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局域网计算机通信原理
2020-7-17
xx
1
局域网的特性
传输媒体 传输技术 网络拓扑
访问控制方法
双绞线、同轴电缆和光纤；在特殊环境下， 也可考虑使用微波、红外线和激光等无线传输媒体
使用传输媒体进行通信的技术，常用的有基带传输和宽带传输
指组网时的电缆铺设形式，常见的有总线形、星形和环形。 局域网的网络拓扑描述对应网络中数据收发的方式
是
尝试计数器溢出？
否
计算和等待补偿时间
8
否
输入信号检测？
是
将Carrier Sense置为开， 并等待SFD
接收信息
FCS和帧大小合适？
是
目标地址匹配？
是
传输帧到更高协议层 子层进行处理
2020-7-17
xx
否 否
丢掉帧
9
退避算法
对每一帧，当第一次发生冲突时，设置 参量L＝2。
退避间隔取1到L个时间片中的一个随机 数。
2020-7-17
xx
2
计算机网络体系结构
应用层 表示层 会话层 运输层 网络层 数据链路层 物理层
各种应用层协议 （TELNET,FTP,SMTP等）
TCP,UDP IP
与各种网络接口
OSI模型
IP协议族
2020-7-17
xx
3
物理层
OSI模型的最底层 主要任务是：确定与传输媒体的接口的
一些特性
数据链路层功能
– 帧同步功能 – 差错控制 – 流量控制 – 链路控制
2020-7-17
xx
5
美国电气和电子工程协会（IEEE）于1980年2月成立局域网 标准化委员会（简称802委员会）专门对局域网的标准进行 研究，并提出了LAN的定义。LAN是允许中等地域内的众 多独立设备通过中等速率的物理信道直接互连通信的数据 通信系统。
２.完全采用半双工的操作方式，只有获得令牌的结点 才能发送信息，其他结点只能接收信息，或者被动地 发送消息（在拥有令牌的结点要求下，发送信息）
３.为了保证逻辑闭合环路的形成，每个结点都动态地 维护着一个连接表，该表记录着本结点在环路中的前 继、后继和本结点的地址，每个结点根据后继地址确 定下一占有令牌的结点。
2020-7-17
xx
11
以太网的优缺点
以太网的优点
在成千上万的结点中都安装 了这种流行的标准。
协议简单易懂，特别是协议 中关于关于错误处理的部分。
可以安装和删除结点，且不 会打乱网络。
在低负载的情况下，可以得 到高吞吐量。
以太网的缺点
帧的最小值是64字节，短帧 具有较高的额外费用。
不确定性，不能保证在一个 已定时隙内的访问，这是一 个实时应用程序的问题。
• 机械特性：接线器的形状，尺寸，引线数目等 • 电气特性：电压范围 • 功能特性：某一电平的电压表示的意义 • 规程特性：不同功能的各种可能事件的出现顺序
2020-7-17
xx
4
数据链路层
在物理层提供的服务基础上向网络层提供服务 数据链路控制协议
– 其目的是在给定的通信链路上提供发送端和接送端之间的无 差错信息传输。
冲突检测：发送结点在发送信息帧的同时，还必须 监听媒体，判断是否发生冲突（在统一时刻，有 无其他结点在发送信息帧）。
2020-7-17
xx
7
准备好要发送的帧
发送信息
是
是否检测到信号？
否
经过帧间空隙时段后， 发送数据
碰撞？
否
完整传输
2020-7-17
设置尝试计数器 溢出指示位
xx
是
发送阻塞，
பைடு நூலகம்
增加尝试计数器
逻辑链路控制子层
CSMA/CD 令牌总线 令牌环网
数据链路层
物理服务
物理层
2020-7-17
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6
以太网 （Ethernet）
以太网使用载波监听CSMA/CD（多路访问/冲突检测）
载波监听：发送结点在发送信息帧之前，必须侦听 媒体是否处于空闲状态。
多路访问：具有两种含义，即表示多个结点可以同 时访问媒体，也表示一个结点发送的信息帧可以 被多个结点所接受。
没有办法去区分通信量优先 次序。
有限的电缆长度。
当使用量接近最大值时，冲 突会引起性能快速下降。
2020-7-17
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12
令牌总线网（Token-Bus）
基本原理：
1.在总线的基础上，通过在网络结点之间有序地传递
令牌（一组特定的比特模式）来分配各结点对共享型 总线的访问权利，形成闭合的逻辑环路。
2020-7-17
xx
15
（－）令牌的传递
有令牌的结点在发送完消息后，执行环路维护工作，将令牌传递 给后继结点。
当帧重复发生一次冲突，则将参量L加倍。 设置一个最大重传次数，超过这个次数，
则不再重传，并报告出错。
2020-7-17
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10
