计算机网络(第三版)蔡皖东西安电子科技大学出版社第四章

1、计算机网络计算机网络12022-4-21第四章第四章 局域网技术局域网技术计算机网络计算机网络22022-4-214.1 引言4.2 LLC协议4.3 以太网4.5 FDDI网4.6 100VG-AnyLAN网4.7 无线局域网4.4 令牌环网4.8 交换式网络4.9 局域网互连计算机网络计算机网络32022-4-21n 局域网局域网(LAN)(LAN)的定义：的定义：在小区域范围内，使多种数据通信设备连在一起，进行数据通信和资源共享的通信网络。n LANLAN的特点：的特点：支持多种传输介质：双绞线、同轴电缆、光纤；成本低，安装、扩充及维护方便；往往为一个单位所拥有，自行建设，不对外提供服务

2、；覆盖范围小：房间、建筑物、园区范围；高传输速率：10Mbps 10Gbps；低误码率：10-8 10-10 ；计算机网络计算机网络42022-4-21n 网络拓扑结构是指网络中，各个节点之间互连的几何构型，即指各个节点之间互相连接的方式；n 网络拓扑结构决定网络性能；n 不同的网络拓扑结构，在传输介质的物理连接、介质访问控制方法上，形成了不同的特点；n 常见的网络拓扑结构包括： 总线型；环型；星型。计算机网络计算机网络52022-4-21n 结构：结构： 各工作节点（包括服务器与工作站）均连在一条总线上，传输介质通常采用同轴电缆。在需要分支的地方，电缆线上配有特制的分支插口。计算机网络计算机

3、网络62022-4-21n 结构：结构： 各节点通过环路接口连在一条闭合的环型通信线路中，传输介质可采用电缆或光缆 干线耦合器环形网计算机网络计算机网络72022-4-21n 结构：结构： 网络由各端节点以中央节点为中心相连接，各端节点与中央节点以点对点方式连接。传输介质可采用电缆或光缆。计算机网络计算机网络82022-4-214.1 引言4.2 LLC协议4.3 以太网4.5 FDDI网4.6 100VG-AnyLAN网4.7 无线局域网4.4 令牌环网4.8 交换式网络4.9 局域网互连计算机网络计算机网络92022-4-21计算机网络计算机网络102022-4-21n 物理层物理层是必须

4、的，因为物理连接以及在媒体上按位传输都需要物理层。n 由于局域网不存在路由选择问题，因此可以不要网网络层络层。n 因此，局域网的参考模型就只是相当于OSI最低的两层-数据链路层数据链路层和物理层物理层. .计算机网络计算机网络112022-4-21n 局域网的种类繁多，其媒体接入、拓扑结构及相应的控制方式，各不相同。n 为了使局域网中的数据链路层协议数据链路层协议不致于过于复杂，根据功能不同，按照功能，将局域网的数据链路层划分为两个子层： 逻辑链路控制逻辑链路控制 LLCLLC (Logical Link Control)子层子层：与介质，拓扑结构等，无关； 介质接入控制介质接入控制 MACM

5、AC (Medium Access Control)子层子层：与介质，拓扑结构等，相关。计算机网络计算机网络122022-4-21n 按照功能分层的目的目的： 将功能中与硬件相关的部分和与硬件无关的部分分开分开，降低实现的复杂度。 由于局域网本身的特点：(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不同的介质访问控制(MAC)方法： 在LLC不变的条件下，只需改变媒体访问控制MAC便可适应不同的介质和访问控制方法 。使整个体系结构的可扩展性更好，以备将来接受新的介质与介质访问控制方法。计算机网络计算机网络132022-4-21n 共享网络环境共享网络环境是指网络

6、上的所有的设备通过一条公用的信道来传输数据。n 当采用随机接入的方式，同一时刻这些设备中的多个节点试图发送数据时，就会发生冲突。n 冲突会使其所涉及的各节点的数据传输发生失败。n 通常将可能发生冲突的所有设备和与之相关的共享介质称为一个冲突域冲突域。计算机网络计算机网络142022-4-21n 介质访问控制介质访问控制： 解决共享或广播网络中，当信道的使用产生竞争时，如何分配信道的使用权。n 在局域网中，特从数据链路层中分出介质访问控制子层介质访问控制子层，用以完成信道分配或介质访问控制功能。 该子层使网络有更高的工作效率、可靠性和可扩展性。计算机网络计算机网络152022-4-21n 集中式

