10局域网介质访问方式

1第四章局域网技术主要内容●4.1局域网的基本概念●4.2局域网体系结构与IEEE802标准●4.3介质访问控制方法：CSMA/CD，TOKEN-RING，TOKEN-BUS●4.4局域网组网技术2决定局域网特性的主要技术（三要素）传输介质同轴电缆、双绞线、光纤等拓扑结构总线型、星型、环型、树型介质访问方法按协议实现信道共享:CSMA/CD、Token-Ring、Token-Bus介质访问控制方式是局域网最关键的技术不同的传输介质构成网络的拓扑结构不同，不同的拓扑结构又决定着网络中信号的流通方式不同，对于不同的拓扑结构必须提供多种介质访问控制方式。介质访问控制目的：建立一种仲裁机制，合理地对传输信道进行分配，解决信道共享与独占之间的矛盾，以满足各结点通信需求。3IEEE802参考模型由于局域网采用共享信道，当通信局限于一个局域网内部时，在任意两个结点之间都有唯一的路由，网络层的功能可由链路层完成，所以局域网中通常不单独设立网络层。只涉及到相当于ISO/OSIRM下二层的功能。网络层物理层逻辑链路控制LLC介质访问控制MAC高层OSIIEEE802物理层（）（）（）SAP数据链路层4LAN参考模型网络层物理层逻辑链路控制LLC介质访问控制MAC高层OSIIEEE802物理层（）（）（）SAP数据链路层MAC（介质访问控制）子层：用来决定信道使用权分配的协议，即解决多个信源如何使用信道的问题。LLC（逻辑链路控制）子层：解决数据帧的可靠传送。5局域网的数据链路层划分LLC层和MAC的原因由于在IEEE802之前，已有多种采用了不同介质不同拓扑结构的局域网存在，它们采用不同的介质访问方式，各有其特点和适用场合。IEEE802无法用一个统一的方法取代它们，只能允许其共存。因而为每一种介质访问控制方式制定一个标准，从而形成了多种介质访问控制协议（MAC）。为了使介质访问控制方式能与上层接口并保证可靠传输，所以在其上面又制定了一个单独子层LLC子层。6MAC子层：与介质、拓扑相关适应多种不同的介质访问控制方式的网络。LLC子层：与介质、拓扑无关对上屏蔽了下层的实现细节，使数据传输独立于介质和介质访问控制方法。在MAC子层中可以增加新的介质访问方法,适应已有的和将来发展的各种物理网络。7物理层涉及在通信信道上传输的原始比特流，它的主要作用是确保在一段物理链路上二进制位信号的正确传输。物理层的主要功能：信号的编码/解码、同步前导码的生成与去除、二进制位信号的发送与接收。另外，为确保位流的正确传输，还具有CRC校验功能，以保证信号的正确发送与接收。局域网物理层制定的标准规范的主要内容：局域网所支持的传输介质与传输距离；传输速率；物理接口的机械特性、电气特性、功能特性和规程特性；传输信号的编码方案；错误校验码及同步信号的产生与删除；拓扑结构；物理信令，物理层向介质访问控制子层提供的服务原语，包括请求、证实、指示原语。8信号编码、译码：以太网中采用曼彻斯特编码同步所用前同步码的产生与去除MAC子层的MAC帧传到物理层后加上一个8字节的前同步码(1010……10101011）。作用：使接收端在接收MAC帧时能够迅速实现比特同步。检测到前同步码最后的连着两个1时，则后面的信息为MAC帧比特的传输与接收9IEEE802的主要标准IEEE802为局域网LAN内的数字设备提供了一套连接的标准，后来又扩大到城域网MAN。这些标准分别是：IEEE802.1：定义了局域网的概念和体系结构。IEEE802.2-逻辑链路控制LLCIEEE802.3-带冲突检测的载波监听多路访问（CSMA/CD）的访问控制方法和物理层规范。