局部计算机网络

1、上节课复习上节课复习l IEEE802.5（Token Ring）l IEEE802.4（Token Bus） 检查检查 绘制出绘制出CSMA/CD接收数据帧的流程图接收数据帧的流程图接受一个帧帧碎片？地址比较本机地址？数据校验正确否？拆分数据帧，将数据送往高层YesYesYesNoNoNoToken Ring/802.5的操作的操作 哪个站点可以发送帧，是由一个沿着环旋转的称为哪个站点可以发送帧，是由一个沿着环旋转的称为“令牌令牌”（TOKEN）的特殊帧来控制的。）的特殊帧来控制的。只有持有令牌的站可以发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送帧，而没有拿到令牌的站只能等待；

2、 主站首先发出空（闲）令牌；主站首先发出空（闲）令牌； 拿到闲令牌的站将令牌置成拿到闲令牌的站将令牌置成“忙忙”，并组帧装载上自己要发，并组帧装载上自己要发送的数据，然后发送出去；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；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。余的站点能获得帧的发送权。Token Ring/802.5的操作举例AT（c）帧循环一圈后帧循环一圈后,A将数据帧回收将数据帧回收并放出空令牌并放出空令牌AT

3、Data（a）A有数据要发有数据要发送送, 它抓住空它抓住空令牌令牌（b）AA将令牌修改为将令牌修改为数据帧头数据帧头, 并加并加挂数据发送挂数据发送TDataCData目的站点从环目的站点从环上拷贝上拷贝数据数据TDataCTDataCTDataCIEEE802.5的帧结构令牌帧令牌帧数据帧数据帧/控制帧控制帧起始起始 访问控制访问控制 帧控制帧控制目的地址目的地址源地址源地址数据数据FCS结束结束帧状态帧状态1112/62/6 04 1 1P P P T M R R R优优先先级级位位令令牌牌位位监监督督位位预预约约位位起始起始 访问访问控制控制结束结束111访问控制字段包括：访问控制字段

4、包括： 优先级位优先级位与与优先级预约优先级预约位位。 令牌位令牌位：帧类型标识。：帧类型标识。 0：令牌帧；：令牌帧； 1：信息：信息/控制帧控制帧 监督位监督位：防止无效帧无限循环。：防止无效帧无限循环。IEEE802.5的帧结构（续）令牌帧令牌帧数据帧数据帧/控制帧控制帧起始起始 访问控制访问控制 帧控制帧控制目的地址目的地址源地址源地址数据数据FCS结束结束帧状态帧状态1112/62/6 04 1 1ARI FCI 0 0 ARI FCI 0 SEI地地址址识识别别位位帧帧复复制制位位监监督督位位错错误误指指示示位位起始起始 访问访问控制控制结束结束111帧状态字段包括：帧状态字段包括

5、：ARIARI：如果地址正确则置：如果地址正确则置1 1 。FCIFCI：如果数据被接受则置：如果数据被接受则置1 1。SEISEI：错误指示位。：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（Token Ring）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（令牌总线（Toke

6、n Bus）是）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。A前E后BC前无后无E前D后AB前A后DD前B后EBUS图中图中ABDEABDEA A（C C 站点没站点没有连入令牌总有连入令牌总线中）线中）VLAN概念 虚拟局域网虚拟局域网 VLAN（virtual lan） 是由一些是由一些局

7、域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组。局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组。 这些网段具有某些共同的需求。 每一个 VLAN 的帧都有一个明确的标识符，指明发送这个帧的工作站是属于哪一个 VLAN。 虚拟局域网其实只是局域网给用户提供的一种虚拟局域网其实只是局域网给用户提供的一种服务，而并不是一种新型局域网服务，而并不是一种新型局域网。以太网交换机A4B1以太网交换机VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太网交换机以太网交换机三个虚拟局域网 VLAN1, VLAN2和 VLAN3 的构成 以太网交换机A4B1以太网交换机VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2

