局域网技术

令牌总线网的主要操作过程如下： 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。初始化的过程是一个争用的 过程，争用结果只有一个站能取得令牌，其它的站点用“站插入算法”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.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.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。 IEEE 802.4 的特点如下： 优点：发送具有确定性，支持优先级，可处理短帧；使用宽带电缆，支持多信道；重负载时， 吞吐量和效率较高。 缺点:使用大量的模拟装置；协议复杂；轻负载时，延迟大；很难用光纤实现。
整个过程可总结为：捕获令牌、数据帧发送、接受数据帧、删除数据帧（初始化令牌）这 4 个部分。
IEEE 802.5 的特点如下： 优点：使用点到点连接，设备完全数字化；自动检测和消除电缆故障；支持优先级，允许短 帧，但受令牌持有时间限制，不允许任意长的帧；重负载时，吞吐量和效率较高。 缺点：须有监控令牌的中央设备；轻负载时，延迟大。
IEEE 802.6
城域网（MAN）
IEEE 802.7
宽带网
IEEE 802.8
FDDI 访问控制方法与物理层规范
IEEE 802.9
综合数据话音网络
IEEE 802.10
LAN 的安全与保密技术
IEEE 802.11
无线局域网访问控制方法
IEEE 802.12
100VG-AnyLAN 访问控制方法与物理层规范
3.2.2 IEEE 802.4 类型的网络
IEEE 802.4 标准定义了令牌总线（Token Bus）介质访问控制方法与相应的物理规范。
令牌总线网络采用了在一个广播总线网上传递令牌，并以此来控制节点访问公共传输介质的
方法。令牌从一个站点传到网络上的下一个站点，并且只有拥有令牌的站才能发送数据。令牌是 以基于节点地址的逻辑顺序传递的，这个顺序可能与节点的物理地址相关，类似令牌环网的规则。
第 3 章 局域网技术
局域网（Local Area Network，LAN）是一个地理范围有限，将各种通信设备和计算机互联 在一起，实现资源共享和信息交换的计算机通信系统。局域网具有传输速率高、地理范围覆盖较 小、误码率低等特点。本章主要对局域网的基本概念、与局域网相关的 IEEE 802 系列标准、交 换式局域网、虚拟局域网、无线局域网、AD Hoc 网络进行详细描述。
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2.FDDI 令牌环网 FDDI (光纤分布数据接口)网是目前成熟的 LAN 技术中传输速率最高（可达 100Mbps）的一种。
该网络是一种令牌环网，使用令牌作为共享介质的访问控制方法。并支持多种拓扑结构，一般采 用环形拓扑结构。传输介质采用光纤，使用光纤可达到长距离、高带宽、抗干扰、防窃听等优点。 FDDI 多用做校园网或智能小区网的主干网。结构一般如下图所示：
术的典型网络是以太网（Ethernet）。它是美国施乐公司（Xerox）于 20 世纪 70 年代开发的。这
种网络最初采用总线型拓扑结构进行实现，现在以太网也采用星型拓扑结构，使数据传输速率最
高可达到 1000Mbps。
IEEE 802.3 类型 网络采 用的 介质访 问控 制方法 即 CSMA/CD （ Carries Sense Multiple
来讲开销太大；无优先级，何时发送是非确定性的，不适合于实时工作；电缆最长 2500 米（使
用中继器）；重负载时，冲突严重。
表 3-3 IEEE 802.3 10Mbps 项目
项目
10Base-5
10Base-2
10Base-T
10Base-F
粗同轴电缆 粗同轴电缆
传输介质
UTP
（50Ω）
（50Ω）
光纤对 （850mm）
本章学习要求：
