计算机网络原理与应用第4章

管理学院信息管理系肖洁计算机网络原理与应用第4章计算机局域网学习目标

了解局域网的基本概念掌握局域网的介质访问控制方法了解传统以太网技术一、局域网概述1、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、企事业单位等内部网络，因此LAN的设计、安装、使用等均不受公共网络的束缚。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1-100Mbps之间。目前已出现速率高达10000Mbps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。2、决定局域网特性的三方面技术：（1）传输介质（2）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。

总线网、星状网、环状网、树状网（3）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/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。3、IEEE802参考模型：（1）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。（2）媒体访问控制MAC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，接收时对帧进行拆卸，将数据交给上层；实现和维护MAC协议；进行比特差错检查与寻址。（3）逻辑链路控制LLC子层的主要功能建立和释放数据链路层的逻辑连接；提供与上层的接口（即服务访问点）；给LLC帧加上序号；差错控制。IEEE已经公布的局域网主要的标准：IEEE802.1：综述局域网的寻址机制体系结构和网际互连。IEEE802.2：定义逻辑链路控制子层（LLC）的功能与服务。IEEE802.3：描述CSMA/CD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。IEEE802.4：描述TokenBus介质访问协议及采用该协议的总线局域网的物理层规范。IEEE802.5：描述TokenRing介质访问协议及采用该协议的环型局域网的物理层规范。IEEE802.6：关于城域网的分布式队列双总线DQDB（DistributedQueueDualBus）的标准等。IEEE802.7：描述宽带技术进展。IEEE802.8：描述光纤技术进展。IEEE802.9：描述语音和数据综合局域网技术。IEEE802.10：描述局域网的安全与解密问题。IEEE802.11：描述无线局域网技术。IEEE802.12：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。二、局域网的媒体访问控制方法

—CSMA/CD和IEEE802.3标准

CSMA/CD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总线拓扑结构的网络，CSMA/CD是广播式局域网中最著名的介质访问协议。可简单概括如下：先听后说边说边听强化碰撞延迟一随机时间，重复这一过程，直到某一极限值（一般为16）时，放弃这项信息的发送。1、载波监听多路访问(CSMA)------先听后说

（1）CSMA控制方案①一个站要发送，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。②如果介质是空闲的，则可以发送。③如果介质是忙的，则等待一定间隔后重试。

（2）三种类型CSMA

①非坚持的CSMA如果介质是空闲的，则立即发送。如果介质是忙的，等待一段随机时间再尝试。

②1-坚持的CSMA如果介质是空闲的，则立即发送。如果介质是忙的，则继续监听，直到介质空闲，立即发送。如果冲突发生，则等待一段随机时间后再侦听。

③P-坚持的CSMA

如果介质是空闲的，则以P的概率发送，而以（l-P）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。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。2、CSMA/CD(带有冲突检测的载波侦听多路访问)

冲突检测的基本思想：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。------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，不必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。冲突检测可及早地释放共享介质，提高信道利用率。------强化碰撞3、冲突退避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4、以太网(Ethernet)IEEE802.3规定了物理媒体命名方法：

IEEE802.3X

TYPE-YNAME其中X表示数据传输速率TYPE表示信号的传输方法Base指基带传输Broad指宽带传输Y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500m2指细同轴电缆，每一段电缆的最大长度为200m（实际上是185m）T指双绞线F指光纤NAME是局域网名称例如：IEEE802.3100BASE-TEthernet表示100Mbps传输速率、使用基带传输、支持5类双绞线的以太网。5、以太网的四种类型（1）10Base2网络总线拓扑，基带传输，速率10Mbps，细同轴电缆（2）10Base5网络总线拓扑，基带传输，速率10Mbps，粗同轴电缆（3）10BaseT网络星状拓扑，基带传输，速率10Mbps，双绞线（4）100BaseX网络星状拓扑，基带传输，速率100Mbps100BaseTX：5类UTP或STP（2对）100BaseT4：3，4，5类UTP（4对）100BaseFX：2对光纤

三、局域网的媒体访问控制方法

—令牌环（TokenRing）访问控制

和IEEE802.5标准

1、令牌环网结构令牌环是由环接口（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。2、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，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。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。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。3、令牌环网的硬件组成（1）令牌环网卡（2）连接电缆（3）连接器（干线耦合器、转发器）（4）令牌环网集线器四、局域网的媒体访问控制方法

—令牌总线访问控制和IEEE802.4标准

1、令牌总线结构图2、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，从而形成了一个逻辑环。3、令牌总线的特点

（1）不可能产生冲突。（2）令牌按逻辑顺序传递。（3）站点有公平的访问权。五、光纤分布式数据接口FDDIFDDI主要技术特点

使用802.5的单令牌环网介质访问控制协议；使用802.2协议，与符合802标准局域网兼容；数据传输速率为100Mb/s，连网的结点数最大为1000，环路长度为100km；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；具有动态分配带宽的能力，能支持同步和异步数据传输。FDDI作为主干网互连多个局域网的结构采用双环结构具有自动重构的功能六、无线局域网无线局域网的应用

作为传统局域网的扩充建筑物之间的互连漫游访问特殊网络

典型的无线局域网结构

本章小结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、介质访问控制方法。IEEE802参考模型包括了OSI/RM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。IEEE已经指定的局域网主要的标准：IEEE802.1----IEEE802.12

。LLC子层要完成建立和释放数据链路层的逻辑连接；提供与上层的接口（即服务访问点）；给LLC帧加上序号；差错控制等功能。MAC子层要完成MAC帧的封装、解封和介质访问控制两个主要功能。局域网的媒体访问控制方法CSMA(CarriesSenseMultipleAccess)称为载波监听多路访问，其工作原理是：即每个站在发送帧之前首先监听信道上是否有其他站点