计算机通信与实验4课件

1、计算机通信与实验4课件计算机通信与实验4课件24.1局域网概述局域网（Local Area Network, LAN）在某一建筑里或限定区域内的一种用于连接终端、打印机和计算机的数据通信网络。局域网的特点：覆盖范围小通常由某个组织单独拥有内部数据传输速率非常高 牛牛文库文档分享44.1局域网概述局域网（Local Area Netw34.1局域网概述以太网（Ethernet）虚拟局域网（VLAN）无线局域网（WLAN）令牌环网（Token Ring）光纤分布式数据接口（FDDI） 牛牛文库文档分享54.1局域网概述以太网（Ethernet）www.ni44.2局域网的拓扑结构和参考模型局域网拓

2、扑结构局域网中的各组成部分的连接方式。常见类型：总线形、星形、环形和树形。 牛牛文库文档分享64.2局域网的拓扑结构和参考模型局域网拓扑结构www.ni54.2局域网的拓扑结构和参考模型总线形总线形拓扑结构的简化表示 总线形拓扑结构 牛牛文库文档分享74.2局域网的拓扑结构和参考模型总线形总线形拓扑结构的简化64.2局域网的拓扑结构和参考模型星形星形拓扑结构的简化表示 星形拓扑结构 牛牛文库文档分享84.2局域网的拓扑结构和参考模型星形星形拓扑结构的简化表示74.2局域网的拓扑结构和参考模型环形环形拓扑结构的简化表示 环形拓扑结构 牛牛文库文档分享94.2局域网的拓扑结构和参考模型环形环形拓扑

3、结构的简化表示84.2局域网的拓扑结构和参考模型IEEE 802体系结构IEEE 802参考模型和OSI参考模型 牛牛文库文档分享104.2局域网的拓扑结构和参考模型IEEE 802体系结构94.2局域网的拓扑结构和参考模型IEEE 802体系结构介质访问控制（Media Access Control, MAC）处理与特定类型的局域网相关的问题。逻辑链路控制（Logical Link Control, LLC）定义了一些字段，使多个上层协议能共享数据链路层；实现了对数据链路通信的管理、链接寻址、定义服务访问点（Service Access Point, SAP）和排序等功能； 牛牛文库文档分享

4、114.2局域网的拓扑结构和参考模型IEEE 802体系结构104.2局域网的拓扑结构和参考模型IEEE 802体系结构LLC定义了三种数据通信操作类型：类型1：是简单的无连接协议，该方式不保证发送的信息一定可以收到，即数据帧被数据链路层以一种尽力而为（best effort）的方式传递。类型2：提供面向连接的服务，支持可靠数据传输。用于不需要调用网络层和传输层协议的局域网环境。类型3：提供无连接应答响应服务。 牛牛文库文档分享124.2局域网的拓扑结构和参考模型IEEE 802体系结构114.2局域网的拓扑结构和参考模型与IEEE 802有关的其它网络协议包括： IEEE 802.1概述、体

5、系结构和网络互连，以及网络管理和性能测量。IEEE 802.2逻辑链路控制LLC。最高层协议与任何一种局域网MAC子层的接口。IEEE 802.3CSMA/CD网络，定义CSMA/CD总线网的MAC子层和物理层的规范。IEEE 802.4令牌总线网。定义令牌传递总线网的MAC子层和物理层的规范。IEEE 802.5令牌环形网。定义令牌传递环形网的MAC子层和物理层的规范。IEEE 802.6城域网。 牛牛文库文档分享134.2局域网的拓扑结构和参考模型与IEEE 802有关的124.2局域网的拓扑结构和参考模型与IEEE 802有关的其它网络协议包括： IEEE 802.7宽带技术。IEEE

6、802.8光纤技术。IEEE 802.9综合话音数据局域网。IEEE 802.10可互操作的局域网的安全。IEEE 802.11无线局域网。IEEE 802.12优先高速局域网(100Mb/s)。IEEE 802.13有线电视(Cable-TV) 。 牛牛文库文档分享144.2局域网的拓扑结构和参考模型与IEEE 802有关的134.3介质访问控制方法介质访问控制方法为了避免在广播链路中传输数据引起的冲突，需要一个多路访问协议来协调对链路的访问。 牛牛文库文档分享154.3介质访问控制方法介质访问控制方法www.niuw144.3介质访问控制方法主要的多路访问协议多路访问协议 牛牛文库文档分享

