第四章 局域网

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局域网要着重考虑的一个问题就是如何使众多用户能够 合理而方便的共享通信媒体资源。 合理而方便的共享通信媒体资源。媒体共享技术大体上 可分为两大类： 可分为两大类： （1）静态划分信道，如已经介绍过的频分复用、时分 ）静态划分信道，如已经介绍过的频分复用、 复用、波分复用和码分复用等。 复用、波分复用和码分复用等。只要用户得到了信道就 不会和别的用户发生冲突。 不会和别的用户发生冲突。但这种划分信道的方法代价 较高，不适合于局域网和某些广播信道的网络使用。 较高，不适合于局域网和某些广播信道的网络使用。 多点接入（ （2）动态媒体接入控制，又称为多点接入（multiple ）动态媒体接入控制，又称为多点接入 access)，其特点是信道并非在用户通信时固定分配给用 ， 这里又分为以下两类： 户。这里又分为以下两类：
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碰撞检测： 碰撞检测：
当总线处于空闲时，某一个瞬间，如果总线上两个或两 个以上的工作站同时都想发送信息，那么该瞬间他们都可能 检测到总线是空闲的，同时都认为可以发送信息，从而一齐 发送，这就产生了碰撞； 另一种情况是某站点侦听到总线是空闲的，但这种空闲 可能是较远站点已经发送了信息，但由于在传输介质上信号 传送的延时，当信息还未传送到此站点时，如果此站点又发 送信息，也将产生碰撞。 碰撞冲突停发, 随延迟后重发. CSMA/CD的最大缺点 最大缺点是发送的时延不确定。当网络负载 最大缺点 很重时，冲突会增多，降低网络效率。
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1. 总线拓扑结构（BUS） 总线型拓扑结构采用广播式多路访问的方法。
服务器 电阻
特点： （1）所有结点都通过网卡直接与总线连接。 （2）传输介质用同轴电缆。 （3）总线两端都有终结器即电阻，用于吸收任何信号。 （4）所有结点无主从关系，可能同时会有多个结点发 送数据，易产生“冲突”。
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2、环型拓扑结构（RING） 环型拓扑结构克服了总线结构易产生“冲突”的缺点, 数据在环结构上是单向传输的。
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3．广域网之间的互联（WAN-WAN） 4．通过广域网实现的局域网之间的互联（LANWAN-LAN） 两个分布在不同地理位置的局域网通过广域网实 现互联。 无论那种类型的互联，每个网络都是互联网络的 一部分，是一个子网。子网设备、子网操作系统、子 网资源、子网服务将成为一个整体，实现互联网上的 所有资源共享。
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总线已被占用，工作站等待时间确定的方法有： 总线已被占用，工作站等待时间确定的方法有：
(1) 持续的载波侦听多点访问 当某工作站检测到总线被占用后，继续侦听下去，一旦发 现总线空闲，就立即发送信息。 (2) 非持续的载波侦听多点访问 当某工作站检测到总线被占用后，就延迟一个随机时间， 然后再检测，不断重复，直到发现总线空闲，就开始发送信 息。
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• 载波监听是用电子技术检测总线上有没 载波监听是用电子技术检测总线上有没 有其他计算机发送的数据信号。 有其他计算机发送的数据信号。 • 碰撞检测是计算机边发送数据边检测信 碰撞检测是计算机边发送数据边检测信 道上信号电压的大小。 道上信号电压的大小。当几个站同时在 总线上发送数据时， 总线上发送数据时，总线上的信号电压 摆动值将会增大。 摆动值将会增大。
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网络连接设备
• 中继器 中继器工作于物理层 物理层中 为了了解中继器的工作方式， 中继器工作于物理层中。为了了解中继器的工作方式， 重要的是首先应理解当数据离开信源进入网络时， 重要的是首先应理解当数据离开信源进入网络时，是被转 换为电脉冲或光脉冲的形式在网络介质中传输的。 换为电脉冲或光脉冲的形式在网络介质中传输的。这些脉 冲被称为信号。当信号最先从一个传输站出发时， 冲被称为信号。当信号最先从一个传输站出发时，他们是 清晰的且易于识别。但是，信号经过物理介质时， 清晰的且易于识别。但是，信号经过物理介质时，电缆越 那么信号就变得越弱并且越发难于识别。 长，那么信号就变得越弱并且越发难于识别。
集线器 服务器
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百度文库 特点：