7、集中式： 有一个单独的集中控制器或一个具有控制整个网络能力的节点来管理网络的通信。n 分布式分布式： 无集中控制节点，各节点均处于平等地位。节点间的通信由各节点自身控制。可进一步分为： 争用型介质访问控制协议争用型介质访问控制协议，又称随机型的介质访问控制协议，如CSMA/CD。 确定型介质访问控制协议确定型介质访问控制协议，又称有序的访问控制协议，如令牌法。计算机网络计算机网络162022-4-214.1 引言4.2 LLC协议4.3 以太网4.5 FDDI网4.6 100VG-AnyLAN网4.7 无线局域网4.4 令牌环网4.8 交换式网络4.9 局域网互连计算机网络计算机网络17202

8、2-4-21n 以太网方案的提出，基于以下思路： 要寻找很简单的方法，将一些相距较近的计算机互相连接起来，使他们可以很方便和很可靠地进行较高速率的数据通信。n 最初的以太网是将许多计算机都连接到一根总线上。当初认为这样的连接方法既简单又可靠，因为总线上没有有源器件。n 总线的特点是：当一台计算机发送数据时，总线上所有计算机都能检测到这个数据，这种方式为广播通信。n 每台计算机拥有唯一的地址，以实现一对一通信。计算机网络计算机网络182022-4-21B向 D发送数据 C D A E匹配电阻（用来吸收总线上传播的信号）匹配电阻不接受不接受不接受接受B只有 D 接受B 发送的数据计算机网络计算机网

9、络192022-4-21n 总线上的每一个工作的计算机都能检测到 B 发送的数据信号。 n 由于只有计算机 D 的地址与数据帧首部写入的地址一致，因此只有 D 才接收这个数据帧。 n 其他所有的计算机（A, C 和 E）都检测到不是发送给它们的数据帧，因此就丢弃这个数据帧而不能够收下来。n 具有广播特性的总线上实现了一对一的通信。计算机网络计算机网络202022-4-21n 为了实现通信的简便，以太网采取了两种重要措施： 采用较为灵活的无连接无连接的工作方式，即不必先建立连接就可以直接发送数据。 以太网对发送的数据帧不进行编号，也不要求对方发回确认。 这样做的理由是局域网信道的质量很好，因信道

10、质量产生差错的概率是很小的。计算机网络计算机网络212022-4-21n 以太网提供的服务是不可靠的交付，即尽最大努力的交付。n 当目的站收到有差错的数据帧时就丢弃此帧，其他什么也不做。差错的纠正由高层来决定。n 如果高层发现丢失了一些数据而进行重传，但以太网并不知道这是一个重传的帧，而是当作一个新的数据帧来发送。n 所有以太网的MAC层一般都采用争用型介质访问控制协议争用型介质访问控制协议： 。计算机网络计算机网络222022-4-21n 载波监听多路访问载波监听多路访问/ /冲突检测冲突检测CSMA/CD 表示 Carrier Sense Multiple Access with Coll

11、ision Detection。又称载波监听多点接入/碰撞检测。 n CSMA/CD是一种争用型介质访问控制协议争用型介质访问控制协议，它提高了介质利用率。 n 它也是一种分布式访问控制协议分布式访问控制协议，网络中的每个节点都能独立地决定数据帧的发送和接收。计算机网络计算机网络232022-4-21n 载波监听多点接入/碰撞检测的具体含义： “多点接入多点接入”表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。 “载波监听载波监听”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。 “碰撞检测碰撞检测”是一种检测或识别冲突的机制，

12、是实现冲突退避的前提： 当几个站同时在总线上发送数据时，总线上的信号电压摆摆动值动值将会增大（互相叠加），根据门限值，实现检测。计算机网络计算机网络242022-4-21n 由于受到电磁波在总线上的有限传播速率的影响，碰撞不可避免：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 在 A 发送的信息到达 B 之前， B 的载波监听检测不到 A 所发送的信息，若B此时发送自己的帧，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。计算机网络计算机网络252022-4-211 kmABt碰撞t =

13、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 计算机网络计算机网络262022-4-21t = B 检测到信道空闲发送数据t = / 2发生碰撞ABABAB t = 0 A 检测到信道空闲发送数据ABt = B 检测到发生碰撞停止发送STOPt = 2 A 检测到发生碰撞停止发送STOPAB计算机网络计算机网络272022-4-21n 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）。n 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。 n 这种碰撞的不确定性，使整个以太网的平均通信

