第三章计算机网络体系结构

1、整理整理ppt1w4.2IEEE802.3与以太网w4.3IEEE802.5标准与令牌环网w4.4IEEE802.4标准与令牌总线w4.5无线网络w4.7网络操作系统整理整理ppt2决定局域网网络特性的主要技术有三个：用于传输网络数据的传输介质，用于连接网络各种设备的网络拓扑，用于共享资源的网络介质访问控制方法网络协议与标准。整理整理ppt34.1局域网的基本特性w4.1.1局域网定义与特性局域网是将小区域内的各种通信设备互连在一起的通信网络。局域网的协议结构包括物理层、数据链路层和网络层。整理整理ppt4局域网的三个属性：局域网是一个通信网络，从协议层次的观点看，它包含着低三层的功能。数据通

2、信设备包含计算机、终端和各种外围设备等。小区是指一个建筑物、一个校园或者大至几十千米直径的一个区域。整理整理ppt5w4.1.2传输介质有线介质：双绞线、同轴电缆和光纤无线介质：无线电波、微波、红外线和激光。1. 双绞线（Twisted Pair Wire，TP）（1）物理特性一对双绞线是把两根具有绝缘保护的铜导线按一定密度互相绞缠在一起形成的线对组成。（2）传输特性双绞线主要用来传输模拟声音信息，但同样适用于数字信号的传输，特别适用于短距离的情况。整理整理ppt6（3）连通性可以用于点到点，也可用于多点连接。（4）地理范围在100Mbps速率的数字系统中，最远100M。（5）抗干扰性分为UT

3、P和STP（6）价格目前超五类一箱（1000英尺）约400元左右。整理整理ppt72. 同轴电缆（Coaxial Cable）公用电视天线CATV采用75电缆数据传输使用50电缆（1）物理特性（2）传输特性（3）连通性（4）地理范围（5）抗干扰性（6）价格整理整理ppt83. 光导纤维（1）物理特性光纤是一种细小、柔软并能导光线的介质，是用石英玻璃（SiO2）制成的。（2）传输特性光纤是通过内部的全反射来传输一束经过编码的光信号。（3）连通性（4）地理范围（5）抗干扰性（6）价格整理整理ppt9w4.1.3局域网的拓扑网络中各个节点相互连接的方式或形式称为网络拓扑。1. 星形拓扑（Star-T

4、opology）星型网络是将所有的工作站均连接至中央控制器，整个网络由中央控制器来管理。如10BASE-T。整理整理ppt10整理整理ppt112. 总线型（Bus） 总线型网络利用一总线(BUS)作为所有节点的共同信道，其传输信息的方向为双向，当要新增节点时，只要将节点接到最近的BUS上即可。总线的端点必须加上终端电阻，以避免网络上回传末端的无用回音信号。 w4.1.3局域网的拓扑整理整理ppt12整理整理ppt133. 环型（Ring）环型网络将所有节点均连接在环上，任一节点送出的信号方向为单一方向，当网络上的节点收到信号后，会对其做判断，若本身即是目的地的节点，则接收此信号；否则，继续将

5、信号往下个节点传送。 w4.1.3局域网的拓扑整理整理ppt14整理整理ppt15型 式管 理 方 式容易造成网络瘫痪原因星型(Star)集中式中央控制器故障环型(Ring)可为集中式（以某节点为控制中枢）或分布式（每一节点地位相同）任一节点故障总线型(Bus)集中式Bus线故障表 4-1 整理整理ppt164. 树状结构整理整理ppt176. 拓扑的选择w经济性w灵活性w可靠性w4.1.3局域网的拓扑整理整理ppt18w4.1.4介质访问控制方法将传输介质的频带有效地分配给网上各站点的用户的方法称为介质访问控制方法。设计一个好的介质访问控制协议有三个基本目标：协议要简单，获得有效的通道利用率

6、，对网上各站点用户的机会均等。整理整理ppt191. 信道分配问题（1）静态分配方法（2）动态分配方法轮转预约争用2. 介质访问控制方法（1）带冲突检测的载波监听多路访问（CSMA/CD）：先听后说，边听边说（2）令牌环（Token Ring)访问控制（3）令牌总线（Token Bus）访问控制整理整理ppt20载波侦听多路访问/冲突检测法 w载波侦听多路访问（CSMA，Carrier Sense Multiple Access）是一种适合于总线结构的具有信道检测功能的分布式介质访问控制方法，其控制手段称之为“载波侦听”。 w实际上，当一个站开始发送信息时，检测到本次发送有无冲突的时间很短，它

