局域網(wǎng)計(jì)算機(jī)通信原理課件

局域網(wǎng)計(jì)算機(jī)通信原理1謝謝觀賞2019-9-13局域網(wǎng)的特性傳輸媒體雙絞線、同軸電纜和光纖；在特殊環(huán)境下，也可考慮使用微波、紅外線和激光等無線傳輸媒體傳輸技術(shù)使用傳輸媒體進(jìn)行通信的技術(shù)，常用的有基帶傳輸和寬帶傳輸網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲附M網(wǎng)時(shí)的電纜鋪設(shè)形式，常見的有總線形、星形和環(huán)形。局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涿枋鰧?duì)應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)收發(fā)的方式訪問控制方法網(wǎng)絡(luò)設(shè)備訪問傳輸媒體的控制方法，常用的有競(jìng)爭(zhēng)、令牌傳遞和令牌環(huán)等局域網(wǎng)的特點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍?。?5公里以內(nèi)）選用較高特性的傳輸媒體：高的傳輸速率和低的傳輸誤碼率硬軟件設(shè)施及協(xié)議方面有所簡(jiǎn)化媒體訪問控制方法相對(duì)簡(jiǎn)單采用廣播方式傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)，一個(gè)結(jié)點(diǎn)發(fā)出的信號(hào)可被網(wǎng)上所有的結(jié)點(diǎn)接收，不考慮路由選擇的問題，甚至可以忽略O(shè)SI網(wǎng)絡(luò)層的存在。2謝謝觀賞2019-9-13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用層各種應(yīng)用層協(xié)議（TELNET,FTP,SMTP等）表示層會(huì)話層運(yùn)輸層TCP,UDP網(wǎng)絡(luò)層IP數(shù)據(jù)鏈路層與各種網(wǎng)絡(luò)接口物理層

