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1、4.1局域网的基本概念局域网的主要特点及实现技术,1、局域网的特性：（1）局域网属于某一组织机构所有。如一个工厂、学校、企事业单位等内部网络，因此LAN的设计、安装、使用等均不受公共网络的束缚。（2）局域网覆盖范围有限，通常在数百米至数公里之内。（3）局域网具有较高的数据传输速率，一般在1-100Mbps之间。目前已出现速率高达1000Mbps的局域网。（4）具有较低误码率。（5）局域网容易组装、组建和维护，具有较好的灵活性。,4.1局域网的基本概念 局域网的主要特点及实现技术,2、决定局域网特性的三方面技术：（1）传输介质 局域网可使用多种传输介质。双绞线是最常用的一种传输介质，原来只用于低
2、速基带局域网，现在10Mb/s或100Mb/s乃至1Gb/s的局域网也使用双绞线。同轴电缆的速率一般为10Mb/s，而75欧的同轴电缆可用到几百Mb/s。光纤具有很好的抗电磁干扰特性和很宽的频带，速率可达100Mb/s甚至1Gb/s。（2）拓扑结构 为了进行计算机网络结构的设计，人们引用了拓扑学中拓扑结构的概念。通常，我们将节点和链路连接而成的几何图形称为该网络的拓扑结构。一个网络的拓扑结构是指它的各个节点互联的方法。,4.1局域网的基本概念 介质访问控制MAC子层,1、MAC子层要完成MAC帧的封装、解封和介质访问控制两个主要功能。（1）MAC层的硬件地址 在局域网中，硬件地址又称为物理地址
3、或MAC地址（因为这种地址用在MAC帧中）。在所有计算机系统的设计中，标识系统是一个核心问题。在标识系统中，地址就是为标识某个系统的一个非常重要的标识符。802标准为局域网规定了一种48bit的全球地址，是指局域网上的每一台计算机所插入的网卡的地址。现在IEEE的注册管理委员会RAC（Registration Authority Committee）是局域网全球地址的法定管理机构，它负责分配地址字段的前三个字节（即高位24位）。这个号的正式名称是机构惟一标识符OUI（Organizationally Unique Identifier）。地址字段中的后三个字节（即低位24位）则是由厂家自行指定
4、，称为扩展标识符（extended identifier），只要保证生产的网卡没有重复地址即可。,*,4.2局域网的介质访问控制方法 CSMA/CD和IEEE802.3标准,2.载波监听多路访问协议CSMA c CSMA(Carries Sense Multiple Access)称为载波监听多路访问。也叫做先听后讲（LBT），其工作原理是：即每个站在发送帧之前首先监听信道上是否有其他站点正在发送数据,如果信道空闲，该站点便可传输数据；否则，该站点将暂不发送数据，而是避让一段时间后再做尝试。这就需要有一种退避算法来决定避让的时间，根据监听后的策略,有三种不同的协议。即:1坚持型、非坚持型、P坚
5、持型。,4.2局域网的介质访问控制方法 CSMA/CD和IEEE802.3标准,3、坚持型算法（1-坚持算法）当一个站点要传送数据时，它首先监听信道，看是否有其他站点正在传送数据。如果信道正忙，则继续监听，直至检测到信道是空闲，立即发送。如果有冲突，则等待一随机量的时间，然后重新开始。若两个站同时监听到信道空闲，立即发送，必定冲突，即冲突概率是1，故称之为1-坚持算法。这种算法的优点是：只要媒体空闲，站点就立即可发送，避免了媒体利用率的损失；其缺点是：假若有两个或两个以上的站点有数据要发送，冲突就不可避免。,*,4.2局域网的介质访问控制方法 CSMA/CD和IEEE802.3标准,4、非坚持