u 掌握：局域网的基本概念和特点，以及局域网的分类； u 掌握：IEEE 802.3 和 IEEE 802.5 标准的特点； u 了解：IEEE 802.4 标准的特点； u 掌握：交换式以太网的特点以及工作原理； u 掌握：虚拟局域网的基本概念和实现方法； u 了解：掌握 IEEE 802.11 系列标准规范； u 了解：Ad Hoc 网络的基本特点。
这种方式和 CSMA/CD 方式一样，采用总线网络拓扑，但不同的是网上各工作站按一定顺序形 成一个逻辑环。每个工作站在环中均有一个指定逻辑位置，末站的后站就是首站（即首尾相连），
每站都了解其先行站和后继站的地址, 总线上各站的物理位置与逻辑位置无关，如下图所示：
图 3-2 令牌总线网的逻辑运行图
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3.2.3 IEEE 802.5 类型的网络
1.IEEE 802.5 相关技术规范 IEEE 802.5 标准通常指令牌环网。它规定了物理层和数据链路层的 MAC 子层的信息传递过
程。IEEE 802.5 采用传递令牌的方法在 STP 或 UTP 电缆以及光纤上以较高速率进行存取，其在功 能和运行上与 IBM 令牌环网相同。
令牌环网基本工作原理如下：网上传输一个称为令牌的传输比特模型。当网上所有站点都处 于空闲时，令牌就沿环绕行。当某一个站点要求发送数据时，必须等待，直到捕获到经过该站的 令牌为止。这时，该站点可以改变令牌中一个特殊字段，把令牌标记成已被使用，并把令牌作为 数据帧的帧头和数据帧一起发送到环上。与此同时，环上不再有令牌，因此有发送要求的站点必 须等待。环上每一个站点检测并转发环上的数据帧，比较目的地址是否与自身站点地址相符，从 而决定是否拷贝该数据帧。数据帧在环上绕行一周后，由发送站点将其删除。当发送站点发送完 所有信息帧后，将令牌再次初始化，并将新令牌发送到环上供其它有数据待发送的站点继续使用。
3.1 局域网概述
局域网(Local Area Network，简称 LAN)是指地理范围在几十米到几千米内的办公楼群或校 园内计算机相互连接所构成的计算机网络。一个局域网可以容纳几台至几千台计算机。按局域网 的特性看，局域网可被广泛应用于校园、工厂及企事业单位的个人计算机或工作站的组网。
局域网一般具有如下特点： 1.覆盖的地理范围有限。一般可是一间办公室、一栋楼或一个校园区域等； 2.数据传输率较高。一般在 1~100Mbps,光纤构建的局域网甚至可以达到 1000Mbps； 3.数据传输误码率较低。误码率一般在 10-8 之间； 4.易于组建和维护，且各站点间关系平等，非从属关系； 5.相关网络技术易于理解。如：拓扑结构、传输介质以及介质访问控制方法等。 对于局域网网络的分类，我们可以有着多种参照标准进行实施。如： 按照拓扑结构分为：总线型、星型、环形、树形等结构； 按照工作模式分为：对等网模式、客户机/服务器模式； 按照传输介质分为：有线局域网（同轴电缆、双绞线、光纤等）、无线局域网（电波、微波、 红外线等）； 按照信息交换方式分为：共享式局域网、交换式局域网等； 按照访问控制方法分为：以太网的 CSMA/CD、令牌环网、FDDI 网、ATM 网等。
气和电子工程师协会(美国)。该协会主要开发数据通信标准。其中 IEEE 802 委员会负责起草局
域网草案，IEEE 802 规范定义了网卡如何访问传输介质（如光缆、双绞线、无线网络等），以及
如何在传输介质上传输数据的方法，还定义了传输信息的网络设备之间连接建立、维护和拆除连 接的途径。
表 3-1 IEEE 802 系列标准
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2.CSMA/CD 介质访问控制方法 以太网一般采用总线型拓扑结构。虽然在组建以太网的过程中其物理拓扑结构使用星型拓
扑，但是其逻辑上任然是总线型结构（如图 3-1 所示）。 在以太网中，由于它是共享总线介质的访问控制方法，因而任何节点都没有可预约的发送时
间，他们的数据发送是随机的。所有节点都是平等的争用发送时间。所以 CSMA/CD 技术是一种随 机争用的方法。
Βιβλιοθήκη Baidu
IEEE 802.13
100BASE-T
IEEE 802.14