OSI模型IP協(xié)議族3謝謝觀賞2019-9-13物理層OSI模型的最底層主要任務(wù)是：確定與傳輸媒體的接口的一些特性機(jī)械特性：接線器的形狀，尺寸，引線數(shù)目等電氣特性：電壓范圍功能特性：某一電平的電壓表示的意義規(guī)程特性：不同功能的各種可能事件的出現(xiàn)順序4謝謝觀賞2019-9-13數(shù)據(jù)鏈路層在物理層提供的服務(wù)基礎(chǔ)上向網(wǎng)絡(luò)層提供服務(wù)數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議其目的是在給定的通信鏈路上提供發(fā)送端和接送端之間的無差錯(cuò)信息傳輸。數(shù)據(jù)鏈路層功能幀同步功能差錯(cuò)控制流量控制鏈路控制5謝謝觀賞2019-9-13美國(guó)電氣和電子工程協(xié)會(huì)（IEEE）于1980年2月成立局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)（簡(jiǎn)稱802委員會(huì)）專門對(duì)局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研究，并提出了LAN的定義。LAN是允許中等地域內(nèi)的眾多獨(dú)立設(shè)備通過中等速率的物理信道直接互連通信的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。邏輯鏈路控制子層CSMA/CD令牌總線令牌環(huán)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層物理服務(wù)物理層6謝謝觀賞2019-9-13以太網(wǎng) （Ethernet）以太網(wǎng)使用載波監(jiān)聽CSMA/CD（多路訪問/沖突檢測(cè)）載波監(jiān)聽：發(fā)送結(jié)點(diǎn)在發(fā)送信息幀之前，必須偵聽媒體是否處于空閑狀態(tài)。多路訪問：具有兩種含義，即表示多個(gè)結(jié)點(diǎn)可以同時(shí)訪問媒體，也表示一個(gè)結(jié)點(diǎn)發(fā)送的信息幀可以被多個(gè)結(jié)點(diǎn)所接受。沖突檢測(cè)：發(fā)送結(jié)點(diǎn)在發(fā)送信息幀的同時(shí)，還必須監(jiān)聽媒體，判斷是否發(fā)生沖突（在統(tǒng)一時(shí)刻，有無其他結(jié)點(diǎn)在發(fā)送信息幀）。7謝謝觀賞2019-9-13準(zhǔn)備好要發(fā)送的幀是否檢測(cè)到信號(hào)？經(jīng)過幀間空隙時(shí)段后，發(fā)送數(shù)據(jù)碰撞？完整傳輸設(shè)置嘗試計(jì)數(shù)器溢出指示位發(fā)送阻塞，增加嘗試計(jì)數(shù)器嘗試計(jì)數(shù)器溢出？計(jì)算和等待補(bǔ)償時(shí)間是否是是否否發(fā)送信息8謝謝觀賞2019-9-13輸入信號(hào)檢測(cè)？將CarrierSense置為開，并等待SFDFCS和幀大小合適？目標(biāo)地址匹配？傳輸幀到更高協(xié)議層子層進(jìn)行處理丟掉幀接收信息否是是是否否9謝謝觀賞2019-9-13退避算法對(duì)每一幀，當(dāng)?shù)谝淮伟l(fā)生沖突時(shí)，設(shè)置參量L＝2。退避間隔取1到L個(gè)時(shí)間片中的一個(gè)隨機(jī)數(shù)。當(dāng)幀重復(fù)發(fā)生一次沖突，則將參量L加倍。設(shè)置一個(gè)最大重傳次數(shù)，超過這個(gè)次數(shù)，則不再重傳，并報(bào)告出錯(cuò)。10謝謝觀賞2019-9-13以太網(wǎng)幀格式前導(dǎo)碼（7字節(jié)）幀起始定界符（1字節(jié)）目標(biāo)地址（6字節(jié)）源地址（6字節(jié)）類型（2字節(jié)）信息（n字節(jié)）幀填充FCS幀校驗(yàn)序列（4字節(jié)）MAC頭MAC尾前導(dǎo)碼：長(zhǎng)度為7字節(jié)，可以使LAN上所有的其他站點(diǎn)達(dá)到同步。SFD幀定界符，也稱為幀起始定界符，格式為10101011，占用1字節(jié)。目標(biāo)地址：占用6字節(jié)。源地址：占用6字節(jié)。類型：占用2字節(jié)。信息：占用0～1500字節(jié)。幀填充：如果數(shù)據(jù)長(zhǎng)度小于46字節(jié)，則把它填充到46字節(jié)。FCS：幀校驗(yàn)序列，占用4字節(jié)采用32位CRC循環(huán)厐余校驗(yàn)。用來做錯(cuò)誤校驗(yàn)控制。11謝謝觀賞2019-9-13以太網(wǎng)的優(yōu)缺點(diǎn)以太網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)在成千上萬的結(jié)點(diǎn)中都安裝了這種流行的標(biāo)準(zhǔn)。協(xié)議簡(jiǎn)單易懂，特別是協(xié)議中關(guān)于關(guān)于錯(cuò)誤處理的部分?？梢园惭b和刪除結(jié)點(diǎn)，且不會(huì)打亂網(wǎng)絡(luò)。在低負(fù)載的情況下，可以得到高吞吐量。以太網(wǎng)的缺點(diǎn)幀的最小值是64字節(jié)，短幀具有較高的額外費(fèi)用。不確定性，不能保證在一個(gè)已定時(shí)隙內(nèi)的訪問，這是一個(gè)實(shí)時(shí)應(yīng)用程序的問題。沒有辦法去區(qū)分通信量?jī)?yōu)先次序。有限的電纜長(zhǎng)度。當(dāng)使用量接近最大值時(shí)，沖突會(huì)引起性能快速下降。12謝謝觀賞2019-9-13令牌總線網(wǎng)（Token-Bus）基本原理：