6、算法 在该协议中，站点比较“理智”，不像第一种协议那样“贪婪”，在发送数据前，站点也会监听信道的状态，如果信道是空闲的，它就开始发送。如果信道正忙，该站点将不再继续监听，则等待一随机的时间，再重复上述过程。采用随机的重发延迟时间可以减少冲突发生的可能性。其缺点是很可能在再次监听之前信道已空闲了，从而产生了浪费。,*,4.2局域网的介质访问控制方法 CSMA/CD和IEEE802.3标准,5、P-坚持算法工作过程如下：当一个站点要传送数据时，它首先监听信道，如果检测到信道是空闲，则以P的概率发送，而以（1-P）的概率推迟到下一个时隙。如果该站检测到信道忙，继续监听直至媒体空闲并重复上述步骤.P-
7、坚持算法是一种既能像非坚持算法那样减少冲突，又能像1-坚持算法那样减少媒体空闲时间的折中方案。问题在于如何选择P的值，这要考虑到避免重负载下系统处于的不稳定状态。,*,4.2局域网的介质访问控制方法 CSMA/CD和IEEE802.3标准,7、介质忙/闲的载波侦听与冲突检测技术 在CSMA/CD中，通过检测总线上的信号存在与否来实现载波监听。冲突检测是指计算机边发送数据，收发器同时检测信道上电压的大小，如果发生冲突，总线上的信号电压摆动值将会增大（互相叠加），超过一定的门限值时，表明产生了碰撞。在发生碰撞时，总线上传输的信号产生了严重的失真，无法从中恢复出有用的信息来。因此，一个正在发送数据的
8、站，一旦发现总线上出现了碰撞，就要立即停止发送，免得继续浪费网络资源。,*,4.2局域网的介质访问控制方法 令牌总线访问控制和IEEE802.4标准,1.令牌总线结构实现办法是将总线上各站点组成逻辑环:在物理结构上它是一个总线结构局域网，但是在逻辑结构上，又成了一种环形结构的局域网。和令牌环一样，站点只有取得令牌，才能发送帧，而令牌在逻辑环上依次循环传递。在令牌总线网中，令牌的传递次序与环型不同；在环网上是沿物理上靠近的站点传，在令牌总线上传递的次序与总线上物理位置无关，而是沿逻辑环上的顺序传送的。如下页图示:,4.2局域网的介质访问控制方法 令牌总线访问控制和IEEE802.4标准,2、令牌
9、总线结构图,4.2局域网的介质访问控制方法 令牌总线访问控制和IEEE802.4标准,4.令牌总线的特点（1）不可能产生冲突。（2）站点有公平的访问权。（3）每个站点传输之前必须等待的时间总量总是“确定”的。,4.2局域网的介质访问控制方法 令牌环（Token Ring）访问控制IEEE802.5标准,1、令牌环网结构令牌环是由环接口及一段点点链路连接而成的环,工作站连接到环接口上。环网的结构示意图如下图所示。令牌环网结构图,4.2局域网的介质访问控制方法 令牌环（Token Ring）访问控制IEEE802.5标准,2、令牌环的工作原理令牌环是一种点到点环形局域网介质访问方法，它是利用一个被
10、称为令牌的特殊二进制信息模式在环网各通信设备之间依次传递信息发送权。具体操作过程（1）环初始化（建立一逻辑环），然后产生一空令牌，在环上流动。（2）希望发送数据的站等待，直到它检测 到下一个空令牌的到来。（3）发送站拿到空令牌后，将其置为忙状态，同时在忙令牌的后面发送数据。（4）当令牌“忙”时，由于网上无空令牌，想发送数据的站必须等待。（5）数据经环传递时，各站将其目的地址和本站地址比较，相符则接收同时转发；否则只转发。（6）发送数据沿环循环一周再回到发送站，由发送站将该帧从环上移去，同时释放令牌（将其状态改为“闲”）发往下一站。,4.3传统以太网技术,以太网是由Xerox公司于70年代开发的
11、一种基带局域网技术，使用同轴电缆（粗缆）作为网络媒体，采用CSMA/CD机制，数据传输速率达到10Mbps。但是如今以太网一词被用来指各种采用CSMA/CD技术的局域网。而IEEE802.3规范则是基于最初的以太网技术于1980年制定的。以太网版本2.0由Digital Equipment Corporation、Intel和Xerox三家公司联合开发，与IEEE802.3规范相互兼容。,4.3传统以太网技术 粗缆以太网,1、粗缆以太网布线方案 最初的以太网布线方案10BASE-5，被非正式地称为粗缆以太网（thick wire Ethernet），因为其通信介质是一根大的同轴电缆，每隔2.5
