第4章计算机局域网络讲义教材

D
D
D
D
令牌
A
C
B 节点A截获令牌,并准
备发送数据
A
C
B 节点A将数据发送到
节点C
A
C
B 数据循环一周后,节点
A将其收回
A
C
B 产生新的令牌,发送到
环路中
20
Token Ring的特点
由于每个节点不是随机的争用信道，不会出现冲 突，因此称它是一种确定型的介质访问控制方法， 而且每个节点发送数据的延迟时间可以确定。
10Leabharlann 拓扑结构 ——总线型拓扑结构
所有的节点都通过网络适配器直接连接到一 条作为公共传输介质的总线上，总线可以是 同轴电缆、双绞线、或者是使用光纤；
总线上任何一个节点发出的信息都沿着总线 传输，而其他节点都能接收到该信息，但在 同一时间内，只允许一个节点发送数据；
由于总线作为公共传输介质为多个节点共享， 就有可能出现同一时刻有两个或两个以上节 点利用总线发送数据的情况，因此会出现 “冲突”；
当目的节点检测到该数据帧的目的地址（MAC地址）为 本节点地址时，就继续接收该帧中包含的数据，同时给源 节点返回一个响应。当有两个或更多的节点在同一时间都 发送了数据，在信道上就造成了帧的重叠，导致冲突出现。 为了克服这种冲突，在总线LAN中常采用CSMA/CD协议， 即带有冲突检测的载波侦听多路访问协议，它是一种随机 争用型的介质访问控制方法。
服务器的集中化 提供服务器的集群，便于管理，提高安全性；
文件的大小日益增加 要求更高的网络带宽；
网络用户和工作站数目的日益增加
31
克服传统以太网的问题
传统以太网中的一些问题
传统以太网使用共享介质，虽然总线带宽为10Mbps， 但网络节点增多时，网络的负荷加重，冲突和重发增 加，网络效率下降、传输延时增加，造成总线带宽为 30~40%；
17
CSMA/CD协议的工作过程
CSMA/CD协议的 工作过程通常可以 概括为：
先听后发、 边听边发、 冲突停发、 随机重发。
初始化
载波帧听
发送数据
是否出现 冲突?
冲突检测 是否发送 完毕? 结束
放弃发送数据
强化冲突
延迟一个随机时间准备 重新发送数据
18
CSMA/CD协议的特点
在采用CSMA/CD协议的总线LAN中，各节点通 过竞争的方法强占对媒体的访问权利，出现冲突 后，必须延迟重发。因此，节点从准备发送数据 到成功发送数据的时间是不能确定的，它不适合 传输对时延要求较高的实时性数据。
24
IEEE 802.3的四种规范
MAC子层 物理层
CSMA/CD
10Base-5 10Base-2 10Base-T 10Base-F
IEEE 802.3
10 Base-5
数据率（Mbps）
基带信号
段最大长度（百米）
25
10Base5
分插头 :插入电缆 收发器 : 发送/接收, 冲突检测,
结构简单、网络维护方便、增删节点容易，网络 在轻负载（节点数较少）的情况下效率较高。但 是随着网络中节点数量的增加，传递信息量增大， 即在重负载时，冲突概率增加，总线LAN的性能 就会明显下降。
19
令牌环（Token Ring）
在令牌环介质访问控制方法中，使用了一个沿着环路循环 的令牌。网络中的节点只有截获令牌时才能发送数据，没 有获取令牌的节点不能发送数据，因此，使用令牌环的 LAN中不会产生冲突。
802.2 LLC的功能； 802.3 CSMA/CD 总线网的MAC和物理层的规
范； 802.4 Token Bus令牌总线网的MAC和物理层
的规范； 802.5 Token Ring令牌环网的MAC和物理层的
规范；
7
IEEE 802标准系列
802.6 分布队列双总线DQDB –MAN城域网标准； 802.7 宽带技术； 802.8 光纤技术（光纤分布数据接口FDDI）； 802.9 综合业务数字网ISDN； 802.10 局域网安全技术； 802.11 无线局域网；
在轻负载时，由于存在等待令牌的时间，效率较低。 在重负载时，对各节点公平，且效率高。
采用令牌环的局域网还可以对各节点设置不同的 优先级，具有高优先级的节点可以先发送数据， 比如某个节点需要传输实时性的数据，就可以申 请高优先级。
21
令牌总线（Token Bus）