1.在總線的基礎(chǔ)上，通過在網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)之間有序地傳遞令牌（一組特定的比特模式）來分配各結(jié)點(diǎn)對(duì)共享型總線的訪問權(quán)利，形成閉合的邏輯環(huán)路。２.完全采用半雙工的操作方式，只有獲得令牌的結(jié)點(diǎn)才能發(fā)送信息，其他結(jié)點(diǎn)只能接收信息，或者被動(dòng)地發(fā)送消息（在擁有令牌的結(jié)點(diǎn)要求下，發(fā)送信息）３.為了保證邏輯閉合環(huán)路的形成，每個(gè)結(jié)點(diǎn)都動(dòng)態(tài)地維護(hù)著一個(gè)連接表，該表記錄著本結(jié)點(diǎn)在環(huán)路中的前繼、后繼和本結(jié)點(diǎn)的地址，每個(gè)結(jié)點(diǎn)根據(jù)后繼地址確定下一占有令牌的結(jié)點(diǎn)。13謝謝觀賞2019-9-13113524令牌總線網(wǎng)結(jié)構(gòu)14謝謝觀賞2019-9-13令牌總線網(wǎng)幀格式PA>=1SD1FC1DA2/6SA2/6DATA-UNIT>=0FCS4ED1PA:前導(dǎo)碼，用于收發(fā)同步。SD:幀開始定界符，表示一個(gè)有效幀的開始。FC:幀控制字段，用于區(qū)分幀的類型。字段格式為FFMMMPPP.DA:目標(biāo)地址。SA:源地址，它和DA長(zhǎng)度必須相同。DATA-UNIT:根據(jù)FC的定義，可以包含LLC協(xié)議數(shù)據(jù)單元、MAC管理數(shù)據(jù)、和MAC控制幀的數(shù)據(jù)。FCS:幀校驗(yàn)序列，對(duì)SD和ED之間的所有字段進(jìn)行循環(huán)垅冗余校驗(yàn)。ED:幀結(jié)束標(biāo)志，標(biāo)識(shí)幀的結(jié)束，同時(shí)也標(biāo)識(shí)了幀中FCS的位置。15謝謝觀賞2019-9-13（－）令牌的傳遞有令牌的結(jié)點(diǎn)在發(fā)送完消息后，執(zhí)行環(huán)路維護(hù)工作，將令牌傳遞給后繼結(jié)點(diǎn)。監(jiān)聽媒體。監(jiān)聽到合法幀的傳遞，后繼結(jié)點(diǎn)已獲得令牌，并正常工作；如果在規(guī)定時(shí)間內(nèi)未監(jiān)聽到信息在媒體上的傳輸，執(zhí)行一次令牌重傳。如仍然未能監(jiān)聽到合法幀的傳輸，原后繼結(jié)點(diǎn)已撤出環(huán)路，開始尋找后繼和環(huán)路重構(gòu)過程。發(fā)送“尋找后繼命令幀”，（原后繼結(jié)點(diǎn)的地址為數(shù)據(jù)字段）。原后繼結(jié)點(diǎn)的后繼結(jié)點(diǎn)用“設(shè)置后繼命令幀”予以響應(yīng)。雙方修改各自連接表中的后繼/前繼地址，傳遞令牌，恢復(fù)正常工作。16謝謝觀賞2019-9-13(二）令牌丟失的處理 結(jié)點(diǎn)設(shè)“環(huán)不工作計(jì)時(shí)器”：（1）在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，未能監(jiān)聽到媒體上有信號(hào)傳輸，環(huán)不工作計(jì)時(shí)器超時(shí)，則環(huán)路中令牌丟失，或者環(huán)路處于初始工作狀態(tài)；（2）所有感知環(huán)不工作的結(jié)點(diǎn)，采用競(jìng)爭(zhēng)總線的方法爭(zhēng)奪生成令牌的權(quán)利：A.各結(jié)點(diǎn)根據(jù)本結(jié)點(diǎn)地址信息和一定的規(guī)則，形成不同長(zhǎng)度的“要求令牌命令幀”，發(fā)送媒體并監(jiān)聽媒體；