（1）存在一个中心结点，且每个结点都与中心结点组 成链路来双向传输信息。 （2）中心结点可以是交换机或集线器，其他结点通过 它们进行数据的交换和传输。 （3）相邻的非中心结点之间不能直接进行数据的交换 和传输。
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局域网可使用多种传输媒体。双绞线最便宜，原来只用于 低速（1~2Mb/s)基带局域网。现在10Mb/s甚至100Mb/s乃 至1Gb/s的局域网也可使用双绞线。双绞线已成为局域网 中的主流传输媒体。光纤具有很好的抗电磁干扰特性和很 宽的频带，主要用在环形网中，其数据率可达100Mb/s甚 100Mb/s 至达到10Gb/s。现在技术发展很快，点到点线路使用光纤 已相当普遍。
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传统以太网
由于现在以太网的数据率已演进到每秒百兆比特、 吉比特，甚至10吉比特，因此通常就用“传统以太网” 来表示最早进入市场的10Mb/s速率的以太网。 以太网的工作原理 P96
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网卡的作用
计算机与外界局域网的连接是通过主机箱内插入一块网络接口板。 计算机与外界局域网的连接是通过主机箱内插入一块网络接口板。网络 适配器（ 接口板又称为通信适配器 adapter)或网络接口卡NIC 接口板又称为通信适配器（adapter)或网络接口卡NIC (Network Card)，但现在更多的人愿意使用更为简单的名称“网卡” Interface Card)，但现在更多的人愿意使用更为简单的名称“网卡”。网 卡上面装有处理器和存储器（包括RAM ROM)。 RAM和 卡上面装有处理器和存储器（包括RAM和ROM)。网卡和局域网之间的通信 是通过电缆或双绞线以串行传输方式进行的。 串行传输方式进行的 是通过电缆或双绞线以串行传输方式进行的。而网卡和计算机之间的通 信是通过计算机主板上的I/O总线以并行传输方式进行的，见图4 3(P101)。 I/O总线以并行传输方式进行的 信是通过计算机主板上的I/O总线以并行传输方式进行的，见图4-3(P101)。 因此，网卡的一个重要功能就是要进行串行/并行转换。 因此，网卡的一个重要功能就是要进行串行/并行转换。由于网络上的数 据率和计算机总线上的数据率并不相同， 据率和计算机总线上的数据率并不相同，因此在网卡中必须装有对数据进 行缓存的存储芯片。 行缓存的存储芯片。在安装网卡时必须将管理网卡的设备驱动程序安装在 计算机的操作系统中。这个驱动程序以后会告诉网卡， 计算机的操作系统中。这个驱动程序以后会告诉网卡，应当从存储器的什 么位置上把多长的数据块发送到局域网， 么位置上把多长的数据块发送到局域网，或者应当在存储器的什么位置上 把局域网传送过来的数据块存储下来。网卡还要能够实现以太网协议。 把局域网传送过来的数据块存储下来。网卡还要能够实现以太网协议。 网卡不是独立的自治单元， 网卡不是独立的自治单元，因为网卡本身不带电源而必须使用所插入的计 算机电源，并受计算机控制。因此网卡可以看成为一个半自治单元。 半自治单元 算机电源，并受计算机控制。因此网卡可以看成为一个半自治单元。
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载波侦听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）
IEEE 802.3 标准 CSMA/CD （Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection）技术适合于总线结构、基 带传输系统。它包含两方面的内容：载波侦听（CSMA）和冲 突检测（CD）。 载波侦听： 载波侦听： 查看信号的有无称为载波侦听。 CSMA网络中的各个站 点都有一个“侦听器”，用来测试总线上有无其他工作站正 在发送信息，如果总线已被占用，则此工作站等待一段时间 然后再争取发送权；如果侦听总线是空闲的，没有其他工作 站发送信息就立即抢占总线进行信息发送。
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根据网络的地理覆盖范围，网络互联可分为四种类 型。 1．局域网之间的互联（LAN-LAN） 局域网与局域网的互联是实际中最为常用的一种互 联形式，其互联结构有： （1）同构网互联。同构网互联是指具有相同协议的 局域网的互联。这种互联比较简单，使用网桥就可以实 现多个局域网的互联。 （2）异构网互联。异构网互联是指具有不同网络协 议的共享介质局域网的互联。这种互联也可以通过网桥 实现。 2．局域网与广域网之间的互联（LAN-WAN） 局域网与广域网的互联应用广泛，可通过路由器或 网关实现互联。
