2第4章局域网4.1信道分配策略4.2代表性介质访问控制方法4.3IEEE802标准与局域网以太网概述以太网的层次结构以太网的MAC层MAC层的硬件地址MAC帧格式局域网的扩展（物理层和链路层扩展）虚拟局域网高速以太网（100BaseT、Gb/s、10Gb/s）34.1局域网概述局域网的概念局域网(LocalAreaNetwork，简称LAN)是计算机网络的一种。局域网是在一个较小的范围(一个办公室、一幢楼、一家工厂等)，利用通信线路将众多计算机(一般为微机)及外围设备连接起来，达到数据通信和资源共享的目的。局域网最主要的特点是：网络通常为一个单位所拥有，地理范围几米到几公里。局域网具有较高的数据率、较低的时延和较小的误码率。4常见局域网拓扑结构匹配电阻集线器总线网星形网干线耦合器树形网环形网5常用局域网的传输媒体双绞线：价格便宜、安装方便，在局域网中使用最多。但抗干扰能力较差，传输距离较短。适用于建筑物内部的布线系统。同轴电缆：分为粗缆和细缆，价格中等、安装较方便，有较高的数据传输率，在早期的局域网中使用较多。抗干扰能力较好，传输距离较远光缆：损耗低、抗干扰能力强，传输率高，传输距离远，是环型网或主干网的主要传输媒体。但价格贵，技术复杂。无线传输：采用无线电波、红外线、微波等作为媒体，传输距离远，不受空间限制。但设备价格昂贵，技术复杂。6局域网信道分配策略广播网中所有站点共享同一个信道，任一站点发送的信息能被所有其他站点接收到。问题若有两个或两个以上的站点同时发送数据，则信号在信道中发生碰撞，数据发送失败，为冲突。解决广播网中，如何将单一的信道分配各各个不同的用户，是个重要的问题。用户使用的信道称为介质，决定由谁来使用信道的协议为“介质访问控制协议”。绝大多数的局域网使用广播信道。因此，解决局域网中如何使众多用户能够合理而方便地共享通信媒体是个重要问题。7信道分配策略－静态划分信道静态划分信道有频分多路复用、时分多路复用、波分复用和码分复用。将频带或时间片固定分配给各个站点，各个站点有自己的频带或时间片，不会产生冲突。静态分配的特点站点数目少且固定，且每个站点有大量数据发送，控制协议简单且传输的效率高。对于大部分计算机网络，站点数目多且不固定，数据传输有突发性，信道的利用率低。8信道分配策略－动态分配动态接入控制（多点接入）信道不是在用户通信时固定分配给用户。如异步时分多路复用，各站点仅当有数据发送时，才占用信道发送数据。动态接入控制类型随机接入控制访问9随机接入和受控接入随机接入又称为争用，各站点发送前不需要取得发送权，有数据就发送，发生冲突后采取措施解决冲突。适合负载较轻的网络，信道的利用率一般不高，但网络延迟较短。例如：以太网和卫星通信受控接入都是使发送站点首先获得发送权，再发送数据，不会产生冲突。当网络负载较重时，控制访问可以获得较高的信道利用率。例如：光纤分布式数据接口FDDI网络104.2代表性介质访问控制方法争用协议ALOHA协议CSMA/CD协议无冲突协议（略）比特映像介质访问控制协议（先预约然后传输）小时间片轮换优先优先权介质访问控制协议二进制地址相加协议有限争用协议（略）思想：网络轻负载时使用竞争策略，重负载时使用无冲突策略。自适应步进树协议11争用协议争用协议的特性随机访问：意味着对任何站都无法预计其发送的时刻；竞争发送：是指所有发送的站自由竞争信道的使用权。ALOHA系统和它的后继者CSMA/CD都是争用协议的代表。12ALOHA系统争用协议最早起源于夏威夷大学的ALOHA系统，该网络通过无线信道将各个分校的终端连接到本部的主机上。ALOHA是陆地无线网，其基本思想是如何实现多个用户竞争使用单一信道的系统。ALOHA系统的思想任何用户有数据发送就可以发送（会带来冲突）；每个用户通过监听信道来获知数据传输是否成功；发现数据传输失败后，各自等待一段随机时间，再重新发送。