計算機網(wǎng)課件-第4章2局域網(wǎng)

數(shù)據(jù)通信與計算機網(wǎng)絡第四章局域網(wǎng)教學目標：理解局域網(wǎng)的特點和功能、IEEE802標準、介質訪問控制的原理、無線局域網(wǎng)工作原理和組網(wǎng)方式；掌握主要的局域網(wǎng)組網(wǎng)設備的功能、常見的局域網(wǎng)拓撲結構、以太網(wǎng)技術；了解令牌環(huán)網(wǎng)、FDDI、VLAN的概念與實現(xiàn)方式。教學難點：介質訪問控制，以太網(wǎng)技術系列，無線局域網(wǎng)

教學時數(shù)：

8學時局域網(wǎng)概述(發(fā)展、特點、常見的拓樸結構)

Chapter4-1局域網(wǎng)發(fā)展史始于上個世紀70年代；

Xerox、DEC和Intel組成的DIX80以太網(wǎng)標準。上個世紀80年代后期，進入專業(yè)化生產和商品化的成熟階段；

IEEE802委員會制訂的802.3及擴充的以太網(wǎng)標準上個世紀90年代，在速度、帶寬、服務質量等指標方面有了更大進展；

是網(wǎng)絡研究與應用中的一個活躍領域局域網(wǎng)的特點地理覆蓋范圍?。?/p>

100米-200千米，從家庭到各種規(guī)模的企業(yè)事業(yè)單位，從桌面、房間、樓宇到社區(qū)、廠區(qū)、校園。數(shù)據(jù)的傳輸速率高：

10M-100M-1000M-10Gbps通信質量高：

誤碼率10-8-10-11-10-13

支持多種傳輸介質：

同軸電纜、雙絞線、光纖、無線介質高可靠、低成本、擴充及維護方便,技術成熟通常屬于某個部門、企業(yè)或單位所有局域網(wǎng)的功能與應用功能：資源共享（硬件、軟件資源）相互通信（數(shù)據(jù)傳送與電子郵件）提高計算機系統(tǒng)的可靠性分布式計算和高性能計算環(huán)境應用：1、企業(yè)事業(yè)單位生產、辦公信息化管理。以數(shù)據(jù)庫、瀏覽器、電子郵件為基礎實現(xiàn)信息資源管理和共享。如：財務、生產調度、產品、文檔、資料的管理與介紹。2、生產過程的檢測與控制；3、多用戶通過局域網(wǎng)接入互聯(lián)網(wǎng)。決定局域網(wǎng)特性的三項技術：1、拓撲2、介質3、介質訪問控制（MAC）技術常見局域網(wǎng)拓樸結構網(wǎng)絡拓撲結構決定網(wǎng)絡性能；局域網(wǎng)設計的目標是覆蓋“有限的地理范圍”基本通信機制上選擇了“共享介質”方式和“交換”方式在傳輸介質的物理連接、介質訪問及控制方法上形成了自己的特點；在網(wǎng)絡拓撲上的基本結構總線型環(huán)型（包括雙環(huán)型）星型（包括擴展星型）總線型拓撲結構：各工作節(jié)點（包括服務器與工作站）均連在一條總線上，傳輸介質通常采用同軸電纜。在需要分支的地方，電纜線上配有特制的分支插口，與之相連的各工作站、服務器節(jié)點內也有相應的分支插頭。

總線型拓撲的性能特點各節(jié)點地位平等，無中心節(jié)點控制。所有結點都可以通過總線傳輸介質發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，但一段時間內只允許一個結點利用總線發(fā)送數(shù)據(jù)“共享”?？偩€上的信息通常以基帶形式串行傳輸，并從發(fā)送節(jié)點向兩端擴散，當一個結點利用總線傳輸介質以“廣播”方式發(fā)送信號時，其他結點都可以用“收聽”到所發(fā)送的信號，故又稱廣播式網(wǎng)絡。“共享”產生“沖突”（collision），沖突造成數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖В枰峁┮环N機制用于解決沖突問題。

環(huán)型各節(jié)點通過環(huán)路接口連在一條閉合的環(huán)型通信線路中傳輸介質可采用電纜或光纜

數(shù)據(jù)以基帶信號串行傳輸，但從發(fā)送節(jié)點出來后，在環(huán)中沿一個固定方向繞環(huán)逐站傳輸多個結點共享一條環(huán)通路的共享介質結構，也要提供旨在解決沖突問題介質訪問控制。

星型結構：網(wǎng)絡由各節(jié)點以中央節(jié)點為中心相連接，各節(jié)點與中央節(jié)點以點對點方式連接。傳輸介質可采用電纜或光纜星型拓撲的性能特點任何兩節(jié)點之間的數(shù)據(jù)通信都要通過中央節(jié)點，中央節(jié)點集中執(zhí)行通信控制策略，如完成節(jié)點間通信時物理連接的建立、維護和拆除中央節(jié)點通常為集線器或交換機優(yōu)點：結構簡單，管理方便，可擴充性強，組網(wǎng)容易

