计算机网络原理与应用第4章

1、管理学院管理学院 信息管理系信息管理系 肖肖 洁洁计算机网络原理与应用计算机网络原理与应用第第4 4章章 计算机局域网计算机局域网学习目标学习目标 了解局域网的基本概念了解局域网的基本概念 掌握局域网的介质访问控制方法掌握局域网的介质访问控制方法 了解传统以太网技术了解传统以太网技术一、一、局域网概述局域网概述1、局域网的特性：、局域网的特性： 局域网属于某一组织机构所有。如一个工厂、学校、企事局域网属于某一组织机构所有。如一个工厂、学校、企事业单位等内部网络，因此业单位等内部网络，因此LAN的设计、安装、使用等均不的设计、安装、使用等均不受公共网络的束缚。受公共网络的束缚。 局域网覆盖范围有

2、限，通常在数百米至数公里之内。局域网覆盖范围有限，通常在数百米至数公里之内。 局域网具有较高的数据传输速率，一般在局域网具有较高的数据传输速率，一般在1-100Mbps之间。之间。目前已出现速率高达目前已出现速率高达10000Mbps的局域网。的局域网。 具有较低误码率。局域网采用短距离基带传输，可以使用具有较低误码率。局域网采用短距离基带传输，可以使用高质量的传输媒体，出现差错的机会少，可靠性高。高质量的传输媒体，出现差错的机会少，可靠性高。 局域网容易组装、组建和维护，具有较好的灵活性。局域网容易组装、组建和维护，具有较好的灵活性。2、决定局域网特性的三方面技术：、决定局域网特性的三方面技

3、术： （1）传输介质）传输介质 （2）拓扑结构）拓扑结构 一个网络的拓扑结构是指它的各个节点互联的方法。一个网络的拓扑结构是指它的各个节点互联的方法。 总线网、星状网、环状网、树状网总线网、星状网、环状网、树状网 （3）媒体访问控制技术）媒体访问控制技术 局域网的信道是广播信道，而信道可以使用不同的传局域网的信道是广播信道，而信道可以使用不同的传输媒体，因此引出多种媒体访问控制技术，如：输媒体，因此引出多种媒体访问控制技术，如： 载波侦听、多路访问载波侦听、多路访问/冲突检测技术、令牌环控制技术、冲突检测技术、令牌环控制技术、令牌总线控制技术和光纤分布式数据接口技术等令牌总线控制技术和光纤分布

4、式数据接口技术等。3、IEEE802参考模型参考模型 ：（1）物理层的主要功能）物理层的主要功能 实现比特流的传输与接收；为进行同步用的前同步码实现比特流的传输与接收；为进行同步用的前同步码的产生与删除；信号的编码与译码；规定了拓扑结构和传的产生与删除；信号的编码与译码；规定了拓扑结构和传输速率。输速率。 （2）媒体访问控制）媒体访问控制MAC子层的主要功能子层的主要功能 发送时将上层交下来的数据封装成帧进行发送，接收发送时将上层交下来的数据封装成帧进行发送，接收时对帧进行拆卸，将数据交给上层；实现和维护时对帧进行拆卸，将数据交给上层；实现和维护MAC协协议；进行比特差错检查与寻址。议；进行比

5、特差错检查与寻址。（3）逻辑链路控制）逻辑链路控制LLC子层的主要功能子层的主要功能 建立和释放数据链路层的逻辑连接；提供与上层的接建立和释放数据链路层的逻辑连接；提供与上层的接口（即服务访问点）；给口（即服务访问点）；给LLC帧加上序号；差错控制。帧加上序号；差错控制。IEEE已经公布的局域网主要的标准：已经公布的局域网主要的标准：IEEE 802.1：综述局域网的寻址机制体系结构和网际互连。：综述局域网的寻址机制体系结构和网际互连。IEEE 802.2：定义逻辑链路控制子层（：定义逻辑链路控制子层（LLC）的功能与服务。）的功能与服务。IEEE 802.3：描述：描述CSMA/CD介质访问

