局部计算机网络.ppt

1、局部计算机网络（续）,陈庆章 2012.03.21,上节课复习,局域网的特点及关键技术 局域网的体系结构 共享信道的介质访问控制方法 以太网（Ethernet）,局域网（LAN）特点,覆盖范围小：房间、建筑物、园区范围、距离25km 高传输速率：10Mb/s1000Mb/s 低误码率：10-810-11 拓扑：总线、星形、环形 介质：UTP、Fiber、COAX 私有性：自建、自管、自用,拓扑结构（逻辑、物理）：总线型、星形、环形、树形 介质访问方法：CSMA/CD、Token-Ring 信号传输形式：基带、宽带 以上三种技术决定了局域网的特征,局域网关键技术,LAN典型拓扑结构,总线型: 所

2、有结点都直接连接到共享信道 星型 : 所有结点都连接到中央结点 环型 : 节点通过点到点链路与相邻节点连接,Bus,Star,Ring,A,B,C,A,D,C,B,A,B,C,A,T,局域网体系结构,局域网的标准：IEEE802，它是一个系列标准 其体系结构只包含了两个层次：数据链路层和物理层 数据链路层又分为逻辑链路控制和介质访问控制两个子层,IEEE802系列主要标准,IEEE802.1A-局域网体系结构 IEEE802.1B-寻址、网络互连与网络管理 IEEE802.2-逻辑链路控制(LLC) IEEE802.3-CSMA/CD访问控制方法与物理层规范 IEEE802.3i-10Base

3、-T访问控制方法与物理层规范 IEEE802.3u-100Base-T访问控制方法与物理层规范 IEEE802.3ab-1000Base-T访问控制方法与物理层规范 IEEE802.3z-1000Base-SX和1000Base-LX访问控制方法与物理层规范 IEEE802.4-Token-Bus访问控制方法与物理层规范 IEEE802.5-Token-Ring访问控制方法,IEEE802系列主要标准（续）,IEEE802.6-城域网访问控制方法与物理层规范 IEEE802.7-宽带局域网访问控制方法与物理层规范 IEEE802.8-FDDI访问控制方法与物理层规范 IEEE802.9-综合数

4、据话音网络 IEEE802.10-网络安全与保密 IEEE802.11-无线局域网访问控制方法与物理层规范 IEEE802.12-100VG-AnyLAN访问控制方法与物理层规范 请课后查询，看看IEEE802.11标准有哪些？,网卡功能,网络接口板又称为通信适配器(adapter)或网络接口卡 NIC (Network Interface Card)，或“网卡”。 网卡的重要功能： 进行串行/并行转换。对数据进行缓存。数据校验。 地址识别。组帧和拆帧。访问控制等。 其中程序按照MAC协议规范进行数据帧的封装与拆封。,网卡的作用,CPU,高 速 缓 存,存储器,I/O 总线,计算机,至局域网,

5、网络接口卡 （网卡）,串行通信,并行通信,介质访问控制方法,局域网使用广播信道（多点访问，随机访问），多个站点共享同一信道。问题： 各站点如何访问共享信道？ 如何解决同时访问造成的冲突（信道争用）？ 解决以上问题的方法称为介质访问控制方法。 动态分配介质（随机接入、受控接入） CSMA/CD、Token-Passing CSMA/CD采用较为灵活的无连接的工作方式，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，因信道质量产生差错的概率是很小的。,介质访问控制方法,以CSMA/CD为例,B向 D 发送数据,C,D,

6、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,CSMA/CD（IEEE802.3）概念,CSMA/CD：载波监听多点接入/碰撞检测 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：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，以免发生碰撞。 总线上并没有什么“载波”。因此， “载波监听”就是用电子技术检测总线上有没有其他计算机发送的数据信号。,CSMA/CD的碰撞检测,“碰撞检测”就是计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小。 当几个站同时在

7、总线上发送数据时，总线上的信号电压摆动值将会增大（互相叠加）。 当一个站检测到的信号电压摆动值超过一定的门限值时，就认为总线上至少有两个站同时在发送数据，表明产生了碰撞。 所谓“碰撞”就是发生了冲突。因此“碰撞检测”也称为“冲突检测”。 在发生碰撞时，总线上传输的信号产生了严重的失真，无法从中恢复出有用的信息来。 每一个正在发送数据的站，一旦发现总线上出现了碰撞，就要立即停止发送，免得继续浪费网络资源，然后等待一段随机时间后再次发送。,CSMA/CD工作原理,发送前先监听信道是否空闲，若空闲则立即发送； 如果信道忙，则继续监听，一旦空闲就立即发送； 在发送过程中，仍需继续监听。若监听到冲突，则

