第6章局域網6.1局域網概述信道共享靜態分配STDMATDMCSMACSMA/CD集中控制動態分配分散控制靜態分配STDMATDMCSMACSMA/CD集中控制動態分配分散控制令牌輪詢令牌靜態劃分信道常用的靜態信道劃分技木有頻分復用、時分復用、波分復用和碼分復用等。該方法代價較高，不適合于局域網和某些廣播信道的網絡使用。動態媒體接入控制又稱為多點接入，其特點是信道并非在用戶通信時固定分配給用戶。（1）隨機接入特點：所有的用戶都可以隨機的發送信息。⑵受控接入特點：用戶不能隨機地發送信息而必須服從一定的控制。實現方法：多點線路輪詢。網絡拓撲結構：令牌環局域網。動態分配的前提：5個假定站模型假定：各站獨立，且以固定速率入產生幀。在成功發送一幀之前，站點不會產生新幀（單用戶系統）單信道假定：只有一個信道，各站平等共享該信道沖突假定：若有沖突（兩幀有重疊），必須重發時間假定連續時間：幀可以在任何時刻發送時隙：幀必須在時隙開始時發送載波假定有載波：站點可以檢測到信道是否空閑無載波：站點在發送之前無法判斷信道是否空閑主機輪流查詢個站點，問有無數據要發送。6.2計算機局域網體系結構按照IEEE802標準，局域網的體系結構由3層協議構成：物理層(PHY)、媒體訪問控制層(MAC)和邏輯鏈路控制層(LLC)o后兩者相當于OSI參考模型中的數據鏈路層。局域網體系結構劃分原理物理層局域網體系結構中的物理層和OSI參考模型中的物理層的功能一樣，主要處理物理鏈路上的比特流，實現比特流的傳輸與接收、同步序列的產生和刪除等，建立、維護、撤銷物理鏈接，處理機械、電氣和過程的特性。物理層規定了所使用的信號、編碼、傳輸媒體、拓撲結構和傳輸速率。媒體訪問控制子層媒體訪問控制子層支持多重訪問，支持組地址和廣播式的幀傳播，支持媒體訪問控制子層鏈路訪問功能，提供OSI參考模型中的一些網絡層功能。邏輯鏈路控制子層無連接邏輯鏈路控制鏈路服務是一種數據報報務，信息幀在邏輯鏈路控制實體間交換，無須再同等層實體問事先建立邏輯鏈路，對這種邏輯鏈路控制幀既不確認，也無任何流量控制或差錯恢復，支持點對點、多點和廣播式通信。面向連接的邏輯鏈路控制提供服務訪問點之間的虛電路服務。在任何信息幀交換前，在一對邏輯鏈路控制實體問必須建立邏輯鏈路，在數據傳送過程中，信息幀依次發送，并提供差錯恢復和流量控制功能。IEEE802局域網體系結構IEEE802對規范和發展局域網技術產生了積極的推動作用。IEEE802的目標是通信子網，它研究的主要對象是真實的局域網和通信技術的實現。IEEE802物理層功能物理層提供編譯碼、調制解調時鐘同步、收發信和載波檢測等功能，提供數據鏈路層接匚I。IEEE802數據鏈路層功能IEEE802數據鏈路層由邏輯鏈路控制(LLC)子層和介質訪問控制(MAC)子層組成。邏輯鏈路控制(LLC)子層提供面向連接的虛電路服務和無連接的數據包服務，其重要功能是數據幀的封裝和分解，它主要為網絡層服務提供邏輯接「I。介質訪問控制（MAC）子層主要控制對傳輸介質的訪問。不同類型的局域網使用不同的訪問介質控制協議，例如以太網使用CDMA/CDoIEEE802.2：邏輯鏈路控制。6.23媒體接入控制（MAC）子層局域網信道接入控制方式共享信道多點接入控制是媒體接入控制（MAC）子層的核心功能。共享信道多點接入也稱多點訪問技術，可以分為兩類，即受控接入和隨機接入。具體見第一頁。MAC地址IEEE802MAC層使用源地址和目的地址來標識本結點和要訪問的結點，它們統稱為MAC地址。目的地址有三種類型：單播地址：標識一個目的站點，一對一通信。多播地址：標識一組目的站點，一對多通信。廣播地址：全1地址，標識網上所有站點，對網上所有站點通信。