6计算机网络复习提纲-第六章

6.2 计算机局域网体系结构
按照 IEEE802 标准，局域网的体系结构由 3 层协议构成：物理层（PHY） 、媒体访问控制 层（MAC）和逻辑链路控制层（LLC） 。后两者相当于 OSI 参考模型中的数据链路层。 6.2.1 局域网体系结构划分原理 1. 物理层 局域网体系结构中的物理层和 OSI 参考模型中的物理层的功能一样， 主要处理物理链路 上的比特流，实现比特流的传输与接收、同步序列的产生和删除等，建立、维护、撤销物理 链接，处理机械、电气和过程的特性。物理层规定了所使用的信号、编码、传输媒体、拓扑 结构和传输速率。 2. 媒体访问控制子层 媒体访问控制子层支持多重访问， 支持组地址和广播式的帧传播， 支持媒体访问控制子 层链路访问功能，提供 OSI 参考模型中的一些网络层功能。 3. 逻辑链路控制子层 (1) 无连接逻辑链路控制 链路服务是一种数据报报务， 信息帧在逻辑链路控制实体间交换， 无须再同等层实体间 事先建立逻辑链路，对这种逻辑链路控制帧既不确认，也无任何流量控制或差错恢复，支持 点对点、多点和广播式通信。 (2) 面向连接的逻辑链路控制 提供服务访问点之间的虚电路服务。 在任何信息帧交换前， 在一对逻辑链路控制实体间 必须建立逻辑链路， 在数据传送过程中， 信息帧依次发送， 并提供差错恢复和流量控制功能。 6.2.2 IEEE802 局域网体系结构 IEEE802 对规范和发展局域网技术产生了积极的推动作用。 IEEE802 的目标是通信子网，它研究的主要对象是真实的局域网和通信技术的实现。 1. IEEE802 物理层功能 物理层提供编译码、调制解调时钟同步、收发信和载波检测等功能，提供数据链路层接 口。 2. IEEE802 数据链路层功能 IEEE802 数据链路层由逻辑链路控制（LLC）子层和介质访问控制（MAC）子层组成。 逻辑链路控制（LLC）子层提供面向连接的虚电路服务和无连接的数据包服务，其重要 功能是数据帧的封装和分解，它主要为网络层服务提供逻辑接口。
入口 N
带有冲突检测的载波监听多点接入（CSMA/CD）是对 CSMA 的进一步完善，增加了冲突检测机制，检测到冲突时停止无意义 的数据发送，因而减少了信道带宽的浪费。 CSMA/CD 的工作流程为：发前监听信道，若空闲则发送，若 信道忙，则一直监听直到信道空闲，开始发送数据。边发送边检 测冲突，若没检测到冲突，发送完成；若测得冲突，停止发送， 并发出一个 32 比特的阻塞信号， 人为强化冲突，让所有的站点都 知道发送了冲突。发完阻塞信号，等待一段随机时间，重新开始 信道访问。 6.3.4 CSMA/CD 传输特点
6.3 以太网媒体接入控制方式 CSMA/CD
以太网采用随机接入的 MAC 技术，称为带冲突检测的载波监听多点接入（CSMA/CD） 。 6.3.1 随机接入技术先驱 ALOHA 1. ALOHA 工作原理：站点只要产生帧，就立即发送到信道上；规定时间内若收到应答，表示发送 成功；否则重发 重发策略：等待一段随机的时间，然后重发；如再次冲突，则再等待一段随机的时间， 直到重发成功为止 缺点：极容易冲突 性能：网络负载≤0. 5 吞吐量≤0. 184
介质访问控制（MAC）子层主要控制对传输介质的访问。不同类型的局域网使用不同的 访问介质控制协议，例如以太网使用 CDMA/CD。 IEEE802.2：逻辑链路控制。 6.2.3 媒体接入控制（MAC）子层 1. 局域网信道接入控制方式 共享信道多点接入控制是媒体接入控制（MAC）子层的核心功能。 共享信道多点接入也称多点访问技术，可以分为两类，即受控接入和随机接入。 具体见第一页。 2. MAC 地址 IEEE802MAC 层使用源地址和目的地址来标识本结点和要访问的结点，它们统称为 MAC 地址。 目的地址有三种类型： 单播地址：标识一个目的站点，一对一通信。 多播地址：标识一组目的站点，一对多通信。 广播地址：全 1 地址，标识网上所有站点，对网上所有站点通信。 3. 局域网拓扑和信道特点 从网络的拓扑结构看，LAN 主要可以分为总线网、星型网和环型网。 另一种 LAN 是令牌总线网，物理上是总线结构而逻辑上是令牌环，当然也属于广播信 道。 局域网的一个显著特点是网上所有的计算机使用一条共享信道进行广播式通信。 6.2.4 逻辑链路控制（LLC）子层 1. 逻辑链路控制（LLC）寻址 分为两步：首先用 MAC 帧的 MAC 地址信息找到网络中的某一个站点，然后用 LLC 帧的 SAP 地址信息找到该站点中的某一个进程。 2. LLC 层提供的服务 类型 1——LLC1，不确认的无连接服务 类型 2——LLC2，可靠的面向连接的服务 类型 3——LLC3，带确认的无连接服务
