(完整版)局域网基础知识

能发送数据。在正常工作时，当结点完成数
据帧的发送后，将令牌传送给下一个结点。
从逻辑上看，令牌是按地址的递减顺序传给
下一个结点的。而从物理上看，带有地址字
段的令牌帧广播到总线上的所有结点，只有
结点地址和令牌帧的目的地址相符的结点才
有权获得令牌。
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3.3.2.3 令牌总线访问控制
获得令牌的结点，如果有数据要发送 ，则可立即传送数据帧，完成发送后再将 令牌传送给下一个结点；如果没有数据要 发送，则应立即将令牌传送给下一个结点 。由于总线上每一结点接收令牌的过程是 按顺序依次进行的，因此所有结点都有访 问权。为了使结点等待令牌的时间是确定 的，需要限制每一结点发送数据帧的最大 长度。
帧，用于控制网络结点的发送权，只有持有令牌
的结点才能发送数据。由于发送结点在获得发送
权后就将令牌删除，在环路上不会再有令牌出现
，其它结点也不可能再得到令牌，保证环路上某
一时刻只有一个结点发送数据，因此令牌环技术
不存在争用现象，它是一种典型的无争用型介质
访问控制方式。令牌有“忙”和“闲”两种状态
。当环正常工作时，令牌总是沿着物理环路，单
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3.3.3.2 双绞线（Twisted Pairwire）
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3.3.2.3 令牌总线访问控制
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3.3.2.3 令牌总线访问控制
令牌
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3.3.2.3 令牌总线访问控制
所谓正常的稳态操作，是指在网络已完
成初始化之后，各结点进入正常传递令牌与
数据，并且没有结点要加入或撤出，没有发
生令牌丢失或网络故障的正常工作状态。
与令牌环一致，只有获得令牌的结点才
第3章 局域网基础知识
3.1 局域网概述 3.2 局域网体系结构 3.3 局域网技术 3.4 共享介质局域网 3.5 高速局域网 3.6 交换局域网 3.7网络操作系统 3.8网络互连技术
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3.1.1 局域网的概念
功能性定义：是一组台式计算机和其它设备，在 物理地址上彼此相隔不远，以允许用户相互通信 和共享诸如打印机和存储设备之类的计算资源的 方式互连在一起的系统。
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3.3.3.1 同轴电缆（Coaxial Cable）
同轴电缆以硬铜线为芯，外包一层绝缘材料和网状的 外屏蔽层，上面又覆盖一层保护性材料。单根同轴电缆的 直径约为1.02～2.54cm。
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3.3.3.1 同轴电缆（Coaxial Cable）
同轴电缆可分为两种基本类型： 基带同轴电缆 它的屏蔽线是用铜做成的网状的，特征阻抗为50欧姆
另外：由于同轴电缆安装过程要切断电缆，两头需 装上基本网络连接头，然后接在T型连接器两端，所以 当接头多时容易产生接触不良的隐患，这是目前运行中 的以太网所发生的最常见故障之一，所以将逐步被非屏 蔽双绞线或光缆取代。
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3.3.3.2 双绞线（Twisted Pairwire）
双绞线是由两根具有绝缘保护层的铜导线组成 。把两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起 ，可降低信号干扰的程度。如果把一对或多对双 绞线放在一个绝缘套管中便成了双绞线电缆（也 称双扭线电缆）。双绞线电缆主要用于星型拓扑 结构。
按照采用的介质访问控制方法可以分为共享介质 局域网和交换式局域网两种。
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3.2.1 局域网参考模型
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3.2.1 局域网参考模型
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3.2.1 局域网参考模型
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3.2.2 IEEE802标准
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3.3.1 局域网拓扑结构
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3.3.1 局域网拓扑结构
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3.3.1 局域网拓扑结构
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3.3.1 局域网拓扑结构
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3.3.2.1 载波监听多路访问/冲突检测法