局域網拓撲和信道特點從網絡的拓撲結構看，LAN主要可以分為總線網、星型網和環型網。另一種LAN是令牌總線網，物理上是總線結構而邏輯上是令牌環，當然也屬于廣播信道。局域網的一個顯著特點是網上所有的計算機使用一條共享信道進行廣播式通信。6.2.4邏輯鏈路控制（LLC）子層1.邏輯鏈路控制（LLC）尋址分為兩步：首先用MAC幀的MAC地址信息找到網絡中的某一個站點，然后用LLC幀的SAP地址信息找到該站點中的某一個進程。2.LLC層提供的服務類型1一—LLC1,不確認的無連接服務類型2一—LLC2,可靠的面向連接的服務類型3一—LLC3,帶確認的無連接服務6.3以太網媒體接入控制方式CSMA/CD以太網采用隨機接入的MAC技術，稱為帶沖突檢測的載波監聽多點接入（CSMA/CD）。63.1隨機接入技術先驅ALOHAALOHA工作原理：站點只要產生幀，就立即發送到信道上；規定時間內若收到應答，表示發送成功；否則重發重發策略：等待一段隨機的時間，然后重發；如再次沖突，則再等待一段隨機的時間，直到重發成功為止缺點：極容易沖突性能：網絡負載W0.5吞吐量^0.184

分隙ALOHA工作原理：將時間劃分為一段段等長的時隙，規定幀不論何時產生，只能在每個時隙開始時發送到信道上。重發策略：同純ALOHA性能：網絡負載W1吞吐量W0.37代價：需要全網同步；可■設置一個特殊站點，由該站點發送時鐘信號幀發送成功的條件：沒有其他幀在同一時隙內到達63.2CSMA工作原理載波監聽多點接入（CSMA）是從ALOHA演變出來的一種改進協議,機制。載波監聽多點接入（CSMA）是從ALOHA演變出來的一種改進協議,機制。每個站在發送數據前先監聽信道，如果監聽到信道上有其他站發送的信號，就暫不發送。因而CDMA減少了發送實際的隨意性和盲目性，避免不必要的沖突。根據載波監聽策略的不同，CSMA有3種方式：非堅持的CSMA、1堅持CSMA和p堅持CSMAo非堅持的CSMA,若監聽到信道空閑則發送信號。若信道忙，則等待一段隨機延遲時間，重新開始載波監聽。1堅持CSMA,若監測到信道空閑則發送信號，若信道忙則一直監聽，直到信道空閑馬上開始發送。P堅持CSMA,是非堅持的CSMA和1堅持CSMA的折中。若信道空閑，按p概率發送，按（1-p）的概率延遲一個時間單位（一般等于最大的傳播延時），然后重新開始載波監聽：若信道忙，繼續監聽，直增加了發送前監聽打刀■的成?則姑姿到下一個時隙的開始發送出口到信道變為空閑。633CSMA/CD工作流程帶有沖突檢測的載波監聽多點接入（CSMA/CD）是對CSMA的進一步完善，增加了沖突檢測機制，檢測到沖突時停止無意義的數據發送，因而減少了信道帶寬的浪費。CSMA/CD的工作流程為：發前監聽信道，若空閑則發送，若信道忙，則一直監聽直到信道空閑，開始發送數據。邊發送邊檢測沖突，若沒檢測到沖突，發送完成；若測得沖突，停止發送，并發出一個32比特的阻塞信號，人為強化沖突，讓所有的站點都知道發送了沖突。發完阻塞信號，等待一段隨機時間，重新開始信道訪問。63.4CSMA/CD傳輸特點半雙工傳輸方式共享總線帶寬3?無連接、不可靠的傳輸服務補充：重要特性：使用CSMA/CD協議的以太網不能進行全雙工通信而只能進行雙向交替通信(半雙工通信)。每個站在發送數據之后的一小段時間內，存在著遭遇碰撞的可能性。這種發送的不確定性使整個以太網的平均通信量遠小于以太網的最高數據率。爭用期：最先發送數據幀的站，在發送數據幀后至多經過時間2t(兩倍的端到端往返時延)就可知道發送的數據幀是否遭受了碰撞。以太網的端到端往返時延反稱為爭用期，或碰撞窗口。經過爭用期這段時間還沒有檢測到碰撞，才能肯定這次發送不會發生碰撞。