第4章、局域网组网技术

局域网的介质访问控制方式 1、局域网中 ：通信介质 通信机制 拓扑结构 同轴电缆、双绞线、光纤 广播方式 总线型、星型、环型
2、局域网按介质访问控制方式分类： 共享介质局域网 交换局域网
星型
3、共享介质访问控制方式： 具有冲突检测的载波监听多路访问CSMA/CD （Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection) 令牌环 （Token Ring) 令牌总线 （ Token Bus ） 分布式光纤数据接口（FDDI）
A (1) 在0时刻开始 发送 B A
(2) 大约在 时刻到达 B (4) 冲突信号在 2 时刻到达A
B
A
(3) B 开始发送; 在 时刻发生冲突
B
A
B
检测出一个冲突的时间等于任意两个站之间最大传播时延的 两倍
冲突后解决 在CSMA/CD算法中，一旦检测到冲突并发完阻塞信号后，为
了降低再次冲突的概率，需要等待一个随机时间，然后再使 用CSMA方法试图传输。为了保证这种退避操作维持稳定采用 了一种称为二进制指数退避和算法，其规则如下： (1)对每个数据帧，当第一次发生冲突时，设置一个参量L=2； (2)退避间隔取1到L个时间片中的一个随机数，1个时间片等于 两站之间的最大传播时延的两倍； (3)当数据帧再次发生冲突，将参量L加倍； (4)设一个最大重传次数，超过该次数，则不再重传，并报告 出错。 二进制指数退避算法是按后进先出LIFO(List In First Out) 的次序控制的，即未发生冲突或很少发生冲突的数据帧，具 有优先发送的概率；而发生过多次冲突的数据帧，发送成功 的概率就更少。
第4章、局域网组网技术
局域网络是计算机通信网络的重要 组成部分，是在一个局部地区范围内， 把各种计算机、打印机、文件服务等设 备相互连接起来的计算机网络。
本章要点
局域网的技术特点 局域网的技术标准 局域网的拓扑结构和组网模式 虚拟局域网技术 无线局域网技术
4.1、局域网简介
局域网LAN(Local Area Network),是一种在 有限的地理范围内将大量PC机及各种设备 互连一起实现数据传输和资源共享的计算 机网络。 组成局域网的5个要素：
2、令牌总线的主要操作如下：
(1)环初始化，即生成一个顺序访问的次序。网络开始启动时，或由于 某种原因，在运行中所有站点不活动的时间超过规定的时间，都需要进行 逻辑环的初始化。同时初始化的过程是一个争用的过程，结果只有一个站 能取得令牌，其它的站点用站插入的算法插入。 (2)令牌传递算法。逻辑环按递减的站地址次序组成，刚发完帧的站点 将令牌传递给后继站，后继站应立即发送数据或令牌帧，原先释放令牌的 站监听到总线上的信号，便可确认后继站已获得令牌 (3)站插队入环算法。必须周期性地给未加入环的站点以机会，将它们 插入到逻辑环的适当位置中。如果同时有几个站要插入时，可采用带有响 应窗口的争用处理算法。 (4)站退出环算法。可以通过将其前趋站和后继站连到一起的办法，使 不活动的站退出逻辑环，并修正逻辑环递减的站地址次序。 (5)故障处理。网络可能出现错误，这包括令牌丢失引起断环，重复地 址、产生多个令牌等。网络需对这些故障做出相应的处理。
具有冲突检测的载波监听多路访问 CSMA/CD 发送站点传输过程中仍继续监听媒体，以检测是否存在冲突。如果发生冲
突，信道上可以检测到超过发送站点本身发送的载波信号的幅度，由此判断 出冲突的存在。一旦检测到冲突，就立即停止发送，并向总线上发一串阻塞 信号，用以通知总线上其它各有关站点。
A 和 B 在总线的两端
2、1-坚持算法 算法规则： ⑴如果媒体空闲的，则可以立即发送。 ⑵如果媒体是忙的，则继续监听，直至检测到媒体是空闲 ，立即发送。 ⑶如果有冲突(在一段时间内未收到肯定的回复)，则等待一 随机量的时间，重复步骤⑴～⑵。 优点：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； 缺点：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。
Token Ring/802.5的操作
T
A
T=0
A
ห้องสมุดไป่ตู้
T=0
T
T C Data
T C Data
A
T C Data
T=1
T C Data
3.令牌环的维护 令牌丢失和数据帧无法撤消，是环网上最严重的两种差错 ，可以通过在环路上指定一个站点作为主动令牌管理站 。 主动令牌管理站通过一种超过机制来检测令牌丢失的情况，该 超时值比最长的帧为完全遍历环路所需的时间还要长一些。如 果在该时段内没有检测到令牌，便认为令牌已经丢失，管理站 将清除环路上的数据碎片，并发出一个令牌。 为了检测到一个持续循环的数据帧，管理站在经过的任何 一个数据帧上置其监控位为1，如果管理站检测到一个经过的 数据帧的监控拉的已经置为1，便知道有某个站未能清除自己 发出的数据帧，管理站将清除环路的残余数据，并发出一个令 牌。
4、令牌环媒体访问控制协议 令牌环的MAC帧有两种基本格式：令牌帧和数据帧 令牌帧只有3个字节长，数据帧则可能很长。这两种帧都有一 对起始定界符SD和结束定界符ED用于确定帧的边界，
令牌帧： 1
SD
1
AC
1
ED
（字节）
P P P T M R R R
预约位
开始 数据帧：
1
S D
访问控 制
结束
优先级 忙闲位 监督位 位
IEEE 802.3 MAC帧格式
6 6 目的 前导 帧开始 源地址 地址 7 1 2 0~1500 数据 0~46 4
长度
填充 检验和
IEEE802.3 帧格式
前导码字段P占7个字节，每个字节的比特模式为“10101010” ，用于实现收发双方的时钟同步 。 帧起始定界符字段SFD占1个字节，其比特模式为“10101011”
MAC帧的总长度为64～1518字节（最小是64个字节） 。由于 除了数据字段和填充字段外，其余字段的总长度为18个字节， 所以当数据字段长度为0时，填充字段必须有46个字节。
1.令牌环的结构
令牌环网（Token Ring）
令牌环在物理上是一个由一系列环接口和这些接口间的点—点链路构成的闭 合环路，各站点通过环接口连到网上。为了解决竞争，可以使用一个称为令牌（ Token）的特殊比特模式，使其沿着环路循环。规定只有获得令牌的站点才有权发送 数据帧，完成数据发送后立即释放令牌以供其它站点使用。由于环路中只有一个令 牌，因此任何时刻至多只有一个站点发送数据，不会产生冲突。
D 干线耦合器的组成
发送缓冲区
接收缓冲区
DTE
A
单向环
C
环路输 出 接收 线路驱 控制器 动 发送 线路接 收
干线耦合器 B 站点
2.令牌环的操作过程 （1）网络空闲时，只有一个令牌在环路上绕行。令牌是一 个特殊的比特模式，其中包含一位“令牌/数据帧”标志位，标 志位为“0”表示该令牌为可用的空令牌，标志位为“1”表示有 站点正占用令牌在发送数据帧。 （2）当一个站点要发送数据时，必须等待并获得一个令牌 ，将令牌的标志位置为“1”，随后便可发送数据。 （3）环路中的每个站点边转发数据，边检查数据帧中的目 的地址，若为本站点的地址，便读取其中所携带的数据。 （4）数据帧绕环一周返回时，发送站将其从环路上撤消。 同时根据返回的有关信息确定所传数据有无出错。若有错则重 发存于缓冲区中的待确认帧，否则释放缓冲区中的待确认帧。 （5）发送站点完成数据发送后，重新产生一个令牌传至下 一个站点，以使其它站点获得发送数据帧的许可权。
局域网协议与IEEE802 标准

