計(jì)算機(jī)網(wǎng)課件-第4章2局域網(wǎng)

數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第四章局域網(wǎng)教學(xué)目標(biāo)：理解局域網(wǎng)的特點(diǎn)和功能、IEEE802標(biāo)準(zhǔn)、介質(zhì)訪問(wèn)控制的原理、無(wú)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(shè)備的功能、常見(jiàn)的局域網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、以太網(wǎng)技術(shù)；了解令牌環(huán)網(wǎng)、FDDI、VLAN的概念與實(shí)現(xiàn)方式。教學(xué)難點(diǎn)：介質(zhì)訪問(wèn)控制，以太網(wǎng)技術(shù)系列，無(wú)線局域網(wǎng)

教學(xué)時(shí)數(shù)：

8學(xué)時(shí)局域網(wǎng)概述(發(fā)展、特點(diǎn)、常見(jiàn)的拓樸結(jié)構(gòu))

Chapter4-1局域網(wǎng)發(fā)展史始于上個(gè)世紀(jì)70年代；

Xerox、DEC和Intel組成的DIX80以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。上個(gè)世紀(jì)80年代后期，進(jìn)入專業(yè)化生產(chǎn)和商品化的成熟階段；

IEEE802委員會(huì)制訂的802.3及擴(kuò)充的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)上個(gè)世紀(jì)90年代，在速度、帶寬、服務(wù)質(zhì)量等指標(biāo)方面有了更大進(jìn)展；

是網(wǎng)絡(luò)研究與應(yīng)用中的一個(gè)活躍領(lǐng)域局域網(wǎng)的特點(diǎn)地理覆蓋范圍小：

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(zhì)量高：

誤碼率10-8-10-11-10-13

支持多種傳輸介質(zhì)：

同軸電纜、雙絞線、光纖、無(wú)線介質(zhì)高可靠、低成本、擴(kuò)充及維護(hù)方便,技術(shù)成熟通常屬于某個(gè)部門(mén)、企業(yè)或單位所有局域網(wǎng)的功能與應(yīng)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)的可靠性分布式計(jì)算和高性能計(jì)算環(huán)境應(yīng)用：1、企業(yè)事業(yè)單位生產(chǎn)、辦公信息化管理。以數(shù)據(jù)庫(kù)、瀏覽器、電子郵件為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)信息資源管理和共享。如：財(cái)務(wù)、生產(chǎn)調(diào)度、產(chǎn)品、文檔、資料的管理與介紹。2、生產(chǎn)過(guò)程的檢測(cè)與控制；3、多用戶通過(guò)局域網(wǎng)接入互聯(lián)網(wǎng)。決定局域網(wǎng)特性的三項(xiàng)技術(shù)：1、拓?fù)?、介質(zhì)3、介質(zhì)訪問(wèn)控制（MAC）技術(shù)常見(jiàn)局域網(wǎng)拓樸結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)決定網(wǎng)絡(luò)性能；局域網(wǎng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)是覆蓋“有限的地理范圍”基本通信機(jī)制上選擇了“共享介質(zhì)”方式和“交換”方式在傳輸介質(zhì)的物理連接、介質(zhì)訪問(wèn)及控制方法上形成了自己的特點(diǎn)；在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渖系幕窘Y(jié)構(gòu)總線型環(huán)型（包括雙環(huán)型）星型（包括擴(kuò)展星型）總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：各工作節(jié)點(diǎn)（包括服務(wù)器與工作站）均連在一條總線上，傳輸介質(zhì)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(wù)器節(jié)點(diǎn)內(nèi)也有相應(yīng)的分支插頭。