13ALOHA系统工作原理14ALOHA系统信道分析竞争系统中，一方面不断有新的数据帧发送，另一方面冲突帧需要重发，系统的吞吐量是一个重要的指标。系统的吞吐量：单位时间内系统能够成功发送的新的数据帧的平均数量。结论：ALOHA系统最大的信道利用率为18.4%；对ALOHA系统改进的时分ALOHA系统的最大信道利用率为36.8%.ALOHA系统的信道利用率是非常低的。原因主要是各个站自由发送数据，碰撞概率增大。15CSMA/CD协议CSMA/CD表示CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection，载波监听多点接入/碰撞检测“多点接入”是指总线型网络，许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。协议重要的内容是载波监听和碰撞检测。“载波监听”是指每一个站在发送数据之前先要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据，如果有，则暂时不要发送数据，以免发生碰撞。总线上并没有什么“载波”，“载波监听”本质上就是用电子技术检测总线上有没有其他计算机发送的数据信号。16CSMA协议的碰撞检测“碰撞检测”就是计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小。当几个站同时在总线上发送数据时，总线上的信号电压摆动值将会增大（互相叠加）。当一个站检测到的信号电压摆动值超过一定的门限值时，就认为总线上至少有两个站同时在发送数据，表明产生了碰撞。所谓“碰撞”就是发生了冲突。因此“碰撞检测”也称为“冲突检测”。17检测到碰撞后在发生碰撞时，总线上传输的信号产生了严重的失真，无法从中恢复出有用的信息来。每一个正在发送数据的站，一旦发现总线上出现了碰撞，就要立即停止发送，免得继续浪费网络资源，然后等待一段随机时间后再次发送。为什么会发生“碰撞”？每个站点都是在监听到信道“空闲”时才发送数据的，为什么还会发生碰撞？根本原因是因为电磁波在媒体上的传播速度总是有限的。18电磁波在总线上的有限传播速率的影响当某个站监听到总线是空闲时，也可能总线并非真正是空闲的。A向B发出的信息，要经过一定的时间后才能传送到B。B若在A发送的信息到达B之前发送自己的帧(因为这时B的载波监听检测不到A所发送的信息)，则必然要在某个时间和A发送的帧发生碰撞。碰撞的结果是两个帧都变得无用。因此，碰撞的根本原因是电磁波在媒体上的传播速度总是有限的。例如：电磁波在1km电缆上的传播时延约为5us。1kmABt碰撞t=2A检测到发生碰撞t=B发送数据B检测到发生碰撞t=t=0单程端到端传播时延记为1kmABt碰撞t=B检测到信道空闲发送数据t=/2发生碰撞t=2A检测到发生碰撞t=B发送数据B检测到发生碰撞t=ABABABt=0A检测到信道空闲发送数据ABt=0t=B检测到发生碰撞停止发送STOPt=2A检测到发生碰撞STOPAB单程端到端传播时延记为21CSMA/CD的重要特性使用CSMA/CD协议的以太网不能进行全双工通信而只能进行双向交替通信（半双工通信）。每个站在发送数据之后的一小段时间内，存在着遭遇碰撞的可能性。这种发送的不确定性使整个以太网的平均通信量远小于以太网的最高数据率。22CSMA/CD中的两个重要问题1、争用期（碰撞窗口）网上任一站点在开始发送后，最多经过2t时间就能确认此次传输是否成功。t为网络中相距较远的两个站点，信号传输的时间。因此，以太网将端到以太网的端到端往返时延2t称为争用期，又称为碰撞窗口。经过争用期这段时间还没有检测到碰撞，才能肯定这次发送不会发生碰撞。23CSMA/CD中的两个重要问题2、检测到冲突后，等待多长时间再重试？二进制指数退避算法。