14、量远小于以太网的最高数据率。计算机网络计算机网络282022-4-21n 最先发送数据帧的站，在发送数据帧后，至多经过时间 （两倍的端到端传输时延）就可知道发送的数据帧是否遭受了碰撞。n 以太网的端到端往返时延 称为争用时隙(争用期)，或时间槽（碰撞窗口）。n 经过争用期这段时间还没有检测到碰撞，才能(就能)肯定这次发送不会发生碰撞。22计算机网络计算机网络292022-4-21n 发生碰撞的站在停止发送数据后，必须推迟（退避）一段时间才能再发送数据。n 可能存在一种严重情况；n 推迟的时间如果选择一个随机时间随机时间，可以使得再次重传时，发生碰撞的概率减小。n 此随机时间随机时间需要一定的确

15、定方法，该确定方法如下：计算机网络计算机网络302022-4-21 首先，确定基本退避时间基本退避时间：一般是取为争用期 。 定义参数 ，即 从整数集合 中随机地取出一个数，记为 。重传所需的时延就是 倍的基本退避时间基本退避时间。显然地，重传次数超过10次后，整数集合内的最大值被固定在1023。 当重传达 16 次仍不能成功时，即丢弃该帧，并向高层报告。2,10k k min10k 重传次数，0,1,21krr计算机网络计算机网络312022-4-21n 示例： 在第1次重传时， 在第2次重传时，n 若连续发生多次碰撞，就表明可能有较多的站参与争用信道，因此各站需要在更大更大的整数集合中随机

16、选择自己的退避时间，以减小再次碰撞的概率。n 二进制指数类型退避算法，存在不公平不公平“捕获捕获”问题。没有遇到碰撞的站点，更容易获得发送权。1;0,1;0,2krT2;0,1,2,3;0,2 ,4 ,6krT计算机网络计算机网络322022-4-21n 以太网取 51.2 为争用期的长度。n 对于 10 Mb/s 以太网，在争用期内可发送512 bit，即 64 字节。n 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。n 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。 n 因此，

17、以太网规定了最短有效帧长最短有效帧长为 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。 s计算机网络计算机网络332022-4-21n 当发送数据的站一旦发现发生了碰撞时： 立即停止发送数据； 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现在已经发生了碰撞。 计算机网络计算机网络342022-4-21数据帧干扰信号 TJABTBt B 发送数据A 检测到冲突开始冲突信信道道占占用用时时间间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。计算机网络计算机网络352022-4-21n

18、CSMA/CD的帧发送工作流程如下：的帧发送工作流程如下： 一个节点在发送数据帧之前，首先要检测首先要检测介质是否空闲，以确定介质上是否有其他节点正在发送数据。 如果介质空闲，则可以发送; 如果介质忙碌，则要继续检测，一直等到介质空闲时方可发送。 在发送数据帧的同时，还要持续检测介质是否发生冲突。一旦检测到冲突发生，便立即停止发送，并向介质上发出一串阻塞脉冲信号来加强冲突，以便让介质上其他节点都知道已发生冲突。这样，介质带宽不致因传送已损坏的帧而被白白地浪费。 计算机网络计算机网络362022-4-21 冲突发生后，应随机延迟一个时间量，再去争用介质。通常采用的延迟算法是二进制指数类型退避算法

19、。 算法是按照后进先出的次序控制的：未发生冲突或很少发生冲突的帧，具有优先发送的概率；而发生过多次冲突的帧，发送成功的概率反而小。计算机网络计算机网络372022-4-21站点装配帧并准备发站点装配帧并准备发送送侦听信道忙侦听信道忙否？否？启动发送并检测冲启动发送并检测冲突突冲突否？冲突否？发送完成发送完成？发送冲突加强信发送冲突加强信号号冲突次数增冲突次数增1冲突次数冲突次数16？计算随机延迟时间计算随机延迟时间等待延迟时间后再次启动等待延迟时间后再次启动发送发送发送成功发送成功发送失败发送失败YNYNNYYN工作原理归结：工作原理归结： 先听后发、边听先听后发、边听边发、冲突即止、随边发、

20、冲突即止、随机延迟后重发。机延迟后重发。计算机网络计算机网络382022-4-21n 非发送节点总是处于检测介质状态。n 当介质上有信号而变成活跃状态时，将启动帧接收过程，每个接收节点对接收到的帧必须进行如下的帧有效性检查： 滤除因冲突而产生的“帧碎片”，即当接收的数据帧长度小于最小帧长限制(64个字节)时，则认为是不完整的帧，而将它丢弃掉。 检查MAC帧中的目的地址字段(DA)是否与本节点地址相匹配，确定处理方式。计算机网络计算机网络392022-4-21l 如果地址匹配，则将数据帧接收。地址匹配有两种情况： 如果地址为单地址，两个地址必须完全相同； 如果地址为组地址或广播地址，则认为是地址