缺點：中央結點單點故障將影響整個網(wǎng)絡擴展星型星型拓撲結構的一種擴充，又叫樹型拓撲結構；結構特點：一個星型拓撲的末端節(jié)點又是其他星型拓撲的中央節(jié)點。IEEE802局域網(wǎng)標準Chapter4-2IEEE802標準的產生為了促進局域網(wǎng)產品的標準化以增加產品的互操作性，1980年2月，美國電氣和電子工程師學會（IEEE）成立了局域網(wǎng)標準化委員會，簡稱IEEE802委員會，研究并制定了關于局域網(wǎng)的IEEE802標準。

通信介質分會：負責研究局域網(wǎng)中對應于ISO/OSI物理層的功能，包括局域網(wǎng)通信的物理傳輸特性、與數(shù)據(jù)鏈路層的接口；信號訪問控制分會：負責研究局域網(wǎng)中對應于ISO/OSI數(shù)據(jù)鏈路層的功能，主要涉及邏輯鏈路控制協(xié)議、介質訪問控制協(xié)議及和網(wǎng)絡層的接口；高層接口分會：負責研究局域網(wǎng)中對應于ISO/OSI中網(wǎng)絡層以上的高層的功能。IEEE802參考模型物理層功能：信號的編碼/解碼機械的,電氣的,功能的,規(guī)程的特性比特的傳輸/接收邏輯鏈路控制子層LLC（LogicalLinkControl）功能：

LLC子層提供確認機制和流量控制，當支持IP協(xié)議是不需要LLC此功能；LLC隱藏了不同802MAC子層的差異，為網(wǎng)絡層提供單一的格式和接口；每層的功能

介質訪問控制子層MAC（MediumAccessControl）功能：組裝數(shù)據(jù)幀，拆幀，并完成地址識別和差錯檢測；信道的分配，從而解決信道的競爭(引入mac的主要原因）。

…IEEE802.1A綜述與體系結構(說明與OSI/ISO的對應關系)IEEE802.2邏輯鏈路控制(LLC)規(guī)范與協(xié)議802.3CSMA/CDPhysicalLayer802.4TokenBusPhysicalLayer802.5TokenRingPhysicalLayer802.6MANPhysicalLayer802.7FDDIPhysicalLayer802.8寬帶網(wǎng)PhysicalLayer802.11無線網(wǎng)PhysicalLayerIEEE802.1B尋址、網(wǎng)絡互連和網(wǎng)絡管理IEEE802標準是一個標準體系，并且隨著局域網(wǎng)技術的發(fā)展，該體系中在不斷地增加新的標準和協(xié)議。

IEEE802標準的說明IEEE局域網(wǎng)標準的關注點

只關注OSI的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層

首先，LAN是一種通信網(wǎng)，只涉及到有關的通信功能，至多與OSI七層模型中的下三層有關。其次，LAN基本上采用共享信道的技術，可以不設立單獨的網(wǎng)絡層。

不同局域網(wǎng)技術的區(qū)別主要在物理層和數(shù)據(jù)鏈路層；當不同技術的LAN需要在網(wǎng)絡層實現(xiàn)互連時，可以借助其他已有的通用網(wǎng)絡層協(xié)議（如IP協(xié)議）。

IEEE802標準ISO/OSI的對應層數(shù)據(jù)鏈路層物理層邏輯鏈路控制（LLC）介質訪問控制（MAC）物理信號（PS）物理介質連接設備（PMA）物理介質

連接單元接口（AUI）介質訪問單元（MAU）局域網(wǎng)模型劃分LLC與MAC子層的原因局域網(wǎng)基本上采用共享介質環(huán)境，從而數(shù)據(jù)鏈路層必須考慮介質訪問控制機制；OSI模型中的數(shù)據(jù)鏈路層不具備局域網(wǎng)所需的介質訪問控制功能；介質訪問控制機制與物理介質、物理設備和物理拓撲等涉及硬件實現(xiàn)的部分直接有關；分為兩個子層，可保證層服務的透明性，在形式上保持與OSI模型的一致性。使整個體系結構的可擴展性更好，以備將來接受新的介質與介質訪問控制方法。局域網(wǎng)介質訪問控制Chapter4-3介質訪問控制CSMA/CDToken共享網(wǎng)絡環(huán)境與沖突共享網(wǎng)絡環(huán)境是指網(wǎng)絡上的所有的設備通過一條公用的信道來傳輸數(shù)據(jù)，又稱廣播網(wǎng)絡。當同一時刻這些設備中的多個節(jié)點試圖發(fā)送數(shù)據(jù)時，就會發(fā)生沖突。沖突會使其所涉及的各節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸發(fā)生失敗。通常將可能發(fā)生沖突的所有設備和與之相關的共享介質稱為一個沖突域。局域網(wǎng)介質訪問控制介質訪問控制：

解決共享或廣播網(wǎng)絡中，當信道的使用產生競爭時，如何分配信道的使用權。在局域網(wǎng)中，特從數(shù)據(jù)鏈路層中分出介質訪問控制子層，用以完成信道分配或介質訪問控制功能。使網(wǎng)絡有更高的工作效率、可靠性和可擴展性。