B.不同的地址形成不同長(zhǎng)度的幀幾乎“同時(shí)”發(fā)往媒體時(shí)，會(huì)產(chǎn)生沖突。

C.結(jié)點(diǎn)在發(fā)送幀之后，監(jiān)聽媒體時(shí)，發(fā)短幀的結(jié)點(diǎn)會(huì)“監(jiān)聽”到其他結(jié)點(diǎn)的幀正在發(fā)送。發(fā)最長(zhǎng)幀的結(jié)點(diǎn)感覺不到媒體上有信號(hào)的結(jié)點(diǎn)，贏得生成令牌的權(quán)利，執(zhí)行環(huán)路重構(gòu)的過程。17謝謝觀賞2019-9-13（三）多個(gè)令牌的處理令牌重復(fù)：環(huán)路中同時(shí)具有多個(gè)令牌，由獲得令牌的結(jié)點(diǎn)進(jìn)行處理。判斷令牌重復(fù)：獲得令牌的結(jié)點(diǎn)，如果感知媒體上有信號(hào)傳輸，表示有其他結(jié)點(diǎn)也掌握著令牌（令牌重復(fù)）。解決方法：立即放棄令牌，并回到監(jiān)聽模式，這樣可以使令牌數(shù)不少過1。后果：如果持有令牌的站都放棄令牌，則出現(xiàn)無令牌狀態(tài)。當(dāng)一個(gè)站在大于規(guī)定的時(shí)間內(nèi)測(cè)出總線沒有活動(dòng)，就認(rèn)為令牌丟失。可以再使用令牌丟失的處理。18謝謝觀賞2019-9-13（－）環(huán)路重構(gòu) 目的：各結(jié)點(diǎn)填寫連接表，重新構(gòu)造邏輯環(huán)。環(huán)路不工作后，獲得生成令牌權(quán)利的結(jié)點(diǎn)進(jìn)行環(huán)路維護(hù)。（1）發(fā)出“請(qǐng)求后繼命令幀”：尋找可能的后繼結(jié)點(diǎn)；（2）限定響應(yīng)結(jié)點(diǎn)的范圍，在此范圍內(nèi)的結(jié)點(diǎn)用“設(shè)置后繼命令幀”響應(yīng)。（3）若有多個(gè)適合的結(jié)點(diǎn)予以響應(yīng)（出現(xiàn)沖突），用“解決沖突命令幀”進(jìn)一步限定范圍，直至有且僅有一個(gè)結(jié)點(diǎn)予以響應(yīng)；（4）置連接表中的后繼地址，并傳遞令牌給該后繼結(jié)點(diǎn)；（5）后繼結(jié)點(diǎn)接收令牌，將令牌中的源地址置為連接表中的前繼地址，如果本結(jié)點(diǎn)維護(hù)的連接表中沒有指定后繼結(jié)點(diǎn)，則重復(fù)上述“尋找”后繼的動(dòng)作。（6）最終，環(huán)路形成，并且令牌返回原生成令牌的結(jié)點(diǎn)，完成環(huán)路重構(gòu)動(dòng)作，開始正常的工作。19謝謝觀賞2019-9-13（二）增加新結(jié)點(diǎn)（1）無響應(yīng)，令牌持有站依然把令牌傳遞給它的后繼站；（2）收到一個(gè)正確的響應(yīng)，則進(jìn)行環(huán)路重構(gòu)；若新結(jié)點(diǎn)符合后繼的要求，用“設(shè)置后繼命令幀”響應(yīng)。接受令牌的新站點(diǎn)把它的上一站地址(Ps)和下一站地址(Ns)地址參數(shù)設(shè)置好，環(huán)繼續(xù)運(yùn)行下去。（3）收到了碰撞的響應(yīng)，既有多個(gè)站請(qǐng)求插入邏輯環(huán)，這種沖突可以通過一種競(jìng)爭(zhēng)來解決。這個(gè)過程一直持續(xù)到下面的三種情況之一：收到一個(gè)有效的置后繼站幀；無響應(yīng)；已到達(dá)地址位的末尾。在后兩種請(qǐng)求下，持有令牌的站放棄讓新站加入環(huán)的企圖，照常傳遞令牌。（4）無效響應(yīng)，此時(shí)令牌持有站認(rèn)為協(xié)議出了問題，為了避免沖突，令牌持有站轉(zhuǎn)到監(jiān)聽狀態(tài)。20謝謝觀賞2019-9-13（三）結(jié)點(diǎn)退出環(huán)路方法1：結(jié)點(diǎn)可以在任意時(shí)刻，不采取任何動(dòng)作地搬出環(huán)路。該結(jié)點(diǎn)的前繼會(huì)自控開始尋找新后繼的過程（令牌維護(hù)）方法2：指定時(shí)刻退出環(huán)路。希望撤出環(huán)路的結(jié)點(diǎn)僅在收到令牌之后，用“置后繼命令幀”，將其后繼結(jié)點(diǎn)地址告訴前繼結(jié)點(diǎn)，并傳遞令牌，撤出環(huán)路。21謝謝觀賞2019-9-13令牌總線的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)出色的吞吐量性能。這一性能不因線路長(zhǎng)度增加而下降。支持大的動(dòng)態(tài)范圍，沒有相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度方面的問題。媒體訪問有調(diào)節(jié)。缺點(diǎn)算法復(fù)雜。開銷時(shí)間較大。在輕負(fù)載下，站點(diǎn)為了使令牌轉(zhuǎn)一圈而等待不必要的時(shí)間。22謝謝觀賞2019-9-13令牌環(huán)網(wǎng)(Token－Ring)