包括IEEE802.3局域网在内的绝大多数CSMA/CD系 统有一条非常重要的原则： 帧必须足够长，以使冲突能在帧传输完毕前检测 到。如果帧太短，没办法及时进行冲突检测。
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争用期 传统以太网的连接方法 以太网的信道利用率 P100-P109
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集线器的一些特点： （1）使用集线器的以太网在逻辑上仍是一 ） 个总线网，各工作站使用的还是CSMA/CD协 个总线网，各工作站使用的还是 协 议，并共享逻辑上的总线。 并共享逻辑上的总线。 （2）一个集线器有许多端口。 ）一个集线器有许多端口。 （3）集线器和转发器都是工作在物理层。 ）集线器和转发器都是工作在物理层。
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网卡的作用
数据转换：完成对数据的串/ (1) 数据转换：完成对数据的串/并，并/串的转换 数据缓存： (2) 数据缓存：运用缓存的传输技术协调局域网 介质和计算机设备之间的速率， 介质和计算机设备之间的速率，防止数据在传输 过程中丢失和实现传输控制。 过程中丢失和实现传输控制。 通信服务： (3) 通信服务： 网络接口卡中提供的通信协议服 务软件，通常被固化在网络接口卡的只读存储器 务软件， 中。
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随机接入的特点所有的用户可随机的发送信息。 随机接入 随机接入的特点所有的用户可随机的发送信息。 但如果恰巧有两个或更多的用户在同一时刻发送信息， 但如果恰巧有两个或更多的用户在同一时刻发送信息，那 么在共享媒体上就要产生碰撞（即发生了冲突）， ），使得这 么在共享媒体上就要产生碰撞（即发生了冲突），使得这 些用户的发送都失败。因此， 些用户的发送都失败。因此，必须有解决碰撞的 网络协议。 网络协议。 受控接入 受控接入的特点是用户不能随机地发送信息而 必须服从一定的控制。 必须服从一定的控制。这类典型代表有分散控制的令牌环 局域网和集中控制的多点线路探询（polling)。 局域网和集中控制的多点线路探询（ 。 重点是随机接入。 重点是随机接入。
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局域网可按网络拓扑进行分类，可分为星形网，环形网，总线网 和树形网。 总线网可使用两种协议。一种是传统以太网使用的CSMA/CD， 而另一种是令牌传递总线网。 局域网经过了近30年的发展，尤其是在快速以太网（100Mb/s)和 吉比特以太网（1Gb/s)、10吉比特以太网（10Gb/s)进入市场后， 1Gb/s) 10 10Gb/s) 以太网已经在局域网市场中占据了绝对优势。现在以太网几乎成 了局域网的同义词。
第四章 局域网
主要内容： 主要内容： • • • • • • 局域网概述 传统以太网 以太网的MAC层 以太网的MAC层 MAC 扩展的局域网 虚拟局域网 高速以太网
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局域网概述
局域网最主要的特点是：网络为一个单位所拥有，且 地理范围和站点数目均有限。 局域网具有如下的一些优点： （1）能方便地共享昂贵的外部设备、主机及软件、数 据。从一个站点可访问全网。 （2）便于系统的扩展和逐渐地演变，各设备的位置可 灵活调整和改变。 （3）提高了系统的可靠性、可用性和残存性。
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CSMA/CD 工作原理： 先听后发。边听边发，冲突停发，随延迟后重发。 CSMA/CD 应用： 如：以太网(Ethernet)采用CSMA/CD 拓扑结构：总线结构、星型等 10BASE-5, 10BASE-2, 10BASE-T, 10BASE-F —————— —————— 总线 星型
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服务器
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特点： （1）是点对点连接的闭合的环型网络，结构对称性好。 （2）数据只能沿着一个固定的方向（顺时针或逆时针）来 传送。 （3）结点是按照其在环中的物理位置来依次传递信息的。 （4）环型拓扑通常作为网络的主干 主干。 主干
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3、星型拓扑结构 局域网中用得最广泛的是星型结构，其中的每一个结点都 直接连在一个公共结点上，该公共结点一般是交换机或集线器 （HUB）。星型局域网拓扑结构如下图所示：