第四章 计算机局域网--好

1、IEEE 802 LAN 参考模型 IEEE 802标准经过几年的研究和反复修订，于1985年被 美国标准化协会(ANSI)接收为美国国家标准，后来被国际标 准化组织(ISO)于1987年修改，成为国际标准，定名为ISO 8802。 IEEE 802标准遵循ISO/OSI参考模型的原则，解决最低两 层(物理层和数据链路层)的功能，以及与网络层的接口服务、 网际互连有关的高层功能。 OSI的数据链路层在IEEE 802 LAN参考模型中分为媒体访 问控制层(MAC) 和逻辑链路控制层(LLC)两个功能子层来实 现。 （图4-1 IEEE 802 LAN参考模型）
帧的传播时间:通常是指在一个站点上从帧的发送开 始，到局域网上其它所有站点都接到这个帧的头部 为止的一段时间。 帧的传输时间:是指把一个完整的帧从源站点全部传 送到目的站点的整个过程中所用的时间。 分析：一个帧是由很多个bit组成的，在帧的传输过 程中，这些bit都要以信号的形式进行传输，假设一 个帧需要n个信号才能传送完，那么帧的传播时间只 相当于帧的传输时间的1/n。 CSMA控制思想 的根据！！

分布式系统的特点：
各计算机平等，无主次之分； 物理上、逻辑上是分散的； 各用户共享系统所有资源； 若干计算机协同工作，并行运行一个大型程序。

局域网
局域网不具备并行运算能力； 局域网可以是分布式系统，也可以不是，取决于
软件配置和应用要求。大多采用分布控制，便于 扩展； 由多台主机互连； 资源由全网提供，全网共享； 系统响应快，可靠性较高。
第四章计算机局域网

计算机局域网概述 局域网的体系结构 CSMA/CD和IEEE802.3标准 令牌环访问控制和IEEE802.5标准 令牌总线访问控制和IEEE 802.4标准
无线局域网和IEEE802.11标准
4.1 计算机局域网概述




1、局域网的定义、功能及特点 定义 关于局域网LAN(Local Area Network)，没有一个严格的定 义，局域网是计算机网络的一种，它既具有一般计算机网络 的特点，又有自己的特征。 局域网的研究始于20世纪70年代，经80年代和90年代的飞 速发展和大范围普及。 功能 具有局域通信功能、共享功能、客户/服务器计算模式以及 为接入Internet等广域网作准备四个主要功能。 特点 局域网具有覆盖的地域范围较小、价格低廉、用于内部联 网、共享传输介质、高传输速率、低误码率和低延时特性等 特点。
器、磁盘服务器、数据库服务器、视频服务器、邮 件服务器、名字服务器、Web服务器、目录服务器。

服务器可以是
一台高档计算机
一台大、中、小型计算机
专用网络服务器

每台服务器上必须至少安装一块网卡。
网络工作站
用户能够在网络环境中工作，访问网络共享 资源的计算机系统。 必须安装一块网卡； 除运行自己的操作系统外，还必须运行网络 软件； 不在网上操作时，可作为一台独立计算机使 用。
图4-1 IEEE 802
LAN参考模型


物理层 实现信号的编码（常用曼彻斯特编码）与解码 位(也称比特流)的传输与接收 同步前导(Preamble)的产生与删除等。 IEEE 802参考模型的物理层还包括有对传输媒体、拓扑结 构和传输速率的规定。 LLC子层 在LLC层中，一方面要向高层提供逻辑接口（即一个或多 个服务访问点SAP）；另一方面要进行LLC帧的接收和发送， 并且能实现帧顺序控制、差错控制和流量控制等功能；另外 该层还包括许多网络层的功能（如数据报、虚电路和多路复 用等）。 局域网的LLC层为上层用户提供无确认无连接、有确认无 连接和面向连接三种类型的服务。

网络接口卡（网卡）
用于实现计算机与传输介质之间的物理连接， 为计算机之间相互通信提供一条物理通道， 并通过这条通道进行高速数据传输。 功能：完成物理层和数据链路层的大部分功 能：