12、m一个标志，标明分接头插入处。连接处通常采用插入式分接头（vampire tap），将其触针小心地插入到同轴电缆的内芯。10BASE-5表示的意思是：工作速率为10Mb/s，采用基带信号，最大支持的网段长为500m。,4.3传统以太网技术 粗缆以太网,4.3传统以太网技术 粗缆以太网,3、收发器的功能（1）从计算机经收发器电缆得到数据向同轴电缆发送，或反过来，从同轴电缆接收数据经收发器电缆送给计算机。（2）检测在同轴电缆上发生的数据帧的碰撞。（3）在同轴电缆和电缆接口的电子设备之间进行电气隔离。（4）当收发器或所连接的计算机出故障时，保护同轴电缆不受影响。,4.3传统以太网技术 细缆以太网,1
13、、细缆以太网布线方案 很多硬件允许以太网使用比最初的粗缆更细、更柔软的同轴电缆。这种正式名称为10BASE-2，并且非正式名称为细缆以太网（thin wire Ethernet）。10BASE-2表示的意思是：工作速率为10Mb/s,采用基带信号，最大支持的网段长为185m。2、细缆以太网布线方案与粗网布线方案相比的三个主要不同点（1）细缆通常在安装与运行方面比粗网要便宜。（2）因为完成收发器功能的硬件被做在网卡内，所以不需要外部收发器。（3）细缆不使用A U I电缆来连接网卡与通信介质，而是使用一个BNC连接器（BNC connector）直接连接到每台计算机的后部。在细网的安装过程中，同轴
14、电缆在每对机器之间延伸。电缆不需要拉成直线，它可以松散地铺设在计算机之间的桌子上、地板下面或者管道里。,4.3传统以太网技术 细缆以太网,4.3传统以太网技术 双绞线以太网,1、双绞线以太网布线方案 以太网布线方案的第三种类型表明了供应商是如何发明一种新的布线方案而导致了一种未预期的物理拓扑结构。第三种类型与粗缆及细缆以太网区别很大，这种方案的正式名称是10BASE-T，但它通常被称为双绞线以太网（twisted pair Ethernet），或简称T P以太网（TP Ethernet）。已经成为以太网标准的10BASE-T根本不使用同轴电缆。事实上，10BASE-T以太网并没有像其他布线方案
15、那样的共享物理介质，相反地，10BASE-T扩展了连接多路复用的思想：以一个电子设备作为网络的中心。这个电子设备叫做以太网集线器（Ethernet Hub）。像其他布线方案一样，10BASE-T要求每台计算机都有一块网络接口卡和一条从网卡到集线器的直接连接。这一连接使用双绞线和RJ-45连接器。连接器的一端插入计算机的网卡中，另一端插入集线器。这样，每台计算机到集线器都有一条专用连接，并且不用同轴电缆。,4.3传统以太网技术 双绞线以太网,4.3传统以太网技术 三种布线方案的比较,1、三种布线方案比较,4.3传统以太网技术 三种布线方案的比较,2、三种布线方案比较图示,4.4交换式以太网,1、
16、交换以太网 由于传统共享媒体局域网的共享特性（在一时间段，只有一台机器有权发送信息），网络系统的效率随着网络节点数目的增加和应用的深入而大大降低。在传统的网络应用环境中，共享式局域网确实提供足够的带宽。而随着网络多媒体技术的发展，共享式局域网就无法提供网络应用所需的带宽。为了得到更高的网络效率，人们只有增加更多的路由器，划分更多的子网段，使网络的投资和管理成本都急剧上升。将交换技术引入局域网，可以使局域网的各个节点并行地、安全地、同时地相互传送信息，且交换以太网的带宽可以随着网络用户的增加而扩充，较好地解决局域网的带宽问题。（划分冲突域）,4.4交换式以太网,4.4交换式以太网,3、交换式以太
