計算機網(wǎng)課件-第4章2局域網(wǎng)

數(shù)據(jù)通信與計算機網(wǎng)絡(luò)第四章局域網(wǎng)教學(xué)目標(biāo)：理解局域網(wǎng)的特點和功能、IEEE802標(biāo)準(zhǔn)、介質(zhì)訪問控制的原理、無線局域網(wǎng)工作原理和組網(wǎng)方式；掌握主要的局域網(wǎng)組網(wǎng)設(shè)備的功能、常見的局域網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、以太網(wǎng)技術(shù)；了解令牌環(huán)網(wǎng)、FDDI、VLAN的概念與實現(xiàn)方式。教學(xué)難點：介質(zhì)訪問控制，以太網(wǎng)技術(shù)系列，無線局域網(wǎng)

教學(xué)時數(shù)：

8學(xué)時局域網(wǎng)概述(發(fā)展、特點、常見的拓樸結(jié)構(gòu))

Chapter4-1局域網(wǎng)發(fā)展史始于上個世紀(jì)70年代；

Xerox、DEC和Intel組成的DIX80以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。上個世紀(jì)80年代后期，進(jìn)入專業(yè)化生產(chǎn)和商品化的成熟階段；

IEEE802委員會制訂的802.3及擴充的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)上個世紀(jì)90年代，在速度、帶寬、服務(wù)質(zhì)量等指標(biāo)方面有了更大進(jìn)展；

是網(wǎng)絡(luò)研究與應(yīng)用中的一個活躍領(lǐng)域局域網(wǎng)的特點地理覆蓋范圍小：

100米-200千米，從家庭到各種規(guī)模的企業(yè)事業(yè)單位，從桌面、房間、樓宇到社區(qū)、廠區(qū)、校園。數(shù)據(jù)的傳輸速率高：

10M-100M-1000M-10Gbps通信質(zhì)量高：

誤碼率10-8-10-11-10-13

支持多種傳輸介質(zhì)：

同軸電纜、雙絞線、光纖、無線介質(zhì)高可靠、低成本、擴充及維護(hù)方便,技術(shù)成熟通常屬于某個部門、企業(yè)或單位所有局域網(wǎng)的功能與應(yīng)用功能：資源共享（硬件、軟件資源）相互通信（數(shù)據(jù)傳送與電子郵件）提高計算機系統(tǒng)的可靠性分布式計算和高性能計算環(huán)境應(yīng)用：1、企業(yè)事業(yè)單位生產(chǎn)、辦公信息化管理。以數(shù)據(jù)庫、瀏覽器、電子郵件為基礎(chǔ)實現(xiàn)信息資源管理和共享。如：財務(wù)、生產(chǎn)調(diào)度、產(chǎn)品、文檔、資料的管理與介紹。2、生產(chǎn)過程的檢測與控制；3、多用戶通過局域網(wǎng)接入互聯(lián)網(wǎng)。決定局域網(wǎng)特性的三項技術(shù)：1、拓?fù)?、介質(zhì)3、介質(zhì)訪問控制（MAC）技術(shù)常見局域網(wǎng)拓樸結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)決定網(wǎng)絡(luò)性能；局域網(wǎng)設(shè)計的目標(biāo)是覆蓋“有限的地理范圍”基本通信機制上選擇了“共享介質(zhì)”方式和“交換”方式在傳輸介質(zhì)的物理連接、介質(zhì)訪問及控制方法上形成了自己的特點；在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渖系幕窘Y(jié)構(gòu)總線型環(huán)型（包括雙環(huán)型）星型（包括擴展星型）總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：各工作節(jié)點（包括服務(wù)器與工作站）均連在一條總線上，傳輸介質(zhì)通常采用同軸電纜。在需要分支的地方，電纜線上配有特制的分支插口，與之相連的各工作站、服務(wù)器節(jié)點內(nèi)也有相應(yīng)的分支插頭。