网卡与传输介质的物理连接、介质访问控制、数
据帧的拆装、错误校验、数据信号的编码解码、 数据的串、并转换等。
网络设备

网络连接设备：
集线器、中继器、交换机

网间连接设备：
网桥、路由器等
传输介质

局域网中常用的是有线传输介质：无屏蔽双 绞线、屏蔽双绞线、 同轴电缆和光缆
局域网与广域网的差别
拓扑结构 广域网 分布式不规则网状 局域网 共享信道（总线、环）
低层协议
主要问题
复杂（因距离远、可 靠性差）
如何充分利用信道和 通信设备

MAC子层（续） MAC帧的通用格式 对于LLC层送来的LLC层协议数据单元――LLC帧，MAC 层必须将其组装一个MAC协议数据单元――MAC帧，并进 行相应的媒体访问控制，然后把数据传输出去。由于采用的 MAC协议不同，各MAC帧的确切定义会不一样，但是格式
都大致类似 MAC地址 MAC地址是固化在网卡中的，所以也称为物理地址。在 计算机网络中，物理地址的作用就是用来找到所要进行通信 的计算机。网卡从网络上每收到一个MAC帧就首先检查它的 地址字段，如果是本站的帧则收下，然后再进行其他的处理， 否则就将此帧丢弃。（占6个字节）
较简单（距离近、不 需要中间转接）
如何管理多源链路与 多目的链路）
计算机局域网、多用户系统、分布式系统

多用户系统主要特点
由一台主机（中小型机或大型机）与多台终端相
连组成，终端主要共享主机资源； 是一个分时系统，所以终端数目增加，计算机运 行速度明显下降； 采用集中控制，主机与终端通信，各终端之间的 通信也由主机转换。
1、ALOHA
ALOHA是最早采用随机访问的一种分组无线 网络，它的基本思想完全可以用于任何采用共享传 输媒体的网络，当然这也是CSMA和CSMA/CD的 思想基础。
ALOHA协议（2种）: ①纯ALOHA协议 ②时隙ALOHA

①纯ALOHA协议
基本思想：网上各站点在任何时刻只要需要，
就可以自由地发送信息，信息发送完毕，则等 待后重发。
CSMA算法
在CSMA机制中当一个站点要发送数据 时，如果媒体正忙，怎么办？ 有三种算法来决定站点下一步该怎么办。
0－坚持CSMA算法
①若媒体空闲就传输； ②若媒体忙，等待一段随机的重传延迟时 间，重复第①步。
1－坚持CSMA算法
①若媒体空闲就传输； ②若媒体忙则继续监听，直到检测到信道 空闲，然后立即传输。 ③如果有冲突，则等待一段随机的时间后 重复第①步。
４.３ CSMA/CD和IEEE802.3标准

CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) 是在总线型/树型和 星型拓扑结构中应用最广的媒体访问控制技 术，其设计思想来源于CSMA和ALOHA，它 们都属于随机访问或竞争技术。 ALOHA CSMA CSMA/CD
P－坚持CSMA算法
①若媒体空闲，以概率P传输，以概率(l－P)延迟 一个时间单位，该时间单位通常等于最大传播延 迟时间。
②若媒体忙，继续监听直到信道空闲，并重 复第①步。 ③若传输延迟了一个时间单位，则重复第① 步。
３、CSMA/CD


CSMA在发送前进行监听。虽能有效地减少发生冲突 的概率，但由于存在传播时延，冲突不能完全消除， 且不能及时检测已发生的冲突。即，在CSMA中即使 冲突已经发生，工作站仍继续发送，只有当到达规 定时间后还没收到对方应答信息，才知道本次发送 已发生了冲突。 为了能及时发现冲突，采用边发送边监听方式，即 冲突检测功能，一旦监听到冲突，冲突双方就立即 停止发送，以免浪费信道时间，使信道很快进入空 闲期，在CSMA引入冲突检测，即载波监听多路访问 /冲突检测－－CSMA/CD。
802.2
 ¼ Á Â Ø Ö ×² ß ­ ´ ·¿ Æ Ó ã
802.3 CSMA/CD
802.4 Token Bus
802.5 Token Ring
802.6 Ç ò ø ³ Ó Í
802.9 ï ô ë Ó Ò Ó ý Ý Û Ï Ê ¾ ׺ Ö ò ø ¾ Ó Í
802.11 Þ ß Î Ï Ö ò ø ¾ Ó Í
2、IEEE 802 LAN主要标准