21、相匹配。l 如果地址不匹配，则说明不是发送给本节点的，而将它丢弃掉。 对帧进行CRC校验。如果CRC校验有错，则丢弃该帧。 对帧进行长度检验：计算机网络计算机网络402022-4-21l 接收到的帧长必须是8位的整数倍，即为整数个字节，否则丢弃掉；l 必须为有效的字节长度：有效的 MAC 帧长度为 64 1536 字节之间。如果字节长度不对，则丢弃。n 保留有效的数据帧，去除帧头和帧尾后，将数据提交给LLC层。 计算机网络计算机网络412022-4-21站点装配帧并准备发站点装配帧并准备发送送侦听信道忙侦听信道忙否？否？启动发送并检测冲启动发送并检测冲突突冲突否？冲突否？发送完成发送完成？发送

22、冲突加强信发送冲突加强信号号冲突次数增冲突次数增1冲突次数冲突次数16？计算随机延迟时间计算随机延迟时间等待延迟时间后再次启动等待延迟时间后再次启动发送发送发送成功发送成功发送失败发送失败YNYNNYYN工作原理归结：工作原理归结： 先听后发、边听先听后发、边听边发、冲突即止、随边发、冲突即止、随机延迟后重发。机延迟后重发。计算机网络计算机网络422022-4-21CRC正确?NNYYNYNYYNNY检测介质介质活跃?启动接收接收完成?帧太小?地址匹配?CRC错误接收成功有效长度?长度错误计算机网络计算机网络432022-4-21n 控制简单，易于实现n 轻载性能好n 重载性能急剧下降n 延时

23、不确定性计算机网络计算机网络442022-4-214.1 引言4.2 LLC协议4.3 以太网4.5 FDDI网4.6 100VG-AnyLAN网4.7 无线局域网4.4 令牌环网4.8 交换式网络4.9 局域网互连计算机网络计算机网络452022-4-21n 在令牌环网中，各站点通过环接口连接成一个物理环型拓扑。计算机网络计算机网络462022-4-21n 在令牌环网中，所有信号均通过环接口送上环或从环中取出。n 环路上的某个站点要发送信息，它仅需要把信息往它的下游站点发送即可。n 下游站点收到信息以后，要进行地址识别，以判断该信息是否是发送给本地主机的，如果不是，则该站点把信息继续转发给它

24、的后继站点；如果是，则该站点会将此信息复制送给本地主机.并继续转发信息。n 因此，当某一站点发送信息包以后，在环路上的每个站点都可以接收到这个信包。计算机网络计算机网络472022-4-21n Token Ring是一种适用于环形网络结构的分布式分布式、确定确定型型介质访问控制方法。n Token Ring法又称为令牌传递机制或许可证法。n Token Ring采用一种称为令牌令牌的特殊控制帧，来控制各个节点对介质的访问。 令牌实际上是预先确定的数据位队列（数据流），它供站点发送数据时使用。当没有计算机要发送数据时，令牌以高速在环上循环。计算机网络计算机网络482022-4-21n 令牌帧沿着

25、环网单向循环，依次通过各个节点。这就意味着，在令牌环网中，数据只能沿环单方向运动，因此不存在路径选择问题。n 当一个站点想发送帧时，必须截获空闲令牌，并在启动数据帧的发送前，将令牌帧中的忙忙/ /闲状态位闲状态位，置于“忙”。然后去掉令牌的尾部，加上数据，成为数据帧，发送到下一个结点。 n 由于环网中，只存在一个令牌，所以任何时候，环中只能有一个节点发送数据，而其余站点只允许接收帧。计算机网络计算机网络492022-4-21n 数据帧沿与令牌相同的方向传送，当数据帧沿途经过各站的环接口时，各站将该帧的目的地址与本站地址进行比较，若不相符，则转发该帧；若相符，则放入接收缓存，以送入本站，并修改环

