网络拓扑与访问控制

第三章 网络拓扑与访问控制 3 1 第三章第三章 网络拓扑与访问控制网络拓扑与访问控制 第一节 网络拓扑简介 所谓拓扑 Topology 结构是指网络单元的地理位置和互联的逻辑布局 具体讲就是网络上 各节点的连接方式和形式 换种说法 网络拓扑代表网络的物理布局或逻辑布局 特别是计算机 分布的位置以及电缆如何通过他们 设计一个网络的时候 应根据自己的实际情况选择正确的拓 扑方式 每种拓扑都有他自己的优点和缺点 目前比较流行的是三种拓扑结构 总线型 星型和环型 但在此基础上可以连成树型 星环 型和星线形 树型 星环型和星线形都是三种基本拓扑结构的复合连接 选择网络拓扑结构主要是考虑不同的拓扑结构对网络吞吐量 网络响应时间 网络可靠性 网络接口的复杂性和网络接口的软件开销的影响 此外 还应考虑电缆的安装费和复杂程度 网 络的可扩充性 隔离错误的能力以及是否易于重构等 对于 LAN 用户来讲 网络拓扑并不十分重要 因为目前大多数的 LAN 操作系统都支持多种 LAN 拓扑结构 例如 Windows NT 操作系统 不管在总线型还是在环型上提供给用户的界面都一 样 用户根本都不用关心网络物理部件 但对于网络支持部门来讲 选择网络拓扑却是一项重要 的工作 因为不同拓扑方式的 LAN 其所采用的信号技术 信道接入协议及所能达到的网络性能 都有很大的不同 下面我们来介绍一下一些常用的拓扑结构 我们将用一些具体的例子来配合大家对各种拓扑 的学习 来加深大家的印象 第二节 常见的网络拓扑结构 一 总线型拓扑结构 一 总线型拓扑结构 Bus Topology 总线拓扑通常用于规模较小 简单或临时性的网络 1 总线网络的工作原理 在一个典型的总线网络里 只有一根或几根电缆 没有安装动态电子设备对信号进行放大 或将信号从一台计算机转发至另一台 也就是说 总线拓扑是一种无源拓扑 总线型网络中 所有的用户结点 计算机 终端 工作站 外围设备或电话机等 都同等的 挂接在一条广播式公共传输总线上 它没有对网络进行集中控制的装置 如图 3 1 所示 图图 3 1 总线拓扑总线拓扑 第三章 网络拓扑与访问控制 3 2 计算机沿电缆向上或向下发出报文信息以后 网络里的所有计算机都能接受这个信息 但其 中只有一台才能真正接受信息 通常 目标地址已编码于报文信息内 只有与地址相符的计算机 才能接受信息 其它的计算机尽管收到 但也是简单忽略了事 在一个特定的时刻 只能有一台计算机发出报文 所以 如果连接到总线网络里的计算机数 目较多 便会显著的影响网络的速度 计算机发出信息之前 必须等待总线进入空闲状态 在星 型和环型网络里 也存在着同样的问题 在总线型网络中 有一个很重要的问题是 信号终止 由于总线是一种无源拓扑 从起源计 算机发出的电子信号会在电缆长度范围内自由的传递 如果不提供终止手段 信号传输到电缆末 端的时候 会马上反射回来 再向另一端传输 针对信号这样在电缆段里来回反射 我们将这种 情况叫做 振铃 所以 为了阻止信号 振铃 这种情况的发生 必须在封闭的线缆两端分别安 装上一个 终止端子 叫做终结器 这个端子能够吸收电子信号 防止信号的反射 避免可能对 网络通信带来的干扰 在总线网络里 必须采取像这样的信号终止措施 注意 Ethernet 10Base 2 细缆以太网 是以总线拓扑为基础的一种廉价网络 2 总线拓扑的优点 可构建简单的小型网络 易于使用和掌握 通信费用少 因为在覆盖范围和工作站数目相同的情况下 总线拓扑所需的线缆数量很 少 比其它的配线方式便宜得多 总线网络的扩展相当方便 通过一个 BNC 同轴连接器 可将两条电缆连接成一根更长的 电缆 利用这种方式 可将更多的计算机接入网络 也可用一个转发器 中继器 扩展 总线网络 转发器能放大信号 允许他在很长的距离内传输 总线的无源操作和系统的分布控制 