7、不超过该站点与距离该站点最远站点信息传输时延的2倍。假设A站点与距离A站最远B站点的传输时延为T（图4-1所示），那么2T就作为一个时间单位。 整理整理ppt21整理整理ppt22wCSMA/CD又被称之为“先听后讲，边听边讲”，其具体工作过程概括如下：w（1）先侦听信道，如果信道空闲则发送信息。w（2）如果信道忙，则继续侦听，直到信道空闲时立即发送。w（3）发送信息后进行冲突检测，如发生冲突，立即停止发送，并向总线上发出一串阻塞信号（连续几个字节全1），通知总线上各站点冲突已发生，使各站点重新开始侦听与竞争。w（4）已发出信息的各站点收到阻塞信号后，等待一段随机时间，重新进入侦听发送阶段。w

8、CSMA/CD发送过程可描述如图4-2所示。整理整理ppt23站点要求发送有载波？发送一帧信息有冲突？发出阻塞信号冲突 16？延时处理放弃发送另作处理一次发送结束图4.3 CSMA/CD发送过程流程图YNYNNY图图4-2 CSMA/CD发送过程流程图发送过程流程图整理整理ppt24wCSMA按其算法的不同存在以下三种方式：w（1）非-坚持CSMA w（2）P-坚持CSMA w（3）1-坚持CSMA 整理整理ppt25令牌环访问控制方式 w令牌环是一种适用于环形网络的分布式介质访问控制方式，已由IEEE802委员会建议成为局域网控制协议标准之一，即IEEE802.5标准。w在令牌环网中，令牌也

9、叫通行证，它具有特殊的格式和标记。令牌有“忙（Busy）”和“空闲（Free）”两种状态。 w具有广播特性的令牌环访问控制方式，还能使多个站点接收同一个信息帧，同时具有对发送站点自动应答的功能。其访问控制过程如图4-3所示。整理整理ppt26BACD（a）BACD（b）BACD（c）FreeToken站点BusyTokenFreeToken图图4-3 传送过程传送过程整理整理ppt27令牌总线访问控制方式 w令牌总线访问控制方式（Token-Bus）是在综合了CSMA/CD访问控制方式和令牌环访问控制方式的优点基础上形成的一种介质访问控制方式。w令牌总线控制方式主要用于总线型或树型网络结构中。

10、该方式是在物理总线上建立一个逻辑环。如图4-4所示，一个总线结构网络，如果指定每一个站点在逻辑上相互连接的前后地址，就可构成一个逻辑环。如图中ABDEA（C站点没有连入令牌总线中）。整理整理ppt28A前E后BC前无后无E前D后AB前A后DD前B后EBUS图图4-4 总线结构中的令牌环总线结构中的令牌环整理整理ppt29w4.1.5局域网协议标准整理整理ppt30工作组名称工作组简称制定的标准内容IEEE 802.1HILI有关LAN在OSI参考模型中的高层接口的管理（Hihg Level Interface）IEEE 802.2LLC有关LAN在OSI参考模型中的第二层逻辑链接控制标准（Lo

11、gic Link Control）IEEE 802.3CSMA/CD有关LAN在OSI参考模型中第二层的媒体访问控制方式（Media Access Control）以CSMA/CD为标准IEEE 802.4Token Bus有关LAN在OSI参考模型中第二层的媒体访问控制方式（Media Access Control）以Token Bus为标准IEEE 802.5Token Ring有关LAN在OSI参考模型中第二层的媒体访问控制方式（Media Access Control）以Token Ring为标准IEEE 802.6MAN有关OSI参考模型第二层中城域网（Metropolitan Ar

12、ea Netwaork）的媒体访问控制方式IEEE 802.7BBTAG有关OSI参考模型第一层中宽频电缆的标准及对802.3及802.4的技术支持IEEE 802.8FOTAG有关OSI参考模型第一层中，光纤电缆的传输及对802.3及802.4的技术支持IEEE 802.9IVDLAN有关LAN中，声音数据综合的功能标准IEEE 802.10SILS有关LAN中，安全问题的标准整理整理ppt31w4.1.6IEEE802局域网实现模型LLC子层子层MAC子层子层物理层物理层wLLC：Logic Link ControlwMAC: Media Access Controlw物理层整理整理ppt

13、324.2IEEE802.3与以太网IEEE802.3标准用于描述基于CSMA/CD协议的物理层和介质访问控制子层协议。以太网是典型的总线型局域网，是世界上第一个成熟的局域网产品。w4.2.1基本概念1. IEEE802.3帧结构2. 以太网地址：以太网使用的是MAC地址，全世界没有两块网卡的MAC地址是相同的。整理整理ppt33w4.2.2 IEEE802.3的MAC子层1. 载波监听多路访问（CSMA）工作原理：先听后说（1）非坚持CSMA（2）1-坚持CSMA（3）p-坚持CSMA2.载波监听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）3. 二进制指数退避算法整理整理ppt34非坚持CSMAw算