爭用期的長度：以太網把發送512比特的時間定為爭用期。以太網爭用期是512比特時間。對于10Mb/s以太網，爭用期2=51.2uso以太網在發送數據時，若前64字節沒有發生沖突，則后續的數據就不會發生沖突。最短有效幀長：如果發生沖突，就一定是在發送的前64字節之內。由于一檢測到沖突就立即中止發送，這時己經發送出去的數據一定小于64字節。以太網規定了最短有效幀長為64字節，凡長度小于64字節的幀都是由于沖突而異常中止的無效幀。T時間內：數據幀長度距離>2x數據速率一傳播速度當取“=”時，數據幀長度為最短有效幀長度。6.4以太網的類型以太網的標準局域網技術中最著名和應用廣泛的是以太網(Ethernet),它是局域網的主流網絡技術。P114表6-1傳統以太網粗纜以太網10Base5細纜以太網10Base2雙絞線以太網lOBaseT光纖以太網lOBaseFlOBaseFLlOBaseFBlOBaseFP

6.43高速以太網交換式以太網：6.43高速以太網以網絡交換機為主干的以太網。拓撲仍為星形結構(總線/HUB-LAN_SWITCH)為何要使用網絡交換機？以太網一一共享介質網絡共享介質網絡中站點數的增加將導致LAN的性能降低，相當于多個子信道分享通信線路。解決：網絡分段(減少站點數)一網絡交換?總線網絡或基于集線器的網絡：網絡總帶寬=10Mbps,n個站點共享，每站點平均帶寬10/nMbps；?基于網絡交換機的網結：允許多個信道同時傳輸信息，不受CSMA/CD的限制，網絡總帶寬=(n/2?n)*10Mbps,每個連接的帶寬為10Mbps。lOBaseT以太網lOBaseTX10BaseT410BaseT2lOBaseFX千兆以太網6.5虛擬局域網(VLAN)在IEEE802.1Q標準中對虛擬局域網VLAN的定義是，由一些局域網網段構成的與物理位置無關的邏輯工作組，而這些網段都具有某些共同需求。每一個VLAN的幀都有一個明確的標識符，指明發送這個幀的工作站是屬于哪一個VLANoVLAN是由一些交換機連接的以太網網段構成的與物理連接和地域位置無關的邏輯工作組，是一個廣播域。VLAN比一般的局域網有更好的安全性。可以方便地在VLAN內部進行信息傳輸并有效地進行VLAN之間的信息隔離。一個VLAN的廣播風暴不會影響到其他VLAN,將廣播風暴控制在一個VLAN內部。借助于VLAN網絡管理員可以限制用戶的數量，禁止訪問VLAN中的某些應用等。VLAN的劃分方式基于端口基于MAC地址基于協議VLAN的運行執行802.1Q協議的交換機的端II分為兩類：標記端II(TaggedPort)和非標記端口(UntaggedPort)。標記端「I也稱為中繼端口或干線端II(TrunkPort),它屬于所有的VLAN。網絡中傳輸的以太網幀也分為標記幀(TaggedFrame)和非標記幀(UntaggedFrame),前者攜帶VLAN標記，而后者不攜帶VLAN標記。當非標記幀從標記端II出來時要打上VLAN標記變為標記幀，并重新計算幀校驗序列FCS：而標記幀從標記端II出來時要去掉VLAN標記變為非標記幀，并重新計算FCS。6.6非主流局域網IEEE802.5令牌環和IEEE802.4令牌總線是20世紀80年代與IEEE8023以太網并列的IEEE802局域網技術，FDDI是90年代風行一時的局域網技術。令牌環網令牌環物理上是環型拓撲結構，所有結點逐個鄰接，形成的一個首尾相連的閉合環路。環路由許多稱為環接II的網絡設備相連，工作站接到環接口上。環接II也稱為中繼器。令牌環使用基于令牌(Token)的分散控制方式的受控接入技術，只有獲得令牌的站點才有權在環路上發送數據，從而避免了信道訪問的沖突。