7、164.3介质访问控制方法主要的多路访问协议多路访问协议w154.3介质访问控制方法受控访问控制方法预约预约访问控制方法 牛牛文库文档分享174.3介质访问控制方法受控访问控制方法预约访问控制方法164.3介质访问控制方法受控访问控制方法轮询选择轮询 牛牛文库文档分享184.3介质访问控制方法受控访问控制方法选择轮询www.174.3介质访问控制方法受控访问控制方法令牌传递令牌传递网络 牛牛文库文档分享194.3介质访问控制方法受控访问控制方法令牌传递网络ww184.3介质访问控制方法随机访问控制方法需要解决的问题：站点何时访问介质？如果介质忙，站点如何处理？如果有访问冲突，如何处理？ 牛牛文

8、库文档分享204.3介质访问控制方法随机访问控制方法www.niuw194.3介质访问控制方法ALOHA系统允许站点在任何时刻进行广播。如果两个信号发生冲突，那么各站点只需等待一段随机时间后重新尝试发送过程。 牛牛文库文档分享214.3介质访问控制方法ALOHA系统www.niuwk204.3介质访问控制方法ALOHA系统ALOHA网络 牛牛文库文档分享224.3介质访问控制方法ALOHA系统ALOHA网络ww214.3介质访问控制方法ALOHA系统纯ALOHA系统的工作原理 牛牛文库文档分享234.3介质访问控制方法ALOHA系统纯ALOHA系统的224.3介质访问控制方法ALOHA系统时隙

9、ALOHA系统的工作原理 牛牛文库文档分享244.3介质访问控制方法ALOHA系统时隙ALOHA系统234.3介质访问控制方法ALOHA系统纯ALOHA和时隙ALOHA的吞吐率 牛牛文库文档分享254.3介质访问控制方法ALOHA系统纯ALOHA和时隙244.4以太网技术以太网最早来源于Xerox公司的PARC（Palo Alto Research Center）研究中心于1973年建造的第1个2.94Mbps的CSMA/CD系统，该系统可以在14米的电缆上连接100多个工作站。Xerox、DEC和Intel公司于1980年联合起草了以太网标准，并于1982年发表了第2版本的以太网标准。 牛牛

10、文库文档分享264.4以太网技术以太网 牛牛254.4以太网技术以太网的一般特征：共享介质：所有网络设备依次使用同一通信介质。广播传输：需要传输的帧被发送到所有节点，但只有目标节点才会接收帧。CSMA/CD：解决多个站点的信道争用问题。MAC地址：所有以太网络接口卡都采用48位全球唯一的网络地址。 牛牛文库文档分享274.4以太网技术以太网的一般特征：www.niuwk.264.4以太网技术CSMA站点在发送数据前进行载波监听，然后再采取相应动作的协议，被称之为载波监听多路访问（Carrier Sense Multiple Access, CSMA）协议。 牛牛文库文档分享284.4以太网技术

11、CSMA 牛274.4以太网技术CSMA协议的类型1-坚持CSMA（1-persistent CSMA）站点要发送数据时，它首先监听信道，看是否有其他站点正在发送数据。如果信道空闲，则该站点立即发送数据；如果信道忙，该站点继续监听信道直到信道变为空闲，然后发送数据；若产生冲突，等待一段随机时间，然后重新开始发送过程。 牛牛文库文档分享294.4以太网技术CSMA协议的类型www.niuwk.284.4以太网技术CSMA协议的类型非坚持CSMA（non-persistent CSMA）站点在发送数据之前要监听信道。如果信道空闲，立即发送数据；如果信道忙，站点不再继续监听信道，而是等待一个随机长的

12、时间后，再重复上述过程。若产生冲突，则等待一随机时间，然后重新开始发送过程。 牛牛文库文档分享304.4以太网技术CSMA协议的类型www.niuwk.294.4以太网技术CSMA协议的类型p - 坚持CSMA（p - persistent CSMA）站点在发送数据之前，首先监听信道。如果信道空闲，便以概率p发送数据（即以概率1-p把数据发送推迟到下一个时隙）；如果下一个时隙信道仍然空闲，便再次以概率p发送数据。此过程一直重复，直到将数据发送出去或是其他站点开始发送数据。如果该站点一开始监听信道时就发现信道忙，那么它就等到下一个时隙继续监听信道，然后重复上述过程。若产生冲突，则等待一随机时间，

