局域网技术
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LAN、MAN采用广播网络技术，WAN采用点到点的交换技术。
二、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。
6
LAN的拓扑结构
常见局域网拓扑结构：
34
局域网层次结构及标准化模型
• 数据链路层：数据链路层主要作用是通过一些数据链路层 协议，在不太可靠的传输信道上实现可靠的数据传输，负 责帧的传输管理和控制(帧顺序、差错和流量控制)。 • LAN的数据链路层划分为：LLC子层和MAC子层。 • 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， 降低实现的复杂度。 • 局域网特点：共享信道(如总线)。需要解决介质访问控 制(MAC)问题。分层可以使帧的传输独立于介质和MAC方法 。
802.3ae：10Gbps以太网标准
光纤分布式数据接口
• FDDI特点：
– 使用基于IEEE 802.5的单令牌的环型 网介质访问协议； – 数据传输速率为100Mbps，可支持 1000个物理连接，环路的长度为 100KM； – 采用双环拓扑结构，可增加网络容错 能力，提高了可靠性； – 可以使用多模或单模光纤采用单模光 纤时，两节点之间距离可超过2/20km ，全网光纤总长可以达到200/数千公 里。
15
以太网的发展
• 以太网自70年代后期出现以来，发展非
常迅速。其传输速率从最初的10Mbps ，
发展到100Mbps、 1000Mbps，现在已有
了10Gbps的以太网。以太网是目前应用
最广泛的一类局域网。
• 传统以太网通常是指传输速率为 10Mbps
的以太网。
16
2. 传统以太网 • 传统以太网使用CSMA/CD介质访问方式，其 标准是IEEE 802.3。后来在物理层又定义 了多种传输介质(粗同轴电缆、细同轴电缆 、双绞线和光纤)和拓扑结构(总线型、星 型、树型和混合型)，形成了一个10Mbps以 太网的标准系列：IEEE 802.3的10Base-5 、10Base-2、10Base-T和10Base-F标准。
MAC控制器 收发器 信道
29
1字节 时钟 NRZ-L
1
1
1
0
1
0
0
0
曼彻斯 特编码
图4.2 数据编码方式
30
7.1.4 局域网层次结构及标准化模型
1 . LAN层次结构
• 美国电气与电子工程师协会IEEE于1980 年2月成立的局域网络标准化委员会制订 了一系列局域网络标准。这类 IEEE 802 标准遵循OSI参考模型原则，并规范了物 理层、数据链路层及部分网络层功能。
31
局域网层次结构及标准化模型
OSI参考模型 其他高层 网络层 数据链路层 物理层 逻辑链路控制子层(LLC) 媒体访问控制子层(MAC) 物理层 IEEE 802 LAN参考模型
32
IEEE 802.3的体系结构与功能实现
LLC MAC
站接口 数据封装/解封（MAC 帧） 链路管理（CSMA/CD） 曼彻斯特编码/译码 AUI电缆
屏蔽双绞线
同轴电缆
在以太网中，最远传输距离为 100m，数据传输速率可达到 10Mbps 、100Mbps 和1000Mbps
在以太网中，最远传输 距离为500/200m，数据 传输速率可达到10Mbps。
光纤
优点： 通信容量大、传输速率高 抗电磁干扰能力强、保密性强； 低衰减，传输距离远； 缺点： 价格较贵； 安装、连接和分离较困难；
22
无线局域网
• IEEE802.11b是工作在2.4GHz频段上，支 持11Mbps的速率。 • 802.11a是工作在5GHz频段上，支持 54Mbps的速率。 • 802.11g是工作在2.4GHz频段上，支持 54Mbps的速率。 • 蓝牙技术是短距离无线通信技术，使用标 准为IEEE802.15。
LAN (Local Area Network) 的特点：
覆盖范围小；
传输速率高；
误码率低，可靠性高； 面向的用户比较集中
介质适应性强
决定局域网特性的主要技术要素是： 网络拓扑结构、传输介质与介质访 问控制方法。 3
一、计算机网络分类
• 局域网(Local Area Network，LAN)：服务区
9
介质访问控制技术
• 多个用户共用一个信道时要进行访问控制。
• 按照用户访问公共介质的方式的不同：随机访问
技术和受控访问技术
• 受控访问技术（控制方式）：集中受控访问技术
和分散受控访问技术。
10
介质访问控制技术
