计算机局域网全解PPT课件

特 性
在另一条链路上输出。数据在环上是单向传输的。
某段链路或某个中继器有故障会使全网
缺 点
不能工作；
站点离网、入网都较困难。
2021
9
5.1 局域网的特点及类型
（3）星型拓扑
基 每一个站点通过点-点链路连至中心节点，所有的通信都
本 特
由中心节点控制，一般采用线路交换。
性
建网容易，配置方便；
优 点
每个连接的故障容易排除，不影响全网；
LLC子层的作用
由于不同的网络类型有不同的介质访问子层与之 对应，而逻辑链路控制子层LLC则掩盖了不同物理网 络之间的差别，以统一的格式为网络层提供服务 LLC子层把网络层的分组（在TCP/IP中即IP数据包） 加上LLC头，交给MAC子层组成相应的802.X帧发送
2021
17
5.2 局域网的层次结构
▪ 若信道忙，如何处理？ • 继续监听：
▪ 等到信道空闲后立即发送 ▪ 等到信道空闲后等待随机时间后再发送
• 等待一段随机时间后再重新检测信道
• 一旦出现两个站点同时发送的情况，如何处理？
▪
以上方法均无法处理！ 2021
26
载波监听多路访问协议CSMA
▪ 载波监听协议（Carrier Sense Protocol）
• 特点
– 覆盖范围小
• 房间、建筑物、园区范围 • 距离≤25km
– 高传输速率 • 10Mb/s～1000Mb/s
– 低误码率 • 10-8 ～ 10-11
– 拓扑：总线型、星形、环形 – 介质：UTP、Fiber、COAX – 私有性：自建、自管、自用
2021
hub hub
hub
Switch
stations
，则等到下一时隙；如信道空闲，则以概率p
发送帧，即信道空闲时，这个时槽，按照欲
发送的站P概率发送，而以概率q=1-p不发送
，把本次发送延至下一时隙。若不发送，下
一时槽仍空闲，同理进行发送。若信道忙，
则等待下一时槽，若冲突，则等待随机的一
段时间，重新开始……
2021
30
5.3 以太网及介质访问控制方法
8 0 2 .2 逻 辑 链 路 控 制 L L C
8 0 2 .3
C S M A /C D
8 0 2 .4 令牌 总线
物理层 物理层
8 0 2 .5 令牌环
物理层
8 0 2 .6 城域网
物理层
8 0 2 .9 语音数 据综合 局域网
8 0 2 .11 无线 局域网
8 0 2 .1 2 100V GA nyLA N
LLC提供的三种服务
不可靠的数据报服务
可靠的数据报服务
面向连接的服务
➢对于不同的数据帧和控制帧有不同的格式
➢有确认的数据报服务和面向连接的服务，在
帧格式中包含源地址、目的地址、序列号、确
认号等
2021
18
5.2 局域网的层次结构
5.2.1 局域网的层次模型
2．MAC子层 MAC（Media Access Control）介质访问控制
既然传统的静态信道分配方法不能适应突发性流量，以太
网使用动态分配方法:CSMA/CD2021
25
5.3.1 CSMA/CD介质访问控制方法
▪ 多个站点如何安全地使用共享信道？
• 最简单的思路：发送前先检测一下其它站点是否 正在发送（即信道忙否）。
▪ 若信道空闲，是否可以立即发送？ • 若有多个站点都在等待发送，必然冲突！ • 解决：等待一段随机时间后再发（降低了冲突概率）
CS(Carrier Sense )载波监听：发送前监听线路
CD(Collision Detection)碰撞检测
核心
2021
31
• 其体系结构只包含了两个层次：数据链路层、物理层
– 数据链路层又分为逻辑链路控制和介质访问控制两个子层
OSI
IEEE 802
高层
网络层 数据链路层
物理层
由TCP/IP和NOS实现
逻辑链路控制 LLC 介质访问控制 MAC
物理层PHY
2021
IEEE802描述了 最低两层的功能 以及它们为网络 层提供的服务和
▪ 每个站在发送前，先侦听信道，如信道正忙 或发生冲突时，则不再继续侦听，它并不持 续侦听信道，而是在冲突时，延时一随机的 时隙数后，再侦听信道
▪ 它有更好的信道利用率，但导致更长延迟。
2021
29
p-持续CSMA （p-persistent CSMA）