IEEE802.4-令牌总线访问控制方法和物理层规范IEEE802.5-令牌环访问控制方法和物理层规范IEEE802.6–城域网访问控制方法和物理层规范IEEE802.8–FDDI（光纤分布数据接口）IEEE802.11–无线LAN介质访问控制方法和物理层技术规范10……802.3CSMA/CD802.4TokenBus802.5TokenRing802.6DQDB802.8FDDI802.2数据链路控制LLC数据链路层物理层LLCMAC802.1B网际互连域网络管理802.1A体系结构IEEE802体系结构示意图PHYIEEE802模型的物理层还包括对传输媒体和拓扑结构的说明。IEEE802各标准中：各种局域网的差别就体现在物理层及介质访问控制层中。物理层和MAC子层有区别，与介质和拓扑有关LLC子层是兼容的，与介质无关每种网络结构都必须采用一种策略来控制设备对共享信道的访问。定义了局域网的概念和体系结构。逻辑链路控制LLC带冲突检测的载波监听多路访问（CSMA/CD）的访问控制方法和物理层规范。令牌总线访问控制方法和物理层规范城域网访问控制方法和物理层规范令牌环访问控制方法和物理层规范FDDI（光纤分布数据接口）无线LAN介质访问控制方法和物理层技术规范114.3局域网中的介质访问控制方法从局域网介质访问控制方法的角度可以把局域网划分为：共享介质局域网和交换式局域网。传统的局域网采用的是“共享介质”的工作方式，其介质访问控制方法是最先实现标准化的。交换式局域网出现后，IEEE802委员会对其标准做了增强和改进。局域网中常用的IEEE802介质访问控制方式（MAC子层协议）有三种带有冲突检测的载波侦听多路访问(CSMA/CD)--IEEE802.3标准令牌环访问控制（Token-Ring）--IEEE802.5标准令牌总线访问控制（Token-Bus）--IEEE802.4标准12它是以随机访问和竞争的方式获得介质访问权的，适用于总线拓扑结构的网络。因为是广播信道，当用基带方式传播数据时必须解决信道独占和共享之间的矛盾。4.3.1CSMA/CD介质访问控制技术—IEEE802.3B向D发送数据CDAE不接受不接受不接受接受B只有D接受B发送的数据“载波监听”：对信道上的信号进行监听“多路访问”：数据传输采用广播方式，接入信道的各点对信道是共享的。各站点以帧的形式发送数据，帧的头部含有目的和源点的地址。帧在信道上以广播方式传输，所有连接在信道上的设备都能检测到该帧。不是本站的，不接收，是本站的，接收并返回确认。“冲突检测”：站点发送数据的同时检测是否有冲突发生“带有冲突检测的载波监听多路访问”以随机访问和竞争的方式获得介质访问权13纯ALOHA随机访问协议（载波监听的由来）工作原理：站点只要产生帧，就立即发送到信道上；规定时间内若收到应答，表示发送成功；否则重发发送方：各站将信息包对载波调制，可随机地以广播方式发往信道（报头带有信宿地址），信宿端在规定时间内发回确认应答包，表示传输成功。否则，认为传送失败，发送方重传。若多次重传不成功，则放弃发送，以后再发。接收方：随时监听信道有无载波；若有，查看地址是否本结点的，若是，进行检查正确即接收，并发回应答。否则放弃接收存在问题：因各站随机发送，可能造成同时发送，极容易冲突解决方法：发送站发送前先对信道进行监听，若无其他站发送的载波信号再发送，减少了冲突的机会。如出现冲突，各站退避一段随机时间后重发；如再冲突，则再等待，直到重发成功为止ALOHA是夏威夷大学在20世纪70年代研制成功的集中控制式随机访问系统，它允许地理上分散的多个用户通过无线信道来使用计算机。14Aloha系统f1f2f1f1f2中枢站点f1＝单个站点的广播频率f2＝中枢站点的广播频率15纯ALOHA系统的工作原理演示冲突原因：有两个以上站点同时发送帧12N-1N...16纯ALOHA系统的信道效应A1帧产生B1A2A2B1冲突t2t1B2A2t3B2t4B3A3站A站B信道上的总效应A1B1A2B2ttt17特点：可用于任何无协调关系的用户争用单一共享信道使用权的系统。当网络通信量较小时，让用户自由地发送数据所产生的冲突的概率并不大，只要协议考虑好如何处理好冲突。