13、然后重新开始发送。 牛牛文库文档分享314.4以太网技术CSMA协议的类型www.niuwk.304.4以太网技术各种随机访问协议的信道利用率与负载之间的比较 牛牛文库文档分享324.4以太网技术各种随机访问协议的信道利用率与负载之间314.4以太网技术二进制指数退避算法将冲突发生后的时间划分为长度为2的时隙发生第一次冲突后，各个站点等待0或1个时隙再开始重传；发生第二次冲突后，各个站点随机地选择等待0，1，2或3个时隙再开始重传；第i次冲突后，在0至2i1间随机地选择一个等待的时隙数，再开始重传；10次冲突后，选择等待的时隙数固定在0至2101间；16次冲突后，发送失败，报告上层。 牛牛文库

14、文档分享334.4以太网技术二进制指数退避算法www.niuwk.324.4以太网技术冲突检测时间 牛牛文库文档分享344.4以太网技术冲突检测时间334.4以太网技术成帧技术将原始的比特流分解到离散的帧中。四种成帧方法：字符计数法；使用字符填充的首尾定界符法；使用比特填充的首尾标志法；物理层违例编码法。 牛牛文库文档分享354.4以太网技术成帧技术 牛344.4以太网技术字符计数法 牛牛文库文档分享364.4以太网技术字符计数法 354.4以太网技术使用字符填充的首尾定界符法用一些特定的标志字符来界定一帧的起始与终止。所用的特定字符过份依赖于所采用的字符编码集，兼容性比较差。 牛牛文库文档分

15、享374.4以太网技术使用字符填充的首尾定界符法www.ni364.4以太网技术使用比特填充的首尾标志法以一组特定的比特模式（如01111110）来标志一帧的起始与终止。 牛牛文库文档分享384.4以太网技术使用比特填充的首尾标志法www.niu374.4以太网技术物理层违例编码法借用违例编码序列来界定帧的起始与终止。局域网IEEE 802标准中就采用了这种方法。违法编码法不需要任何填充技术，便能实现数据的透明性，但它只适用于采用冗余编码的特殊编码环境。 牛牛文库文档分享394.4以太网技术物理层违例编码法www.niuwk.c384.4以太网技术物理地址大多数局域网技术使用一种编址方案来提供

16、直接通信。局域网上的每个站点都分配了一个唯一的数值，叫做物理地址（physical address）或MAC地址（media access address, MAC address）或硬件地址（hardware address）例：一个以太网物理地址00-50-8D-EF-26-3D 牛牛文库文档分享404.4以太网技术物理地址 牛394.4以太网技术帧头部和帧格式帧的一般格式MAC帧格式 牛牛文库文档分享414.4以太网技术帧头部和帧格式帧的一般格式MAC帧格式404.4以太网技术差错检测机制循环冗余码校验（Cyclic Redundancy Check, CRC）通过多项式除法检测错误。将

17、每个比特串看作一个多项式：解释成多项式bn-1bn-2bn-3.b2b1b0bn-1xn-1+bn-2xn-2+bn-3xn-3+.+b2x2+b1x1+b0 x0 牛牛文库文档分享424.4以太网技术差错检测机制bn-1bn-2bn-3.414.4以太网技术差错检测机制循环冗余码校验 牛牛文库文档分享434.4以太网技术差错检测机制424.4以太网技术常用CRC标准多项式名 字多 项 式应 用CRC-8CRC-10ITU-16ITU-32x8+x2+x+1x10+x9+x5+x4+x2+1x16+x12+x5+1x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10+x8+x7+x5

18、+x4+x2+x+1ATM头部ATM AALHDLCLAN 牛牛文库文档分享444.4以太网技术常用CRC标准多项式名 字多 项 434.5高速局域网技术快速以太网（100Mbps）100Base-T100Base-TX100Base-T4100Base-T2100Base-FX100Base-VG 牛牛文库文档分享454.5高速局域网技术快速以太网（100Mbps）www444.5高速局域网技术千兆以太网1000Base-T1000Base-SX1000Base-LX1000Base-LH1000Base-CX 牛牛文库文档分享464.5高速局域网技术千兆以太网www.niuwk.co454

19、.5高速局域网技术万兆以太网10GBase-CX410GBase-SR10GBase-LX410GBase-LR和10GBase-ER10GBase-SW、10GBase-LW和10GBase-EW10GBase-T 牛牛文库文档分享474.5高速局域网技术万兆以太网www.niuwk.co464.6无线局域网技术载波监听多路访问/冲突防止(CSMA/CA)Carrier Sense Multiple Access With Collision Avoidance原理并不依赖于所有计算机都能接收到传输，而是在传输一个包之前先由接收者发送很短的控制消息。使用CSMA/CA技术的无线局域网 牛牛文