26、上帧的接收状态位，然后向下一结点转发。n 修改后的帧在环上继续流动直到回到发送站，发送结点检查发送是否成功。如果发现数据帧没有被复制（传输失败），则重发该数据帧；如果传输成功，则清除该数据帧。n 若发送站数据发送完毕发送完毕，则释放令牌：构造一个新的令牌帧(令牌帧中的忙/闲状态位为“闲”)，并发送给下游节点。计算机网络计算机网络502022-4-21n 每个节点都有一个“令牌持有计时器令牌持有计时器THTTHT (Token Holding Timer)”，当发送节点数据帧后，THT开始计时。 超时或者不超时； THT反映了网络负载状况，网络负载越重，各个节点在THT内所发送的数据帧越少。 通

27、过THT可以控制各个节点占有介质的时间长度； 各个节点可以通过THT测算出需要等待多长时间才能获得令牌，以访问介质。计算机网络计算机网络512022-4-21BTData（a）A有数据要发有数据要发送，它抓住空送，它抓住空令牌令牌ACDAT帧循环一圈后帧循环一圈后A将数据帧回收将数据帧回收并放出空令牌并放出空令牌（c）DCBATDataCTDataCTDataCTDataC（b）A将令牌修改将令牌修改为数据帧，并为数据帧，并加挂数据加挂数据DCB计算机网络计算机网络522022-4-21n 介质访问方式的确定性： 各个节点访问介质的机会机会是均等的，不会发生任何冲突冲突。 等待访问介质的时间是

28、可测算的；n 介质访问方式的可调整性： 可以通过优先级调度算法优先级调度算法，来调整节点访问介质的优先级，使高优先级的节点能够连续获得令牌帧来发送数据，保证了高优先级节点所需的传输带宽。计算机网络计算机网络532022-4-21n 令牌维护比较复杂： 令牌丢失将会降低环网的利用率； 令牌重复也会破坏环网的正常运行； 因此，必须采用一定的维护机制，以保证环网中只有一个令牌绕环路运行，如果丢失了，则再插入一个令牌。n 两种介质访问控制方式的比较。 计算机网络计算机网络542022-4-21CSMA/CDToken随机随机型型确定确定型型协议简单，易于实现协议简单，易于实现协议复杂，需维护环（初始化

29、、协议复杂，需维护环（初始化、新结点的加入、结点的删除、环新结点的加入、结点的删除、环恢复等）恢复等） 实时通信效果要差，无优先级实时通信效果要差，无优先级 适合实时通信，支持优先级，支适合实时通信，支持优先级，支持非任意长度的短帧持非任意长度的短帧 适合于低负载环境，重负荷时，适合于低负载环境，重负荷时，冲突增加，传输延迟增大，吞吐冲突增加，传输延迟增大，吞吐率下降率下降 适合于重负荷环境，在重负荷时，适合于重负荷环境，在重负荷时，有良好的延迟特性和吞吐率有良好的延迟特性和吞吐率 802.3802.5计算机网络计算机网络552022-4-21n 从技术角度而论： 令牌环网令牌环网技术要比以太

30、网以太网技术先进的多，令牌传递机制的效率是以太网冲突检测机制所无法比拟的，其网络利用率高：n 现实市场情况却不尽然： 价格导致的竞争力 可扩展性计算机网络计算机网络562022-4-21n 令牌环采用一种分布式的优先级调度算法来支持节点的优先访问，为优先级较高的节点，提供足够的带宽。n 令牌环协议采用三个二进制位，来表征优先级，因此可以提供八级优先级。n 令牌环协议允许进行优先级预约，以保证高优先级的节点能够尽早提地获得令牌来发送数据。n 令牌环优先级调度算法的基本原理是： 计算机网络计算机网络572022-4-21 在令牌帧或数据帧中的P和R字段，表示当前令牌的优先级Pr和预约级Rr，它们分

31、别是用三个二进制位表示的八个优先级。 节点优先级Pm，由节点的上层协议设置，表示该节点等待发送数据帧的优先级。 当一个节点接收到一个令牌帧时当一个节点接收到一个令牌帧时，并不立即发送数据帧，而是先比较本节点优先级Pm和令牌优先级Pr： 如果PrPm，则表示本节点优先级高于当前令牌优先级，允许截获令牌来发送数据帧。计算机网络计算机网络582022-4-21 如果PrPm，则说明网上有高优先级的节点在等待令牌，该节点不能截获令牌，应当立即将令牌发送出去。这时，如果RrPm，则可以进行优先级预约，即用该节点的Pm 值设置令牌的R字段：Rr=Pm。 当一个节点接收或转发数据帧时当一个节点接收或转发数据