(1) 随机访问技术：
• 随机访问技术是各用户发送数据不受任何限制，可随机发 送，多用户争用公共信道的一种访问控制技术(也叫争用方 式、竞争方式)。争用成功的用户可获得发送信息的权利， 占用整个信道；其他用户就不可再发送信息。 • 典型的随机访问技术是带有冲突检测的载波监听多路访问 (CSMA/CD)技术。
17
以太网发展过程 10M以太网
粗缆的10Base5 细缆的10Base2 双绞线10BaseT
快速以太网：三类线传输的100BaseT4 快速以太网：五类线传输的100BaseTX 快速以太网：光纤传输的100BaseFX 千兆以太网
短波长光传输1000Base-SX 长波长光传输1000Base-LX 五类线传输1000BaseT
，进行分散控制。典型的是令牌访问控制技术。
13
三、LAN的结构
• • • • • 以太网 令牌环 光纤分布数据接口网 ATM网 无线局域网
14
传统以太网
1 . 以太网的概念： • 以太网是由美国Xerox等公司联合开发于
1976年推出的局域网，于1980年公布了
Ethernet的物理层和数据链路层技术规范 ，是世界上第一个局域网工业标准，即后 来的IEEE 802.3标准。以太网采用随机访 问控制技术CSMA/CD。
7.1.0 局域网概述
概念
局部区域内的计算机网络，可以理解为一 组物理位置上相隔不远的计算机和相关设备 的互连集合，该集合允许用户互相通信和共 享软/硬件资源。
1
基本组成
硬件： 服务器、工作站、网卡、传输介质、 互连设备 软件：网络操作系统、网络协议、网络应用软件、 网络管理软件
2
7.1.1 局域网概述
• 总线型：结构简单、所需介质长度短、故障隔离和诊断困难。 • 环型：结构简单、所需介质长度短、扩展性差、故障诊断困难。 • 星型（树型结构）：容错性较高、扩展性好、成本较高、
依赖中心设备。
A
C
B
C
D
A
Bus
A A B C B
C
Ring
Star
7Байду номын сангаас
LAN的传输介质
• 常用局域网传输介质为：
– 双绞线、同轴电缆、光纤等。
环网
路由器
FDDI环
路由器 总线网
• CDDI是FDDI的一种扩展，使用的 是5类双绞线，100M带宽。
19
ATM技术
• ATM是以小信元为传输单位，面向连接的分组交换技术
，可用于传输语音、图像、数据和多媒体宽带信息。
• 信元结构 ATM信元固定为53字节，其中5个字节为信元头，48字 节为信元体（净荷）。
– 无线网络网卡 ； – 无线网络HUB； – 无线网络网桥。
• 无线局域网的组建形式
– 全无线网 ； – 无线节点接入有线网 ； – 两个有线网通过无线方式相连 。
26
无线局域网
基本服务集
移动站 接入点AP (基站) BSS 基本服务集 分配系统DS 接入点AP (基站) BSS 基本服务集
接入点 Access Point
域是小型化的
• 城域网(Metropolitan Area Network，MAN) ：连接着多个LAN，范围扩大到大约1～13英里(1英里
=1.6093 km)，构成MAN的每一个 LAN可以属于同一组 织，也可以属于多个不同的组织。
• 广域网(Wide Area Network，WAN) ：由两
23
无线局域网的应用领域
• • • • 接入Internet 办公室环境 商业环境 工业现场
24
无线局域网的特点
• 传输方式
– 无线电波与红外线；
• 无线局域网的拓扑结构
– 无中心拓扑和有中心拓扑 ；
无中心拓扑结构
有中心拓扑结构
• 网络接口 • 支持移动计算网络
25
无线局域网的组建
• 无线网络器件
个以上的LAN构成，连接可以穿越30英里以上的距离。 。最广为人知的 WAN 就是 Internet ，它由全球成千上万 的LAN和WAN组成。
LAN、MAN和WAN间的边界划定
• 由四种网络特性——传输介质、协议、拓扑以及私有网和 公共网间的边界点来确定网络的类型。 • 传输介质：指用来连接计算机和网络的电缆、光缆、无线 电波或微波。通常LAN结束在传输介质改变的地方。 • 协议：在一个 LAN 中可以使用一个协议，也可以使用多 个协议，但是协议的改变通常指示着LAN的边界。 • 设计布局（拓扑结构）：拓扑结构的改变，例如由星型拓 扑变为环型拓扑，就说明一个LAN终止了，而另一种网络 类型从此开始了。 • 私有网和公共网间的边界点：确定它们的起始和终止点。
。
21
无线局域网
