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1、1计算机网络计算机网络3、局域网、局域网23.1、局域网概述、局域网概述n局域网产生的原因局域网产生的原因n80年代，微型机发展迅速，彼此需要相互通信（近距离），年代，微型机发展迅速，彼此需要相互通信（近距离），共享资源共享资源n功能分布：分布式计算、分布式数据库功能分布：分布式计算、分布式数据库n定义定义n一种将小区域内的各种通信设备互连在一起的通信网络一种将小区域内的各种通信设备互连在一起的通信网络n局域网的三个属性局域网的三个属性n局域网是一种通信网络局域网是一种通信网络n通信设备是广义的通信设备是广义的n在一个小区域内在一个小区域内33.1、局域网概述、局域网概述43.2 局域网的局域
2、网的IEEE802系列标准系列标准nIEEE802协议协议nIEEE802系列标准定义了若干种局域网系列标准定义了若干种局域网LAN，包括，包括物理层、介质访问物理层、介质访问(MAC)子层的定义和描述子层的定义和描述n组成组成n802.1 基本介绍和接口原语定义基本介绍和接口原语定义n802.2 逻辑链路控制逻辑链路控制(LLC)子层子层n802.3 采用采用CSMA/CD技术的局域网技术的局域网n802.4 采用令牌总线采用令牌总线(Token Bus)技术的局域网技术的局域网n802.5 采用令牌环采用令牌环(Token Ring)技术的局域网技术的局域网53.2 局域网的局域网的IEE
3、E802系列标准系列标准63.2 局域网的局域网的IEEE802系列标准系列标准-DDL分成两个子层的原因分成两个子层的原因n管理多点访问信道的逻辑不同于传统的数据链管理多点访问信道的逻辑不同于传统的数据链路控制路控制n局域网具有共享传输介质的特点局域网具有共享传输介质的特点n必须解决发生冲突的问题必须解决发生冲突的问题n由由MAC子层提供多种介质访问控制方法实现子层提供多种介质访问控制方法实现n对于同一个对于同一个LLC，可以提供多个，可以提供多个MAC选择选择nLLC隐藏了不同隐藏了不同802MAC子层的差异，为网络层提子层的差异，为网络层提供单一的格式和接口供单一的格式和接口nLLC子层
4、提供确认机制和流量控制子层提供确认机制和流量控制n让让MAC与介质密切相关，让与介质密切相关，让LLC与介质无关与介质无关73.2 局域网的局域网的IEEE802系列标准系列标准-LAN的参考模型的参考模型83.2 局域网的局域网的IEEE802系列标准系列标准-LLC93.2 局域网的局域网的IEEE802系列标准系列标准-MAC103.2 局域网的局域网的IEEE802系列标准系列标准-SAP与地址与地址113.3 信道共享技术信道共享技术-信道分配问题信道分配问题n多用户共享单一信道，并由此产生冲突。这样多用户共享单一信道，并由此产生冲突。这样的系统称为竞争系统的系统称为竞争系统n如何解
5、决对信道争用如何解决对信道争用n信道分配方法信道分配方法n静态分配静态分配n频分多路复用频分多路复用(FDM)n波分多路复用波分多路复用(WDM)n时分多路复用时分多路复用(TDM)n动态分配动态分配123.3 信道共享技术信道共享技术-信道分配问题信道分配问题n动态分配动态分配：信道分配模型的：信道分配模型的5个基本假设个基本假设n站点模型：站点模型：每个站点是独立的，并以统计固定的速率产生帧，每个站点是独立的，并以统计固定的速率产生帧，一帧产生后到被发送走之前，站点被封锁；一帧产生后到被发送走之前，站点被封锁；n单信道假设：单信道假设：所有的通信都是通过单一的信道来完成的，各所有的通信都是