保证了网络的高度可靠性 由于公共总线仅仅用于 收发信号的无源操作 本身具有高度的可靠性 同时分布控制方式可以保证当某一个工 作站发生故障或者脱离网络的时候 不会影响其他的工作站之间的通信 采用了广播式通信方式没有转接站点 具有短传输时延特性 为实时性很强的通行式控 制业务提供了物理基础 有利于组建高速的 宽带工作的综合业务局域网 3 总线拓扑的缺点 过重的网络负载可能减小了网络的传输速度 由于任何计算机都可以在任何时间传输数 据 而它们之间又不能互相通知来预定传输时间 因此 如果网络内连接的计算机数目 较多 便会耗去大量的带宽 即传输信息的能力 进行通信的时候 有可能某台计算机 往往会中断其他计算机的通信 在重负荷下 报文时延特性和吞吐特性都急剧恶化 每个同轴 BNC 连接器都会衰减电子信号 如果连接数过多 会妨碍信号正常传输到目的 地 总线网络一旦出现故障 例如匹配器损坏 线缆断裂等故障 便很难维修 而导致整个 网络的活动停止 网络覆盖范围受到限制 采用基带传输 竞争型协议的总线网 一般限制在 2km 以下的 电缆长度所能及的范围 4 实例 例如 你需要设置一个在一个办公室内拥有 22 台计算机的网络 这个办公室将在六个月内迁 入新址 那里没有预先铺设导线 市内墙壁也不允许安装设备装置 这时你应该选择总线拓扑结 构 第三章 网络拓扑与访问控制 3 3 二 星型拓扑结构 二 星型拓扑结构 Star Topology 在星型拓扑网络里 所有的线缆都从计算机连到一个中心位置 在这个位置上 用一个名为 Hub 集线器 的设备将所有的线缆连接起来 如图 3 2 所示 图图 3 2 星型拓扑星型拓扑 星型拓扑用于集中式网络 在这种网络里 可从一个中心位置直接访问末端计算机 如果希 望以后容易对网络进行扩展 或需要获得星型拓扑提供的更强的可靠性 便可以考虑安装这种类 型的网络 1 星型网络的工作原理 在星型网络里 每台计算机都需要和一个中央集线器相连 这个集线器能将所有的计算机的 报文转发给其他所有的计算机或者只发给目标计算机 集线器可以分为有源 Hub 和无源 Hub 有源 Hub 能重新生成电子信号 然后把它发给与自己 相连的计算机 这种类型的 Hub 也叫做 多端口转发器 有源 Hub 需要电源才能够运行 而对 于无源 Hub 来讲 它只是一个连接点 不能放大或重新生成信号 无源 Hub 不需要电源 在同一个星型网络里 混合的 Hub 可适应不用类型的电缆 为了扩展星型网络的规模 可以在适当的地方再设置一个星型 Hub 让更多的计算机或者 Hub 与这块 Hub 连接起来 这样一来 便形成了一种 混合星型 网络 如图 3 3 所示 第三章 网络拓扑与访问控制 3 4 图图 3 3 混合星型网络混合星型网络 注意注意 Ethernet 10Base T 是以星型物理拓扑为基础的一种流行的网络结构 2 星型网络的优点 很容易在星型网络里修改和添加新计算机 同时不会对网络的剩余部分带来任何干扰 只需简单的从计算机向中心位置拉一条新线 然后把它插入 Hub 即可 如果超出了中心 Hub 的容量 可以用带有更多端口的一个新的 Hub 替换 以便插入更多的电缆 星型网络的中心很容易诊断网络故障 利用智能 Hub 可以实现网络的集中监视与管理 如果单台计算机出现故障 整个星型网络不会受到影响 Hub 可以监测到网络故障 并 隔离有问题的计算机和电缆 网络的剩余部分可以照常运行 在同一个网络里可以使用多种电缆类型 只要 Hub 能使用多种电缆类型 由于星型 LAN 结构与传统的本地电话网相类似 因此只要有了电话交换机的单位 就可 以利用现有的专用自动交换机系统的线路组成 LAN 如果交换机本身具有综合交换功能 更容易组建一个具有综合业务能力的 LAN 集中控制有利于将各个工作站送来的数据进行汇集 然后与别的网络互连 