• 1998年，IEEE制定出无线局域网协议标准802.11 • 射频传输标准采用跳频扩频（FHSS）和直接序 列扩频（DSSS） • 国内自由频率2.4GHz-2.4835GHz • MAC层使用CSMA/CA(冲突避免) • 解决为公室局域网和校园网中，用户与用户终端 的无线接入，速率2Mbit/s • 802.11扩充标准802.11b, 802.11a, 802.11g
节点
电缆终端子
T接线器或TAP
10BASE5（粗以太网）： 以太网的先驱，50为粗同 轴电缆为共享介质，速率： 10M，电缆最长：500m
28
10 BASE 5信息传送方式
7.1.3 以太网数据编码方式
• 数据编码方式有： ①NRZ编码（不归0制）：高电平表示“1”，低电平表示“0” ，用于计算机内部。 缺点：不容易区别连续发送的“1” 或“0” ②曼彻斯特编码：低电平跳变到高电平表示“1”，高电平跳 变到低电平表示“0”。 优点：1）容易区别连续发送的“1”或“0” 2）容易提取同步信号。 3）容易检测冲突，因为没有冲突的帧平均电压为0，否则 平均电压会改变。 • 收发器负责计算机内的NRZ编码和网络上的曼彻斯特编码的 转换。 NRZ编码 曼彻斯特编码
(2) 受控访问技术：
• 不允许各用户随机访问信道，而是在一定控制下有序地访 问公共信道，以避免出现数据冲突的现象。
11
介质访问控制技术
A
B
C
A
B
C
碰撞
D
E
D
E
12
受控访问技术
① 集中受控访问技术：
• 访问控制是由作为控制中心的主机实现的。典型
的是轮询方式。
② 分散受控访问技术：
• 该技术不设控制中心，信道上各站点的地位相等
网卡
物理层
发送/接收
收发器 连接器 电缆
33
局域网层次结构及标准化模型
• 物理层：物理层负责物理连接管理和在介质上传输比特 流。传输介质接口具有机械特性、电气特性、功能特性 和规程特性。
– 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 – 拓扑结构可以是总线型、树型、星型和环型 – 传输速率有10Mbit/s、16Mbit/s、100Mbit/s和 1000Mbit/s
信元头承载信元的控制信息
信元体(净荷)承载用户要分发的信息
• ATM交换是面向连接的，也是在端到端的物理传输通道 上建立多条逻辑连接(虚连接)。
20
ATM技术
• ATM的特点： ① 面向连接的快速(信元)交换，长度固定； ② 最低层是面向连接的方式传送；能在一个网络上综合 多种业务服务；支持不同速率的数据传输； ③ 可用光纤传输，也可用5类双绞线作为传输介质； ④通过局域网仿真，可以和现有以太网、令牌环网共存
扩展的服务器ESS
主干分配 系统
移动站
27
7.1.2 以太网原理简介
①原理：帧是通信的最小单位，结点将要传送的数据分成几段，分别封装 在帧的数据部分，MAC控制器将帧发送到收发器上，收发器对帧进行编 码变成比特流，最后发送到同轴电缆上；接收的时候也要通过收发器译码， 将比特流转换成帧发送到MAC控制器上。 ② MAC地址：结点的惟一标识，由IEEE分配，全球惟一，被写在网卡芯 片中，也叫物理地址或网络接口地址。 ③CSMA/CD：载波侦听多路访问/冲突检测协议，这种以太网是半双工的。
二、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。
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LAN的拓扑结构
常见局域网拓扑结构：
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局域网层次结构及标准化模型
• 数据链路层：数据链路层主要作用是通过一些数据链路层 协议，在不太可靠的传输信道上实现可靠的数据传输，负 责帧的传输管理和控制(帧顺序、差错和流量控制)。 • LAN的数据链路层划分为：LLC子层和MAC子层。 • 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， 降低实现的复杂度。 • 局域网特点：共享信道(如总线)。需要解决介质访问控 制(MAC)问题。分层可以使帧的传输独立于介质和MAC方法 。
802.3ae：10Gbps以太网标准
光纤分布式数据接口
• FDDI特点：
– 使用基于IEEE 802.5的单令牌的环型 网介质访问协议； – 数据传输速率为100Mbps，可支持 1000个物理连接，环路的长度为 100KM； – 采用双环拓扑结构，可增加网络容错 能力，提高了可靠性； – 可以使用多模或单模光纤采用单模光 纤时，两节点之间距离可超过2/20km ，全网光纤总长可以达到200/数千公 里。