算法思想：随机时间的基本单位是一个竞争时间片长度；对每一个帧，第一次发生冲突，设置参数L=2，随机时间取为n个时间片(n为0～(L-1)中的一个随机数);帧每重复发生一次冲突，L加倍，n为0～(L-1)中的一个随机数；算法对每一个帧设置最大重传次数，超过后不重传，报告出错。24二进制指数退避算法(truncatedbinaryexponentialtype)发生碰撞的站在停止发送数据后，要推迟（退避）一个随机时间才能再发送数据。确定基本退避时间，一般是取为争用期2。定义参数k为重传次数，k10，即k=Min[重传次数,10]从整数集合[0,1,…,(2k1)]中随机地取出一个数，记为r。重传所需的时延就是r倍的基本退避时间。当重传达16次仍不能成功时即丢弃该帧，并向高层报告。25争用期的长度以太网取51.2s为争用期的长度。对于10Mb/s以太网，在争用期内可发送512bit，即64字节。以太网在发送数据时，若前64字节没有发生冲突，则后续的数据就不会发生冲突。即如果发生冲突，就一定是在发送的前64字节之内。由于一检测到冲突就立即中止发送，这时已经发送出去的数据一定小于64字节。因此，以太网规定了最短有效帧长为64字节，凡长度小于64字节的帧都是由于冲突而异常中止的无效帧。26强化碰撞当发送数据的站一旦发现发生了碰撞时，除了立即停止发送数据外，还要再继续发送若干比特的人为干扰信号(jammingsignal)，以便让所有用户都知道现在已经发生了碰撞。TJ人为干扰信号ABTBtB发送数据A检测到冲突开始冲突信道占用时间A发送数据B也能够检测到冲突，并立即停止发送数据帧，接着就发送干扰信号。这里为了简单起见，只画出A发送干扰信号的情况。28CSMA/CD小结（1）采用CSMA/CD，即“具有冲突检测的载波侦听多路访问”的介质访问控制方法。其要点如下：a)先听后讲发送前先侦听介质，若介质空闲，则立即发送；若介质忙，则继续侦听，直到介质空闲。b)边讲边听在发送过程中进行冲突检测。c)冲突停止若发送过程中检测到冲突，则立即停止发送。d)随机等待停止发送后，须等待一段随机时间后再侦听介质。29CSMA/CD小结（2）每次冲突后，随机延迟的平均值加倍（二进制指数退避算法），即使较少发生冲突的帧具有较优先发送的概率。CSMA/CD访问方法可减少争用型总线上的冲突。304.3传统以太网传统以太网可使用的传输媒体有四种：铜缆（粗缆或细缆）铜线（双绞线）光缆这样，以太网就有四种不同的物理层。10BASE5粗缆10BASE2细缆10BASE-T双绞线10BASE-F光缆以太网媒体接入控制MAC31传统以太网的连接方法10BASE5(粗缆)、10BASE2(细缆)、10BASE-T(双绞线)、10BASE-F(光缆)BASE表示电缆上的信号是基带信号，采用慢彻斯特编码。BASE前的数字“10”表示数据率为10Mb/s；后面的数字5或2表示每一段电缆的最大长度为500米或200米。“T”代表双绞线，“F”代表光纤。32铜缆或铜线连接到以太网的示意图主机箱主机箱主机箱双绞线集线器BNCT型接头收发器电缆网卡插入式分接头MAUMDI保护外层外导体屏蔽层内导体收发器DB-15连接器BNC连接器插口RJ-45插头33传统以太网粗缆以太网（10BASE5）网卡：通过DB－15型连接器与收发器电缆相连。包括了处理通信所用到的数字电路，使用总线与主机交换数据等。收发器电缆：正式名称是AUI(连接单元接口)电缆，长度不能超过50m。收发器：连接AUI电缆的另一端，包含媒体连接单元MAU和媒体相关接口MDI。转发器：又称为中继器，能够将信号放大并整形后再转发出去。工作在物理层。34传统以太网细缆以太网（10BASE2）用更便宜的直径为5mm的细同轴电缆(特性阻抗仍为50W)，可代替粗同轴电缆。将媒体连接单元MAU和媒体相关接口MDI都安装在网卡上，取消了外部的AUI电缆。细缆直接用标准BNCT型接头连接到网卡上的BNC连接器的插口。35传统以太网双绞线以太