總線型拓?fù)涞男阅芴攸c(diǎn)各節(jié)點(diǎn)地位平等，無(wú)中心節(jié)點(diǎn)控制。所有結(jié)點(diǎn)都可以通過(guò)總線傳輸介質(zhì)發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，但一段時(shí)間內(nèi)只允許一個(gè)結(jié)點(diǎn)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(diǎn)向兩端擴(kuò)散，當(dāng)一個(gè)結(jié)點(diǎn)利用總線傳輸介質(zhì)以“廣播”方式發(fā)送信號(hào)時(shí)，其他結(jié)點(diǎn)都可以用“收聽(tīng)”到所發(fā)送的信號(hào)，故又稱廣播式網(wǎng)絡(luò)?！肮蚕怼碑a(chǎn)生“沖突”（collision），沖突造成數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖В枰峁┮环N機(jī)制用于解決沖突問(wèn)題。

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

數(shù)據(jù)以基帶信號(hào)串行傳輸，但從發(fā)送節(jié)點(diǎn)出來(lái)后，在環(huán)中沿一個(gè)固定方向繞環(huán)逐站傳輸多個(gè)結(jié)點(diǎn)共享一條環(huán)通路的共享介質(zhì)結(jié)構(gòu)，也要提供旨在解決沖突問(wèn)題介質(zhì)訪問(wèn)控制。

星型結(jié)構(gòu)：網(wǎng)絡(luò)由各節(jié)點(diǎn)以中央節(jié)點(diǎn)為中心相連接，各節(jié)點(diǎn)與中央節(jié)點(diǎn)以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式連接。傳輸介質(zhì)可采用電纜或光纜星型拓?fù)涞男阅芴攸c(diǎn)任何兩節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通信都要通過(guò)中央節(jié)點(diǎn)，中央節(jié)點(diǎn)集中執(zhí)行通信控制策略，如完成節(jié)點(diǎn)間通信時(shí)物理連接的建立、維護(hù)和拆除中央節(jié)點(diǎn)通常為集線器或交換機(jī)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，管理方便，可擴(kuò)充性強(qiáng)，組網(wǎng)容易

缺點(diǎn)：中央結(jié)點(diǎn)單點(diǎn)故障將影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展星型星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的一種擴(kuò)充，又叫樹(shù)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：一個(gè)星型拓?fù)涞哪┒斯?jié)點(diǎn)又是其他星型拓?fù)涞闹醒牍?jié)點(diǎn)。IEEE802局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)Chapter4-2IEEE802標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)生為了促進(jìn)局域網(wǎng)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化以增加產(chǎn)品的互操作性，1980年2月，美國(guó)電氣和電子工程師學(xué)會(huì)（IEEE）成立了局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)，簡(jiǎn)稱IEEE802委員會(huì)，研究并制定了關(guān)于局域網(wǎng)的IEEE802標(biāo)準(zhǔn)。

通信介質(zhì)分會(huì)：負(fù)責(zé)研究局域網(wǎng)中對(duì)應(yīng)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(hào)訪問(wèn)控制分會(huì)：負(fù)責(zé)研究局域網(wǎng)中對(duì)應(yīng)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(zhì)訪問(wèn)控制協(xié)議及和網(wǎng)絡(luò)層的接口；高層接口分會(huì)：負(fù)責(zé)研究局域網(wǎng)中對(duì)應(yīng)于ISO/OSI中網(wǎng)絡(luò)層以上的高層的功能。IEEE802參考模型物理層功能：信號(hào)的編碼/解碼機(jī)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(rèn)機(jī)制和流量控制，當(dāng)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(luò)層提供單一的格式和接口；每層的功能

介質(zhì)訪問(wèn)控制子層MAC（MediumAccessControl）功能：組裝數(shù)據(jù)幀，拆幀，并完成地址識(shí)別和差錯(cuò)檢測(cè)；信道的分配，從而解決信道的競(jìng)爭(zhēng)(引入mac的主要原因）。

…IEEE802.1A綜述與體系結(jié)構(gòu)(說(shuō)明與OSI/ISO的對(duì)應(yīng)關(guān)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(wú)線網(wǎng)PhysicalLayerIEEE802.1B尋址、網(wǎng)絡(luò)互連和網(wǎng)絡(luò)管理IEEE802標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)體系，并且隨著局域網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，該體系中在不斷地增加新的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議。

IEEE802標(biāo)準(zhǔn)的說(shuō)明IEEE局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)注點(diǎn)