6、协议及采用该协议的广播介质访问协议及采用该协议的广播式局域网的物理层规范。式局域网的物理层规范。IEEE 802.4：描述：描述Token Bus介质访问协议及采用该协议的总线介质访问协议及采用该协议的总线局域网的物理层规范。局域网的物理层规范。IEEE 802.5：描述：描述Token Ring介质访问协议及采用该协议的环型介质访问协议及采用该协议的环型局域网的物理层规范。局域网的物理层规范。IEEE 802.6：关于城域网的分布式队列双总线：关于城域网的分布式队列双总线DQDB（Distributed Queue Dual Bus）的标准等。）的标准等。IEEE 802.7：描述宽带技术进

7、展。：描述宽带技术进展。IEEE 802.8：描述光纤技术进展。：描述光纤技术进展。IEEE 802.9：描述语音和数据综合局域网技术。：描述语音和数据综合局域网技术。IEEE 802.10：描述局域网的安全与解密问题。：描述局域网的安全与解密问题。IEEE 802.11：描述无线局域网技术。：描述无线局域网技术。IEEE 802.12：描述用于高速局域网的介质访问方法及相应的物：描述用于高速局域网的介质访问方法及相应的物理层规范。理层规范。二、局域网的媒体访问控制方法二、局域网的媒体访问控制方法 CSMA/CDCSMA/CD和和IEEE802.3IEEE802.3标准标准 CSMA/CD是一

8、种采用争用的方法来决定对媒体是一种采用争用的方法来决定对媒体访问权的协议，这种争用协议只适用于逻辑上属于访问权的协议，这种争用协议只适用于逻辑上属于总线拓扑结构总线拓扑结构的网络，的网络， CSMA/CD 是广播式局域网是广播式局域网中最著名的介质访问协议。中最著名的介质访问协议。 可简单概括如下：可简单概括如下： n先听后说先听后说 n边说边听边说边听n强化碰撞强化碰撞 n延迟一随机时间，重复这一过程，直到某一极限值（一延迟一随机时间，重复这一过程，直到某一极限值（一般为般为16）时，放弃这项信息的发送。）时，放弃这项信息的发送。1、载波监听多路访问、载波监听多路访问(CSMA) -先听后说

9、先听后说 （1）CSMA控制方案控制方案 一个站要发送，首先需监听总线，以确定共享一个站要发送，首先需监听总线，以确定共享 介质上是否存在其他站的发送信号。介质上是否存在其他站的发送信号。 如果介质是空闲的，则可以发送。如果介质是空闲的，则可以发送。 如果介质是忙的，则等待一定间隔后重试。如果介质是忙的，则等待一定间隔后重试。 （2）三种类型）三种类型CSMA 非坚持的非坚持的CSMAl 如果介质是空闲的，则立即发送。如果介质是空闲的，则立即发送。l 如果介质是忙的，等待一段随机时间再尝试。如果介质是忙的，等待一段随机时间再尝试。 1-坚持的坚持的CSMAl 如果介质是空闲的，则立即发送。如果

10、介质是空闲的，则立即发送。l 如果介质是忙的，则继续监听，直到介质空闲，立即发送。如果介质是忙的，则继续监听，直到介质空闲，立即发送。l 如果冲突发生，则等待一段随机时间后再侦听。如果冲突发生，则等待一段随机时间后再侦听。 P-坚持的坚持的CSMAl 如果介质是空闲的，则以如果介质是空闲的，则以P的概率发送，而以（的概率发送，而以（l - P）的概率延）的概率延 迟一个时间单位。时间单位等于最大传播延迟的两倍。迟一个时间单位。时间单位等于最大传播延迟的两倍。l 如果介质是忙的，则继续监听，直到介质空闲后以概率如果介质是忙的，则继续监听，直到介质空闲后以概率P发送。发送。2、CSMA/CD(带有