连接方便和 经济 结构简单 中心交换采用了线路交换并具有透明性 这样任一对工作站之间的报文传输没有转接延 时 各通信对之间可以采用不同的通信协议和接口标准 有利于异种机联网 同时 网 络的延时时间是确定的 3 星型网络的缺点 如果中央集线器出现故障 整个网络会瘫痪 许多星型网络要求在中心点使用一个设备 以便传播或转换网络通信 架设星型网络的电缆费用相比之下高很多 各结点之间的相互通信量不能过大 否则很容易产生信息阻塞现象 由于线路交换方式存在接续占线的问题 这种星型网络不利于接入共享资源设备 三 环型拓扑 三 环型拓扑 Ring Topology 在环型拓扑里 每台计算机都连至下一台计算机 而最后一台计算机则连至第一台计算机 如图 3 4 所示 第三章 网络拓扑与访问控制 3 5 图图 3 4 环型拓扑环型拓扑 典型情况下 环型拓扑的应用场合包括高性能网络 要求预约带宽 以便提供对同步性要求 很高的信息 比如影像和声音等 环型网络有许多的环接器组成 每个环接器通过单向传输链路与其他的两个环接器相联接 形成一条闭合通路 数据顺序的绕环传送 从一个环接器到下一个环接器 每一个环接器对数据 进行再生和重新发送 如图 3 5 所示 为了保证环内信号的单向传播 每个环接器必须具有一侧接 收一侧发送的功能 因此 每个环接器实际上是一个转接节点 但只是在信号一级起到转发作用 因此 总的来说 环接器就有两个功能 使环能够正常的运行 让经过它的数据通过 为所连接的站提供发送和接收数据的访问点 图图 3 5 环接器连接环接器连接 1 环型网络的工作原理 在一个环型网络里 每台计算机都和其他的计算机首尾相连 而且每台计算机都会重新传输 从上一台计算机收到的信息 信息在环中朝固定的方向流动 由于每台计算机都能重传自己收到 的信息 所以 环型网络是一种有源的网络 不会出现象总线网络那样的信号减弱和丢失问题 所以 在这种网络里 用不着采取 终止 措施 因为环是没有终点的 部分环型网络采用的是令牌传送机制 这些控制方法我们将在下一节介绍 注意注意 FDDI 是一种快速光纤网络 以环型拓扑为基础 2 环型网络的优点 由于网络的操作是分布式和非竞争的 对于资源的分配比较公平 不管工作站处于环路 的什么位置 每台计算机都有相同的令牌访问权限 所以没有一台计算机可以垄断网络 网络的性能比较稳定 能承受较重的负担 也就是说 由于公平的共享网络资源 所以 随着用户的逐渐增加 网络的性能的下降是匀速进行的 尽管速度很慢 但还是可以保 证正常运行 而不是一旦超出网络容量 马上中断服务 网络的接入控制和接口部件比较简单 第三章 网络拓扑与访问控制 3 6 3 环型网络的缺点 环上的任一台计算机出现故障 会影响到总体的网络 很难对一个环型网络进行故障诊断 网络的扩充不方便 添加或删除联网的计算机都会干扰整个网络的正常运行 他的扩充 没有总线型容易 为保证环内信号的单向传输 每个节点的环接器必须是有源部件 而有源部件存在供电 问题 可靠性不如无源部件 环内需要设置对信道资源进行管理的控制装置 在如今实际架设的网络里 经常能够看到总线型 星型 环型拓扑混合使用的情况 下面我 们也介绍一下 四 星型总线四 星型总线 星型总线拓扑将总线和星型拓扑联合起来使用 也就是说 用总线电缆作干线 将几个星型 Hub 连接起来 如图 3 6 所示 如果一台计算机出现故障 Hub 能检测到这个故障 并将有问题的 计算机隔离开 如果 Hub 出现故障 与之相连的计算机便无法通信 总线网络会断为两段 相互 之间也不能通信 图图 3 6 星型总线星型总线 第三章 网络拓扑与访问控制 3 7 五 星环五 星环 星环型网络中 网络的电缆布局与星型网络很相似 但是中央的 Hub 采取了环型的方式 外 层 Hub 可以连至内部的 Hub 从而有效的扩展了内部环的循环范围 