6、通过单一的信道来完成的，各个站点都可以从信道上收发信息；个站点都可以从信道上收发信息；n冲突假设：冲突假设：若两帧同时发出，会相互重叠，结果使信号无法若两帧同时发出，会相互重叠，结果使信号无法辨认，称为冲突。所有的站点都能检测到冲突，冲突帧必须辨认，称为冲突。所有的站点都能检测到冲突，冲突帧必须重发重发n连续时间和时间间隙连续时间和时间间隙（确定何时发送）（确定何时发送）n有载波监听和无载波监听有载波监听和无载波监听（确定能否发送）（确定能否发送）133.3 信道共享技术信道共享技术-CSMA和和CSMA/CDn载波监听多路访问协议载波监听多路访问协议CSMA(Carrior Sense Mu
7、ltiple Access Protocols)n发送前监听信道有无载波发送前监听信道有无载波n主要类型主要类型n非坚持型非坚持型CSMA（nonpersistent CSMA）n1-坚持型坚持型CSMA（1-persistent CSMA）nP-坚持型坚持型CSMA（P-persistent CSMA）143.3 信道共享技术信道共享技术-CSMA和和CSMA/CD153.3 信道共享技术信道共享技术-CSMA和和CSMA/CD163.3 信道共享技术信道共享技术-CSMA和和CSMA/CD173.3 信道共享技术信道共享技术-CSMA和和CSMA/CDnP-坚持型坚持型CSMA：适用于分隙
8、信道：适用于分隙信道n原理原理n若站点有数据发送，先监听信道；若站点有数据发送，先监听信道；n若站点发现信道空闲，则以概率若站点发现信道空闲，则以概率p发送数据，以发送数据，以概率概率q=1-p延迟至下一个时隙发送，若下一个延迟至下一个时隙发送，若下一个时隙仍空闲，重复此过程，直至数据发出或时隙时隙仍空闲，重复此过程，直至数据发出或时隙被其他站点所占用被其他站点所占用n若信道忙，则等待下一个时隙，重新开始发送；若信道忙，则等待下一个时隙，重新开始发送；n若产生冲突，等待一个随机时间，然后重新开始若产生冲突，等待一个随机时间，然后重新开始发送发送183.3 信道共享技术信道共享技术-CSMA和和
9、CSMA/CD193.3 信道共享技术信道共享技术-CSMA和和CSMA/CD-带冲突检测的带冲突检测的CSMA/CDn引入原因引入原因n当两个帧发生冲突时，两个被损坏帧继续传送毫无意义，而当两个帧发生冲突时，两个被损坏帧继续传送毫无意义，而且信道无法使其他站点使用，对于有限的信道来讲，浪费很且信道无法使其他站点使用，对于有限的信道来讲，浪费很大。若让站点边发送边监听，并在监听到冲突之后立即停止大。若让站点边发送边监听，并在监听到冲突之后立即停止发送，可以提高信道的利用率，因此产生了发送，可以提高信道的利用率，因此产生了CSMA/CDn原理原理n站点使用站点使用CSMA/CD协议进行数据发送协
10、议进行数据发送n在发送期间若检测到冲突，立即终止发送，并发出一个瞬间在发送期间若检测到冲突，立即终止发送，并发出一个瞬间干扰信号，使所有的站点都知道发生了冲突；干扰信号，使所有的站点都知道发生了冲突；n在发出干扰信号后，等待一段随机时间，在重复上述过程在发出干扰信号后，等待一段随机时间，在重复上述过程203.3 信道共享技术信道共享技术-CSMA和和CSMA/CD-带冲突检测的带冲突检测的CSMA/CD213.3 信道共享技术信道共享技术-CSMA和和CSMA/CD-带冲突检测的带冲突检测的CSMA/CD223.3 信道共享技术信道共享技术-信道复用信道复用233.3 信道共享技术信道共享技术
11、-信道复用信道复用243.3 信道共享技术信道共享技术-信道复用信道复用253.3 信道共享技术信道共享技术-信道复用信道复用263.3 信道共享技术信道共享技术-信道复用信道复用273.3 信道共享技术信道共享技术-信道复用信道复用283.3 信道共享技术信道共享技术-信道复用信道复用293.3 信道共享技术信道共享技术-信道复用信道复用303.4 IEEE802.3 以太网以太网(Ethernet)-历史历史nALOHA系统系统nALOHA+载波监听载波监听nXerox设计了设计了2.94Mbps的采用的采用CSMA/CD协议的协议的EthernetnXerox,DEC,Intel共同制定