以太网帧格式
前导码 （7字节）
MAC头
帧起始定界符 （1字节）
MAC尾
目标地址
源地址
类型
信息
帧 FCS帧校验序列
（6字节） （6字节） （2字节） （n字节） 填 充
（4字节）
前导码：长度为7字节，可以使LAN上所有的其他站点达到同步。
SFD帧定界符，也称为帧起始定界符，格式为10101011，占用1字节。
目标地址：占用6字节。
源地址：占用6字节。
类型：占用2字节。
信息：占用0～1500字节。
帧填充：如果数据长度小于46字节，则把它填充到46字节。
FCS：帧校验序列，占用4字节采用32位CRC循环厐余校验。用来做错误校验控制。
网络设备访问传输媒体的控制方法， 常用的有竞争、令牌传递和令牌环等
局域网的特点
网络覆盖范围小（25公里以内） 选用较高特性的传输媒体：高的传输速率和低的传输误码率 硬软件设施及协议方面有所简化 媒体访问控制方法相对简单
采用广播方式传输数据信号，一个结点发出的信号可被网上所有的结点接 收，不考虑路由选择的问题，甚至可以忽略OSI网络层的存在。
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13
1
令
1
3
5
牌
总
线
网
2
4
结
构
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14
令牌总线网帧格式
PA
SD
FC
DA
SA
DATA-UNIT
FCS
ED
>=1
1
1
2/6
2/6
>=0
4
1
PA:前导码，用于收发同步。 SD:帧开始定界符，表示一个有效帧的开始。 FC:帧控制字段，用于区分帧的类型。字段格式为FFMMMPPP. DA:目标地址。 SA:源地址，它和DA长度必须相同。 DATA-UNIT:根据FC的定义，可以包含LLC协议数据单元、MAC管理数据、和 MAC控制帧的数据。 FCS:帧校验序列，对SD和ED之间的所有字段进行循环垅冗余校验。 ED:帧结束标志，标识帧的结束，同时也标识了帧中FCS的位置。
2020-7-17
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局域网的特性
传输媒体 传输技术 网络拓扑
访问控制方法
双绞线、同轴电缆和光纤；在特殊环境下， 也可考虑使用微波、红外线和激光等无线传输媒体
使用传输媒体进行通信的技术，常用的有基带传输和宽带传输
指组网时的电缆铺设形式，常见的有总线形、星形和环形。 局域网的网络拓扑描述对应网络中数据收发的方式
是
尝试计数器溢出？
否
计算和等待补偿时间
8
否
输入信号检测？
是
将Carrier Sense置为开， 并等待SFD
接收信息
FCS和帧大小合适？
是
目标地址匹配？
是
传输帧到更高协议层 子层进行处理
2020-7-17
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否 否
丢掉帧
9
退避算法
对每一帧，当第一次发生冲突时，设置 参量L＝2。
退避间隔取1到L个时间片中的一个随机 数。
2020-7-17
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2
计算机网络体系结构
应用层 表示层 会话层 运输层 网络层 数据链路层 物理层
各种应用层协议 （TELNET,FTP,SMTP等）
TCP,UDP IP
与各种网络接口
OSI模型
IP协议族
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物理层
OSI模型的最底层 主要任务是：确定与传输媒体的接口的
一些特性
数据链路层功能
– 帧同步功能 – 差错控制 – 流量控制 – 链路控制
2020-7-17
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美国电气和电子工程协会（IEEE）于1980年2月成立局域网 标准化委员会（简称802委员会）专门对局域网的标准进行 研究，并提出了LAN的定义。LAN是允许中等地域内的众 多独立设备通过中等速率的物理信道直接互连通信的数据 通信系统。
２.完全采用半双工的操作方式，只有获得令牌的结点 才能发送信息，其他结点只能接收信息，或者被动地 发送消息（在拥有令牌的结点要求下，发送信息）
３.为了保证逻辑闭合环路的形成，每个结点都动态地 维护着一个连接表，该表记录着本结点在环路中的前 继、后继和本结点的地址，每个结点根据后继地址确 定下一占有令牌的结点。
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以太网的优缺点
以太网的优点
在成千上万的结点中都安装 了这种流行的标准。
