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1、1第3章第3节局域网技术局域网技术2主要内容3.3.13.3.1局域网概述局域网概述局域网拓扑结构和传输介质局域网拓扑结构和传输介质3.3.23.3.2局域网参考模型局域网参考模型3.3.33.3.3局域网技术局域网技术3.3.13.3.1信道分配信道分配3.3.23.3.2多路访问协议多路访问协议33.3.1局域网概述（1）一、局域网产生的原因一、局域网产生的原因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，分布式数据库二、定义与特点二、定义与特点1 1、局域网是一种将小区域内的各种通信设备互连在一起的、局域网是一种将小区域内的各种通信设备互连在一起的通信网络。通信网络。2 2、
2、局域网的三个属性、局域网的三个属性n8080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43.3.1局域网概述（2）3、局域网的基本特点、局域网的基本特点(功能功能)n高数据传输率（高数据传输率（10 1000 Mbps10 1000 Mbps）n短距离（短距离（0.1 10 km0.1 10 km）n低出错率（低出错率（1010-8-8 10 10-11-11）n共享传输信道共享传输信道n多采用分布式控制和广播式
3、信道多采用分布式控制和广播式信道4、从体系结构和传输控制规程来看局域网的基本特点、从体系结构和传输控制规程来看局域网的基本特点n低层协议简单低层协议简单n不单独设立网络层不单独设立网络层n低出错率（低出错率（1010-8-8 10 10-11-11）n采用多种媒体访问控制技术采用多种媒体访问控制技术5局域网拓扑结构和传输介质n局域网拓扑结构局域网拓扑结构n星型结构星型结构n环型结构环型结构n总线型结构总线型结构n树型结构树型结构n传输介质传输介质n双绞线双绞线n基带同轴电缆基带同轴电缆n光纤光纤n无线无线6局域网分类及其相互关系73.3.2局域网参考模型（1）3.3.2.1 3.3.2.1 局
4、域网的体系结构局域网的体系结构1 1、局域网是一种通信网。、局域网是一种通信网。2 2、局域网的物理层是必须的。大多数局域网的物理、局域网的物理层是必须的。大多数局域网的物理层实际上分为两个子层：一个子层描述与传输媒体层实际上分为两个子层：一个子层描述与传输媒体有关的物理特性，另一个子层描述与传输媒体无关有关的物理特性，另一个子层描述与传输媒体无关的物理特性。的物理特性。3 3、局域网的数据链路层也是必须的。、局域网的数据链路层也是必须的。4 4、局域网的网络层是不必要的。、局域网的网络层是不必要的。83.3.2局域网网参考模型（2）应用层应用层表示层表示层会话层会话层运输层运输层网络层网络层
5、数据链路层数据链路层物理层物理层物理层物理层媒体访问控制媒体访问控制MAC逻辑链路控制逻辑链路控制LLC（）（） （）SAPIEEE80293.3.2局域网网参考模型（3）5 5、LLCLLC子层的主要功能子层的主要功能（1 1）、建立和释放数据链路层的逻辑连接。）、建立和释放数据链路层的逻辑连接。（2 2）、向高层提供一个或多个服务访问点）、向高层提供一个或多个服务访问点SAPSAP的逻辑接口。的逻辑接口。（3 3）、具有帧的接收、发送及差错控制功能。）、具有帧的接收、发送及差错控制功能。（4 4）、给）、给LLCLLC帧加上序号。帧加上序号。6 6、MACMAC子层的功能子层的功能（1 1
6、）、发送信息时负责把）、发送信息时负责把LLCLLC帧组装成带有地址和差错校验帧组装成带有地址和差错校验段的段的MACMAC帧，接收数据时对帧，接收数据时对MACMAC帧进行拆卸，执行地址识别和帧进行拆卸，执行地址识别和差错校验。差错校验。（2 2）、实现和维护）、实现和维护MACMAC协议。协议。103.3.2局域网网参考模型（4） MAC MAC子层与子层与LLCLLC子层子层一、一、 LLCLLC帧与帧与MACMAC帧的关系帧的关系高层数据高层数据LLC首部首部LLC数据数据MAC数据数据MAC尾部尾部MAC首部首部高层数据高层数据LLC帧帧MAC帧帧 IEEE802 IEEE802标准
7、标准IEEE802IEEE802标准标准IEEE 802.2逻辑链路控子层IEEE802.3CSMA/CDIEEE 802.4令牌总线IEEE 802.5令牌环IEEE 802.1数据链路层物理层13 3.3.3 局域网的信道共享（1）1 1 、信道分配、信道分配n计算机网络可以分成两类计算机网络可以分成两类n使用点到点连接的网络使用点到点连接的网络 广域网广域网n使用广播信道（多路访问信道，随机访问信道）的使用广播信道（多路访问信道，随机访问信道）的网络网络局域网局域网n关键问题：如何解决对信道争用关键问题：如何解决对信道争用n解决信道争用的协议称为介质访问控制协议解决信道争用的协议称为介质
8、访问控制协议 MACMAC（Medium Access ControlMedium Access Control），是数据链路），是数据链路层协议的一部分。层协议的一部分。143.3.3 局域网的信道共享（2）n信道分配方法有两种信道分配方法有两种n静态分配静态分配n频分多路复用频分多路复用 FDM（波分复用（波分复用WDM）n原理：将频带平均分配给每个要参与通信的用户；原理：将频带平均分配给每个要参与通信的用户；n优点：适合于用户较少，数目基本固定，各用户的通信量优点：适合于用户较少，数目基本固定，各用户的通信量都较大的情况；都较大的情况；n缺点：无法灵活地适应站点数及其通信量的变化。缺点：