只關(guān)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(guān)的通信功能，至多與OSI七層模型中的下三層有關(guān)。其次，LAN基本上采用共享信道的技術(shù)，可以不設(shè)立單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)層。

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

IEEE802標(biāo)準(zhǔn)ISO/OSI的對(duì)應(yīng)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層邏輯鏈路控制（LLC）介質(zhì)訪問(wèn)控制（MAC）物理信號(hào)（PS）物理介質(zhì)連接設(shè)備（PMA）物理介質(zhì)

連接單元接口（AUI）介質(zhì)訪問(wèn)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(zhì)環(huán)境，從而數(shù)據(jù)鏈路層必須考慮介質(zhì)訪問(wèn)控制機(jī)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(zhì)訪問(wèn)控制功能；介質(zhì)訪問(wèn)控制機(jī)制與物理介質(zhì)、物理設(shè)備和物理拓?fù)涞壬婕坝布?shí)現(xiàn)的部分直接有關(guān)；分為兩個(gè)子層，可保證層服務(wù)的透明性，在形式上保持與OSI模型的一致性。使整個(gè)體系結(jié)構(gòu)的可擴(kuò)展性更好，以備將來(lái)接受新的介質(zhì)與介質(zhì)訪問(wèn)控制方法。局域網(wǎng)介質(zhì)訪問(wèn)控制Chapter4-3介質(zhì)訪問(wèn)控制CSMA/CDToken共享網(wǎng)絡(luò)環(huán)境與沖突共享網(wǎng)絡(luò)環(huán)境是指網(wǎng)絡(luò)上的所有的設(shè)備通過(guò)一條公用的信道來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，又稱廣播網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)同一時(shí)刻這些設(shè)備中的多個(gè)節(jié)點(diǎn)試圖發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，就會(huì)發(fā)生沖突。沖突會(huì)使其所涉及的各節(jié)點(diǎn)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(shè)備和與之相關(guān)的共享介質(zhì)稱為一個(gè)沖突域。局域網(wǎng)介質(zhì)訪問(wèn)控制介質(zhì)訪問(wèn)控制：

解決共享或廣播網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)信道的使用產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)時(shí)，如何分配信道的使用權(quán)。在局域網(wǎng)中，特從數(shù)據(jù)鏈路層中分出介質(zhì)訪問(wèn)控制子層，用以完成信道分配或介質(zhì)訪問(wèn)控制功能。使網(wǎng)絡(luò)有更高的工作效率、可靠性和可擴(kuò)展性。

介質(zhì)訪問(wèn)控制的類(lèi)型集中式：

有一個(gè)單獨(dú)的集中控制器或一個(gè)具有控制整個(gè)網(wǎng)絡(luò)能力的節(jié)點(diǎn)來(lái)管理網(wǎng)絡(luò)的通信。分布式：

無(wú)集中控制節(jié)點(diǎn)，各節(jié)點(diǎn)均處于平等地位。節(jié)點(diǎn)間的通信由各節(jié)點(diǎn)自身控制。進(jìn)一步分為：

1)爭(zhēng)用型介質(zhì)訪問(wèn)控制協(xié)議，又稱隨機(jī)型的介質(zhì)訪問(wèn)控制協(xié)議，如CSMA/CD。2)確定型介質(zhì)訪問(wèn)控制協(xié)議，又稱有序的訪問(wèn)控制協(xié)議，如令牌（Token）法

。最初的以太網(wǎng)是將許多計(jì)算機(jī)都連接到一根總線上。當(dāng)初認(rèn)為這樣的連接方法既簡(jiǎn)單又可靠，因?yàn)榭偩€上沒(méi)有有源器件。CSMA/CDB向

D發(fā)送數(shù)據(jù)CDAE匹配電阻（用來(lái)吸收總線上傳播的信號(hào)）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(cè)的載波偵聽(tīng)多點(diǎn)訪問(wèn)(CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection)”