802.2 802.3 802.4 802.5
LLC CSMA/CD Token Bus Token Ring
FDDI
光纤分布数据接口FDDI
OSI 参考模型 应用层 IEEE802 参考模型 表示层 会话层 运输层 高层协议 LLC 服务访问点（ ） SAP
3、P-坚持算法 算法规则： ⑴监听总线，如果媒体是空闲的，则以P的概率发送，而以(1P)的概率延迟一个时间单位。一个时间单位通常等于最大传播 时延的2倍。 ⑵ 延 迟 一 个 时 间 单 位 后 ， 再 重 复 步 骤 ⑴ 。 ⑶如果媒体是忙的，继续监听直至媒体空闲并重复步骤⑴。 P-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。 载波监听多路访问CSMA的缺点： 在CSMA中，由于信道传播时延的存在，即使总线上两个站点没 有监听到载波信号而发送帧时，仍可能会发生冲突。由于CSMA 算法没有冲突检测功能，即使冲突已发生，仍然将已破坏的帧 发送完，使总线的利用率降低。
首次经过监控站时，M置为1；若该帧再次经
过监控 站，则由监控站将该帧清除。
令牌总线媒体访问控制
1、令牌总线工作原理
令牌总线媒体访问控制是将局域网物理总线的站点构成一个逻辑环，每一 个站点都在一个有序的序列中被指定一个逻辑位置，序列中最后一个站点 的后面又跟着第一个站点。每个站点都知道在它之前的前趋站和在它之后 的的后继站点标识， 从图中可以看出，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(A->B->C->D->E->F->G->A)循 环传递。
计算机 传输媒体 网络适配器 网络连接设备
网络操作系统
局域网的特点
区别于一般的广域网(WAN),局域网(LAN)具有以下特点：
(1)地理分布范较小,一般为数百米至数公里。可覆盖一幢大楼、一



所校园或一个企业。 (2)数据传输速率高，一般为0.1-100Mbps，目前已出现速率高达 1000Mbps的局域网。可交换各类数字和非数字(如语音、图象、 视频等)信息。 (3)误码率低，一般在10-11-10-8以下。这是因为局域网通常采用短 距离基带传输，可以使用高质量的传输媒体，从而提高了数据传 输质量。 (4)以PC机为主体，包括终端及各种外设，网中一般不设中央主机 系统,可以采用多种通信介质 (5)包含OSI参考模型中的低三层功能，即涉及通信子网的内容 (6)协议简单、结构灵活、建网成本低、周期短、便于管理和扩充。 （7）多采用分布式控制和广播通信方式。