32、帧时，则可以进行优先级预约，如果RrPr或PmPr，则表示有高优先级的节点在等待令牌。这时，应当提高令牌的优先级，即P=MAX(Rr，Pm)，以便使令牌能够尽快地传递到与其优先级相匹配的节点。 如果在由本节点抬高的优先级上已无任何节点请求令牌，则应当降低优先级，即P=Pr -1，以便让低优先级的节点也有机会获取令牌发送数据。计算机网络计算机网络602022-4-21n 令牌环协议采用了令牌维护机制，来检测和修正令牌环中出现的各种错误，如令牌帧丢失令牌帧丢失或数据帧永远绕环循环数据帧永远绕环循环等。主要的令牌维护机制有：n 分散式的维护机制： 它通过两个计时器维护令牌： 无令牌计时器(TNT)；

33、 有效帧计时器(TVT)。计算机网络计算机网络612022-4-21n 集中式的维护机制： 指定一个节点为有源令牌监控器。 监控器通过超时值与最大的帧完全通过环路所需的时间T进行比较，来检测令牌帧是否丢失。 监控器还监测经过该节点的数据帧：监控位。计算机网络计算机网络622022-4-21CSMA/CDToken随机随机型型确定确定型型协议简单，易于实现协议简单，易于实现协议复杂，需维护环（初始化、协议复杂，需维护环（初始化、新结点的加入、结点的删除、环新结点的加入、结点的删除、环恢复等）恢复等） 实时通信效果要差，无优先级实时通信效果要差，无优先级 适合实时通信，支持优先级，支适合实时通信，

34、支持优先级，支持非任意长度的短帧持非任意长度的短帧 适合于低负载环境，重负荷时，适合于低负载环境，重负荷时，冲突增加，传输延迟增大，吞吐冲突增加，传输延迟增大，吞吐率下降率下降 适合于重负荷环境，在重负荷时，适合于重负荷环境，在重负荷时，有良好的延迟特性和吞吐率有良好的延迟特性和吞吐率 802.3802.5计算机网络计算机网络632022-4-21n 从技术角度而论： 令牌环网令牌环网技术要比以太网以太网技术先进的多，令牌传递机制的效率是以太网冲突检测机制所无法比拟的，其网络利用率高：n 现实市场情况却不尽然： 价格导致的竞争力 可扩展性计算机网络计算机网络642022-4-21n 传统的局域

35、网技术是建立在“共享介质”的基础上，典型的介质访问控制方法是：CSMS/CD、Token Ring等；n 介质访问控制方法用来保证每个结点都能够“公平”地使用公共传输介质；n 每个结点平均能分配到的带宽随着结点数的不断增加而急剧减少；n 网络通信负荷加重时，冲突和重发现象将大量发生，网络效率将会下降，网络传输延迟将会增长，网络服务质量将会下降。计算机网络计算机网络652022-4-21n 第一种方案：提高Ethernet的数据传输速率：10Mb/s100Mb/s1Gb/s ；n 第二种方案：将一个大型局域网划分成多个用网桥或路由器互连的子网，导致了局域网互连技术的发展；n 第三种方案：将“共享

36、介质方式”改为“交换方式”，导致了“交换式局域网”技术的发展。计算机网络计算机网络662022-4-214.1 引言4.2 LLC协议4.3 以太网4.5 FDDI网4.6 100VG-AnyLAN网4.7 无线局域网4.4 令牌环网4.8 交换式网络4.9 局域网互连计算机网络计算机网络672022-4-21n 局域网互连的必要性： 因为单一的局域网由于覆盖的范围有限，资源也比较有限，如要扩大通信和资源共享范围，就需要将若干个局域网连接成为更大的网络，使各个不同网络的用户能够互相通信、交换信息，共享资源。n 局域网互连的困难： 帧格式不同、传输速率不同、最大帧长不同。n 局域网互连的实现：

37、网卡，集线器，网桥，交换机，路由器，网关。计算机网络计算机网络682022-4-21计算机网络计算机网络692022-4-21在物理层在物理层扩展扩展局域网局域网 - 使用中继器、集线器使用中继器、集线器 在在电缆段电缆段之间复制之间复制比特信号，信号整形、放大、再生比特信号，信号整形、放大、再生网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层传输层传输层表示层表示层会话层会话层应用层应用层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层传输层传输层表示层表示层会话层会话层应用层应用层物理层物理层中继器、集线器中继器、集线器扩展后的局域网在网络层看来扩展后的局域网在网络层看来还是一个网络还是一个网络计