8、A1A3C2B2以太网交换机以太网交换机三个虚拟局域网 VLAN1, VLAN2和 VLAN3 的构成 当 B1 向 VLAN2 工作组内成员发送数据时，工作站 B2 和 B3 将会收到广播的信息。以太网交换机A4B1以太网交换机VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太网交换机以太网交换机三个虚拟局域网 VLAN1, VLAN2和 VLAN3 的构成 B1 发送数据时，工作站 A1, A2 和 C1都不会收到 B1 发出的广播信息。 VLAN的划分： 按照Port 按照MAC地址 按照IP地址 其他局域网扩展局域网扩展 什么情况下需要扩展什么情况下需要扩展？ 网络范围

9、扩大 更多的站点加入网络 多个独立的局域网进行互联 如何扩展如何扩展？ 主要在三个层次上 物理层 数据链路层 网络层从物理层上扩展从物理层上扩展 设备：设备： 总线网：中继器 星形/环形网：集线器 特点：特点： 一个网段网段上的信号信号不加选择地被复制复制到另一个网段网段； 扩展后的网络仍是一个冲突域冲突域。 优缺点优缺点： 简单、成本低 网络规模不能太大 站点数量：冲突随站点数量的增多而变得越来越严重 只能互联相同类型的网络 例：从分离的部门网络到统一的企业网络例：从分离的部门网络到统一的企业网络集线器人力资源部集线器市场部集线器技术开发部集线器财务部从链路层上扩展 设备：设备： 网桥、交换

10、机 特点：特点： 一个网段网段上的帧帧有条件地被转发转发到另一个网段网段； 扩展后的网络被网桥/交换机隔离成多个冲突域冲突域； 扩展后的网络仍是一个广播域广播域。 优缺点：优缺点： 冲突被限制在小范围内，甚至可被消除； 地域范围不再受时间槽的限制； 远程网桥可将局域网的范围扩展到几十公里以上 转发速度有所降低； 不能隔离广播帧。在链路层上扩展局域网在链路层上扩展局域网网桥网桥/交换机交换机独立的冲突域独立的冲突域网段网段1HUB网段网段2HUB广播域广播域从网络层上扩展 设备：设备： 路由器 特点：特点： 一个网络网络上的分组分组有条件地被转发转发到另一个网络网络； 扩展后的网络被路由器分隔成

11、多个子网子网。 优缺点：优缺点： 隔离广播域，限制了广播帧的泛滥； 地域范围可以任意扩展； 能根据最佳路由转发分组； 可以互联不同类型的网络； 转发速度低，成本较高，维护复杂。财务部集线器技术开发部集线器市场部集线器人力资源部集线器在网络层上扩展局域网在网络层上扩展局域网技术开发部路由器集线器财务部路由器集线器市场部路由器集线器路由器人力资源部集线器企业网企业网 / 广域网广域网蜂窝无线通信发展概述无线寻呼和无绳电话无线寻呼 无线寻呼是日常生活中非常普及的一种技术。要呼叫一个有寻呼机的人时,可以打电话给寻呼服务公司并输入一个安全码、寻呼机号以及要回的电话号码(或一条短消息)。无绳电话 无绳电话

12、允许人们在打电话时可以在屋里走来走去。无绳电话由两部分组成:基站和电话,它们通常是一起卖的。基站的后面有一个标准的电话插座,可以通过电话线连接到电话系统上。电话和基站通过低功率无线电波通信,范围一般为 100300m。蜂窝无线通信发展概述蜂窝移动通信蜂窝移动通信(1)模拟蜂窝移动通信模拟蜂窝移动通信中使用最普及的技术是先进移动电话系统AMPS(Advanced Mobile Phone System)，AMPS容量增大的关键思想是利用相对较小的单元,并且重用附近(不是邻接)单元的传送频率。频率重用的思想如图所示，单元一般都近似于圆形,但是用六边形更容易表示。 蜂窝无线通信发展概述（2）数字蜂窝