如图 3 7 所示 图图 3 7 星环星环 由于多种因素 环型 LAN 的实际规模局限于环接器的数目 同时 环型结构也受益于连接环 接器的物理线路与实际路由选择无关 为了克服环型网的这些问题 并允许构成大型的 LAN 就 出现了星环结构 首先 将环型重新排列成星型 这样可以使得所有的环接器之间的链路穿过一个单独的地点 来实现 如图 3 8 所示 图图 3 8 逻辑环的星型实现逻辑环的星型实现 环布线器有很多的优点 由于每条链路上的信号都通过那里 因此隔离故障比较简单 第三章 网络拓扑与访问控制 3 8 能够向环上发送信息 并追踪 检查它能够传多远而没有损坏 故障段可以被断开 留待以后处理 新的环接器可以很容易的接入环中 只需要简单的从新环接器布放两根电缆到布线集中 器所在的地点 并接入环中即可 与每个环接器结合的旁路继电器可以移植到环布线器内 在任何的故障下 这个继电器 都可以自动的旁路它所连接的环接器和两条链路 这一性质所带来的良好的效果在于某 个工作的环接器到下一个环接器间的传输通道可以近似的恒定 因此 传输系统所必需 自适应的信号的电平范围可以小得多 六 物理网状拓扑六 物理网状拓扑 物理网状拓扑的显著特点是 设备之间的冗余链路 在一个真正的网状拓扑环境中 每个网 络设备之间都有一条链路 可以设想一下 如果设备的数量较多 对整个网络的管理是难以维持 的 因此 大多数的网络拓扑网络都不是真正的网状网 相反 他们是一些混合型的网状网 其 中某些地方包含了一些冗余链路 但并非全部 如图 3 9 展示了一个纯粹的网状网 图图 3 9 纯粹的网状互连纯粹的网状互连 1 网状网的安装 在带有 n 台设备的一个纯粹的网状网里 需要使用 1 2 n 1 n n 1 2 条电缆 2 网状网的故障诊断及重配置 网状网具有很高的容错性能 和其他的任何一种拓扑网络结构比较起来 传输媒体的故障对 网状网的影响是最小的 由于使用了冗余链路 数据可以通过几条不同的路径传递 重配置和安装一个新网络没有区别 因为设备越多 麻烦越大 3 网状网的优缺点 优点是出色的容错性能 通信信道的容量得以有效的保证 易于对网状网进行故障的诊断 缺点是安装和配置相当的麻烦 以及维护链路的费用高 第三章 网络拓扑与访问控制 3 9 到底在什么情况下使用那种拓扑呢 以下总结网络拓扑方案的选型思路 1 采用总线型拓扑 网络规模小 网络不需频繁的重配置 要求费用最低的方案 网络的规模增长不快 2 采用星型拓扑 必须易于添加和删除客户机计算机 必须易于故障诊断 网络的规模较大 预计网络在未来有大幅度的增加 3 采用环型拓扑 网络必须在重负载下可靠地运行 要求架设一个高速的网络 经常都要对网络进行重配置 4 采用星型总线拓扑 网络要求廉价方案 能在将来方便得重配置 有较大规模的增长 5 采用星环拓扑 网络的规模较大 必须在高速下运行 在重负荷下可靠地运行 表 3 1 是各种网络拓扑结构的优缺点比较 表表 3 1 网络拓扑结构的优缺点比较网络拓扑结构的优缺点比较 网络拓扑结构网络拓扑结构优点优点 缺点缺点 总线拓扑 简单低价 容易理解 使用电缆数量 少 扩展方便 通信紧张时网络速度降低 故障 排除难 介质故障可以使整个网络瘫 痪 环型拓扑 可用令牌接入 因为设备的主动参与 故障排除较为容易 一台计算机的故障可能会影响到 整个网络 故障排除比较困难 星型拓扑 中心集线器设备可以简化网络的监视 和管理 排除故障容易 介质或者设备 故障 集线器故障除外 仅仅影响到单 一的设备 网络的其它部分不受影响 如果集线器故障将会影响到整个 网络 比其它的拓扑结构使用更多的 电缆 使用电缆数量多意味着成本的 增加 网型拓扑 冗余技术提供了容错性能 使用路由 器 费用高 安装困难 第三章 网络拓扑与访问控制 3 10 可以根据上面的这些标准 决定出哪种网络拓扑最好的适合具体的需求 