38、算机网络计算机网络702022-4-21n 用集线器扩展局域网：用多个集线器可连成更大的局域网。集线器集线器二系二系集线器集线器三系三系集线器集线器一系一系三个独立的冲突域三个独立的冲突域集线器集线器二系二系集线器集线器三系三系集线器集线器一系一系集线器集线器一个更大的局域网一个更大的局域网(一个冲突域一个冲突域)计算机网络计算机网络712022-4-21n 集线器的工作原理如下： 比如有一个具备8个端口的集线器，共连接了8台电脑。集线器处于网络的“中心”，通过集线器对信号进行转发，8台电脑之间可以互连互通。 假如计算机1要将一条信息发送给计算机8，当计算机1的网卡将信息通过双绞线送到集线器上

39、时，集线器并不会直接将信息送给计算机8，它会将信息进行“广播”将信息同时发送给8个端口，当8个端口上的计算机接收到这条广播信息时，会对信息进行检查，如果发现该信息是发给自己的，则接收，否则不予理睬。计算机网络计算机网络722022-4-21n 集线器的工作特点： 集线器是采用共享工作模式的代表，如果把集线器比作一个邮递员，那么这个邮递员是个不认识字的“傻瓜”要他去送信，他不知道直接根据信件上的地址将信件送给收信人，只会拿着信分发给所有的人，然后让接收的人根据地址信息来判断是不是自己的!计算机网络计算机网络732022-4-21信号的解码与编码信号的解码与编码 - 信号整形、放大、再生信号整形、

40、放大、再生计算机网络计算机网络742022-4-21n 用集线器扩展局域网的优点： 使原来属于不同碰撞域的局域网上的计算机能够进行跨碰撞域的通信。 扩大了局域网覆盖的地理范围。计算机网络计算机网络752022-4-21n 用集线器扩展局域网的缺点： 碰撞域增大了，但总的吞吐量并未提高。 如果不同的碰撞域使用不同的数据率，那么用集线器将它们互连起来后，都使用最低的数据率。 计算机网络计算机网络762022-4-21在数据链路层在数据链路层扩展扩展局域网局域网 - 使用网桥、交换机使用网桥、交换机 在在网段网段之间转发之间转发数据帧（根据数据帧（根据MAC层物理地址）层物理地址） 网络层网络层数据

41、链路层数据链路层物理层物理层传输层传输层表示层表示层会话层会话层应用层应用层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层传输传输层层表示层表示层会话层会话层应用层应用层物理层物理层网桥、交换机网桥、交换机数据链路层数据链路层扩展后的局域网在网络层看来扩展后的局域网在网络层看来还是一个网络还是一个网络计算机网络计算机网络772022-4-21在数据链路层扩展局域网用的设备：在数据链路层扩展局域网用的设备：网桥（网桥（Bridge）和交换机（）和交换机（Switch） 网桥网桥 交换机交换机计算机网络计算机网络782022-4-21一个冲突域一个冲突域四个冲突域四个冲突域计算机网络计算机网络792

42、022-4-21n网桥根据网桥根据 MAC 帧的目的地址对收到的帧进行转发。帧的目的地址对收到的帧进行转发。n网桥具有过滤帧的功能。当网桥收到一个帧时，先检查网桥具有过滤帧的功能。当网桥收到一个帧时，先检查此帧的目的此帧的目的 MAC 地址，然后再确定是过滤丢弃、还是地址，然后再确定是过滤丢弃、还是将该帧转发到另一个端口。将该帧转发到另一个端口。 计算机网络计算机网络802022-4-21端口端口管理软件管理软件 网桥网桥协议实体协议实体站表站表站地址站地址端口端口 A B C D E11122缓冲区缓冲区端口端口1端口端口2网桥网桥ABEDC(1) 接收帧接收帧(2) 缓存缓存(3) 查表查

43、表(4) 丢弃发往同丢弃发往同LAN 的帧；否则转发的帧；否则转发 到相应端口到相应端口仅在同一个网段中通信的帧，不会被网桥转发到另一个网段去，因而仅在同一个网段中通信的帧，不会被网桥转发到另一个网段去，因而不会加重整个网络的负担。不会加重整个网络的负担。计算机网络计算机网络812022-4-21n 网桥处理收到的数据帧和建立转发表的算法： 从端口 x 收到无差错的帧(如有差错即丢弃)，先放入缓存，然后在转发表中查找目的站 MAC 地址。 如有，则查找出到此 MAC 地址应当走的端口 d，然后进行3，否则转到5。 如到这个 MAC 地址去的端口 d = x，则丢弃此帧(因为这表示不需要经过网桥