载波监听多点接入（CSMA）是从 ALOHA 演变出来的一种改进协议，增加了发送前监听 机制。 入口 每个站在发送数据前先监听信道，如果监听到信道上有其他站发 送的信号，就暂不发送。因而 CDMA 减少了发送实际的随意性和盲目 有待发帧？ 性，避免不必要的冲突。 根据载波监听策略的不同，CSMA 有 3 种方式：非坚持的 CSMA、 1 坚持 CSMA 和 p 坚持 CSMA。 载波监听策略 非坚持的 CSMA，若监听到信道空闲则发送信号。若信道忙，则等 若分时隙，则延迟到 待一段随机延迟时间，重新开始载波监听。 下一个时隙的开始 1 坚持 CSMA，若监测到信道空闲则发送信号，若信道忙则一直监 听，直到信道空闲马上开始发送。 发送 P 坚持 CSMA，是非坚持的 CSMA 和 1 坚持 CSMA 的折中。若信道 空闲，按 p 概率发送，按（1-p）的概率延迟一个时间单位（一般等于 出口 最大的传播延时） ，然后重新开始载波监听；若信道忙，继续监听，直 到信道变为空闲。 6.3.3 CSMA/CD 工作流程
有待发帧？ Y 载波监听策略 延迟一个 随机时间
发送
冲突？ N 出口
Y
停止原发送， 发送阻塞信号
1. 半双工传输方式 2. 共享总线带宽 3. 无连接、不可靠的传输服务
补充： 重要特性： 使用 CSMA/CD 协议的以太网不能进行全双工通信而只能进行双向交替通信 （半双工通信） 。 每个站在发送数据之后的一小段时间内，存在着遭遇碰撞的可能性。 这种发送的不确定性使整个以太网的平均通信量远小于以太网的最高数据率。 争用期： 最先发送数据帧的站，在发送数据帧后至多经过时间 2（两倍的端到端往返时延）就可知 道发送的数据帧是否遭受了碰撞。 以太网的端到端往返时延 2称为争用期，或碰撞窗口。 经过争用期这段时间还没有检测到碰撞，才能肯定这次发送不会发生碰撞。 争用期的长度： 以太网把发送 512 比特的时间定为争用期。 以太网争用期是 512 比特时间。对于 10 Mb/s 以太网，争用期 2=51.2us。 以太网在发送数据时，若前 64 字节没有发生冲突，则后续的数据就不会发生冲突。 最短有效帧长： 如果发生冲突，就一定是在发送的前 64 字节之内。 由于一检测到冲突就立即中止发送，这时已经发送出去的数据一定小于 64 字节。 以太网规定了最短有效帧长为 64 字节， 凡长度小于 64 字节的帧都是由于冲突而异常中止的 无效帧。 T 时间内： 数据帧长度 数据速率 ≥2× 距离 传播速度
当取“=”时，数据帧长度为最短有效帧长度。
6.4 以太网的类型
6.4.1 以太网的标准 局域网技术中最著名和应用广泛的是以太网（Ethernet） ，它是局域网的主流网络技术。 P114 表 6-1 6.4.2 传统以太网
1. 粗缆以太网 10Base5 2. 细缆以太网 10Base2 3. 双绞线以太网 10BaseT 4. 光纤以太网 10BaseF (1) 10BaseFL (2) 10BaseFB (3) 10BaseFP
2. 分隙 ALOHA 工作原理：将时间划分为一段段等长的时隙，规定帧不论何时产生，只能在每个时隙开 始时发送到信道上。 重发策略：同纯 ALOHA 性能：网络负载≤1 吞吐量≤0. 37 代价：需要全网同步；可设置一个特殊站点，由该站点发送时钟信号 帧发送成功的条件：没有其他帧在同一时隙内到达 6.3.2 CSMA 工作原理
6.4.3
高速以太网
交换式以太网： 以网络交换机为主干的以太网。 拓扑仍为星形结构（总线/HUB→LAN_SWITCH） 为何要使用网络交换机？ 以太网——共享介质网络 共享介质网络中站点数的增加将导致 LAN 的性能降低， 相当于多个子信道分享通信线路。 解决：网络分段(减少站点数)→网络交换 ◆总线网络或基于集线器的网络： 网络总带宽=10Mbps，n 个站点共享，每站点平均带宽 10/n Mbps； ◆基于网络交换机的网络：允许多个信道同时传输信息，不受 CSMA/CD 的限制，网络 总带宽=（n/2～n）*10Mbps，每个连接的带宽为 10Mbps 。 1. 10BaseT 以太网 (1) 10BaseTX (2) 10BaseT4 (3) 10BaseT2 (4) 10BaseFX 2. 千兆以太网
标记帧，并重新计算帧校验序列 FCS；而标记帧从标记端Biblioteka Baidu出来时要去掉 VLAN 标记变为非 标记帧，并重新计算 FCS。