第三节 总线型网络访问控制方式 所谓访问 一般是指两个实体 硬件和软件 间建立联系并交换数据 在 LAN 中介质访问控制方法包括两方面的内容 1 确定 LAN 中每个结点能将信息送到通信介质上去的特定时刻 2 如何控制公共通信介质的访问和利用 下面先介绍一下介质访问控制方法的分类 1 根据分配信道方式的不同 可以分为按时间分配 TDM 和按频率分配 FDM FDM 可 用于宽带 LAN 而 TDM 通常用于基带 LAN 2 根据每次分配占用信道时间的长短和方式的不同 可以分为固定时间分配和可变时间分配 3 按照控制算法来分类 又可以分为以下几类 固定分配技术 就是将信号带宽静态的分配给多个用户 这种技术比较简单 但是信道 利用率很低 随机访问技术 就是信道全部带宽由多个用户争用 信道利用率很高 但是冲突会降低 信道性能 分配访问 请求分配是避免多路访问冲突的控制方法 自适应分配访问 面向优先级的请求分配和冲突预约分配都是属于自适应分配 它试图 最有效地使用信道或者最有效地适应节点随机发送的要求 下面介绍一下争用技术 争用 Contention 是一种随机发生的访问 即在任何时刻和任何节点之间可能发生的多个节 点竞争使用一个线路 节点在自己决定的时间自由的发送报文 而不管其他的节点是否也企图发 送报文 由于计算机通信具有突发性特点 这种竞争的技术通常是很适用的 一旦某个用户获得 了信道的访问权 他就可以使用信道的全部带宽 采用了这类技术 不是通过控制来决定那个站 点获得了发送权 而是以一种比较杂乱的方式来争夺发送的时间 这类技术是分布式的 它的主 要优点是实现简单 在轻负荷下效率极高 它的主要问题是在报文发送的时候可能发生冲突 冲 突的结果是将造成报文被破坏 即使在解决冲突后 重负荷下往往会引起性能的下降 这个时候有必要介绍一下 ALOHA 技术 它是 70 年代由美国夏威夷大学早期研制的无线电 LAN 所用的随机访问技术 又分为纯 ALOHA 和时隙 ALOHA 一下仅介绍纯 ALOHA 技术 纯 ALOHA 的基本思想是各站随机发送报文分组 并且利用应 答技术来确保发送的成功 当从站发出一个报文分组后 必须等待主站送来确认信号 才能继续 发送下一个报文分组 在 LAN 情况下 这种应答是即刻的 如果等待一定时刻收不到确认信号 就会认为报文发生了冲突 发送者就要等待某个随机发送的时间之后再次发送 等待时间是随机 的 否则相同的报文分组必然以同样的节拍一次又一次的反复冲突 冲突的时候可能会危及线路 上的前一报文分组的尾部或者后一报文分组的头部 这样 相邻的两个报文分组都要重发 如图 3 10 所示 第三章 网络拓扑与访问控制 3 11 图图 3 10 冲突的产生冲突的产生 在总线型局域网中 其访问控制方式为 CSMA 与 CSMA CD 以及 CSMA CA 三种方式 他们 都属于竞争技术 一 一 CSMA 方式方式 CSMA Carrier Sense Multiple Access 称为载波监听多路访问 它采用先听先说 Listen Before Talk 技术 即当结点有信息有发送的时候 首先监听信道是否有其他的节点的信息正在传 送 如果检测到载波 则等待 直到信道空闲再发送 这就大大降低了冲突的概率 CSMA 技术 有两个控制过程 一是检测到信道有载波的时候 推迟发送 二是检测到信道空闲的时候 获得 信道的访问权 也可称为推迟 获得技术 在 CSMA 中 在报文被送入网络的一小段时间内 仍有可能发生冲突 因为信号在线路上有 传播延时 有时可能某一结点刚要开始发送 而另一结点正好准备发送并测试信道 此时 第一 结点的信号还没有抵达第二结点 第二结点测出信道空闲 就开始发送 于是产生冲突 如果传 播延时越长 则冲突的机会就越多 对协议的性能影响也就越大 有时 在一个节点发送结束 