第四章 计算机局域网--好
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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。
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。
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。
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
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。
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。
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。
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。
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
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。
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)
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。
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
来自百度文库
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。
(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。
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。
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)
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。
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
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
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
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!!
MAC子层与LLC子层
高层PDU
包
目的服务访问点、 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。
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