CSMA/CD协议 的工作过程通 常可以概括为：
–先听后发、 –边听边发、 –冲突停发、 –随机重发。
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3.3.2.2 令牌环访问控制
令牌环技术是1969年由IBM提出来的。它适用
于环形网络，并已成为流行的环访问技术。这种
介质访问技术的基础是令牌。令牌是一种特殊的
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3.3.2.3 令牌总线访问控制
CSMA/CD采用用户访问总线时间不确 定的随机竞争方式，有结构简单、轻负载 时时延小等特点，但当网络通讯负荷增大 时，由于冲突增多，网络吞吐率下降、传 输延时增加，性能明显下降。令牌环在重 负荷下利用率高，网络性能对传输距离不 敏感。但令牌环网控制复杂，并存在可靠 性保证等问题。令牌总线综合CSMA/CD与 令牌环两种介质访问方式的优点的基础上 而形成的一种介质访问控制方式。
➢Token Bus、Token Ring在网络通信负荷较重时 表现出很好的吞吐率与较低的传输延迟，因 而适用于通信负荷较重的环境。
➢Token Bus、Token Ring的不足之处在于它们有
需要复杂的环维护功能，实现较困难。
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3.3.3 局域网传输介质
局域网常用的传输介质有：同轴电缆、双绞 线、光纤与无线通信信道。早期应用最多的是同 轴电缆。但随着技术的发展，双绞线与光纤的应 用发展十分迅速。尤其是双绞线，目前已能用于 数据传输率为100Mbps、1Gbps的高速局域网中 ，因此引起了人们普遍的关注。在局部范围内的 中、高速局域网中使用双绞线，在远距离传输中 使用光纤，在有移动结点的局域网中采用无线通 信信道的趋势已经越来越明朗化。
的电缆，传输速率可达10Mbit/s，用于数字传输，用于总 线拓扑结构。
基带同轴电缆又可分为：
粗同轴电缆：适用于比较大型的局部网络，它的标准
距离长，可靠性高。
细同轴电缆：安装则比较简单，造价低。
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3.3.3.1 同轴电缆（Coaxial Cable）
宽带同轴电缆 它的屏蔽层通常是用铝冲压成的，特征阻抗为75欧姆 电缆，用于模拟传输，有线电视采用的就是这种同轴电 缆。
与确定型介质访问控制方法比较，
CSMA/CD方法有以下几个特点：
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3.3.2.4 CSMA/CD与Token Bus、
Token Ring的比较
➢ CSMA/CD介质访问控制方法算法简单，易于 实现。目前有多种VLSI（超大规模集成电路 ， Very Large Scale Integration） 可 以 实 现 CSMA/CD方法，这对降低Ethernet成本，扩大 应用范围是非常有利的。
技术性定义：由特定类型的传输媒体（如电缆、 光缆和无线媒体）和网络适配器（又称为网卡） 互连在一起的计算机，并受网络操作系统监控的 网络系统。
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3.1.2 局域网的组成
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3.1.2 局域网的组成
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3.1.2 局域网的组成
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3.1.2 局域网的组成
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3.1.3 局域网的分类
按照网络的通信方式局域网可以分为3类 专用服务器局域网 客户机/服务器局域网 对等局域网
双绞线主要用来传输模拟声音信息，但同样适 用于数字信号的传输，特别适用于较短距离的信 息传输。
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3.3.3.2 双绞线（Twisted Pairwire）
双绞线可分为： ＊屏蔽双绞线（STP，Shielded Twisted Pair）。 屏蔽双绞线电缆的外层由铝泊包裹，以减小幅射，但
并不能完全消除Leabharlann 射。屏蔽双绞线价格相对较高，安装时 要比非屏蔽双绞线电缆困难。
信负荷较轻的应用环境中。
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3.3.2.4 CSMA/CD与Token Bus、
Token Ring的比较
与随机型介质访问控制方法比较，确定型介质
访问控制方法Token Bus、Token Ring有以下几个特
点：
➢Token Bus、Token Ring网中结点两次获得令牌 之间的最大时间间隔是确定的，因而适用于 对数据传输实时性要求较高的环境，如生产 过程控制领域。
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3.3.1 局域网拓扑结构
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3.3.1 局域网拓扑结构
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3.3.1 局域网拓扑结构