令牌总线访问控制是在物理总线上建立一个逻辑环。从物理连接上看，它是 总线结构的局域网，但逻辑上，它是环型拓扑结构。
IEEE 802规定了局域网中最常用的介质访问控制 方法：
IEEE 802.3 载波监听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）；
IEEE 802.5 令牌环（Token Ring）；
IEEE 802.4 令牌总线（Token Bus）；
16
CSMA/ CD介质访问控制
总线型LAN中，所有的节点对信道的访问是以多路访问方 式进行的。任一节点都可以将数据帧发送到总线上，所有 连接在信道上的节点都能检测到该帧。
服务器端使用16位网卡（速率10MBPS），使得服务 器的网络输入/输出成为整个网络的瓶颈；
32
解决方案
升级到高速网络，如100BASE-T(快速以太网)、 FDDI 、1000BASE-T(千兆位以太网)、ATM； 发挥现有网络技术，采用网络分段、优化服务 器、增加路由器，提高子网的网络性能； 使用局域网交换机，将“共享介质局域网”改 为“交换式局域网”；
33
快速以太网（Fast Ethernet）
100BASE-T快速以太网，是标准以太网的100Mbps版本。 100BASE-T的标准为802.3u，作为802.3的补充； 100BASE-T MAC的速度相当于10倍的BASE-T的MAC； 与10BASE-T相同，100BASE-T要求有中央集线器的星型布线结构； Fast Ethernet的协议结构 ：
第4章 计算机局域网络
本章介绍的具体内容
局域网的特性、标准、以及决定局域网的关键技 术；
以太网的产生、种类和发展； 各种高速网络的种类及技术特点； 网络交换的概念以及交换式以太网； 虚拟局域网的概念、特点和划分方法； 无线局域网的特点； 局域网的连接设备及应用；
2
局域网的特点
局域网的主要特点：
较小的地域范围 高传输速率和低误码率 面向的用户比较集中 使用多种传输介质
3
IEEE 802 LAN的物理层
IEEE 802局域网参考模型中的物理层：
实现比特流的传输与接收，数据的同步控制等。 IEEE 802规定了局域网物理层所使用的信号与编码、
传输介质、拓扑结构和传输速率等规范。
LLC子层和MAC子层的功能
将数据组成帧，并对数据帧进行顺序控制、差错控制 和流量控制，使不可靠的物理链路变为可靠的链路。
LAN可以支持多重访问，即实现数据帧的单播、广播 和多播；
划分LLC和MAC子层的目的
6
IEEE 802标准系列
802.1 A：网络管理和性能测量； B：概述、体系结构、网络互连；
连接到总线上的所有节点组成了一个逻辑环，每个节点被赋予一个顺序的逻 辑位置。和令牌环一样，节点只有取得令牌才能发送帧，令牌在逻辑环上依 次传递。在正常运行时，当某个节点发送完数据后，就要将令牌传送给下一 个节点。
令牌
22
Token Bus的特点
令牌总线适用于重负载的网络中，数据发送的延 迟时间确定，适合实时性的数据传输等。
网络管理较为复杂，网络必须有初始化的功能， 以生成一个顺序访问的次序。
令牌总线访问控制的复杂性高：网络中的令牌丢 失，出现多个令牌、将新节点加入到环中，从环 中删除不工作的节点等。
23
以太网的产生和发展
以太网的起源:ALOHA无线电系统(1968-1972) Xerox 创建第一个实验性的以太网(1972-1977) DEC、Intel和Xerox将以太网标准化(1979-1983) IEEE 802.3标准问世（1982年）,10BASE-5出现； 10BASE-T结构化布线的历史(1986-1990) 交换式和全双工制以太网的出现(1990-1994) 快速以太网的出现(1992-1995) 千兆网的出现(1996至今)
语音数据 综合 ISDN
网络层
802.11
无线 局域网
数据 链路层
物理层
802.7 宽带技术
802.8 光纤技术
9
决定局域网特征的主要技术
决定局域网特征的主要技术：
拓扑结构 传输介质 介质访问控制方法
三种技术决定了传输数据的类型、网络的响应时 间、吞吐量、利用率以及网络应用等各种网络特 征。