17、网采用的技术 c交换以太网采用存储转发技术或直通(Cut-Through)技术来实现信息帧的转发。存储转发技术是将需发送的信息帧完全接收到并存放到输入缓存后再发送至目的端口，而直通技术是在接收到信息帧时和交换式集线器中的目的地址表相比较，查找到目的地址后就直接将信息帧发送到目的端口。直通交换：当接收到一个帧的目的地址（大约一个帧的前20到30字节）后马上决定转发的目的端口，并且开始转发，而不必等待接收到一个帧的全部字节后再进行转发。相对存储转发交换技术，它降低了传输延迟，但是在传输过程中不能进行校验。存储转发交换：等待到全部数据都接收后再进行处理，包括校验、转发等。相对于直通技术而言，传递延迟
18、比较大。有一些交换机可以同时使用上述两种技术，当网络误码率比较低时采用直通技术，当网络误码率比较高时采用存储转发技术。这种交换机被称为自适应交换机。,4.5高速局域网技术 100Mb/s以太网,1.100BASE-T技术100BASE-T又称为快速以太网（Fast Ethernet），它是使用10BASE-T的CSMA/CD媒体访问控制方法在双绞线上传送100Mbps基带信号的星形拓扑以太网。100BASE-T的网卡有很强的自适应性，能够自动识别10Mbps和100Mbps,所有在100BASE-T上的应用软件和网络软件都可以保持不变。IEEE于1995年正式通过了100BASE-T快速以太网
19、的国际标准，即802.3u标准。100BASE-T与10BASE-T的主要区别在于物理层标准和网络设计方面，100BASE-T规定了以下三种不同的物理层标准，如下页表所示。,4.5高速局域网技术 10吉比特以太网,1、10吉比以太网简介：就在吉比以太网标准802.3z通过后不久，在1999年3月，IEEE成立了高速研究组HSSG（High speed Study Group），其任务是致力于10 吉比以太网的研究。10吉比以太网的标准由IEEE802.3ae委员会进行制定，10吉比以太网的正式标准在2002年完成。10吉比以太网又叫万兆以太网。2、10吉比以太网的主要特点：10吉比以太网的帧格
20、式于10Mbit/s、100Mbit/s和1Gbit/s以太网的帧格式完全相同。10吉比以太网还保留了802.3标准规定的最小和最大帧长。由于数据速率很高，10吉比以太网不再使用铜线而只是使用光纤作为传输媒体。它使用长距离（超过40km）的光收发器与单模光纤接口，以便能够在广域网和城域网的范围工作。10吉比以太网也可使用较便宜得多模光纤，但传输距离为65300m。10吉比以太网只工作在全双工方式，因此不存在争用问题，也不使用CSMA/CD协议。吉比以太网的物理层是使用以有的光纤通道技术，而10吉比以太网的物理层则是新开发的。,1TB=1024GB 1GB=1024MB 1MB=1024KB 1
21、KB=1024字节 1字节(Byte）=8位(bit),本 章 小 结,局域网的介质访问控制方法 CSMA(Carries Sense Multiple Access)称为载波监听多路访问,是对ALOHA协议的一种改进协议。也叫做先听后讲（LBT），其工作原理是：即每个站在发送帧之前首先监听信道上是否有其他站点正在发送数据,如果信道空闲，该站点便可传输数据；否则，该站点将暂不发送数据，而是避让一段时间后再做尝试。这就需要有一种退避算法来决定避让的时间，根据监听后的策略,有三种不同的协议。即:1坚持型、非坚持型、P坚持型。CSMA/CD的思想：先听后说、边听边说、强化碰撞、延迟一随机时间，重复这一过程，直到某一极限值（一般为16）时，放弃这项信息的发送。令牌总线结构的实现办法是将总线上各站点组成逻辑环,本 章 小 结,传统以太网技术：粗缆以太网、细缆以太网、双绞线以太网。交换式以太网交换式以太网采用的技术：交换以太网采用存储转发技术或直通(Cut-Through)技术来实现信息帧的转发。高速局域网技术：100Mb/s以太网、1000Mb/s以太网、10吉比特以太网等。,