6.6 非主流局域网
IEEE802.5 令牌环和 IEEE802.4 令牌总线是 20 世纪 80 年代与 IEEE802.3 以太网并列的 IEEE802 局域网技术，FDDI 是 90 年代风行一时的局域网技术。 6.6.1 令牌环网 令牌环物理上是环型拓扑结构，所有结点逐个邻接，形成的一个首尾相连的闭合环路。 环路由许多称为环接口的网络设备相连，工作站接到环接口上。环接口也称为中继器。 令牌环使用基于令牌(Token)的分散控制方式的受控接入技术， 只有获得令牌的站点才有 权在环路上发送数据，从而避免了信道访问的冲突。 为了限制每个工作站持有令牌进行数据发送的时间， 令牌环的每个工作站都设有令牌持 有计时器（Token Hold Timer，THT） ，它控制该站持有令牌的最大时间，一般为 10ms。发送 数据后，发送站将令牌重新插入环。 6.6.2 令牌总线网 令牌总线网的结构特点是：物理上是总线结构，逻辑上是令牌环。令牌总线网上的各工 作站点以物理总线形式进行连接，信息也是通过总线进行传输的，但是，总线上各站点发送 信息的顺序是按它们逻辑环中的逻辑连接顺序。 逻辑环是一种逻辑上的连接关系。 逻辑环由 进行信息发送的站点组成， 不参与任何信息传输的站点在总线上也可以不加入逻辑环。 逻辑 环上各站点并不按站点物理连接顺序排序，而是按站点地址编码值递减的顺序排序。 6.6.3 光纤分布数据接口（FDDI） FDDI 是一种物理层和数据链路层标准，规定了基于令牌控制的双环网络技术，使用光 纤达到 100Mb/s 的传输速率。 FDDI 的主要特点有：使用基于 IEEE802.5 令牌环标准的令牌传递 MAC 协议，帧格式也 类似于 IEEE802.5，使用 802.2LLC 协议，与 IEEE802 局域网兼容。使用双环拓扑，具有容错 能力；能够使用多模或单模光纤，还可使用双绞线；信息传输速率为 100Mb/s,，最大结点 数为 500； 站间最大距离 2 公里 （多模光纤） 或 60～100 公里 （单模光纤） 。 最大帧长度 4 500 字节。
第 6 章局域网
6.1 局域网概述
1. 静态划分信道 常用的静态信道划分技术有频分复用、时分复用、波分复用和码分复用等。 该方法代价较高，不适合于局域网和某些广播信道的网络使用。 2. 动态媒体接入控制 又称为多点接入，其特点是信道并非在用户通信时固定分配给用户。 (1) 随机接入 特点：所有的用户都可以随机的发送信息。 (2) 受控接入 特点：用户不能随机地发送信息而必须服从一定的控制。 实现方法：多点线路轮询。 网络拓扑结构：令牌环局域网。 动态分配的前提：5 个假定 1. 站模型假定： 各站独立，且以固定速率λ 产生帧。在成功发送一帧之前，站点不会产生新帧（单用户 系统） 2. 单信道假定：只有一个信道，各站平等共享该信道 3. 冲突假定：若有冲突（两帧有重叠） ，必须重发 4. 时间假定 连续时间：帧可以在任何时刻发送 时隙：帧必须在时隙开始时发送 5. 载波假定 有载波：站点可以检测到信道是否空闲 无载波：站点在发送之前无法判断信道是否空闲
6.5 虚拟局域网（VLAN）
在 IEEE802.1Q 标准中对虚拟局域网 VLAN 的定义是， 由一些局域网网段构成的与物理位 置无关的逻辑工作组，而这些网段都具有某些共同需求。每一个 VLAN 的帧都有一个明确的 标识符，指明发送这个帧的工作站是属于哪一个 VLAN。 VLAN 是由一些交换机连接的以太网网段构成的与物理连接和地域位置无关的逻辑工作 组，是一个广播域。 VLAN 比一般的局域网有更好的安全性。可以方便地在 VLAN 内部进行信息传输并有效 地进行 VLAN 之间的信息隔离。一个 VLAN 的广播风暴不会影响到其他 VLAN，将广播风暴控 制在一个 VLAN 内部。借助于 VLAN 网络管理员可以限制用户的数量，禁止访问 VLAN 中的 某些应用等。 6.5.1 VLAN 的划分方式 1. 基于端口 2. 基于 MAC 地址 3. 基于协议 6.5.2 VLAN 的运行 执行 802.1Q 协议的交换机的端口分为两类：标记端口 (Tagged Port) 和非标记端口 (Untagged Port)。标记端口也称为中继端口或干线端口(Trunk Port)，它属于所有的 VLAN。网 络中传输的以太网帧也分为标记帧(Tagged Frame)和非标记帧(Untagged Frame)，前者携带 VLAN 标记，而后者不携带 VLAN 标记。当非标记帧从标记端口出来时要打上 VLAN 标记变为