另两个准备发送的节点可能同时发送 导致冲突 此时即使延时为零 也还是要发生冲突的 因 此 研究各种 CSMA 技术的目标都是要尽可能减少冲突的次数 因此 CSMA 有可以分为 非坚持 CSMA 坚持 CSMA 和 P 概率持续性 CSMA 1 非坚持 CSMA 技术 当某个结点准备发送数据时首先监测信道上有无信息 一旦测出信道忙碌 就不继续测试信 道 而是根据冲突解决算法 选择重发延时 再次重发 直到发送成功为止 若测出信道空闲 该结点就发送报文 由于有了这种措施 在相当的程度上减少了各站发送数据的盲目性 提高了信道的利用率和 整个网络的吞吐量 这种技术的缺点是 当几个节点相互冲突的时候 在重发延时结束之前 有可能都不对已经 空闲的信道发送报文 造成信道浪费 2 坚持 CSMA 技术 为了克服非坚持 CSMA 的缺点 坚持 CSMA 即使测出信道忙碌 仍然继续测试信道 直到测 出信道空闲为止 在这种技术中 信道不空闲时 如果两个结点同时准备发送数据 一旦信道空闲 两个结点 会同时发送信息 应起冲突 3 P 概率持续性 CSMA 为了克服坚持 CSMA 的缺点 有产生了 P 概率持续性 CSMA 这种技术用于时隙信道 当结 点准备好发送时候 就监测信道 如果信道空闲 该结点就以概率 P 发送 并按概率 1 P 延 迟一个时隙 然后再次监测信道 若信道不空闲 节点就监测等待 直到信道空闲 发送信息为 第三章 网络拓扑与访问控制 3 12 止 如在下一时隙中监测到信道空闲 就重复上述步骤 P 概率持续 CSMA 采用了时隙与概率的方法 不仅可以尽快利用空闲信道 而且可以减少可 能造成的冲突 二 二 CSMA CD 技术技术 CSMA CD Carrier Sense Multiple Access Collision Detect 即边听边说 Listen While Talk 技术 CSMA CD 带有检测冲突的载波监听多路存取 同一时刻只能有一个工作站使用网络 用 一个通俗的例子在形容 CSMA CD 的作用类似于老式的 合用线 电话系统 当拿起电话 如果 听到的是一阵拨号声 就说明此时正处在 空闲 状态 在这种情况下 你和你的电话系统都由 载波监听 技术控制 首先要监听是否有拨号声 如果存在 就可以使用线路 监测冲突则意 味假设两个人同时拿起电话筒 并且同时拨号 这两个人就会发生冲突 这是他们都要放下电话 然后重新拨号 及时返回空闲线路的第一个人就赢得了控制权 并能够真正拨打电话 另一个人 就只好等待了 这个例子就充分的说明了这个技术 下面我们来简单的介绍这套技术 它包括以下的环节 1 载波监听 要发送的节点首先进行载波监听测试 若信道空闲 就发送报文 如信道忙碌 就推迟发送 而且 载波监听还可以起到同步的作用 可在接受器中为报文分组的开始与结束来定界 2 冲突检测 由于传播延时的存在 不可能完全的避免冲突 为此必须设法检测出冲突并停止冲突 他一 边发送一边监听 比较发送和接受到的信号 两者若不一致 即为冲突 或者只检测接受信号 如果发现相位被破坏 则说明有冲突 冲突检测的作用有三个 1 结点能够随时的监测冲突和立即停止冲突 2 冲突的周期被限制在一次全程往返的最大时间之内 冲突造成的截断帧仅仅只占帧传输 的很小部分 3 可以利用冲突检测的次数来估算信道上的通信量 以便可以调整重发的间隔时间 优化 信道效率 3 冲突加强 由于下面的两个原因 使上述的冲突检测的方法并不十分有效 1 只有发送站才能检测到冲突 而由于传播延时的存在 在两发送结点上 发送时并没有 冲突 但是到达中间的接收节点时 两发送信号就可能冲突 这种冲突的时间较短 影响一 二 位数据 2 当网络中发送节点很多的时候 参与冲突者也增多 有可能引起电缆上的信号饱和 无 法检测到跳变 而冲突检测是靠检测载波的跳变的 所以饱和时候冲突就检测不出来 