的英文縮寫(xiě)載波偵聽(tīng)CS是指網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)站點(diǎn)都具備一種對(duì)總線上所傳輸?shù)男盘?hào)或載波進(jìn)行監(jiān)測(cè)的功能。多點(diǎn)訪問(wèn)MA指總線上的一個(gè)站點(diǎn)占用總線發(fā)送信號(hào)時(shí)，所有連到同一總線上的其他站點(diǎn)都可以通過(guò)各自的接收器收聽(tīng)，只不過(guò)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)會(huì)對(duì)所接收的信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步的處理，而非目標(biāo)節(jié)點(diǎn)則忽略所收到的信號(hào)。沖突檢測(cè)CD指一種檢測(cè)或識(shí)別沖突的機(jī)制，是實(shí)現(xiàn)沖突退避的前提。站點(diǎn)裝配幀并準(zhǔn)備發(fā)送偵聽(tīng)信道忙否？啟動(dòng)發(fā)送并檢測(cè)沖突沖突否？發(fā)送完成？發(fā)送沖突加強(qiáng)信號(hào)沖突次數(shù)增1沖突次數(shù)>16？計(jì)算隨機(jī)延遲時(shí)間等待延遲時(shí)間后再次啟動(dòng)發(fā)送發(fā)送成功發(fā)送失敗YNYNNYYN工作原理歸結(jié)：

先聽(tīng)后發(fā)、邊聽(tīng)邊發(fā)、沖突停止、隨機(jī)延遲后重發(fā)。若干說(shuō)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(cè)沖突？比較法----將偵聽(tīng)信號(hào)與原始的發(fā)送信號(hào)進(jìn)行比較以判斷是否發(fā)生沖突。編碼違例判決法----分析偵聽(tīng)到的信號(hào)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(jī)延遲？

截?cái)喽M(jìn)制指數(shù)增長(zhǎng)的退后等待算法截?cái)喽M(jìn)制指數(shù)增長(zhǎng)的退后等待算法：設(shè)等待時(shí)間：Td=r·tr

其中tr=2τ，r是[0，2k]間均勻分布的隨機(jī)數(shù)，（整數(shù)集合）k=min(I,10）I是同一幀的沖突次數(shù)，當(dāng)I≥10時(shí),k恒取10，截?cái)嗥湓鲩L(zhǎng)。當(dāng)I=16時(shí)報(bào)告出錯(cuò)。τ是信號(hào)在總線最遠(yuǎn)兩端間的傳播時(shí)間結(jié)論：

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

注意：實(shí)際應(yīng)用中，如果信號(hào)在超標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)度中傳輸，或連接器接觸不良，使衰減增加，將無(wú)法檢測(cè)到疊加信號(hào)，檢測(cè)不到?jīng)_突，會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的不穩(wěn)定。截?cái)喽M(jìn)制指數(shù)增長(zhǎng)的退后等待算法：IBM在80年代第一個(gè)提出令牌環(huán)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.5

速率：1M/4M/16M

拓?fù)洌涵h(huán)型 介質(zhì)：雙絞線、同軸、光纖編碼：曼徹斯特又稱令牌(Token)傳遞機(jī)制或許可證法；令牌是一種特殊的控制幀，用來(lái)控制各個(gè)結(jié)點(diǎn)介質(zhì)訪問(wèn)權(quán)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(diǎn)才能啟動(dòng)幀的發(fā)送。

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

數(shù)據(jù)無(wú)限制4byteCRC校驗(yàn)ACSDEDAC3字節(jié)的令牌信息幀：訪問(wèn)控制字節(jié)1bytePPPTMRRRPPP：優(yōu)先級(jí)T：標(biāo)記位，幀/令牌M：監(jiān)控位，監(jiān)視錯(cuò)幀RRR：預(yù)約幀控制字節(jié)1byte幀狀態(tài)ACxxACxxA：地址識(shí)別C：幀復(fù)制X:預(yù)留位1byte結(jié)束定界JK1JK1IEI：是否最后一幀E：幀是否有錯(cuò)幀控制域FC用于將數(shù)據(jù)幀和控制幀區(qū)別開(kāi)來(lái)