9、无法灵活地适应站点数及其通信量的变化。n时分多路复用时分多路复用 TDMn原理：每个用户拥有固定的信道传送时槽；原理：每个用户拥有固定的信道传送时槽；n优点：适合于用户较少，数目基本固定，各用户的通信量优点：适合于用户较少，数目基本固定，各用户的通信量都较大的情况；都较大的情况；n缺点：无法灵活地适应站点数及其通信量的变化。缺点：无法灵活地适应站点数及其通信量的变化。153.3.3 局域网的信道共享（2）n动态分配动态分配n信道分配模型的五个基本假设：信道分配模型的五个基本假设：n站点模型：每个站点是独立的，并以统计固定的速率站点模型：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
10、发送走之前，站点被封锁；产生帧，一帧产生后到被发送走之前，站点被封锁；n单信道假设：所有的通信都是通过单一的信道来完成单信道假设：所有的通信都是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；的，各个站点都可以从信道上收发信息；n冲突假设：若两帧同时发出，会相互重叠，结果使信冲突假设：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，号无法辨认，称为冲突。所有的站点都能检测到冲突，冲突帧必须重发；冲突帧必须重发；n连续时间和时间分槽（确定何时发送）；连续时间和时间分槽（确定何时发送）；n载波监听和非载波监听（确定能否发送）。载波监听和非载波监听（确定能
11、否发送）。16局域网的信道n局域网一般使用广播式信道，在广播式信道中，关键的问题是如何协调控制多个站点对共享信道的同时访问。n传统局域网主要有以太网、令牌环网。这两种网络在支持的数据传输率、物理层编码、帧格式、网络的管理与维护以及性能方面都有很大的差异，适合不同的应用环境。n当某个单位构建的网络中要使用多种不同的局域网技术时，必须引入网桥设备，以实现不同局域网上的用户能够相互通信。173.3.5 以太网 IEEE 802.3 n以太网发展历史nUniversity of Hawaii 的ALOHA 网络nXerox 的 2.94M 以太网（1973）nXerox, DEC and Intel
12、的 10M 以太网（DIX 标准）（1980 Ver1；1982 Ver2 ）nIEEE 802.3 标准 （1985）nIEEE 802.3u Fast Ethernet 标准（1995）nIEEE 802.3z Gigabit Ethernet 标准（1998）nIEEE 802.3ab Gigabit Ethernet 标准（1999）18以太网的物理层标准名称介质最大长度/段工作站数目/段特点10BASE5粗同轴电缆500m100适合于主干10BASE2细同轴电缆200m30低廉的网络10BASE-T双绞线100m1024易于安装和维护10BASE-F光纤2000m1024远程工作站连
13、接19以太网拓扑结构 工作站同轴电缆20IEEE802.3 的三种接线方式21局域网的接法同轴电缆接法同轴电缆接法集线器和双绞线接法22以太网的MAC帧 前导符起始符目的地址源地址长度数据PADCRC 7 1 6 6 2 01500 046 4 字节23802.3帧格式（1）nPreamble(前导符)： 7个Bytes的10101010n该字段的曼彻斯特编码会产生10MHz，持续时间为 5.6s，以便接收方和发送的时钟进行同步。n起始符：10101011 ，标志着一帧的开始。n目的地址：6字节n非广播地址： 最高位为0 n组播地址： 最高位为1n广播地址：全 1n源地址： 6字节 ， 最高位
14、为024802.3帧格式（2）nLength(长度)：2字节nData(用户数据)：01500 BytesnPAD(填充字段)：046 Bytesn保证冲突在数据发送期间可以检测到；n随着网络速度的提高，必须相应地增大最小帧长度或是缩小电缆最大长度。25802.3帧格式（3）nCRC校验码： 32位n生成多项式为：G(X)=X32+X26+X23+X22+X16 +X11+X10 +X8+X7 +X5+X4+X2+X+1。n校验范围为：目的地址、源地址、长度、数据和PAD26相关参数n冲突窗口（冲突时间片）= 2* 电缆传播延迟n二进制指数回退算法n该回退算法是用来确定第k次碰撞后等待多长时间
15、（Ti）再进行第i+1次尝试：Ti = r *冲突时间片其中：r = random（0 2i-1）n以太网帧的最小帧长度n对于10Mbps的以太网，冲突时间片为51.2s (两个站点的最大距离为2500m所带来的延迟外加上4个Repeater的延迟)，相当于64Bytes的发送时间。273.3.6 载波监听多路访问协议载波监听多路访问协议1 1、载波监听多路访问协议、载波监听多路访问协议CSMACSMA（Carrier Sense Carrier Sense Multiple Access ProtocolsMultiple Access Protocols）n载波监听（载波监听（Carrie
16、r SenseCarrier Sense）：站点在为发送帧而访问传输）：站点在为发送帧而访问传输信道之前，首先监听信道有无载波，若有载波，说明已有信道之前，首先监听信道有无载波，若有载波，说明已有用户在使用信道，则不发送帧以避免冲突。用户在使用信道，则不发送帧以避免冲突。n多路访问（多路访问（Multiple AccessMultiple Access）：多个用户共用一条线路）：多个用户共用一条线路28载波监听多路访问协议载波监听多路访问协议CDMACDMAn1-1-坚持型坚持型CSMACSMA（1-persistent CSMA1-persistent CSMA）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，则发送；若站点发现信道空闲，则发送；n若信道忙，则继续监听直至发现信道空闲，然后若信道忙，则继续监听直至发现信道空闲，然后完成发送；完成发送；n若产生冲突，等待一随机时间，然后重新开始发若产生冲突，等待一随机时间，然后重新开始发送过程。送过程。29 载波监听多路访问协议载波监听多路访问协议CDMACDMAn优点：减少了信道空闲时间；
