计算机网课件-第4章2局域网

数据通信与计算机网络第四章局域网教学目标：理解局域网的特点和功能、IEEE802标准、介质访问控制的原理、无线局域网工作原理和组网方式；掌握主要的局域网组网设备的功能、常见的局域网拓扑结构、以太网技术；了解令牌环网、FDDI、VLAN的概念与实现方式。教学难点：介质访问控制，以太网技术系列，无线局域网

教学时数：

8学时局域网概述(发展、特点、常见的拓朴结构)

Chapter4-1局域网发展史始于上个世纪70年代；

Xerox、DEC和Intel组成的DIX80以太网标准。上个世纪80年代后期，进入专业化生产和商品化的成熟阶段；

IEEE802委员会制订的802.3及扩充的以太网标准上个世纪90年代，在速度、带宽、服务质量等指标方面有了更大进展；

是网络研究与应用中的一个活跃领域局域网的特点地理覆盖范围小：

100米-200千米，从家庭到各种规模的企业事业单位，从桌面、房间、楼宇到社区、厂区、校园。数据的传输速率高：

10M-100M-1000M-10Gbps通信质量高：

误码率10-8-10-11-10-13

支持多种传输介质：

同轴电缆、双绞线、光纤、无线介质高可靠、低成本、扩充及维护方便,技术成熟通常属于某个部门、企业或单位所有局域网的功能与应用功能：资源共享（硬件、软件资源）相互通信（数据传送与电子邮件）提高计算机系统的可靠性分布式计算和高性能计算环境应用：1、企业事业单位生产、办公信息化管理。以数据库、浏览器、电子邮件为基础实现信息资源管理和共享。如：财务、生产调度、产品、文档、资料的管理与介绍。2、生产过程的检测与控制；3、多用户通过局域网接入互联网。决定局域网特性的三项技术：1、拓扑2、介质3、介质访问控制（MAC）技术常见局域网拓朴结构网络拓扑结构决定网络性能；局域网设计的目标是覆盖“有限的地理范围”基本通信机制上选择了“共享介质”方式和“交换”方式在传输介质的物理连接、介质访问及控制方法上形成了自己的特点；在网络拓扑上的基本结构总线型环型（包括双环型）星型（包括扩展星型）总线型拓扑结构：各工作节点（包括服务器与工作站）均连在一条总线上，传输介质通常采用同轴电缆。在需要分支的地方，电缆线上配有特制的分支插口，与之相连的各工作站、服务器节点内也有相应的分支插头。

总线型拓扑的性能特点各节点地位平等，无中心节点控制。所有结点都可以通过总线传输介质发送或接收数据，但一段时间内只允许一个结点利用总线发送数据“共享”。总线上的信息通常以基带形式串行传输，并从发送节点向两端扩散，当一个结点利用总线传输介质以“广播”方式发送信号时，其他结点都可以用“收听”到所发送的信号，故又称广播式网络。“共享”产生“冲突”（collision），冲突造成数据传输的失效，需要提供一种机制用于解决冲突问题。

环型各节点通过环路接口连在一条闭合的环型通信线路中传输介质可采用电缆或光缆

数据以基带信号串行传输，但从发送节点出来后，在环中沿一个固定方向绕环逐站传输多个结点共享一条环通路的共享介质结构，也要提供旨在解决冲突问题介质访问控制。

星型结构：网络由各节点以中央节点为中心相连接，各节点与中央节点以点对点方式连接。传输介质可采用电缆或光缆星型拓扑的性能特点任何两节点之间的数据通信都要通过中央节点，中央节点集中执行通信控制策略，如完成节点间通信时物理连接的建立、维护和拆除中央节点通常为集线器或交换机优点：结构简单，管理方便，可扩充性强，组网容易