12、了共同制定了19Mbps的的CSMA/CD以太网标准以太网标准nIEEE定义了采用定义了采用1-坚持型坚持型CSMA/CD技术技术802.3局域网标准，速率从局域网标准，速率从1M到到10Mbps,802.3标准与标准与以太网协议略有差别以太网协议略有差别n采用曼彻斯特编码传输采用曼彻斯特编码传输313.4 IEEE802.3 以太网以太网(Ethernet)323.4 IEEE802.3 以太网以太网(Ethernet)333.4 IEEE802.3 以太网以太网(Ethernet)343.4 IEEE802.3 以太网以太网(Ethernet) -集线器（集线器（Hub）353.4 IEE
13、E802.3 以太网以太网(Ethernet) -集线器（集线器（Hub）363.4 IEEE802.3 以太网以太网(Ethernet)373.4 IEEE802.3 以太网以太网(Ethernet)383.4 IEEE802.3 以太网以太网(Ethernet)393.4 IEEE802.3 以太网以太网(Ethernet)403.4 IEEE802.3 以太网以太网(Ethernet) -MAC子层帧格式子层帧格式413.4 IEEE802.3 以太网以太网(Ethernet) -MAC子层帧格式子层帧格式423.4 IEEE802.3 以太网以太网(Ethernet) -MAC子层帧格
14、式子层帧格式433.4 IEEE802.3 以太网以太网(Ethernet) -MAC子层帧格式子层帧格式443.4 IEEE802.3 以太网以太网(Ethernet) -802.3的最短帧长的最短帧长453.4 IEEE802.3 以太网以太网(Ethernet) -802.3的最短帧长的最短帧长n例题：例题：n若两台计算机通过一条若两台计算机通过一条1500m的同轴电缆链接，采用的同轴电缆链接，采用CSMA/CD网络协议，电缆的时延特性为网络协议，电缆的时延特性为4.33us/km，考虑其他的往返延时因素考虑其他的往返延时因素38.5us，网络的数据传输率为，网络的数据传输率为10Mbp
15、s，问发送的帧最短长度是多少？，问发送的帧最短长度是多少？n解答：解答：信息在总线上的来回延迟时间为：信息在总线上的来回延迟时间为：2*1.5km*4.33us/km,加上加上38.5us,在这个时间内，要保持有帧可以发送，在这个时间内，要保持有帧可以发送，最短帧长最短帧长= (2*1.5km*4.33us/km+ 38.5us)*10-6*10Mbps*106=515(bit)=65(byte)463.4 IEEE802.3 以太网以太网(Ethernet) -交换式交换式802.3LAN473.4 IEEE802.3 以太网以太网(Ethernet) -交换式交换式802.3LAN483.
16、5 IEEE802.5 令牌环网令牌环网(Token Ring)n典型应用网络：典型应用网络：IBM令牌环网令牌环网(1985.10),数数据传输速率据传输速率16Mbps,260个节点个节点n技术产生原因技术产生原因n环实际上并不是一个广播介质，而是不同的点到环实际上并不是一个广播介质，而是不同的点到点链路组成的环，点到点链路有很多技术优势；点链路组成的环，点到点链路有很多技术优势；n各个站点是公平的，获得信道的时间有上限，避各个站点是公平的，获得信道的时间有上限，避免冲突产生；免冲突产生；n采用差分曼彻斯特编码传输采用差分曼彻斯特编码传输493.5 IEEE802.5 令牌环网令牌环网(Token Ring)503.5 IEEE802.5 令牌环网令牌环网(Token Ring)513.5 IEEE802.5 令牌环网令牌环网(Token Ring)523.5 IEEE802.5 令牌环网令牌环网(Token Ring)533.5 IEEE802.5 令牌环网令牌环网(Token Ring)543.5 IEEE802.5 令牌环网令牌环网(Token Ring)-令牌环的工作过程令