8、立即停止发送数据，然后发送一串干扰信号（Jam）； 发送Jam信号的目的是强化冲突，以便使所有的站点都能检测到发生了冲突。 等待一段随机时间（称为退避）以后，再重新尝试。 归结为四句话：发前先听，空闲即发送，边发边听，冲突时退避。,CSMA/CD操作的流程图,接收流程是怎样？,CSMA/CD / Ethernet 帧格式,PR： 前导码 - 10101010序列，用于使接收方与发送方同步 SFD： 帧首定界符 10101011，表示一帧的开始 DA/SA：目的/源MAC地址 LEN： 数据长度（数据部分的字节数），取值范围：0-1500 Type： 类型，高层协议标识 LLC-PDU（Data

9、）：数据，最少46字节, 最多1500字节，不够时以Pad填充 Pad： 填充字段（可选），其作用是保证帧长不小于64字节 FCS： 帧校验序列（CRC-32）,用途：保证帧长64字节,传统以太网的连接方法,传统以太网可使用的传输媒体有四种： 铜缆（粗缆或细缆） 铜线（双绞线） 光缆 这样，以太网就有四种不同的物理层。,铜缆或铜线连接到以太网的示意图,主机箱,主机箱,主机箱,双绞线,集线器,BNC T 型接头,收发器电缆,网卡,插入式 分接头,MAU,MDI,保护外层,外导体屏蔽层,内导体,收发器,DB-15 连接器,BNC 连接器 插口,RJ-45 插头,10Base5,10Base2,10

10、BaseT,以太网的最大作用距离,250 m,750 m,网段 1,中继器,网段 2,网段 3,中继器,中继器,中继器,粗缆以太网10BASE5,分插头：插入电缆 收发器：发送/接收, 冲突检测, 电气隔离，超长控制 AUI：连接件单元接口 中继器的作用：扩充信号传输距离。将信号放大并整形后再转发，消除信号传输的 失真和衰减。,粗缆,vampire tap,BNC端子,收发器,AUI 电缆,NIC,最大段长度 500米 每段最多站点数 100,两站点间最小距离 2.5米,网络最大跨度 2.8公里,细缆以太网 10BASE2,用更便宜的直径为 5 mm 的细同轴电缆(特性阻抗仍为 50 W)，可

11、代替粗同轴电缆。 将媒体连接单元 MAU 和媒体相关接口 MDI都安装在网卡上，取消了外部的 AUI电缆。 细缆直接用标准 BNC T 型接头连接到网卡上的 BNC 连接器的插口。,细缆以太网 10BASE2,BNC T型接头 无需插入电缆 用于办公室LAN,细缆,BNC 接头,NIC,星形网 10BASE-T,不用电缆而使用无屏蔽双绞线。每个站需要用两对双绞线，分别用于发送和接收。 在星形网的中心则增加了一种可靠性非常高的设备，叫做集线器(hub)。 集线器使用了大规模集成电路芯片，因此这样的硬件设备的可靠性已大大提高了。,10BASET,NIC,Hub（集线器）相当于多端口转发器 用于办公

12、室LAN 拓扑结构为星形，逻辑上仍然是总线形,hub,段最大长度 100m,以太网小结,10BASE-T这种 10 Mb/s 速率的无屏蔽双绞线星形网的出现，既降低了成本，又提高了可靠性。 10BASE-T以太网的出现，是局域网发展史上的一个非常重要的里程碑，它为以太网在局域网中的统治地位奠定了牢固的基础。 重点：CSMA/CD、以太（Ethernet）帧格式,补充,CRC 算法。即帧校验序列（校验码）产生,以数据块（帧, Frame）为单位进行校验 将数据块构成的位串看成是系数为0或1的多项式 如110001，可表示成多项式 x5 + x4 + 1 同样多项式 x6 + x5 + x3 +

13、x 可以写成 1101010 约定一个生成多项式G(x)： CRC16=x16+x15+x2+1=11000000000000101 CRC32=x32+x26+x23+x22+x16+x11+x10+x8+x7+x5+x4 +x2+x+1,CRC校验码生成算法,校验码,CRC校验码计算示例,你能计算下面序列数的校验码吗,发送代码： 10110 生成多项式：G(X)=X4+X+1 求CRC校验码,令牌环网,令牌环网认识,令牌环技术是1969年由IBM提出来的。 这种介质访问技术的基础是令牌。令牌是一种特殊的帧，用于控制网络结点的发送权，只有持有令牌的结点才能发送数据。 令牌有“忙”和“闲”两种