13、移动通信第二代蜂窝电话是数字的,它是在AMPS基础上发展起来的。数字蜂窝无线电系统信道分配方案有3种：GSM，CDPD和CDMA。其中CDPD已被淘汰。GSMGSM（Global Systems for Mobile communicationsGlobal Systems for Mobile communications，全球移动通全球移动通讯系统讯系统 ）主要用于话音通信,但若用带有特殊调制解调器的便携机 ,亦可进行数据通信。其缺点:一是基站之间的接管相当频繁,每次接管会导致300ms数据的丢失；二是GSM的错误率较高；三是由于按接通的时间计费而不是按传送的字节收费,所以花费很大。解决的

14、方法之一是采用蜂窝数字分组数据 CDPD。蜂窝无线通信发展概述码分多址访问码分多址访问（CDMACDMA） CDMA（Code Division Multiple Access）。CDMA有很多优点,如容量是目前流行的GSM的34倍；通话质量大幅度提高,接近有线电话的通话质量；由于所有小区使用相同的频率故大大简化小区频率规划；保密性能更强；手机功耗更小,通话时间更长；增强小区的覆盖能力,减少基站数目；不会与现在的模拟和数字系统产生干扰；提供可靠的移动数据通信；可靠的软切换方式大大降低了切换的失败几率。 概念区分目前我国手机网络分两种，一种是GSM的，一种是CDMA。其中中国移动的都是GSM网络

15、（其中GPRS是建立在GSM上的），而中国联通的130132开始的号码为GSM网络，133为CDMA网络。这两种网络的手机是不通用的。也就是说GSM手机只能用中国移动和中国联通130132号码的SIM卡。而CDMA的手机只能用133的卡。 GPRS就是数据传输 也就是手机上网，GPRS就好比移动通信设备的ADSL，而GSM就是普通固定电话线 。 蜂窝移动电话系统组成 蜂窝移动电话系统的组成 蜂窝移动通信系统主要是由交换网络子系统、无线基站子系统和移动台三大部分组成，如图所示。蜂窝移动电话系统组成 移动台（移动台（MSMS，Mobile StationMobile Station） 移动台就是移

16、动客户设备部分，它由两部分组成，移动终端(MS)和客户识别卡（SIM, Subscriber Identity Module ） 无线基站子系统（无线基站子系统（BSS, BSS, Base Station SystemBase Station System ） 无线基站子系统是在一定的无线覆盖区中由移动交换中心（MSC）控制，与MS进行通信的系统设备，它主要负责完成无线发送接收和无线资源管理等功能。功能实体可分为基站控制器（BSC, Base Station Controller ）和基站收发信台（BTS, Base Transceiver Station ）。 交换交换网络网络子系统（子系

17、统（NSS, NSS, Network Switching SystemNetwork Switching System ） 交换网络子系统主要完成交换功能和客户数据与移动性管理、安全性管理所需的数据库功能。蜂窝移动电话系统组成移动站移动站移动站MSC图 蜂窝通信原理图 交换子系统无线基站子系统主要通信技术 无线通信复用技术传输技术的一个关键就是解决传输的有效问题，为此，要赋予不同的用户信号以不同的信号特征，这些信号特征能区分不同的用户，就像不同的地址区分不同的用户一样。因此，这种技术称为多址技术。 这里要注意区分多路复用技术和多址技术。其中在两点之间同时互不干扰的传送多个信号是信道的多路复用

18、。在多点之间实现互不干扰的通信是多址访问技术。 主要通信技术 频分多址频分多址 频分多址（FDMA, Frequency Division Multiple Access）是使用较早也是使用较多的一种多址接入方式，被广泛应用于卫星通信、移动通信、一点多址微波通信系统中。FDMA的技术核心是把传输频带划分为较窄的且互不重叠的多个子频带，每个用户都被分配到一个独立的子频带中；各用户采用滤波器，分别按分配的子频带从信道上提取信号，实现多址通信。主要通信技术 频分多址频分多址 CH2CH1CH3CH1CH2CH3MUXCH1 CH2 CH3带宽复用信号带宽复用信号f复用器复用器主要通信技术时分多址时分