總線型拓?fù)涞男阅芴攸c各節(jié)點地位平等，無中心節(jié)點控制。所有結(jié)點都可以通過總線傳輸介質(zhì)發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，但一段時間內(nèi)只允許一個結(jié)點利用總線發(fā)送數(shù)據(jù)“共享”?？偩€上的信息通常以基帶形式串行傳輸，并從發(fā)送節(jié)點向兩端擴散，當(dāng)一個結(jié)點利用總線傳輸介質(zhì)以“廣播”方式發(fā)送信號時，其他結(jié)點都可以用“收聽”到所發(fā)送的信號，故又稱廣播式網(wǎng)絡(luò)。“共享”產(chǎn)生“沖突”（collision），沖突造成數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖?，需要提供一種機制用于解決沖突問題。

環(huán)型各節(jié)點通過環(huán)路接口連在一條閉合的環(huán)型通信線路中傳輸介質(zhì)可采用電纜或光纜

數(shù)據(jù)以基帶信號串行傳輸，但從發(fā)送節(jié)點出來后，在環(huán)中沿一個固定方向繞環(huán)逐站傳輸多個結(jié)點共享一條環(huán)通路的共享介質(zhì)結(jié)構(gòu)，也要提供旨在解決沖突問題介質(zhì)訪問控制。

星型結(jié)構(gòu)：網(wǎng)絡(luò)由各節(jié)點以中央節(jié)點為中心相連接，各節(jié)點與中央節(jié)點以點對點方式連接。傳輸介質(zhì)可采用電纜或光纜星型拓?fù)涞男阅芴攸c任何兩節(jié)點之間的數(shù)據(jù)通信都要通過中央節(jié)點，中央節(jié)點集中執(zhí)行通信控制策略，如完成節(jié)點間通信時物理連接的建立、維護(hù)和拆除中央節(jié)點通常為集線器或交換機優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，管理方便，可擴充性強，組網(wǎng)容易

缺點：中央結(jié)點單點故障將影響整個網(wǎng)絡(luò)擴展星型星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的一種擴充，又叫樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)特點：一個星型拓?fù)涞哪┒斯?jié)點又是其他星型拓?fù)涞闹醒牍?jié)點。IEEE802局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)Chapter4-2IEEE802標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)生為了促進(jìn)局域網(wǎng)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化以增加產(chǎn)品的互操作性，1980年2月，美國電氣和電子工程師學(xué)會（IEEE）成立了局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化委員會，簡稱IEEE802委員會，研究并制定了關(guān)于局域網(wǎng)的IEEE802標(biāo)準(zhǔn)。

通信介質(zhì)分會：負(fù)責(zé)研究局域網(wǎng)中對應(yīng)于ISO/OSI物理層的功能，包括局域網(wǎng)通信的物理傳輸特性、與數(shù)據(jù)鏈路層的接口；信號訪問控制分會：負(fù)責(zé)研究局域網(wǎng)中對應(yīng)于ISO/OSI數(shù)據(jù)鏈路層的功能，主要涉及邏輯鏈路控制協(xié)議、介質(zhì)訪問控制協(xié)議及和網(wǎng)絡(luò)層的接口；高層接口分會：負(fù)責(zé)研究局域網(wǎng)中對應(yīng)于ISO/OSI中網(wǎng)絡(luò)層以上的高層的功能。IEEE802參考模型物理層功能：信號的編碼/解碼機械的,電氣的,功能的,規(guī)程的特性比特的傳輸/接收邏輯鏈路控制子層LLC（LogicalLinkControl）功能：

LLC子層提供確認(rèn)機制和流量控制，當(dāng)支持IP協(xié)議是不需要LLC此功能；LLC隱藏了不同802MAC子層的差異，為網(wǎng)絡(luò)層提供單一的格式和接口；每層的功能

介質(zhì)訪問控制子層MAC（MediumAccessControl）功能：組裝數(shù)據(jù)幀，拆幀，并完成地址識別和差錯檢測；信道的分配，從而解決信道的競爭(引入mac的主要原因）。

…IEEE802.1A綜述與體系結(jié)構(gòu)(說明與OSI/ISO的對應(yīng)關(guān)系)IEEE802.2邏輯鏈路控制(LLC)規(guī)范與協(xié)議802.3CSMA/CDPhysicalLayer802.4TokenBusPhysicalLayer802.5TokenRingPhysicalLayer802.6MANPhysicalLayer802.7FDDIPhysicalLayer802.8寬帶網(wǎng)PhysicalLayer802.11無線網(wǎng)PhysicalLayerIEEE802.1B尋址、網(wǎng)絡(luò)互連和網(wǎng)絡(luò)管理IEEE802標(biāo)準(zhǔn)是一個標(biāo)準(zhǔn)體系，并且隨著局域網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，該體系中在不斷地增加新的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議。