20、库文档分享484.6无线局域网技术载波监听多路访问/冲突防止(CSM474.6无线局域网技术无线局域网标准IEEE 802.11第一个无线局域网标准传输速率最高只能达到2MbpsIEEE 802.11a传输速率654MbpsIEEE 802.11b传输速率：11Mbps/5.5Mbps/2Mbps/1MbpsIEEE 802.11g拥有802.11a的传输速率，安全性比802.11b好。 牛牛文库文档分享494.6无线局域网技术无线局域网标准www.niuwk.484.7局域网布线系统网络接口硬件网络接口卡（Network Interface Card, NIC）ISA（工业标准结构）EISA

21、（扩展的工业标准结构）PCI（外围部件互连） 牛牛文库文档分享504.7局域网布线系统网络接口硬件www.niuwk.c494.7局域网布线系统线缆系统常见以太网线缆系统线缆类型线缆类型最大段长度（米）传输速率（Mbps）10Base-550粗同轴电缆5001010Base-250细同轴电缆2001010Base-T非屏蔽双绞线10010100Base-TX非屏蔽双绞线100100100Base-T4非屏蔽双绞线100100100Base-FX多模光纤2000100 牛牛文库文档分享514.7局域网布线系统线缆系统常见以太网线缆系统线缆类型504.8局域网扩展中继器（Repeater）完成物理

22、线路的连接，对衰减的信号进行再生和放大，保持与原数据相同。中继器连接两个以太网 牛牛文库文档分享524.8局域网扩展中继器（Repeater）中继器连接两514.8局域网扩展中继器（Repeater）中继器集线器（HUB） 牛牛文库文档分享534.8局域网扩展中继器（Repeater）中继器集线器524.8局域网扩展网桥（Bridge）可以用于扩展网络的距离、在不同介质之间转发数据信号以及隔离不同网段之间的通信；网桥是为各种局域网之间存储转发数据而设计的；网桥能处理一个完整的帧；使用网桥连接的两个网段 牛牛文库文档分享544.8局域网扩展网桥（Bridge）使用网桥连接的两个534.8局域网扩

23、展透明网桥网桥自动了解每个端口所接网段的物理地址（MAC地址），形成一个地址映射表，网桥每次转发帧时，先查地址映射表，如查到，则向相应端口转发，如查不到，则向除接收端口之外的所有端口转发或扩散。 牛牛文库文档分享554.8局域网扩展透明网桥 牛544.8局域网扩展透明网桥4个局域网和2个网桥的网络配置 牛牛文库文档分享564.8局域网扩展透明网桥4个局域网和2个网桥的网络配置554.8局域网扩展透明网桥逆向学习算法（backward learning）用于得到地址映射表。原理：当网桥刚接入时，其地址映射表是空的，此时，网桥采用扩散技术将接收的帧转发到桥的所有端口上（接收端口除外）。透明网桥通过

24、查看转发帧的源地址就可以知道通过哪个LAN可以访问某个站点。 牛牛文库文档分享574.8局域网扩展透明网桥 牛564.8局域网扩展透明网桥的回路问题解决方法让桥相互通信，并用一棵覆盖到每个LAN的生成树（spanning tree）覆盖实际的拓扑结构。两个并行的透明网桥 牛牛文库文档分享584.8局域网扩展透明网桥的回路问题两个并行的透明网桥 574.8局域网扩展源路由网桥是由IBM公司针对其802.5令牌环网提出的一种网桥技术。基本思想数据包头含路由信息，而该路由信息在源端就已经插入。源端为获取到目地端的路由，必须通过发送一个特殊的包来发现。 牛牛文库文档分享594.8局域网扩展源路由网桥

25、584.8局域网扩展交换机（Switch）是交换速度更快、端口集成度更高、地址缓存更多的多端口网桥，同时提供供全双工通信、流量控制和网络管理等功能。有一个高速背板，此背板通常被划分成多个以太网段，每个网段由一个模块支持并构成一个冲突域。 牛牛文库文档分享604.8局域网扩展交换机（Switch）www.niuw594.8局域网扩展交换机（Switch）交换技术端口交换帧交换信元交换主要的指标端口数量和类型、总交换能力、包交换速度、广域网连接、热切换和容错能力以及是否支持网络管理等。 牛牛文库文档分享614.8局域网扩展交换机（Switch）www.niuw604.8局域网扩展交换机（Switch）直通交换 (cut-through switching）直通交换是指交换机只取出数据帧的前14个字节，然后根据帧的目的地址将帧转发到相应的端口上。 存储转发交换（store-and-forward switching）交换机将帧全部取出并缓存起来，然后根据帧的目的地址将其转发到相应的端口上。 牛牛文库文档分享624