14、法发送前先侦听信道若信道空闲，则可以发送若信道忙，则等待一定间隔后重试w特点避免了在冲突后继续发生冲突的可能性信道负载重时（冲突较多），防止冲突的作用明显信道负载轻时，信道上出现较多空闲时间适用于信道负载较重的情况整理整理ppt351-坚持CSMAw算法若信道闲，立即启动发送，重复1若信道忙，一直侦听直到信道闲，重复1假如信道发生冲突，则等待一段随机时间，重复1w特点可能会再次产生冲突，依靠各个站点间侦听到信道闲的时间差，离发送源近的站点会抢先占用信道信道负载轻时，可有效减少信道上的空闲时间信道负载重时，冲突现象严重1.适用于信道负载较轻的情况整理整理ppt36p-坚持CSMAw算法：设定参数

15、p(0p1表示冲突后可能有不止一个站点会发送，引起新的冲突。所以一般取np 1。但如果n值不定，p就不定。采用固定p值，网络的性能会随站点数的变化而变化。整理整理ppt37CSMA的进一步说明w三种方式在第一次准备发送时，若信道空，立即启动发送（思考：为什么）w轻负载下，1-坚持的性能好，0-坚持差，p-坚持中等w重负载下，1-坚持的性能差，0-坚持好，p-坚持中等w1-坚持和0-坚持与网络的具体站点数无关，性能相对稳定整理整理ppt38二进制指数退避算法w算法对每个帧，当第一次发生冲突时，设置参数L2；退避取1L个时间片中的一个随机数，一个时间片等于2a；当帧重复发生一次冲突时，则将参量L加

16、倍；设置一个最大重传次数，超过这个次数，则不再重传，并报告出错；1.未发生冲突或很少发生冲突的帧成功发送的概率大，反之则成功发送的概率小。整理整理ppt39w4.2.310Mbps以太网1. 传输方式：采用CSMA/CD方式，帧格式采用以太网格式。2. 10Mbps以太网分类10Base-510Base-210Base-T10Base-F10Broad36整理整理ppt403. 10Mbps以太网物理层4. 10Base-55. 10Base-26. 粗/细缆混合以太网L+3.28t500(m)7. 10Base-T8. 10Base-F9. 10Broad36整理整理ppt4110Base-

17、5w最大网段数为5；w网段的最大长度为500m；w电缆最大总长度为2500m；w连接的最大站点数为100个或共492个；w收发器间的最短距离为2.5m；w网段的两端必须用终结器，一端须接地；w收发器电缆不可超过45m整理整理ppt4210Base-2w最大网段数为5；w网段的最大长度为185m；w电缆最大总长度为925m；w连接的最大站点数为30个或共142个；wT型连接器间的最短距离为0.45m；w网段的两端必须用终结器，一端须接地整理整理ppt43 终端电阻 Terminator T 型接头 BNC型接头 RG-58 A/U 整理整理ppt447. 10Base-T RJ-45 接头 接至

18、网卡 电源 电源 RJ-45 接头 集线器(HUB) 集线器(HUB) 整理整理ppt454.3IEEE802.5与令牌环网IEEE802.5标准定义了令牌环网的标准。典型的令牌环网是一个环状拓扑，各计算机通过线缆连接成环形，在环路上采用的是令牌传送控制方法。令牌环网的传输速率为4Mbps或16Mbps。整个环路的长度不能超过366m。在传输距离远、负载重和实时要求严格的应用环境下，令牌环网优于竞争访问式总线网。整理整理ppt46w4.3.1令牌环网的组成 MAU MAU 整理整理ppt47w4.3.2令牌环网的工作原理w4.3.3令牌环网的介质访问控制方法帧发送令牌发送帧接收优先权操作整理整

19、理ppt48w4.3.4令牌环网的MAC帧格式起始起始帧控制帧控制接入控制接入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整理整理ppt49w令牌环的管理令牌环网采用了部分集中控制的方案，环的主要管理功能由监控站（Monitor）执行，但监控站是由所有站选举出来的，当一个监控站失效时，其他站还可以再选举一个新的监控站。监控站作用如下：保证不丢失令牌清除无主帧保持环路的最小时延回收无效帧整理整理ppt504.4IEEE802.5标准与令牌总线w4.4.1令牌总线工作原理令牌总线的基本原理是：用信息控制对介质的访问，持令牌的站暂时控制了介质，并可以送数据；令牌按一定规则在网上