IEEE802標(biāo)準(zhǔn)的說明IEEE局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)注點

只關(guān)注OSI的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層

首先，LAN是一種通信網(wǎng)，只涉及到有關(guān)的通信功能，至多與OSI七層模型中的下三層有關(guān)。其次，LAN基本上采用共享信道的技術(shù)，可以不設(shè)立單獨的網(wǎng)絡(luò)層。

不同局域網(wǎng)技術(shù)的區(qū)別主要在物理層和數(shù)據(jù)鏈路層；當(dāng)不同技術(shù)的LAN需要在網(wǎng)絡(luò)層實現(xiàn)互連時，可以借助其他已有的通用網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議（如IP協(xié)議）。

IEEE802標(biāo)準(zhǔn)ISO/OSI的對應(yīng)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層邏輯鏈路控制（LLC）介質(zhì)訪問控制（MAC）物理信號（PS）物理介質(zhì)連接設(shè)備（PMA）物理介質(zhì)

連接單元接口（AUI）介質(zhì)訪問單元（MAU）局域網(wǎng)模型劃分LLC與MAC子層的原因局域網(wǎng)基本上采用共享介質(zhì)環(huán)境，從而數(shù)據(jù)鏈路層必須考慮介質(zhì)訪問控制機制；OSI模型中的數(shù)據(jù)鏈路層不具備局域網(wǎng)所需的介質(zhì)訪問控制功能；介質(zhì)訪問控制機制與物理介質(zhì)、物理設(shè)備和物理拓?fù)涞壬婕坝布崿F(xiàn)的部分直接有關(guān)；分為兩個子層，可保證層服務(wù)的透明性，在形式上保持與OSI模型的一致性。使整個體系結(jié)構(gòu)的可擴展性更好，以備將來接受新的介質(zhì)與介質(zhì)訪問控制方法。局域網(wǎng)介質(zhì)訪問控制Chapter4-3介質(zhì)訪問控制CSMA/CDToken共享網(wǎng)絡(luò)環(huán)境與沖突共享網(wǎng)絡(luò)環(huán)境是指網(wǎng)絡(luò)上的所有的設(shè)備通過一條公用的信道來傳輸數(shù)據(jù)，又稱廣播網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)同一時刻這些設(shè)備中的多個節(jié)點試圖發(fā)送數(shù)據(jù)時，就會發(fā)生沖突。沖突會使其所涉及的各節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸發(fā)生失敗。通常將可能發(fā)生沖突的所有設(shè)備和與之相關(guān)的共享介質(zhì)稱為一個沖突域。局域網(wǎng)介質(zhì)訪問控制介質(zhì)訪問控制：

解決共享或廣播網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)信道的使用產(chǎn)生競爭時，如何分配信道的使用權(quán)。在局域網(wǎng)中，特從數(shù)據(jù)鏈路層中分出介質(zhì)訪問控制子層，用以完成信道分配或介質(zhì)訪問控制功能。使網(wǎng)絡(luò)有更高的工作效率、可靠性和可擴展性。

介質(zhì)訪問控制的類型集中式：

有一個單獨的集中控制器或一個具有控制整個網(wǎng)絡(luò)能力的節(jié)點來管理網(wǎng)絡(luò)的通信。分布式：

無集中控制節(jié)點，各節(jié)點均處于平等地位。節(jié)點間的通信由各節(jié)點自身控制。進(jìn)一步分為：

1)爭用型介質(zhì)訪問控制協(xié)議，又稱隨機型的介質(zhì)訪問控制協(xié)議，如CSMA/CD。2)確定型介質(zhì)訪問控制協(xié)議，又稱有序的訪問控制協(xié)議，如令牌（Token）法

。最初的以太網(wǎng)是將許多計算機都連接到一根總線上。當(dāng)初認(rèn)為這樣的連接方法既簡單又可靠，因為總線上沒有有源器件。CSMA/CDB向

D發(fā)送數(shù)據(jù)CDAE匹配電阻（用來吸收總線上傳播的信號）匹配電阻不接受不接受不接受接受B只有D接受B發(fā)送的數(shù)據(jù)CSMA/CD為“帶沖突檢測的載波偵聽多點訪問(CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection)”