缺点：中央结点单点故障将影响整个网络扩展星型星型拓扑结构的一种扩充，又叫树型拓扑结构；结构特点：一个星型拓扑的末端节点又是其他星型拓扑的中央节点。IEEE802局域网标准Chapter4-2IEEE802标准的产生为了促进局域网产品的标准化以增加产品的互操作性，1980年2月，美国电气和电子工程师学会（IEEE）成立了局域网标准化委员会，简称IEEE802委员会，研究并制定了关于局域网的IEEE802标准。

通信介质分会：负责研究局域网中对应于ISO/OSI物理层的功能，包括局域网通信的物理传输特性、与数据链路层的接口；信号访问控制分会：负责研究局域网中对应于ISO/OSI数据链路层的功能，主要涉及逻辑链路控制协议、介质访问控制协议及和网络层的接口；高层接口分会：负责研究局域网中对应于ISO/OSI中网络层以上的高层的功能。IEEE802参考模型物理层功能：信号的编码/解码机械的,电气的,功能的,规程的特性比特的传输/接收逻辑链路控制子层LLC（LogicalLinkControl）功能：

LLC子层提供确认机制和流量控制，当支持IP协议是不需要LLC此功能；LLC隐藏了不同802MAC子层的差异，为网络层提供单一的格式和接口；每层的功能

介质访问控制子层MAC（MediumAccessControl）功能：组装数据帧，拆帧，并完成地址识别和差错检测；信道的分配，从而解决信道的竞争(引入mac的主要原因）。

…IEEE802.1A综述与体系结构(说明与OSI/ISO的对应关系)IEEE802.2逻辑链路控制(LLC)规范与协议802.3CSMA/CDPhysicalLayer802.4TokenBusPhysicalLayer802.5TokenRingPhysicalLayer802.6MANPhysicalLayer802.7FDDIPhysicalLayer802.8宽带网PhysicalLayer802.11无线网PhysicalLayerIEEE802.1B寻址、网络互连和网络管理IEEE802标准是一个标准体系，并且随着局域网技术的发展，该体系中在不断地增加新的标准和协议。

IEEE802标准的说明IEEE局域网标准的关注点

只关注OSI的物理层和数据链路层

首先，LAN是一种通信网，只涉及到有关的通信功能，至多与OSI七层模型中的下三层有关。其次，LAN基本上采用共享信道的技术，可以不设立单独的网络层。

不同局域网技术的区别主要在物理层和数据链路层；当不同技术的LAN需要在网络层实现互连时，可以借助其他已有的通用网络层协议（如IP协议）。

IEEE802标准ISO/OSI的对应层数据链路层物理层逻辑链路控制（LLC）介质访问控制（MAC）物理信号（PS）物理介质连接设备（PMA）物理介质

连接单元接口（AUI）介质访问单元（MAU）局域网模型划分LLC与MAC子层的原因局域网基本上采用共享介质环境，从而数据链路层必须考虑介质访问控制机制；OSI模型中的数据链路层不具备局域网所需的介质访问控制功能；介质访问控制机制与物理介质、物理设备和物理拓扑等涉及硬件实现的部分直接有关；分为两个子层，可保证层服务的透明性，在形式上保持与OSI模型的一致性。使整个体系结构的可扩展性更好，以备将来接受新的介质与介质访问控制方法。局域网介质访问控制Chapter4-3介质访问控制CSMA/CDToken共享网络环境与冲突共享网络环境是指网络上的所有的设备通过一条公用的信道来传输数据，又称广播网络。当同一时刻这些设备中的多个节点试图发送数据时，就会发生冲突。冲突会使其所涉及的各节点的数据传输发生失败。通常将可能发生冲突的所有设备和与之相关的共享介质称为一个冲突域。局域网介质访问控制介质访问控制：

解决共享或广播网络中，当信道的使用产生竞争时，如何分配信道的使用权。在局域网中，特从数据链路层中分出介质访问控制子层，用以完成信道分配或介质访问控制功能。使网络有更高的工作效率、可靠性和可扩展性。