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以太网的发展
• 以太网自70年代后期出现以来，发展非
常迅速。其传输速率从最初的10Mbps ，
发展到100Mbps、 1000Mbps，现在已有
了10Gbps的以太网。以太网是目前应用
最广泛的一类局域网。
• 传统以太网通常是指传输速率为 10Mbps
的以太网。
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2. 传统以太网 • 传统以太网使用CSMA/CD介质访问方式，其 标准是IEEE 802.3。后来在物理层又定义 了多种传输介质(粗同轴电缆、细同轴电缆 、双绞线和光纤)和拓扑结构(总线型、星 型、树型和混合型)，形成了一个10Mbps以 太网的标准系列：IEEE 802.3的10Base-5 、10Base-2、10Base-T和10Base-F标准。
MAC控制器 收发器 信道
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1字节 时钟 NRZ-L
1
1
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0
1
0
0
0
曼彻斯 特编码
图4.2 数据编码方式
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7.1.4 局域网层次结构及标准化模型
1 . LAN层次结构
• 美国电气与电子工程师协会IEEE于1980 年2月成立的局域网络标准化委员会制订 了一系列局域网络标准。这类 IEEE 802 标准遵循OSI参考模型原则，并规范了物 理层、数据链路层及部分网络层功能。
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局域网层次结构及标准化模型
OSI参考模型 其他高层 网络层 数据链路层 物理层 逻辑链路控制子层(LLC) 媒体访问控制子层(MAC) 物理层 IEEE 802 LAN参考模型
32
IEEE 802.3的体系结构与功能实现
LLC MAC
站接口 数据封装/解封（MAC 帧） 链路管理（CSMA/CD） 曼彻斯特编码/译码 AUI电缆
屏蔽双绞线
同轴电缆
在以太网中，最远传输距离为 100m，数据传输速率可达到 10Mbps 、100Mbps 和1000Mbps
在以太网中，最远传输 距离为500/200m，数据 传输速率可达到10Mbps。
光纤
优点： 通信容量大、传输速率高 抗电磁干扰能力强、保密性强； 低衰减，传输距离远； 缺点： 价格较贵； 安装、连接和分离较困难；
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无线局域网
• IEEE802.11b是工作在2.4GHz频段上，支 持11Mbps的速率。 • 802.11a是工作在5GHz频段上，支持 54Mbps的速率。 • 802.11g是工作在2.4GHz频段上，支持 54Mbps的速率。 • 蓝牙技术是短距离无线通信技术，使用标 准为IEEE802.15。
LAN (Local Area Network) 的特点：
覆盖范围小；
传输速率高；
误码率低，可靠性高； 面向的用户比较集中
介质适应性强
决定局域网特性的主要技术要素是： 网络拓扑结构、传输介质与介质访 问控制方法。 3
一、计算机网络分类
• 局域网(Local Area Network，LAN)：服务区
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介质访问控制技术
• 多个用户共用一个信道时要进行访问控制。
• 按照用户访问公共介质的方式的不同：随机访问
技术和受控访问技术
• 受控访问技术（控制方式）：集中受控访问技术
和分散受控访问技术。
10
介质访问控制技术
(1) 随机访问技术：
• 随机访问技术是各用户发送数据不受任何限制，可随机发 送，多用户争用公共信道的一种访问控制技术(也叫争用方 式、竞争方式)。争用成功的用户可获得发送信息的权利， 占用整个信道；其他用户就不可再发送信息。 • 典型的随机访问技术是带有冲突检测的载波监听多路访问 (CSMA/CD)技术。