•优点：控制方式方便•缺点：信道负载大时，冲突的概率高，发送成功率很低。当采用有线传输介质的总线形局域网出现后，继承了纯ALOHA随机访问信道的方法。18对ALOHA的一种改进，增加硬件装置，使得每个站在发送数据之前，监听信道上其它各站是否在发送数据载波是一种习惯沿用，因最早的ALOHA系统是无线的，其发射机工作在超高频波段，网上各站发送的数据是可监测到载波，而对于一般的总线局域网，采用基带传输。“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，以免发生冲突。CSMA载波监听多点访问19基本思路：发送前监听（讲前先听）各站发送数据前，先监听信道忙闲再决定是否发送，以确定是否有别的站在传输数据，避免发送的盲目性，减少冲突。信道忙时，则此站不能发送，需等待一段时间后重新监听。冲突的产生但如果多个站同时监听，发现空闲时同时发送数据，必然发生冲突。减少冲突的等待策略若信道空闲，可发送数据；信道忙，发送站退避一随机时间后再进行监听。这样就错开了各站发送数据的时间。常用的确定随机时间的退避算法非坚持、1－坚持、P－坚持20非坚持型（0-坚持型）CSMA监听到信道空闲，则立即发送监听到信道忙，暂时不坚持监听信道，退避一随机时间后再监听优点：采用随机的重发延迟时间,可以减少冲突发生的可能性缺点：监听到信道忙，马上延迟一个随机时间再重新监听，但很可能在再次监听前信道已经空闲。非坚持CSMA不能找出信道刚变成空闲的时刻。信道利用率不高211-坚持CSMA（100%-坚持型）若信道空闲，则可以立即发送(以概率1);若信道忙，坚持继续监听，直到信道空闲，立即发送优点：抓紧一切时机发送数据，信道利用率高缺点：发生冲突的机会比非坚持型CSMA明显得多。因为可能有多个站点同时监测到了信道空闲而争用。冲突的机会较多，不利于吞吐量的提高（单位时间内，被成功传输的业务量与送入信道的总业务量之比率。）22p-坚持CSMA----是非坚持和1坚持的折衷方案监听信道，如果信道忙，坚持监听直至信道空闲空闲，为减少冲突，以概率p（0＜p＜1）发送数据，以概率1-p延迟一段时间；延迟一段时间后，重新监听。这样避免过多的站同时竞争总线，使冲突的机会减少。CSMA的缺陷：CSMA不能及时检测是否有冲突发生，发送信息后若发生碰撞，遭到破坏的信息帧仍继续发送而占用总线，使总线利用率降低。23A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发送的帧发生冲突。冲突的结果是两个帧都变得无用，造成传输失败。这也就说，每个站在发送数据之后的一小段时间内，都存在着遭遇冲突碰撞的可能性。-------发送的不确定性。传播时延的存在会产生的冲突=At1kmBt5s冲突为了消除CSMA的缺陷，在CSMA的基础上，加入冲突检测过程，减少冲突期间对信道的占用，从而进一步提高信道利用率。24冲突检测在发生冲突时，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。“冲突检测”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，表明产生了冲突。25CSMA/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，并强化冲突。退避以后，再重新上述过程。•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。26强化冲突：人为干扰信号实际网络中，为使每个站都能及早正确地判断是否发生了冲突，采取措施。当发送数据的站一旦发现发生了冲突时，除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，以便让所有用户都知道发生了冲突。这种技术对发