这种冲突 具有累积的性质 各发送节点会把信号饱和误认为信道空闲而发送不止 结果造成长时间的冲突 为了克服上面的问题 Ethernet 采取了 冲突增强 措施 当某一发送结点检测到冲突的时候 立即发出一个 阻塞码 4 到 6 个字的随机数据 使冲突周期加长 让所有的发送结点都能检测 到冲突 第三章 网络拓扑与访问控制 3 13 4 后退算法 为了减少重复冲突的可能性 当某一发送结点检测到冲突的时候 应该自动地后退 推迟一 个随机的延时时间 然后再重发 5 断帧滤除 在检测到冲突的时候 可以立即停止发送 在冲突几位后就截断了报文的分组 使报文分组 成为截断帧或冲突碎片 为了减轻处理的负担 应拒绝处理破坏了的报文帧 这由接受结点的软 件承担 断帧滤除工作则由滤波器硬件完成 6 差错校验 采用 32 位 CRC 检验码 具有较强的检错能力 除了能够检测出传输错误和脉冲噪声外 也 能检测出由于冲突漏测而引起的差错 三 三 CSMA CA 技术技术 随着微机网的广泛应用 上述的监测方法过于复杂和昂贵 因此 又出现了 CAMA CA 技术 CSMA CA Collision Avoidance 是在 CSMA CD 的基础上发展起来的 又可以分为两类 1 分时多用复用技术与 CSMA CD 技术的结合 特点 每次传送结束后 划分时间片 并把时间片相应的分给网上的各个结点 拥用最高优 先级的节点 获得第一个时间片 如果他准备发送信息 就利用这个时间发送 然后 按照优先 次序 依次将时间片发给各个结点 如果某结点无信息可发 它的时间片就空闲不用 如果在时 间片轮回一周中 所有的节点都没有信息可发 那么网络就回到 CSMA CD 方式 此时又按竞争 的方式获得信道 信道在 CSMA CD 的方式下使用一次后 系统又回到时间片的方式 此法的优点是效率非常高 但缺点是实现复杂 价格比较昂贵 在这种系统中 节点必须要 有足够的智能以便完成时间片的同步 执行时间片的算法以及 CSMA CD 方式下的算法 2 二次检测冲突避免方式 结点在发送前对介质进行两次检测 第一次检测时准备发送的节点在发送前监听介质一段时 间 为介质最长的传播延时的 2 倍 如果在这段时间内介质上无发送信息 则该结点作发送准备 发送准备时间为前一段时间的 2 到 3 倍 准备时间结束后 真正的要发送数据的时候 再次进行 第二次检测 即对介质进行一次迅速而短暂的监听 若介质仍然为空闲 则正式开始发送 如果 第二次检测时 监听到介质上有信息发送 则马上停止即将开始的发送 按某种算法延迟一段随 机的时间 然后再重复上述的二次检测过程 这种方法为先听后发 这样可很大程度上简化硬件 在发送后一旦发生冲突 也不终止自己 的发送 直到整个信息包发完 由接受端进行应答 所以 这种方式所需要的硬软件都不复杂 系统造价低廉 而冲突几乎可以避免 第四节 环型网络访问控制方式 第三章 网络拓扑与访问控制 3 14 环型网络的访问技术不仅用于环型拓扑中 也可以用于总线或者其他的拓扑 如星型中 中 在 IEEE802 标准中 规定了令牌传送环和令牌总线两种标准 一 令牌传送环一 令牌传送环 令牌 Token 也称作 标记 或 通行证 令牌的具体形式 是一个专用的控制帧 或者 是附在一个报文分组头部或者尾部的一个字段 它的码型由实际应用系统所采用的标准来规定 令牌传送环控制方法一般要求通信系统能够形成一个简单的闭合回路 最好是形成一个物理 上的实际环路 如果没有物理上的环路 就只能形成逻辑上的环路 一个空闲的令牌将在这个环内不断的传递 传递的方向始终是固定的 节点可以从离自己最 近的有源上游节点收到令牌 并把他传递给离自己最近的有源下游节点 如果站点收到一个空闲 的令牌 就知道自己能在其中添加数据 并在环内继续向下传递 每个站点都有均等的机会俘获 令牌 并能够对其进行控制 