20、的各站之间循环地传递，从而形成一个逻辑环。整理整理ppt51A前E后BC前无后无E前D后AB前A后DD前B后EBUS图图4-4 总线结构中的令牌环总线结构中的令牌环4.4IEEE802.5标准与令牌总线整理整理ppt52w4.4.1令牌总线介质访问控制1. 逻辑环的初始化w 每个参与竞争的站发出一个宣称信息帧，该帧的数据单元依该站地址的头2位00，01,10,11分别以0、2、4、6个响应窗口来填充；w 在发出该帧后就监听总线，如果检测到有别的站在发送，就停止竞争；w 否则在超时后进行下一次尝试但依该站地址的随后2位来确定数据单元段的响应窗口数；转向重复这一过程，直到所有的地址位都用完，最后一

21、次重复中获得成功的站就认为自己是持有信息的站。整理整理ppt532. 插入环算法w 无响应，说明没有站要插入逻辑环中w 收到一个正确的响应，即只有一个请求插入环的站发出了置后站帧w 收到碰撞的响应，即有多个站请求插入逻辑环，则持有令牌的站收到一个混乱的响应帧，可通过一种基于地址的竞争方案来解决。 无效响应，即令牌持有站收到一个帧，但它不是置后继帧，此时说明协议出问题整理整理ppt543. 退出环算法如果一个站Ts希望从逻辑环中退出，在收到令牌后，给它的前趋站Ps发一个置后继站帧（该帧含有发送站Ts的后继站的地址Ns），并将令牌传递给它的后继站。当它的前趋站收到一个置后继站帧时，就相应地修改它的

22、Ns变量，以后就向新的后继站传递令牌，原来的后继站就被从网络中删除了。整理整理ppt554. 令牌传递算法w 后继站处于活动状态，发布者听到了后继站发出的数据帧或令牌帧；w 发布者没有听到后继站发出的正常帧，向后继站重发令牌帧；重发两次失败后，发布者认为后继站已失效，这时发送who-follows帧，该帧的数据字段等于发布者的Ns值，其后有3个响应窗口。收到这种帧的站把数据字段与本站的Ps值比较，以确定自己是否为失效的后继站。如果是，则发回set-successor帧，原发布者据此重新调整自己的后继站，并再一次传递令牌，转；整理整理ppt564. 令牌传递算法（续）w 如果发布who-foll

23、ows帧的站没有得到预期的响应，则再一次发送who-follows；w 两次发送who-follows帧失败后，发出solicit-sucessor2帧，邀请新结点入环。别的站可以在其后的两个窗口竞争入环。若这一着奏效，就建立了两个站的逻辑环；若上一步骤重复两次均失败，则发布者假定网络崩溃，或本站的接收器失效，这时停止活动，转入监听状态。整理整理ppt575. 故障控制下游站失效多令牌故障整理整理ppt58w4.4.3 令牌总线MAC帧格式IEEE802.4令牌总线MAC帧格式PAFCSDDASADATA-UNIT前导码前导码FCSED帧开始帧开始帧控制帧控制目的地址目的地址源地址源地址数据数

24、据帧校验帧校验序列序列帧结束帧结束定界符定界符整理整理ppt594.5无线网络w4.5.1无线网络的概念无线局域网是指以无线信道作传输媒介的计算机局域网（Wireless Local Area Network）计算机无线连网的常见形式是把一个计算机站点以无线方式联入一个计算机网络中中，作为网络中的一个节点，使之具有网上工作站同样的功能。它将网络服务中的所有服务或者数个局域网连成一个区域网。整理整理ppt60w4.5.2无线网络规范w4.5.3无线网络通信传输介质无线电波：指短波或超短波、微波光波：指激光、红外线最佳选择是微波无线通信与传统的无线窄带调制发射方式不同，它是宽带调制发射，故它具有数据传输速率高(可达2Mbps)，发射功率小(只有100200mW)，保密性好，抗干扰能力很强，不会与其他无线电设备及用户互相发生干扰的特点。更方便的是易于多点通信，很多用户可以通过相同的频率进行通信。整理整理ppt61w4.5.4微波扩频无线网的特点w4.5.5微波扩频通信技术1. 基本原理扩频通信的基本特性是使用比发送的信息数据速率高许多倍的伪随机码把载有信息数据的基带信号的频谱进行扩展，形成宽带的低功率谱密度信号来发射。C=Wlog2(1+P/N)C：传输速率W：带宽P/N：信噪比用扩频方法以宽带传输