11、冲突检测的载波侦听多路访问带有冲突检测的载波侦听多路访问) 冲突检测的基本思想：冲突检测的基本思想：站点一边将信息输送到共享介质上，站点一边将信息输送到共享介质上，一边从共享介质上接收信息，然后将发送的信息和接收的一边从共享介质上接收信息，然后将发送的信息和接收的信息进行按位比较。如果两者一致，说明没有冲突；如果信息进行按位比较。如果两者一致，说明没有冲突；如果两者不一致，则说明发生了冲突。两者不一致，则说明发生了冲突。 -边说边听边说边听 一旦检出冲突后，发送站点就停止发送已开始发送的帧，一旦检出冲突后，发送站点就停止发送已开始发送的帧，不必将很长的数据帧全部发完，并向总线发送一串阻塞信不必

12、将很长的数据帧全部发完，并向总线发送一串阻塞信号，让总线上其他各站均能感知冲突已经发生。冲突检测号，让总线上其他各站均能感知冲突已经发生。冲突检测可及早地释放共享介质，提高信道利用率。可及早地释放共享介质，提高信道利用率。 -强化碰撞强化碰撞3、冲突退避算法、冲突退避算法 二进制指数算法二进制指数算法 站要求发送有载波？发送一帧信息有冲突？ 收到ACK？发出阻塞信号放弃发送，另作处理延时处理一次发送结束冲突16？有错重发NNYNNYYY侦听CSMA/CD 发送过程发送过程4、以太网、以太网(Ethernet)IEEE 802.3规定了物理媒体命名方法：规定了物理媒体命名方法： IEEE 802

13、.3 X TYPE-Y NAME 其中其中X表示数据传输速率表示数据传输速率 TYPE表示信号的传输方法表示信号的传输方法 Base指基带传输指基带传输 Broad指宽带传输指宽带传输 Y表示网段长度或传输媒体的特征表示网段长度或传输媒体的特征 5指粗同轴电缆，每一段电缆的最大长度为指粗同轴电缆，每一段电缆的最大长度为500m 2指细同轴电缆，每一段电缆的最大长度为指细同轴电缆，每一段电缆的最大长度为200m（实际上是（实际上是185m） T指双绞线指双绞线 F指光纤指光纤 NAME是局域网名称是局域网名称例如：例如：IEEE802.3 100BASE-T Ethernet表示表示100Mbp

14、s传输速率、使传输速率、使用基带传输、支持用基带传输、支持5类双绞线的以太网。类双绞线的以太网。5、以太网的四种类型、以太网的四种类型（1）10Base2网络网络 总线拓扑，基带传输，速率总线拓扑，基带传输，速率10Mbps，细同轴电缆，细同轴电缆（2）10Base5网络网络 总线拓扑，基带传输，速率总线拓扑，基带传输，速率10Mbps，粗同轴电缆，粗同轴电缆（3）10BaseT网络网络 星状拓扑，基带传输，速率星状拓扑，基带传输，速率10Mbps，双绞线，双绞线（4）100BaseX网络网络 星状拓扑，基带传输，速率星状拓扑，基带传输，速率100Mbps 100BaseTX：5类类UTP或或

15、STP（2对）对） 100BaseT4：3，4，5类类UTP（4对）对） 100BaseFX：2对光纤对光纤 三、局域网的媒体访问控制方法三、局域网的媒体访问控制方法 令牌环（令牌环（Token RingToken Ring）访问控制）访问控制 和和IEEE802.5IEEE802.5标准标准 1、令牌环网结构、令牌环网结构 令牌环是由环接口（干线耦合器、转发器）及令牌环是由环接口（干线耦合器、转发器）及一段点到点链路连接而成的环，工作站连接到环接一段点到点链路连接而成的环，工作站连接到环接口上。介质是共享的但非广播的。环网的结构示意口上。介质是共享的但非广播的。环网的结构示意图如下图所示。图

16、如下图所示。 2、令牌环网的基本原理、令牌环网的基本原理 当令牌环进行初始化后，如果各站都没有帧要发送，当令牌环进行初始化后，如果各站都没有帧要发送，此时只有空令牌在环上流动。此时只有空令牌在环上流动。 如果一个站要发送帧，必须等待空令牌的到来，获如果一个站要发送帧，必须等待空令牌的到来，获得空令牌后，将空令牌改为忙令牌，并且紧跟着忙令牌得空令牌后，将空令牌改为忙令牌，并且紧跟着忙令牌之后，将数据帧发送到环上。之后，将数据帧发送到环上。 当发送的帧经过某站的转发器时，转发器将帧内的当发送的帧经过某站的转发器时，转发器将帧内的目的地址与本站的地址相比较，如果相符，则复制该帧目的地址与本站的地址相