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以太网发展过程 10M以太网
粗缆的10Base5 细缆的10Base2 双绞线10BaseT
快速以太网：三类线传输的100BaseT4 快速以太网：五类线传输的100BaseTX 快速以太网：光纤传输的100BaseFX 千兆以太网
短波长光传输1000Base-SX 长波长光传输1000Base-LX 五类线传输1000BaseT
，进行分散控制。典型的是令牌访问控制技术。
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三、LAN的结构
• • • • • 以太网 令牌环 光纤分布数据接口网 ATM网 无线局域网
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传统以太网
1 . 以太网的概念： • 以太网是由美国Xerox等公司联合开发于
1976年推出的局域网，于1980年公布了
Ethernet的物理层和数据链路层技术规范 ，是世界上第一个局域网工业标准，即后 来的IEEE 802.3标准。以太网采用随机访 问控制技术CSMA/CD。
7.1.0 局域网概述
概念
局部区域内的计算机网络，可以理解为一 组物理位置上相隔不远的计算机和相关设备 的互连集合，该集合允许用户互相通信和共 享软/硬件资源。
1
基本组成
硬件： 服务器、工作站、网卡、传输介质、 互连设备 软件：网络操作系统、网络协议、网络应用软件、 网络管理软件
2
7.1.1 局域网概述
• 总线型：结构简单、所需介质长度短、故障隔离和诊断困难。 • 环型：结构简单、所需介质长度短、扩展性差、故障诊断困难。 • 星型（树型结构）：容错性较高、扩展性好、成本较高、
依赖中心设备。
A
C
B
C
D
A
Bus
A A B C B
C
Ring
Star
7Байду номын сангаас
LAN的传输介质
• 常用局域网传输介质为：
– 双绞线、同轴电缆、光纤等。
环网
路由器
FDDI环
路由器 总线网
• CDDI是FDDI的一种扩展，使用的 是5类双绞线，100M带宽。
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ATM技术
• ATM是以小信元为传输单位，面向连接的分组交换技术
，可用于传输语音、图像、数据和多媒体宽带信息。
• 信元结构 ATM信元固定为53字节，其中5个字节为信元头，48字 节为信元体（净荷）。
– 无线网络网卡 ； – 无线网络HUB； – 无线网络网桥。
• 无线局域网的组建形式
– 全无线网 ； – 无线节点接入有线网 ； – 两个有线网通过无线方式相连 。
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无线局域网
基本服务集
移动站 接入点AP (基站) BSS 基本服务集 分配系统DS 接入点AP (基站) BSS 基本服务集
接入点 Access Point
域是小型化的
• 城域网(Metropolitan Area Network，MAN) ：连接着多个LAN，范围扩大到大约1～13英里(1英里
=1.6093 km)，构成MAN的每一个 LAN可以属于同一组 织，也可以属于多个不同的组织。
• 广域网(Wide Area Network，WAN) ：由两
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无线局域网的应用领域
• • • • 接入Internet 办公室环境 商业环境 工业现场
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无线局域网的特点
• 传输方式
– 无线电波与红外线；
• 无线局域网的拓扑结构
– 无中心拓扑和有中心拓扑 ；
无中心拓扑结构
有中心拓扑结构
• 网络接口 • 支持移动计算网络
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无线局域网的组建
• 无线网络器件
个以上的LAN构成，连接可以穿越30英里以上的距离。 。最广为人知的 WAN 就是 Internet ，它由全球成千上万 的LAN和WAN组成。
LAN、MAN和WAN间的边界划定