為了限制每個工作站持有令牌進行數據發送的時間，令牌環的每個工作站都設有令牌持有計時器(TokenHoldTimer,THT),它控制該站持有令牌的最大時間,一般為10ms。發送數據后，發送站將令牌重新插入環。令牌總線網令牌總線網的結構特點是：物理上是總線結構，邏輯上是令牌環。令牌總線網上的各工作站點以物理總線形式進行連接，信息也是通過總線進行傳輸的，但是，總線上各站點發送信息的順序是按它們邏輯環中的邏輯連接順序。邏輯環是一種邏輯上的連接關系。邏輯環由進行信息發送的站點組成，不參與任何信息傳輸的站點在總線上也可以不加入邏輯環。邏輯環上各站點并不按站點物理連接順序排序，而是按站點地址編碼值遞減的順序排序。6.63光纖分布數據接「I(FDDI)FDDI是一種物理層和數據鏈路層標準，規定了基于令牌控制的雙環網絡技術，使用光纖達到100Mb/s的傳輸速率。FDDI的主要特點有：使用基于IEEE802.5令牌環標準的令牌傳遞MAC協議，幀格式也類似于IEEE802.5，使用802.2LLC協議，與IEEE802局域網兼容。使用雙環拓撲，具有容錯能力；能夠使用多模或單模光纖，還可使用雙絞線；信息傳輸速率為100Mb/s,,最大結點數為500；站間最大距離2公里(多模光纖)或60?100公里(單模光纖)。最大幀長度4500字節。6.7無線局域網6.7.1無線局域網的分類無線局域網(WirelessLAN)可以提供移動接入功能，為筆記本電腦等移動設備上網提供了方便。無線局域網可分為兩大類。第一類是有固定基礎設施的無線網，第二類是無固定基礎設施的無線網。1.有固定基礎設施的無線網所謂“固定基礎設施”是指預先建立起來的、能夠覆蓋一定地域范圍的一批固定基礎設施。對此類無線局域網，1997年IEEE制定出無線局域網的協議標準802.11,ISO/IEC也批準了這一標準。其編號為ISO/IEC802-11。802.11是無線以太網的標準，它使用星型拓樸，其中心叫做接入點AP(AccessPoint),在

MAC層使用CSMA/CA協議。凡使用802.11協議的局域網又稱為Wi-Fi(WirelessFidelity,即無線保真度)。至其他802.X局域網jPortal|/擴底的服務集L基禾藏務集./BS&.L基禾藏務集./BS&.??????.?/?無固定基礎設施的無線網IEEE802.il支持的無固定基礎設施的無線網，稱為自組網絡(AdHocNetwork),它在一些對等的移動筆記本電腦之間通信，沒有接入點。自組網絡(AdHocNetwork)沒有基本服務集中的接入點(AP),而是一些處于平等狀態的移動站之間相互通信組成的臨時網絡。自組網絡沒有預先建好的網絡固定基礎設施(基站)。6.7.2三種常用的無線網標準標準頻段數據速率物理層優缺點802.11b2.4GHz最高為UMb/sDSSS價格最低，信號傳播距離最遠，且不易受阻礙，最高數據傳輸速率較低802.11a5GHz最高為54Mb/sOFDM最高數據傳輸速率較高，支持更多用戶同時上網，信號傳播距離較短，旦易受阻礙802.11g2.4GHz最高為54Mb/sOFDM最高數據傳輸速率較高，支持更多用戶同時上網，信號傳播距離最遠，且不易受阻礙，價格比802.11b貴以上三種標準都使用共同的媒體接入控制協議，都可以用于有固定基礎設施的或無固定基礎設施的無線局域網。IEEE802.Ha最明顯的缺點就是兼容性JEEE802.Ha使用的是較高的頻率，與IEEE802.11b不能互通。雖然IEEE802.Ha在技術上和出臺時間上都占優勢，但由于成本過高，缺乏價格競爭力。IEEE802.il是無線局域網應用的一種主流標