19、多址（TDMA, Time Division Multiple Access）是在给定频带的最高数据传输速率的条件下，把传递时间划分为若干时间间隙，各用户按照分配的时隙，以突发脉冲序列方式接受和发送信号。 主要通信技术时分多址时分多址 A2A1A3原始信号D2D1D3数字化信号MUX复用后的数据流复用后的数据流时隙号时隙号1231D3D2D1时间片时间片12时间片时间片2D1时隙时隙D2复用器复用器t主要通信技术波分复用（多址）波分复用（多址）整个波长频带被划分为若干个波长范围，每路信号占整个波长频带被划分为若干个波长范围，每路信号占用一个波长范围来进行传输。用一个波长范围来进行传输。 F2F

20、1F3光谱光谱F1F2F3共享光纤的光谱共享光纤的光谱光纤光纤2光纤光纤3光纤光纤1共享光纤共享光纤 棱柱棱柱/衍射光栅衍射光栅主要通信技术码分多址 码分多址（CDMA, Code Division Multiple Access）也称扩频多址（SSMA, Spread Spectrum Multiple Access）。将原信号的频带扩宽，再经调制发送出去；接收端接收到经扩频的宽带信号后，作相关处理，再将其解扩为原始数据信号。每个用户把发送信号用接收方的地址码序列进行编码主要通信技术FDMA、TDMA和CDMA对比 CDMA与TDMA和FDMA的区别，就好像一个国际会议上，TDMA是任何时间

21、只有一个人讲话，其他人轮流发言；FDMA则是把与会的人员分成几个小组，分别进行讨论；而CDMA就像大家在一起，每个人使用自己国家的语言进行讨论 主要通信技术信号的调制和解调 在信号传输中，将发送端的数字信号转换成模拟信号的过程称为调制，相应的调制设备称为调制器；在接收端把模拟信号还原为数字信号的过程称为解调，相应的设备称为解调器。 同时具备调制和解调功能的设备称为调制解调器（Modem）。 主要通信技术三种调制方式：目的：使数字数据能在模拟信道上传输使数字数据能在模拟信道上传输幅度调制 （Amplitude shift Keying，ASK）频率调制 （Frequency Shift Keyi

22、ng，FSK）相位调制（PhaseShift Keying，PSK）主要通信技术三种调制方式主要通信技术数字信号的数字编码：使数字数据能在数字使数字数据能在数字信道上传输信道上传输主要通信技术模拟信号的数字编码：使模拟数据能在数字使模拟数据能在数字信道上传输信道上传输PCM编码：编码：采样采样：按一定间隔对语音信号进行采样：按一定间隔对语音信号进行采样量化量化：把每个样本舍入到最接近的量化级别上：把每个样本舍入到最接近的量化级别上编码编码：对每个舍入后的样本进行编码：对每个舍入后的样本进行编码编码后的信号称为编码后的信号称为PCM信号（信号（ Pulse Coded Modulation，脉码

23、调制）。，脉码调制）。主要通信技术PCM原理：原理：采样电路采样电路量化和编码量化和编码主要通信技术PCM过程：过程：Ad hoc无线网络通信 随着人们对移动通信要求的增强，蜂窝移动通信系统得到了迅速普及。但蜂窝移动通信系统是集中式控制的(有中心的)，网络的运行要基于预先架设好的网络设施。这两个特点使得蜂窝移动通信系统对有些特殊场合来说并不适用。 此时，需要一种特殊的通信系统，这种通信系统的运行不能基于任何预先架设好的网络设施，要能实现临时快速自动组网，节点要能移动。Ad hoc网络(或自组织网络、特定网络、对等网络)的出现满足了这些要求。 Ad hoc无线网络通信 Ad hoc网络中的结点不

24、仅要具备普通移动终端的功能，还要具有报文转发能力，即要具备路由器的功能。因此，就完成的功能而言可以将结点分为主机、路由器和电台三部分。 其中主机部分完成普通移动终端的功能，包括人机接口、数据处理等应用软件。而路由器部分主要负责维护网络的拓扑结构和路由信息，完成报文的转发功能。电台部分为信息传输提供无线信道支持。从物理结构上分，结点可以如图所示被分为以下几类：单主机单电台、单主机多电台、多主机单电台和多主机多电台。Ad hoc无线网络通信Ad hoc无线网络通信Ad hoc网络一般有两种结构：平面结构和分级结构。平面结构中，所有节点的地位平等所以又可以称为对等式结构。分级结构中，网络被划分为簇(