▪ 它应用于分槽信道
▪ 每个站在发送前，先侦听信道，如信道正忙
第五章 计算机局域网
5.1 局域网的特点及类型
5.2 局域网的层次结构 5.3 以太网及介质访问控制方法
5.4 令牌环网及介质访问控制方法
5.5 局域网资源共享模式
5.6 虚拟局域网
5.7 无线局域网
2021
1
5.1 局域网概述
• 局域网的概念 –局域网(Local Area Network)是在一个 局部的地理范围内(如一个学校、工厂和 机关内)，将各种计算机、外部设备和数 据库等互相联接起来组成的计算机通信 网，简称LAN。
行布设专用线路。
➢ 系统易于扩展和演变，各类设备的位置可以灵活
调整。
➢ 系统具有可靠性和开放性，局域网的体系结构符
合ISO的OSI标准，能与任何符合OSI标准的系统进行
通信。
2021
7
5.1 局域网的特点及类型
（1）总线拓扑
基 将所有站点通过适配器连接到单根传输介质——共享总
本 线上。
特 性
总线末端都有一个50欧姆的电阻，称为终结器。作用：
2021
27
1-持续CSMA
▪ 每个站在发送前，先侦听信道，当信道忙或 发生冲突时，要发送帧的站，则等待并持续 侦听，一旦信道空闲，便立即发送，即发送 的概率为1；如冲突，则延时一随机时隙数后 ，重新发送。
▪ 其中，长的传播延迟和同时发送帧，会导致 多次冲突，降低系统性能。
2021
28
非持续CSMA （ Nonpersistent CSMA ）
2021
2
2021
3
5.1 局域网的特点及类型
➢局域网形成与发展： 回忆：局域网的快速发展由哪两个因素促成的？
20世纪80年代 微型计算机出现
1972年Xerox公司 发明以太网
结合
使微机局域网得到了快速的发展
90年代局域网发展更加迅速。
2021
4
办公室简单局域网
2021
5
5.1 局域网的特点及类型
子层 作用：介质访问控制等 主要由硬件（网卡）实现 提供了LLC子层与物理层之间的接口
2021
19
5.2 局域网的层次结构
3 .物理层
• 功能：编码和译码。
• IEEE802定义了多种物理层，以适应不同的网络介 质和不同的介质访问控制方法。
• 两个接口：
接口
12
5.2 局域网的层次结构
5.2.1 局域网的层次模型
数据链路层协议结构
2021
13
IEEE802体系结构示意图
802.1D Bridge
8
0
802.2 LLC
2
体
系
结 构
802.3 CSMA/CD
802.4 Token
Bus
802.5 Token Ring
802.6 DQDB
802.8 FDDI
2021
23
介质访问控制方法
• 局域网使用广播信道（多点访问、随机访问），多 个站点共享同一信道。
• 提出问题：
– 各站点如何访问共享信道？
– 如何解决同时访问造成的冲突（信道争用）？
• 解决以上问题的方法称为介质访问控制方法。
• 两类介质共享技术：
– 静态分配（FDM、WDM、TDM、CDM）
• 不适用于局域网
➢以太网采用IEEE 802.3定义的载波监听多点接入/碰撞检测
CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access with Collisio
n Detection）技术来避免冲突的发生，使多个站点能够共
享信道。
➢CSMA/CD—带冲突检测的载波监听多路访问
MA（ Multiple Access ）总线型特点：多点接入
stations
station
Server farm
6
5.1 局域网的特点及类型
5.1.1 局域网的优点
➢ 具有较高的数据通信速率。现在常见的以太网的
数据传输速率为100Mbps或1000Mbps。
➢ 从一个站点可以访问全网，从而方便地共享昂贵
的外部设备、主机以及软件、数据等资源。
➢ 构建局域网时一般不使用公用通信线路，而是自
▪ 持续和非持续CSMA（Carrier Sense Multiple Access ，载波监听多路访问）
它检测其他站的活动情况，据此调整自己的 行为
➢1、1-持续CSMA(1-persistent CSMA）