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3.3.1 局域网拓扑结构
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3.3.2.1 载波监听多路访问/冲突检测法
1. 载波监听总线，即先听后发 使用CSMA/CD方式时，总线上各结点
都在监听总线，即检测总线上是否有别的结 点发送数据。如果发现总线是空闲的，即没 有检测到有信号正在传送，则可立即发送数 据。如果监听到总线忙，即检测到总线上有 数据正在传送，这时结点要持续等待直到监 听到总线空闲时才能将数据发送出去，或等 待一个随机时间，再重新监听总线，一直到 总线空闲再发送数据。这也称作先听后发（ LBT，Listen Before Talk）。
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3.3.2.1 载波监听多路访问/冲突检测法
2. 总线冲突检测，即边发边听 当两个或两个以上结点同时监听到总线空
闲，开始发送数据时，就会发会碰撞，产生 冲突。另外，传输延迟可能会使第一个结点 发送的数据未到达目的结点，另一个要发送 数据的结点就已监听到总线空闲，并开始发 送数据，这也会导致冲突的产生。发生冲突 时，两个传输的数据都会被破坏，产生碎片 ，使数据无法到达正确的目的结点。
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3.3.2.2 令牌环访问控制
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3.3.2.2 令牌环访问控制
D
D
D
D
令牌
A
C
B 节点A截获令牌,并准
备发送数据
A
C
B 节点A将数据发送到
节点C
A
C
B 数据循环一周后,节点
A将其收回
A
C
B 产生新的令牌,发送到
环路中
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3.3.2.2 令牌环访问控制
当令牌在环路上绕行时，可能会产生令 牌的丢失，此时，应在环路中插入一个空令 牌。令牌的丢失将降低环路的利用率，而令 牌的重复也会破坏网络的正常运行，因此必 须设置一个监控结点，以保证环路中只有一 个令牌绕行。当令牌丢失，则插入一个空闲 令牌。当令牌重复时，则删除多余的令牌。 令牌环的主要优点在于其访问方式具有可调 整性和确定性，且每个结点具有同等的介质 访问权。同时，还提供优先权服务，具有很 强的适用性。它的主要缺点是环维护复杂， 实现较困难。
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3.3.2.4 CSMA/CD与Token Bus、 Token Ring的比较
在共享介质访问控制方法中， CSMA/CD与Token Bus、Token Ring 应用广 泛。从网络拓扑结构看，CSMA/CD与Token Bus都是针对总线拓扑的局域网设计的，而 Token Ring是针对环型拓扑的局域网设计的 。如果从介质访问控制方法性质的角度看， CSMA/CD属于随机介质访问控制方法，而 Token Bus、Token Ring则属于确定型介质访 问控制方法。
➢ CSMA/CD是一种用户访问总线时间不确定的 随机竞争总线的方法，适用于办公自动化等对 数据传输实时性要求不严格的应用环境。
➢ CSMA/CD在网络通信负荷较低时表现出较好
的吞吐率与延迟特性。但是，当网络通信负荷
增大时，由于冲突增多，网络吞吐率下降、传
输延迟增加，因此CSMA/CD方法一般用于通
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3.3.2.3 令牌总线访问控制
令牌总线主要适用于总线形或树形网络 。采用此种方式时，各结点共享的传输介质 是总线形的，每一结点都有一个本站地址， 并知道上一个结点地址和下一个结点地址， 令牌传递规定由高地址向低地址，最后由最 低地址向最高地址依次循环传递，从而在一 个物理总线上形成一个逻辑环。环中令牌传 递顺序与结点在总线上的物理位置无关。下 图给出了正常的稳态操作时令牌总线的工作 原理。
向逐结点传送传送顺序与结点在环路中的排列顺
序相同。
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3.3.2.2 令牌环访问控制
当某一个结点要发送数据时，它须等 待空闲令牌的到来。它获得空令牌后，将 令牌置“忙”，并以帧为单位发送数据。 如果下一结点是目的结点，则将帧拷贝到 接收缓冲区，在帧中标志出帧已被正确接 收和复制，同时将帧送回环上，否则只是 简单地将帧送回环上。帧绕行一周后到达 源结点后，源结点回收已发送的帧，并将 令牌置“闲”状态，再将令牌向下一个结 点传送。下图给出了令牌环的基本工作过 程。
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3.3.2.1 载波监听多路访问/冲突检测法
为确保数据的正确传输，每一结点在发送数据
时要边发送边检测冲突。这也称作边发边听（LWT， Listen While Talk）。当检测到总线上发生冲突时， 就立即取消传输数据，随后发送一个短的干扰信号 JAM（阻塞信号），以加强冲突信号，保证网络上所 有结点都知道总线上已经发生了。在阻塞信号发送后 ，等待一个随机时间，然后再将要发送的数据发送一 次。如果还有冲突发生，则重复监听、等待和重传的 操作。 下图显示了采用CSMA/CD方法的工作流程。