的英文縮寫載波偵聽CS是指網(wǎng)絡(luò)中的各個站點都具備一種對總線上所傳輸?shù)男盘柣蜉d波進(jìn)行監(jiān)測的功能。多點訪問MA指總線上的一個站點占用總線發(fā)送信號時，所有連到同一總線上的其他站點都可以通過各自的接收器收聽，只不過目標(biāo)節(jié)點會對所接收的信號進(jìn)行進(jìn)一步的處理，而非目標(biāo)節(jié)點則忽略所收到的信號。沖突檢測CD指一種檢測或識別沖突的機制，是實現(xiàn)沖突退避的前提。站點裝配幀并準(zhǔn)備發(fā)送偵聽信道忙否？啟動發(fā)送并檢測沖突沖突否？發(fā)送完成？發(fā)送沖突加強信號沖突次數(shù)增1沖突次數(shù)>16？計算隨機延遲時間等待延遲時間后再次啟動發(fā)送發(fā)送成功發(fā)送失敗YNYNNYYN工作原理歸結(jié)：

先聽后發(fā)、邊聽邊發(fā)、沖突停止、隨機延遲后重發(fā)。若干說明如何判斷信道忙或空閑？

以差分Machester編碼為例，若信道存在電平跳變，則判斷為忙，否則判為空閑

如何檢測沖突？比較法----將偵聽信號與原始的發(fā)送信號進(jìn)行比較以判斷是否發(fā)生沖突。編碼違例判決法----分析偵聽到的信號是否符合原始的編碼規(guī)律，如差分Manchester編碼規(guī)律。

如何隨機延遲？

截斷二進(jìn)制指數(shù)增長的退后等待算法截斷二進(jìn)制指數(shù)增長的退后等待算法：設(shè)等待時間：Td=r·tr

其中tr=2τ，r是[0，2k]間均勻分布的隨機數(shù)，（整數(shù)集合）k=min(I,10）I是同一幀的沖突次數(shù)，當(dāng)I≥10時,k恒取10，截斷其增長。當(dāng)I=16時報告出錯。τ是信號在總線最遠(yuǎn)兩端間的傳播時間結(jié)論：

同一幀沖突次數(shù)越多，其獲得重新發(fā)送所需等待時間可能越長。例如：當(dāng)沖突2次后，其可能退后等待的最長時間是8τ，3次后是16τ。網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷輕時可立即發(fā)送，效率高；負(fù)荷重時也可以保持穩(wěn)定，但效率低。

注意：實際應(yīng)用中，如果信號在超標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)長度中傳輸，或連接器接觸不良，使衰減增加，將無法檢測到疊加信號，檢測不到?jīng)_突，會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的不穩(wěn)定。截斷二進(jìn)制指數(shù)增長的退后等待算法：IBM在80年代第一個提出令牌環(huán)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.5

速率：1M/4M/16M

拓?fù)洌涵h(huán)型 介質(zhì)：雙絞線、同軸、光纖編碼：曼徹斯特又稱令牌(Token)傳遞機制或許可證法；令牌是一種特殊的控制幀，用來控制各個結(jié)點介質(zhì)訪問權(quán)限。令牌在環(huán)中沿固定方向逐站傳送，只有獲得令牌的節(jié)點才能啟動幀的發(fā)送。

令牌控制法數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)：SDFCSADAFSEDCRCDATACRC1byteJK0JK000起始定界6byte目的地址6byte源地址

數(shù)據(jù)無限制4byteCRC校驗ACSDEDAC3字節(jié)的令牌信息幀：訪問控制字節(jié)1bytePPPTMRRRPPP：優(yōu)先級T：標(biāo)記位，幀/令牌M：監(jiān)控位，監(jiān)視錯幀RRR：預(yù)約幀控制字節(jié)1byte幀狀態(tài)ACxxACxxA：地址識別C：幀復(fù)制X:預(yù)留位1byte結(jié)束定界JK1JK1IEI：是否最后一幀E：幀是否有錯幀控制域FC用于將數(shù)據(jù)幀和控制幀區(qū)別開來