介质访问控制的类型集中式：

有一个单独的集中控制器或一个具有控制整个网络能力的节点来管理网络的通信。分布式：

无集中控制节点，各节点均处于平等地位。节点间的通信由各节点自身控制。进一步分为：

1)争用型介质访问控制协议，又称随机型的介质访问控制协议，如CSMA/CD。2)确定型介质访问控制协议，又称有序的访问控制协议，如令牌（Token）法

。最初的以太网是将许多计算机都连接到一根总线上。当初认为这样的连接方法既简单又可靠，因为总线上没有有源器件。CSMA/CDB向

D发送数据CDAE匹配电阻（用来吸收总线上传播的信号）匹配电阻不接受不接受不接受接受B只有D接受B发送的数据CSMA/CD为“带冲突检测的载波侦听多点访问(CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection)”

的英文缩写载波侦听CS是指网络中的各个站点都具备一种对总线上所传输的信号或载波进行监测的功能。多点访问MA指总线上的一个站点占用总线发送信号时，所有连到同一总线上的其他站点都可以通过各自的接收器收听，只不过目标节点会对所接收的信号进行进一步的处理，而非目标节点则忽略所收到的信号。冲突检测CD指一种检测或识别冲突的机制，是实现冲突退避的前提。站点装配帧并准备发送侦听信道忙否？启动发送并检测冲突冲突否？发送完成？发送冲突加强信号冲突次数增1冲突次数>16？计算随机延迟时间等待延迟时间后再次启动发送发送成功发送失败YNYNNYYN工作原理归结：

先听后发、边听边发、冲突停止、随机延迟后重发。若干说明如何判断信道忙或空闲？

以差分Machester编码为例，若信道存在电平跳变，则判断为忙，否则判为空闲

如何检测冲突？比较法----将侦听信号与原始的发送信号进行比较以判断是否发生冲突。编码违例判决法----分析侦听到的信号是否符合原始的编码规律，如差分Manchester编码规律。

如何随机延迟？

截断二进制指数增长的退后等待算法截断二进制指数增长的退后等待算法：设等待时间：Td=r·tr

其中tr=2τ，r是[0，2k]间均匀分布的随机数，（整数集合）k=min(I,10）I是同一帧的冲突次数，当I≥10时,k恒取10，截断其增长。当I=16时报告出错。τ是信号在总线最远两端间的传播时间结论：

同一帧冲突次数越多，其获得重新发送所需等待时间可能越长。例如：当冲突2次后，其可能退后等待的最长时间是8τ，3次后是16τ。网络负荷轻时可立即发送，效率高；负荷重时也可以保持稳定，但效率低。

注意：实际应用中，如果信号在超标准的网络长度中传输，或连接器接触不良，使衰减增加，将无法检测到叠加信号，检测不到冲突，会导致网络的不稳定。截断二进制指数增长的退后等待算法：IBM在80年代第一个提出令牌环网标准IEEE802.5

速率：1M/4M/16M

拓扑：环型 介质：双绞线、同轴、光纤编码：曼彻斯特又称令牌(Token)传递机制或许可证法；令牌是一种特殊的控制帧，用来控制各个结点介质访问权限。令牌在环中沿固定方向逐站传送，只有获得令牌的节点才能启动帧的发送。

令牌控制法数据帧结构：SDFCSADAFSEDCRCDATACRC1byteJK0JK000起始定界6byte目的地址6byte源地址

数据无限制4byteCRC校验ACSDEDAC3字节的令牌信息帧：访问控制字节1bytePPPTMRRRPPP：优先级T：标记位，帧/令牌M：监控位，监视错帧RRR：预约帧控制字节1byte帧状态ACxxACxxA：地址识别C：帧复制X:预留位1byte结束定界JK1JK1IEI：是否最后一帧E：帧是否有错帧控制域FC用于将数据帧和控制帧区别开来