17、比较，如果相符，则复制该帧并送入本站，同时将帧转发至下一个站；如果不符，仅并送入本站，同时将帧转发至下一个站；如果不符，仅转发帧至下一站。转发帧至下一站。 当帧沿环路返回到发送站时，发送站将其撤销，同当帧沿环路返回到发送站时，发送站将其撤销，同时将忙令牌改为空令牌，继续发送到环上。时将忙令牌改为空令牌，继续发送到环上。3、令牌环网的硬件组成、令牌环网的硬件组成 （1）令牌环网卡）令牌环网卡 （2）连接电缆）连接电缆 （3）连接器（干线耦合器、转发器）连接器（干线耦合器、转发器） （4）令牌环网集线器）令牌环网集线器 四、局域网的媒体访问控制方法四、局域网的媒体访问控制方法 令牌总线访问控制和令

18、牌总线访问控制和IEEE802.4IEEE802.4标标准准 1、令牌总线结构图、令牌总线结构图2、令牌总线的基本原理、令牌总线的基本原理 用令牌控制对介质的访问，持令牌的站暂时用令牌控制对介质的访问，持令牌的站暂时控制了介质，并可以发送数据；令牌按一定的规控制了介质，并可以发送数据；令牌按一定的规则在网上的各站之间循环地传递，从而形成了一则在网上的各站之间循环地传递，从而形成了一个逻辑环。个逻辑环。3、令牌总线的特点、令牌总线的特点 （1）不可能产生冲突。）不可能产生冲突。 （2）令牌按逻辑顺序传递。）令牌按逻辑顺序传递。 （3）站点有公平的访问权。）站点有公平的访问权。五、光纤分布式数据接

19、口五、光纤分布式数据接口FDDIFDDI主要技术特点主要技术特点 使用使用 802.5的单令牌环网介质访问控制协议；的单令牌环网介质访问控制协议； 使用使用 802.2协议，与符合协议，与符合 802标准局域网兼容；标准局域网兼容； 数据传输速率为数据传输速率为100Mb/s，连网的结点数最大为，连网的结点数最大为1000，环路长度为，环路长度为100km ； 可以使用双环结构，具有容错能力；可以使用双环结构，具有容错能力； 可以使用多模或单模光纤或双绞线作为传输媒体；可以使用多模或单模光纤或双绞线作为传输媒体； 具有动态分配带宽的能力，能支持同步和异步数据具有动态分配带宽的能力，能支持同步和

20、异步数据传输。传输。 FDDI主干环网FDDI主干环网服务器Token Ring路由器以太网路由器FDDI作为主干网互连多个局域网的结构作为主干网互连多个局域网的结构 采用双环结构采用双环结构 具有自动重构的功能具有自动重构的功能六、无线局域网六、无线局域网无线局域网的应用无线局域网的应用 作为传统局域网的扩充作为传统局域网的扩充 建筑物之间的互连建筑物之间的互连 漫游访问漫游访问 特殊网络特殊网络 典型的无线局域网结构典型的无线局域网结构 移动结点高速主干局域网高速主干局域网单元移动结点发射/ 接收无线发射与接收的天线本本 章章 小小 结结局域网的基本概念局域网的基本概念 决定局域网特性的三方面技术：传输介质、拓扑结构、介质访决定局域网特性的三方面技术：传输介质、拓扑结构、介质访问控制方法问控制方法。 IEEE802参考模型参考模型包括了包括了OSI/RM最低两层（物理层和链路层）最低两层（物理层和链路层）的功能，也包括网间互连的高层功能和管理功能。的功能，也包括网间互连的高层功能和管理功能。 IEEE已经指定的局域网主要的标准：已经指定的局域网主要的标准：IEEE 802.1-IEEE 802.12 。 LLC子层要完成建立和释放数据链路层的逻辑连接；提供与上子层要完成建立和释放