44、进行转发)。否则从端口 d 转发此帧。 转到6。计算机网络计算机网络822022-4-21 向网桥除 x 以外的所有端口转发此帧（这样做可保证找到目的站）。 如源站不在转发表中，则将源站 MAC 地址加入到转发表，登记该帧进入网桥的端口号，设置计时器。然后转到 8。如源站在转发表中，则执行7。 更新计时器。 等待新的数据帧。转到1。计算机网络计算机网络832022-4-21n 使用网桥扩展局域网的优点： 过滤通信量： 网桥使局域网同网段网段的各工作站之间的通信量局限在本网段的范围内，而不会经过网桥流到其它的网段去。可减轻局域网的负荷。 从层次上看，转发器工作在物理层，而网桥工作在链路层的MAC

45、子层。计算机网络计算机网络842022-4-21 扩大了物理范围，也增加了整个局域网上工作站的最大数目。 提高了可靠性，当网络出现故障时，一般只影响个别网段。 由于网桥的网络端口内有缓冲存储器，端口与端口间不是直接相连，因此可互连不同物理层、不同 MAC 子层和不同速率（如 10 Mb/s 和 100 Mb/s 以太网）的局域网。 计算机网络计算机网络852022-4-21n 使用网桥扩展局域网的缺点： 存储转发增加了时延。 在MAC 子层并没有流量控制功能，重载时会丢失帧。 具有不同 MAC 子层的网段桥接在一起时时延更大：具有不同MAC子层的网段桥接在一起时，网桥在转发一个帧之前，必须修改

46、帧的某些字段的内容，适合另一个MAC子层的要求。 网桥只适合于用户数不太多(不超过几百个)和通信量不太大的局域网，否则有时还会因传播过多的广播信息而产生网络拥塞。这就是所谓的广播风暴。计算机网络计算机网络862022-4-21n 集线器在转发帧时，不对传输媒体进行检测。n 网桥在转发帧之前必须执行 CSMA/CD 算法。 若在发送过程中出现碰撞，就必须停止发送和进行退避。 在这一点上，网桥的接口很像一个网卡。但网桥却没有网卡。 n 由于网桥没有网卡，因此网桥并不改变它转发的帧的源地址。 计算机网络计算机网络872022-4-21n 1990 年问世的交换式集线器(switching hub)，

47、可明显地提高局域网的性能。n 交换式集线器常称为以太网交换机(switch)或第二层交换机。n 以太网交换机通常都有十几个端口，每个端口都直接与主机相连，并且一般都工作在全双工方式。n 交换机能同时连通许多对的端口，使每一对相互通信的主机都能像独占通信媒体那样，进行无碰撞地传输数据。 计算机网络计算机网络882022-4-21计算机网络计算机网络892022-4-21计算机网络计算机网络902022-4-21n 交换机的工作原理如下：交换机的工作原理如下： 交换机拥有一条高带宽的内部总线和内部交换矩阵。交换机的所有的端口都挂接在这条内部总线上，当控制电路收到数据包以后，处理端口会查找内存中的地

48、址对照表以确定目的MAC的硬件地址的网卡挂接在哪个端口上，通过内部交换矩阵迅速将数据包传送到目的端口。目的MAC若不存在，交换机才广播到所有的端口，接收端口回应后交换机会把它添加入内部地址表中。计算机网络计算机网络912022-4-21n 交换机是一个交换机是一个“聪明聪明”的邮递员：的邮递员： 交换机在收到某个网卡发过来的“信件”时，会根据上面的地址信息，以及自己掌握的“常住居民户口簿”快速将信件送到收信人的手中。万一收信人的地址不在“户口簿”上，交换机才会像集线器一样将信分发给所有的人，然后从中找到收信人。而找到收信人之后，交换机会立刻将这个人的信息登记到“户口簿”上，这样以后再为该客户服务时，就可以迅速将信件送达了。 计算机网络计算机网络922022-4-21n 对于普通 10 Mb/s 的共享式以太网，若共有 N 个用户，则每个用户占有的平均带宽只有总带宽(10 Mb/s)的 N 分之一。n 使用以太网交换机时，虽然在每个端口到主机的带宽还是 10 Mb/s，但由于一个用户在通信时是独占而不是和其他网络用户共享传输媒体的带宽，因此对于拥有 N 对端口的交换机的总容量为 10N Mb/s。这正是交换机的最大优点。n 以太