介質訪問控制的類型集中式：

有一個單獨的集中控制器或一個具有控制整個網(wǎng)絡能力的節(jié)點來管理網(wǎng)絡的通信。分布式：

無集中控制節(jié)點，各節(jié)點均處于平等地位。節(jié)點間的通信由各節(jié)點自身控制。進一步分為：

1)爭用型介質訪問控制協(xié)議，又稱隨機型的介質訪問控制協(xié)議，如CSMA/CD。2)確定型介質訪問控制協(xié)議，又稱有序的訪問控制協(xié)議，如令牌（Token）法

。最初的以太網(wǎng)是將許多計算機都連接到一根總線上。當初認為這樣的連接方法既簡單又可靠，因為總線上沒有有源器件。CSMA/CDB向

D發(fā)送數(shù)據(jù)CDAE匹配電阻（用來吸收總線上傳播的信號）匹配電阻不接受不接受不接受接受B只有D接受B發(fā)送的數(shù)據(jù)CSMA/CD為“帶沖突檢測的載波偵聽多點訪問(CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection)”

的英文縮寫載波偵聽CS是指網(wǎng)絡中的各個站點都具備一種對總線上所傳輸?shù)男盘柣蜉d波進行監(jiān)測的功能。多點訪問MA指總線上的一個站點占用總線發(fā)送信號時，所有連到同一總線上的其他站點都可以通過各自的接收器收聽，只不過目標節(jié)點會對所接收的信號進行進一步的處理，而非目標節(jié)點則忽略所收到的信號。沖突檢測CD指一種檢測或識別沖突的機制，是實現(xiàn)沖突退避的前提。站點裝配幀并準備發(fā)送偵聽信道忙否？啟動發(fā)送并檢測沖突沖突否？發(fā)送完成？發(fā)送沖突加強信號沖突次數(shù)增1沖突次數(shù)>16？計算隨機延遲時間等待延遲時間后再次啟動發(fā)送發(fā)送成功發(fā)送失敗YNYNNYYN工作原理歸結：

先聽后發(fā)、邊聽邊發(fā)、沖突停止、隨機延遲后重發(fā)。若干說明如何判斷信道忙或空閑？

以差分Machester編碼為例，若信道存在電平跳變，則判斷為忙，否則判為空閑

如何檢測沖突？比較法----將偵聽信號與原始的發(fā)送信號進行比較以判斷是否發(fā)生沖突。編碼違例判決法----分析偵聽到的信號是否符合原始的編碼規(guī)律，如差分Manchester編碼規(guī)律。

如何隨機延遲？

截斷二進制指數(shù)增長的退后等待算法截斷二進制指數(shù)增長的退后等待算法：設等待時間：Td=r·tr

其中tr=2τ，r是[0，2k]間均勻分布的隨機數(shù)，（整數(shù)集合）k=min(I,10）I是同一幀的沖突次數(shù)，當I≥10時,k恒取10，截斷其增長。當I=16時報告出錯。τ是信號在總線最遠兩端間的傳播時間結論：

同一幀沖突次數(shù)越多，其獲得重新發(fā)送所需等待時間可能越長。例如：當沖突2次后，其可能退后等待的最長時間是8τ，3次后是16τ。網(wǎng)絡負荷輕時可立即發(fā)送，效率高；負荷重時也可以保持穩(wěn)定，但效率低。

注意：實際應用中，如果信號在超標準的網(wǎng)絡長度中傳輸，或連接器接觸不良，使衰減增加，將無法檢測到疊加信號，檢測不到沖突，會導致網(wǎng)絡的不穩(wěn)定。截斷二進制指數(shù)增長的退后等待算法：IBM在80年代第一個提出令牌環(huán)網(wǎng)標準IEEE802.5

速率：1M/4M/16M

拓撲：環(huán)型 介質：雙絞線、同軸、光纖編碼：曼徹斯特又稱令牌(Token)傳遞機制或許可證法；令牌是一種特殊的控制幀，用來控制各個結點介質訪問權限。令牌在環(huán)中沿固定方向逐站傳送，只有獲得令牌的節(jié)點才能啟動幀的發(fā)送。

令牌控制法數(shù)據(jù)幀結構：SDFCSADAFSEDCRCDATACRC1byteJK0JK000起始定界6byte目的地址6byte源地址

數(shù)據(jù)無限制4byteCRC校驗ACSDEDAC3字節(jié)的令牌信息幀：訪問控制字節(jié)1bytePPPTMRRRPPP：優(yōu)先級T：標記位，幀/令牌M：監(jiān)控位，監(jiān)視錯幀RRR：預約幀控制字節(jié)1byte幀狀態(tài)ACxxACxxA：地址識別C：幀復制X:預留位1byte結束定界JK1JK1IEI：是否最后一幀E：幀是否有錯幀控制域FC用于將數(shù)據(jù)幀和控制幀區(qū)別開來