• 由四种网络特性——传输介质、协议、拓扑以及私有网和 公共网间的边界点来确定网络的类型。 • 传输介质：指用来连接计算机和网络的电缆、光缆、无线 电波或微波。通常LAN结束在传输介质改变的地方。 • 协议：在一个 LAN 中可以使用一个协议，也可以使用多 个协议，但是协议的改变通常指示着LAN的边界。 • 设计布局（拓扑结构）：拓扑结构的改变，例如由星型拓 扑变为环型拓扑，就说明一个LAN终止了，而另一种网络 类型从此开始了。 • 私有网和公共网间的边界点：确定它们的起始和终止点。
。
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无线局域网
• 1998年，IEEE制定出无线局域网协议标准802.11 • 射频传输标准采用跳频扩频（FHSS）和直接序 列扩频（DSSS） • 国内自由频率2.4GHz-2.4835GHz • MAC层使用CSMA/CA(冲突避免) • 解决为公室局域网和校园网中，用户与用户终端 的无线接入，速率2Mbit/s • 802.11扩充标准802.11b, 802.11a, 802.11g
节点
电缆终端子
T接线器或TAP
10BASE5（粗以太网）： 以太网的先驱，50为粗同 轴电缆为共享介质，速率： 10M，电缆最长：500m
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10 BASE 5信息传送方式
7.1.3 以太网数据编码方式
• 数据编码方式有： ①NRZ编码（不归0制）：高电平表示“1”，低电平表示“0” ，用于计算机内部。 缺点：不容易区别连续发送的“1” 或“0” ②曼彻斯特编码：低电平跳变到高电平表示“1”，高电平跳 变到低电平表示“0”。 优点：1）容易区别连续发送的“1”或“0” 2）容易提取同步信号。 3）容易检测冲突，因为没有冲突的帧平均电压为0，否则 平均电压会改变。 • 收发器负责计算机内的NRZ编码和网络上的曼彻斯特编码的 转换。 NRZ编码 曼彻斯特编码
(2) 受控访问技术：
• 不允许各用户随机访问信道，而是在一定控制下有序地访 问公共信道，以避免出现数据冲突的现象。
11
介质访问控制技术
A
B
C
A
B
C
碰撞
D
E
D
E
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受控访问技术
① 集中受控访问技术：
• 访问控制是由作为控制中心的主机实现的。典型
的是轮询方式。
② 分散受控访问技术：
• 该技术不设控制中心，信道上各站点的地位相等
网卡
物理层
发送/接收
收发器 连接器 电缆
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局域网层次结构及标准化模型
• 物理层：物理层负责物理连接管理和在介质上传输比特 流。传输介质接口具有机械特性、电气特性、功能特性 和规程特性。
– 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 – 拓扑结构可以是总线型、树型、星型和环型 – 传输速率有10Mbit/s、16Mbit/s、100Mbit/s和 1000Mbit/s
信元头承载信元的控制信息
信元体(净荷)承载用户要分发的信息
• ATM交换是面向连接的，也是在端到端的物理传输通道 上建立多条逻辑连接(虚连接)。
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ATM技术
• ATM的特点： ① 面向连接的快速(信元)交换，长度固定； ② 最低层是面向连接的方式传送；能在一个网络上综合 多种业务服务；支持不同速率的数据传输； ③ 可用光纤传输，也可用5类双绞线作为传输介质； ④通过局域网仿真，可以和现有以太网、令牌环网共存
扩展的服务器ESS
主干分配 系统
移动站
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7.1.2 以太网原理简介
①原理：帧是通信的最小单位，结点将要传送的数据分成几段，分别封装 在帧的数据部分，MAC控制器将帧发送到收发器上，收发器对帧进行编 码变成比特流，最后发送到同轴电缆上；接收的时候也要通过收发器译码， 将比特流转换成帧发送到MAC控制器上。 ② MAC地址：结点的惟一标识，由IEEE分配，全球惟一，被写在网卡芯 片中，也叫物理地址或网络接口地址。 ③CSMA/CD：载波侦听多路访问/冲突检测协议，这种以太网是半双工的。