25、cluster)，每个簇由一个簇头和多个簇成员组成，这些簇头形成了高一级的网络，在高一级网络中，又可以分簇，再次形成更高一级的网络，直至最高级。分级结构中，簇头节点负责簇间数据的转发。比如当簇1中的节点A要与簇2中的节点B通信时，节点A先把数据发送给簇1的簇头；簇1的簇头分析发现B在簇2中，把数据转发给簇2的簇头可能要经过其它接头的转发；接2的簇头收到数据后，发现B是自己簇的成员，把数据发送给B。 Ad hoc无线网络通信平面结构 单频分级结构 Ad hoc无线网络通信多频分级结构 卫星通信技术 卫星通信系统组成：星通信系统包括通信和保障通信的全部设备，主要有跟踪遥测指令分系统、监控管理分系统

26、、空间分系统及通信地球站四部分组成，如图所示。 卫星通信系统的基本组成 卫星通信技术 跟踪遥测指令分系统 跟踪遥测指令分系统对卫星进行跟踪测量，控制其准确进入预定轨道并到达指定位置，待卫星正常运行后，定期对卫星进行轨道修正和位置保持，必要时，控制通信卫星返回地面。 监控管理分系统 监控管理分系统对轨道定点上的卫星进行业务开通前、后的监测和控制，如卫星转发器功率、卫星天线增益以及各地球站发射的功率、射频和带宽等基本的通信参数，以保证网络的正常通信。 卫星通信技术空间分系统 空间分系统是由主体部分的通信系统和保障部分的遥测指令和控制系统以及能源（包括太阳能电池和蓄电池）等组成。通信卫星主要起无线电

27、中继站的作用，它是靠卫星上通信系统的转发器（微波收、发信机）和天线来完成。一个卫星的通信系统可以转发一个或多个地球站信号。显然，当每个转发器所能提供的功率和带宽一定时，转发器越多，卫星通信系统的容量就越大。 地球站 地球站是微波无线电收、发信电台，用户通过它接入卫星通信网络进行通信。 卫星通信技术卫星通信技术特性 范围广。 系统的开发推广迅速。 传输的价格不受距离远近的影响。 较不易受自然灾害的影响。 高通信容量。 多点通信导向系统( Multicast-oriented System )。 终端用户预安装费用不高，且不需因增加用户数而再架设新的线路。各种无线方式UWB(Ultra Wideb

28、and)是一种无载波通信技术，利用纳秒至微微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据。DECT（Digital Enhanced Cordless Telecommunications 数字增强无绳通信）世界领先的数字通信无线标准 WLAN特点可移动性：可移动性：由于没有线缆的限制，用户可以在不同的地方移动工作，网络用户不管在任何地方都可以实时地访问信息。布线容易布线容易：由于不需要布线，消除穿墙或过天花板布线的繁琐工作， 因此安装容易，建网时间可大大缩短。 组网灵活组网灵活：无线局域网可以组成多种拓扑结构，十分容易地从少数用户的点对点模式扩展到上千用户的基础架构网络。 成本优势：成本优势：这种优势体现在用户网络需要租用大量的电信专线进行通信的时候，自行组建WLAN会为用户节约大量的租用费用。在需要频繁移动和变化的动态环境中，无线局域网的投资更有回报。 其它优势：其它优势：无线网络通信范围不受环境条件限制；在网络数据传输方面也有与有线网络等效的安全加密措施。 WLAN应用移动办公的环境移动办公的环境：大型企业、医院等移动工作的人员应用的环境； 难以布线的环境：难以布线的环境：历史建筑、校园、工厂车间、城市建筑群等不能布线或者难于布线的环境； 频繁变化的环境：频繁