14、状态。当环正常工作时，令牌总是沿着物理环路，单向逐结点传送，顺序与结点在环路中的排列顺序相同。 环路上某一时刻只有一个结点发送数据，因此令牌环技术不存在争用现象，它是一种典型的无争用型介质访问控制方式。,令牌环拓扑,A,B,D,C,站点,干线耦合器,单向环,点到点链路,即IEEE802.5令牌环网 拓扑结构：点到点链路连接，构成闭合环,Token Ring/802.5的操作,哪个站点可以发送帧，是由一个沿着环旋转的称为“令牌”（TOKEN）的特殊帧来控制的。只有持有令牌的站可以发送帧，而没有拿到令牌的站只能等待； 主站首先发出空（闲）令牌； 拿到闲令牌的站将令牌置成“忙”，并组帧装载上自己要发

15、送的数据，然后发送出去； 目的站点从环上复制该帧的数据，帧则沿环继续往下循环； 数据帧循环一周后由源站点回收，并送出一个空令牌，使其余的站点能获得帧的发送权。,Token Ring/802.5的操作举例,值得讨论的问题,若某站拥有令牌并一直有数据要发送怎么办？ 没拥有令牌的站点如何表达发送愿望： 目标站点如何告知数据被接受？ 目标站点故障怎么办？ 如何防止循环帧？ 新站点如何入环、老站点如何退环？ 等等,IEEE802.5的帧结构,令牌帧,数据帧/控制帧,起始,访问控制,帧控制,目的地址,源地址,数据,FCS,结束,帧状态,访问控制字段包括： 优先级位与优先级预约位。 令牌位：帧类型标识。 0

16、：令牌帧； 1：信息/控制帧 监督位：防止无效帧无限循环。,IEEE802.5的帧结构（续）,令牌帧,数据帧/控制帧,起始,访问控制,帧控制,目的地址,源地址,数据,FCS,结束,帧状态,ARI FCI 0 0 ARI FCI 0 SEI,地址识别位,帧复制位,监督位,错误指示位,帧状态字段包括： ARI：如果地址正确则置1 。 FCI：如果数据被接受则置1。 SEI：错误指示位。 ARI和FCI都是1 表示正常接收 ARI是1,FCI是0,表示目标站忙,令牌环网的实际结构,A,B,C,D,E,集线器,讨论,IEEE802.5为何没有流行（被淘汰）？ 请同学根据前期研究进行讨论。,令牌总线网,

17、令牌总线(IEEE802.4)概念,CSMA/CD采用用户访问总线时间不确定的随机竞争方式，有结构简单、轻负载时时延小等特点，但当网络通讯负荷增大时，由于冲突增多，网络吞吐率下降、传输延时增加，性能明显下降。 令牌环在重负荷下利用率高，网络性能对传输距离不敏感。但令牌环网控制复杂，并存在可靠性保证、吞吐量低等问题。 令牌总线（Token Bus）是综合CSMA/CD与令牌环两种介质访问方式的优点的基础上而形成的一种介质访问控制方式。,令牌总线的拓扑,令牌总线的各结点共享的传输介质，每一结点都有一个本站地址，并知道上一个结点地址和下一个结点地址，令牌传递规定由高地址向低地址，最后由最低地址向最高

18、地址依次循环传递，从而在一个物理总线上形成一个逻辑环。环中令牌传递顺序与结点在总线上的物理位置无关。,图中ABDEA（C 站点没有连入令牌总线中）,令牌总线的特点,拓扑是总线，工作机制是令牌环,令牌总线的访问控制,与令牌环一致，只有获得令牌的结点才能发送数据。在正常工作时，当结点完成数据帧的发送后，将令牌传送给下一个结点。 从逻辑上看，令牌是按地址的递减顺序传给下一个结点的。而从物理上看，带有地址字段的令牌帧广播到总线上的所有结点，只有结点地址和令牌帧的目的地址相符的结点才有权获得令牌。 获得令牌的结点，如果有数据要发送，则可立即传送数据帧，完成发送后再将令牌传送给下一个结点；如果没有数据要发送，则应立即将令牌传送给下一个结点。由于总线上每一结点接收令牌的过程是按顺序依次进行的，因此所有结点都有的访问权。,三种访问控制比较,在共享介质访问控制方法中，CSMA/CD与Token Bus、Token Ring