电气隔离，超长控制; AUI : 连接件单元接口； 终接器；
粗缆 最大段长度 500米 每段最多站点数 100
两站点间最小距离 2.5米 网络最大跨度 2.8公里
vampire tap BNC端子
收发器 AUI 电缆
NIC
26
10Mbps以太网的中继规则
大多数网络中都有对连接网段的转发器（集线器）数目的 限制。在10Mbps的以太网中，使用5-4-3-2-1的规则： 总共允许有5个网段（每个网段500米）； 在信道上只允许连接4个转发器； 可以有3个网段连接客户机； 额外2个不能连接客户机的网段用于将网络延伸到其他 位置； 以上组成1个大型的冲突域，最大站数1024个，全网 直径2500米； 再增加网段或转发器会导致定时问题，影响以太网的 冲突检测；
两节点之间最小距 离0.5米
2个网段的距离为370米
BNC 接头 NIC
29
10BaseT
集线器的作用相当于一个多端口的中继器（转发器），数 据从集线器的一个端口进入后，集线器会将这些数据从其
他所有端口广播出去（扩充信号传输距离。将信号放大并 整形后再转发，消除信号传输的失真和衰减）。
中央集线器
在环型拓扑中，虽然也是多个节点共享一条环通路，但不会出现冲突。 对于环型拓扑的局域网，网络的管理较为复杂，与总线型局域网相比，可
扩展性较差。
13
拓扑结构 ——星型拓扑结构
在星型拓扑中存在一个中心 节点，每个节点通过点到点 线路与中心节点连接。
在局域网中，由于使用中央 设备的不同，局域网的物理 拓扑结构和逻辑拓扑结构不 同。
8
IEEE 802标准之间的关系
IEEE 802
ISO/OSI
802.10 局域网安全
.A
8
802.1B 综述及体系结构
0
802.2 逻辑链路控制LLC
2
1
802.3
802.4
802.5
802.6
802.9
管 理
CSMA/CD
MAC 物理层
令牌总线
MAC 物理层
令牌环
MAC 物理层
MAN
MAC 物理层
在“共享介质”的总线型拓扑结构的局域网 中，必须解决多个节点访问总线的介质访问 控制问题。
11
总线型局域网中的“冲突”
A
B
C
D
E
A
B
C
碰撞
D
E
12
拓扑结构 ——环型拓扑结构
所有节点使用相应的网络适配器连接到共享的传输介质上，通过点到点的 连接构成封闭的环路。
环路中的数据沿着一个方向绕环逐节点传输。环路的维护和控制一般采用 某种分布式控制方法，环中每个节点都具有相应的控制功能。
采用基带信号传输； 数据的编码采用曼彻斯特编码； 传输介质可以是双绞线、同轴电缆和光缆等； 拓扑结构可以是总线型、树型、星型和环型； 传输速率有10Mbps、16Mbps、100Mbps、1000Mbps。
5
IEEE 802 LAN的数据链路层
LAN的数据链路层分为两个功能子层：
逻辑链路控制子层（LLC） 介质访问控制子层（MAC）
使用集线器连接所有计算 机时，是一种具有星型物 理连接的总线型拓扑结构；
使用交换机时，是真正的 星型拓扑结构。
中央 设备
计算机
14
传输介质与传输形式
局域网的传输介质有双绞线、同轴电缆、光纤、 电磁波。
局域网的传输形式有两种：基带传输与宽带传输。
15
介质访问控制方法
介质访问控制方法控制网络节点何时能够发送数 据。
27
中继器
中继器
中继器
中继器
单网段500米
仅用于扩展距离,不 能连接节点
单网段500米
单网段500米
10Base-5最大网络距离为2500米
仅用于扩展距离,不 能连接节点
单网段500米
单网段500米
28
10Base2
段最大长度 185m 每段最多站点数 30
细缆
两站点间最短距离 0.5 m
单网段最大长度为185米，最多节点30个
RJ45插座 RJ45接口
最大长度 100m
NIC
30
高速网络技术
背景
工作站的处理能力增强 88年处理器速度10MBPS，95年150MBPS、2000年 1000MBPS；
各种应用的功能越来越强 多媒体、视频会议、虚拟现实、计算机辅助设计CAD等； 异步应用要求计算机系统有较大的带宽，同步应用要求实时 的传送数据； 要求高的数据带宽、网络延迟短、可靠性高；