将数据依附在令牌里面 然后通过网络传送出去 这个过程就叫做 媒体访问 某站点在空闲的令牌里添加了自己的数据以后 这个令牌就不再是空闲令牌了 而是忙碌的 令牌 环内的每个节点都能够接受来自忙碌令牌的数据 并按照原来的样子 向离自己最近的一 个 有源下游节点 转发令牌和数据 目标站点的地址已经插入令牌数据里 所以一旦忙令牌到 达目标站点 便会从其中提取出发给自己的数据 并将他传递给上层的协议 随后 他会在令牌 里交换存放由两个二进制位组成的数据帧 然后继续沿环型传送令牌 这两个位指出自己已经收 到了信息 令牌和数据将沿环传回原来发出信息的那台工作站 他取出这两个位的信息 继续下 一轮的 空闲令牌 忙碌令牌 空闲令牌 的循环 环内的每个工作站实际上是一个转发器 网络中的每个节点都会接受和转发数据 直到完成 一个完整的循环 这个过程好像是一种游戏 在这种游戏里 一个人要想另一个人耳语一些话语 另一个人在向下一个人重复这些话 并可以按照自己的意思做一些添油加醋之举 以此类推 直 到这些话走完一个完整的循环为止 唯一的区别是 在这种游戏里 最先传话的那个人在循环的 最后收到自己的传话的时候 可能发现自己的原话已经面目全非了 但是 在网络源节点收到报 文后 除了指出目标节点已经收到的数据的那两个二进制位以外 其他的东西他是原封不动的 1 活动监视器和备用监视器 在网络里打开时间最久的站点通常会成为 活动监视器 在令牌环型网络里 同一时刻只允 许存在一个活动的监视器 环内的所有节点都会自动的变成 备用监视器 这些监视器时刻都在 等待活动监视器退位 一旦出现这种情况 便会推举出一个新的活动监视器 对于一些小的错误 来说 比如活动监视器被关掉 所有的这些错误都是由活动监视器和备用监视器处理的 如图 3 11 所示 第三章 网络拓扑与访问控制 3 15 图图 3 11 监视器工作方式监视器工作方式 活动监视器每隔 7 秒便会做一次例行的系统检查 在这种检查中 活动监视器将向环内的下 一个站点发出一个令牌 这个令牌指出了在下一个站点通报活动监视器的地址 这种处理将在环 内不断地进行 直到令牌返回活动监视器为止 通过这一连串的处理 每个站点都获知了 3 个方 面的信息 当前活动监视器的地址 谁是自己上游的邻居和谁是自己下游的邻居 2 信标 如果某个站点在 7 秒钟之内未从自己的上游节点受到任何的信息 就会认定已经发生某种错 误 并且会自己采取相应的行动 他会沿环型发出一条报文 向其他的站点通报三方面的情况 我是谁 相应的网络地址 我的上游节点是谁 这个节点实际就是规定时间内没有消息传来的那 个上游节点 以及信标的类型 出现了什么故障 这个监视的过程叫做信标处理 只有当离自己 最近的有源上游节点没有信息传来的时候 才会发生这样的处理 信标处理的宗旨是指出环内的某个区域出现了某种问题 环内的某个节点出现问题后 相应 的地方就叫做 故障域 定位了故障域后 报告故障的那台工作站 有问题的工作站的下游邻 居 便会担任将由问题站点发出的数据报从网络中删除的重任 确保网络的剩余部分继续的稳定 的运行 信息处理过程中 每块令牌环网卡就会暂时脱离域环的连接 进行内部的自我诊断 寻找故 障的所在 如果条件允许 这些网卡甚至可以自己修复 网卡的自动纠错的过程叫做 自动重新 配置 如果网卡在自动配置过程中出现了错误 便会不在连入环型网络 利用自动重新配置获得的信息 环型可以自己修复自己 不用分离网络 这是一种内建的自 诊断与修复程序 二 令牌总线工作原理二 令牌总线工作原理 令牌传送比较简单 也比较有效 它能够发送变长报文 不仅可用在环型拓扑中 也能用在 总线结构中 如给每一个工作站分配一个唯一的标志号 这些标志号是有顺序的 每一站除了记 住自己的标志号外 还知道前站和后站的标志号 如将最后一个站号与第一个站号相连 则按站 标识号的顺序