基本原理：環(huán)形網(wǎng)的所有結(jié)點(diǎn)通過環(huán)接口設(shè)備（又稱環(huán)中繼轉(zhuǎn)發(fā)器RPU）接入環(huán)路，一系列的環(huán)路（傳輸媒體，有時(shí)也稱鏈路）和RPU組成了整個(gè)環(huán)路。23謝謝觀賞2019-9-13環(huán)中繼轉(zhuǎn)發(fā)器(RPU）下行鏈路上行鏈路環(huán)行局域網(wǎng)的結(jié)構(gòu)24謝謝觀賞2019-9-13等待令牌等待發(fā)送幀嗎？轉(zhuǎn)發(fā)令牌將R位設(shè)為幀優(yōu)先級(jí)傳送幀轉(zhuǎn)發(fā)令牌令牌優(yōu)先級(jí)≤幀優(yōu)先級(jí)嗎？令牌優(yōu)先級(jí)≤幀優(yōu)先級(jí)嗎？R位<幀優(yōu)先級(jí)嗎？在環(huán)循環(huán)后去掉幀將A和C位傳遞至更高層是是是是否否否否發(fā)送信息25謝謝觀賞2019-9-13等待幀被接受將幀傳至更高層復(fù)制并重復(fù)幀重復(fù)幀進(jìn)入Xmit例程是否食令牌？是該節(jié)點(diǎn)的幀？是是否否接收信息26謝謝觀賞2019-9-13（字節(jié)）令牌幀（字節(jié)）信息幀（字節(jié)）AC字段幀開始/結(jié)束標(biāo)志（SD/ED）：標(biāo)識(shí)幀的開始和結(jié)束，取值為JK0JK000和JK1JK1IE；E位（差錯(cuò)標(biāo)志）：由RPU置位，RPU在轉(zhuǎn)發(fā)每個(gè)幀的同時(shí)，也執(zhí)行差錯(cuò)校驗(yàn)動(dòng)作，并利用RPU具有的一位延遲來置位差錯(cuò)標(biāo)志。訪問控制字段（AC）：

Pr/Rr：本幀優(yōu)先級(jí)和預(yù)定優(yōu)先級(jí)，

T：令牌標(biāo)識(shí)，T＝0時(shí)，標(biāo)識(shí)對(duì)應(yīng)幀為令牌幀，T＝1時(shí)，標(biāo)識(shí)對(duì)應(yīng)幀為信息幀。

M：監(jiān)視位，由環(huán)路中的監(jiān)控器（或者具有監(jiān)控功能的RPU）填寫，發(fā)送結(jié)點(diǎn)發(fā)送該幀（或令牌）時(shí)，M置為0，當(dāng)該幀經(jīng)過監(jiān)控器時(shí)，監(jiān)控器將該位置為1。如果監(jiān)控器發(fā)現(xiàn)監(jiān)視位已經(jīng)被置為1，則認(rèn)為發(fā)送結(jié)點(diǎn)出了故障，未能按規(guī)定撤出該幀，此時(shí)監(jiān)控器負(fù)責(zé)撤出該幀，并發(fā)出令牌幀。幀控制字段（FC）：格式為“FFzzzzzz”；

FF：幀的種類，F(xiàn)F=00，MAC控制幀；FF=10，管理幀。FF=01，數(shù)據(jù)幀，本幀攜帶的LLC幀填放在DATA字段中幀狀態(tài)標(biāo)志（FS）：格式為“ACxxACxx”；由發(fā)送方復(fù)位和接收方置位，表示幀的收取狀況。

A：地址確認(rèn)位，由接收方置位，表示幀中的宿地址正確；

C：信息復(fù)制位，由接