802.1 802.2 802.3 802.4 802.5 802.11 FDDI
概述、体系结构、网络互连 LLC CSMA/CD Token Bus Token Ring 无线局域网标准 光纤分布数据接口FDDI
802.10 ¿ » ² ×Ä ¾ Ó Í °È É ¥ Ù ÷µ Ö ò ø ² « 802.1 Ì Ï ½ ¹ Ó Í Â » Á å µ á ë ø ç ¥ ª
（37%） 将时间分为等长的时隙，如t（每段时间对应一帧） 各站随机选取t的L倍，进行发送
L取值相同的概率小，所以冲突概率小。即使冲突也马上能发现，
因为只会完全碰撞，不可能部分碰撞。
重发
再重发
U1
重发
U2 U3
重发
信道
碰撞
成功
碰撞
成功
成功
2、CSMA

为了分析冲突产生的原因，先定义下面两个概 念。
4.2 局域网的体系结构
20世纪80年代初局域网的标准化工作迅速发展起来，国 际上开展局域网标准化研究和制定的机构有美国电气与电子 工程师协会的802委员会（IEEE 802委员会），欧洲计算机 制造厂商协会(ECMA)，国际电工委员会(IEC)等。其中IEEE 802与ECMA主要对办公自动化与轻工业局域网的标准化研 究，而IEC主要进行重工业、工业生产过程分布控制方面的 局域网标准化工作。
收到应答信息，表明发送成功； 未收到应答信息，等待一段随机时间后再重发，若
多次重发都失败，停止。
特点：发送信息站增加或发送信息的频率增大，冲突 急剧增加，信道的吞吐量迅速下降（18%）。
U1 U2 U3
信道 碰撞
重发
t
重发
再重发 重发
t
t
碰撞
成功
成功
成功
t

②时隙ALOHA
通过限制信息发送的时刻来改进纯ALOHA的吞吐量。

MAC子层 媒体访问控制策略 媒体访问控制技术中最关键的有两个方面，一是指采用集 中式控制还是分布式控制；二是指对媒体的访问是同步的还 是异步的。 根据采用的拓扑结构和花费、性能和复杂程度等其他因素， 可以将访问控制技术分为同步和异步两种。在同步机制中， 整个信道带宽被分割成许多部分，每一部分被分配给某一个 站点，各站点可同步使用媒体来传输数据。例如电路交换中 的频分多路复用技术就属于同步机制。LAN中一般不采用同 步机制，这是因为每个站点的传输情况不可预知的，因此常 用异步机制来动态分配信道，以便更好地响应站点的即时请 求。异步机制又分为时间片轮转、预约和竞争三类。
MAC子层与LLC务访问点、 源服务访问点、 控制信息
LLC首部
高层数据
LLC帧
LLC数据
MAC帧
MAC首部
MAC数据
MAC尾部
目的地址、源地 址、控制信息
帧校验序列

网际层 由于IEEE 802局域网拓扑结构简单，一般不需中间转接， 所以网络层的路由选择等很多功能是没有必要的，而另外一 些网络层功能（如流量控制、寻址、排序、差错控制等）可 以在数据链路层完成，所以IEEE 802标准不单独设立网络层。 但考虑到多个IEEE 802局域网互连的需要，IEEE 802标准 的实现模型中在LLC之上设立了网际层，网际层也可以看成 是网络层的一个子层。局域网的高层尚未定义出标准，目前 由具体的局域网操作系统来实现。




CSMA控制思想 载波监听多路访问(CSMA)的技术就是基 于帧的传播时间比帧的平均传输时间短的 得多这一特点，对ALOHA进行了改造，采 用了一种“先听后说”的机制。在CSMA机 制中，想要传输的站点首先听一听媒体上 是否有其他站点在传输。如果媒体忙，它 就等待；如果媒体空闲，则可传输。

2、局域网的主要技术特征 决定局域网特征的主要技术有三个：拓扑结构、传输媒 体以及媒体访问控制策略。
局域网的基本组成
网络服务器 网络工作站 网络硬件 网络接口卡
网络设备
传输介质 网络系统软件 网络软件 网络应用软件
网络服务器

为网络用户提供服务和共享资源的网络结点。 分类：
文件服务器、通信服务器、打印服务器、终端服务