➢2 、非持续CSMA(Nonpersistent CSMA)
➢3、 p-持续CSMA(p-persistent CSMA)
阻止信号发射
与星型拓扑相比，所需电缆长度较短；
优 点
结构简单，可靠性高；
扩充(如增加站点、延长电缆等)较容易。
缺 故障检测不很容易，如总线有故障需分段查找，如站点 点 有故障需一个一个查；
容错能力差，产生冲突。
2021
8
（2）环型拓扑
基 由一些中继器通过点到点链路连成的一个闭合环。入网设
本 备连到中继器上。它从一条链路上接收数据,以相同速率
– 连接单元接口（AUI）－可选，仅用于粗同轴电缆
– 介质相关接口（MDI）
• 屏蔽不同介质的特性，使之不影响MAC子层的操作
2021
20
5.2 局域网的层次结构
5.2.2 IEEE 802标准体系---LMSC
8 0 2 .1 0 安 全 与 加 密
8 0 2 .1 局 域 网 概 述 、 体 系 结 构 、 网 络 互 联 与 网 络 管 理
• LLC： 与介质、拓扑无关； • MAC：与介质、拓扑相关。
2021
15
5.2 局域网的层次结构
5.2.1 局域网的层次模型
1．LLC子层 LLC(Logic Link Control)逻辑链路控制子层，
即IEEE802.2标准 作用：流量控制、差错控制等 软件中实现
2021
16
5.2 局域网的层次结构
……
LLC MAC PHY
网际互联 数据链路层 物理层
• 数据链路层在不同的子标准中定义
– 分别对应于LLC子层和MAC子层
2021
14
局域网的数据链路层
• 按功能划分为两个子层：LLC和MAC • 功能分解的目的：
– 将功能中与硬件相关的部分和与硬件无关的部分 分开，以适应不同的传输介质。
– 解决共享信道(如总线)的介质访问控制问题，使 帧的传输独立于传输介质和介质访问控制方法。
2021
22
5.3 以太网及介质访问控制方法
一、以太网（Ethernet）
局域网经过了近三十年的发展，尤其是在快速以太网 （100Mbps）和吉比特以太网，10吉比特以太网进入市 场后，以太网已经在局域网市场中占据绝对的优势。以 至于很多人将局域网和以太网视为同一个概念。
➢ 以太网在逻辑上是总线型的，其中心设备相当于一根总 线，因此每个站点发送数据是通过“广播”方式将数据送 往共享介质。任何站点都没有预约发送时间，发送是随机 的。这样就有可能会出现两个或多个站点同时发送数据， 而信号在总线上相互干扰的情况，即发生“冲突”。
– 动态分配（随机接入、受控接入）
• CSMA/CD、Token-Passing
2021
24
5.3 以太网及介质访问控制方法
5.3.1 CSMA/CD介质访问控制方法
一、信道分配方法分析：
在多个竞争用户之间分配单个信道传统方法为频分多路复
用（FDM）。
FDM适用于用户数量比较少而且固定不变，并且每个用户
控制协议相对简单。
缺 对中心节点要求非常高，一旦中心节点产生故障,全网将 点 不能工作。
2021
10
（4）混合型拓扑
为总线型变形，或者可以看做 多级星形结构，是一种使用广 播的信道。
2021
11
5.2 局域网的层次结构
• 局域网的标准：IEEE802（ISO8802）
– IEEE802是一个标准系列：IEEE802.X, IEEE802.1～IEEE802.14
数据 链路层
物理层
8 0 2 .7 宽 带 技 术
2021
21
8 0 2 .8 光 纤 技 术
5.3 以太网及介质访问控制方法
LAN的结构类型 LAN的结构主要有三种类型：
•以太网（Ethernet） •令牌环（Token Ring） •令牌总线(Token Bus） • 另外还包括：作为这三种网的骨干网－ 光纤分布数据接口（FDDI）
都有繁重的流量负担的时候。
对于发送方数量非常多且经常不断变化，或者流量突发性
大的，如果同样使用频分N等分：
第一种情况只有很少的用户需要进行通信，则大量宝贵的频谱
被浪费掉。
第二种情况如果希望进行通信的用户数超过了N个，则有些用
户将被拒绝；
第三种情况即使有些已经被分配了频段的用户并不发送或者接
收数据，他们也无法将自己的频段转给其他用户。