交互式电视网（Cable Modem）
表 3-2 OSI 与 IEEE 802 标准的比较
OSI
IEEE 802
高层协议
IEEE 802.10 客户在 LAN 中的安全与保密技术 IEEE 802.1 系统结构与网络互连
IEEE 802.2 逻辑链路控制子层 LLC
3.2 IEEE 802 标准
IEEE 802 标准实际上是 IEEE 对于局域网技术制定的一系列标准的集合（参见表 3-1），它主
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要包括 IEEE 802.3、IEEE 802.4、IEEE 802.5 三个局域网标准，这些标准分别描述了 CSMA/CD、
令牌总线和令牌环网络类型（参见表 3-2）。 IEEE 是英文 Institute of Electrical and Electronics Engineers 的简称，中文译名是电
项目
100Base-TX
100Base-FX
100Base-T4
传输介质
UTP5、STP
多模光纤
UTP3
编码技术
4B/5B
NRZ1
8B6T
物理拓扑
星型
星型
星型
最大段长度（m）
100
100
100
结点数
---
---
---
介质直径
0.4~0.6mm
62.5~125μm
0.4~0.6mm
互联设备 网桥、交换机、路由器 网桥、交换机、路由器 网桥、交换机、路由器
CSMA/CD 的工作原理可以概述为“先听后发，边听边发，冲突停发，随机重发”这段话。它 不仅体现在以太网中数据的发送过程中，同时也体现在数据的接收过程中。
（a）物理与逻辑统一的总线结构
（b）物理上的星型结构与逻辑上的总线结构
图 3-1 以太网中物理结构和逻辑结构的理解
下面就数据的发送过程对此原理进行具体分析：首先需要将发送的数据组织到一起，然后侦
编码技术
基带/ 曼彻斯特
基带/ 曼彻斯特
基带/ 曼彻斯特
曼彻斯特 /(on-off)
物理拓扑
总线
总线
星型
星型
最大段长度（m）
500
185
100
500
结点数
100
30
---
33
介质直径
10mm
5mm
0.4~0.6mm 62.5~125μm
集线器、网桥、
互联设备
中继器、网桥 中继器、网桥
---
交换机
表 3-4 IEEE 802.3μ 100Mbps 项目
听总线的工作状态，如果总线上已经有数据信号传输，那么它必须等待，直到总线空闲下来，节 点便再次启动发送过程。当然，在以太网中会存在两个甚至多个节点在同一时刻发送数据的可能
性，一旦发生这种情况，冲突就会产生。所以，CSMA/CD 在发送的过程中，一直需要检测信道的
状态，当冲突发生时，立即停止发送，并且在随机的下一个时间点，再次进行发送尝试。
Access/Collision Detect），其中文解释为：带有冲突检测的载波侦听多路访问（方法）。主要
用来控制设备对共享传输介质的访问策略。
IEEE 802.3 的特点如下：
优点：使用最为广泛；算法简单；站点可以在网络运行中安装；使用无源电缆；轻负载时，
延迟为 0。
缺点：使用模拟设备，每个站点在发送的同时要检测冲突；最短帧长 64 字节，对于短数据
数据链路层
介质访问控制子层
802.3 CSMA/CD 802.4 Token Bus 802.5 Token Ring
物理层
CSMA/CD 介质
3.2.1 IEEE 802.3 类型的网络
Token Bus 介质
Token Ring 介质
1．IEEE 802.3 相关技术规范
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在表 3-1 中我们可以看到 IEEE 802.3 标准是针对 CSMA/CD 访问方法和物理规范。采用此技
标准
主要功能描述
IEEE 802.1
IEEE 802.1A------局域网体系结构 IEEE 802.1B------寻址、网络互连与网络管理
IEEE 802.2
逻辑链路控制子层(LLC)
IEEE 802.3
CSMA/CD 及 100BASE X
IEEE 802.4
令牌总线网
IEEE 802.5
令牌环网