协议简单易懂，特别是协议 中关于关于错误处理的部分。
可以安装和删除结点，且不 会打乱网络。
在低负载的情况下，可以得 到高吞吐量。
以太网的缺点
帧的最小值是64字节，短帧 具有较高的额外费用。
不确定性，不能保证在一个 已定时隙内的访问，这是一 个实时应用程序的问题。
• 机械特性：接线器的形状，尺寸，引线数目等 • 电气特性：电压范围 • 功能特性：某一电平的电压表示的意义 • 规程特性：不同功能的各种可能事件的出现顺序
2020-7-17
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数据链路层
在物理层提供的服务基础上向网络层提供服务 数据链路控制协议
– 其目的是在给定的通信链路上提供发送端和接送端之间的无 差错信息传输。
冲突检测：发送结点在发送信息帧的同时，还必须 监听媒体，判断是否发生冲突（在统一时刻，有 无其他结点在发送信息帧）。
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准备好要发送的帧
发送信息
是
是否检测到信号？
否
经过帧间空隙时段后， 发送数据
碰撞？
否
完整传输
2020-7-17
设置尝试计数器 溢出指示位
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是
发送阻塞，
பைடு நூலகம்
增加尝试计数器
逻辑链路控制子层
CSMA/CD 令牌总线 令牌环网
数据链路层
物理服务
物理层
2020-7-17
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6
以太网 （Ethernet）
以太网使用载波监听CSMA/CD（多路访问/冲突检测）
载波监听：发送结点在发送信息帧之前，必须侦听 媒体是否处于空闲状态。
多路访问：具有两种含义，即表示多个结点可以同 时访问媒体，也表示一个结点发送的信息帧可以 被多个结点所接受。
没有办法去区分通信量优先 次序。
有限的电缆长度。
当使用量接近最大值时，冲 突会引起性能快速下降。
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12
令牌总线网（Token-Bus）
基本原理：
1.在总线的基础上，通过在网络结点之间有序地传递
令牌（一组特定的比特模式）来分配各结点对共享型 总线的访问权利，形成闭合的逻辑环路。
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15
（－）令牌的传递
有令牌的结点在发送完消息后，执行环路维护工作，将令牌传递 给后继结点。
当帧重复发生一次冲突，则将参量L加倍。 设置一个最大重传次数，超过这个次数，
则不再重传，并报告出错。
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10
以太网帧格式
前导码 （7字节）
MAC头
帧起始定界符 （1字节）
MAC尾
目标地址
源地址
类型
信息
帧 FCS帧校验序列
（6字节） （6字节） （2字节） （n字节） 填 充
（4字节）
前导码：长度为7字节，可以使LAN上所有的其他站点达到同步。
SFD帧定界符，也称为帧起始定界符，格式为10101011，占用1字节。
目标地址：占用6字节。
源地址：占用6字节。
类型：占用2字节。
信息：占用0～1500字节。
帧填充：如果数据长度小于46字节，则把它填充到46字节。
FCS：帧校验序列，占用4字节采用32位CRC循环厐余校验。用来做错误校验控制。
网络设备访问传输媒体的控制方法， 常用的有竞争、令牌传递和令牌环等
局域网的特点
网络覆盖范围小（25公里以内） 选用较高特性的传输媒体：高的传输速率和低的传输误码率 硬软件设施及协议方面有所简化 媒体访问控制方法相对简单
采用广播方式传输数据信号，一个结点发出的信号可被网上所有的结点接 收，不考虑路由选择的问题，甚至可以忽略OSI网络层的存在。
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牌
总
线
网
2
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结
构
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令牌总线网帧格式
PA
SD
FC
DA
SA
DATA-UNIT
FCS
ED
>=1
1
1
2/6
2/6
>=0
4
1
PA:前导码，用于收发同步。 SD:帧开始定界符，表示一个有效帧的开始。 FC:帧控制字段，用于区分帧的类型。字段格式为FFMMMPPP. DA:目标地址。 SA:源地址，它和DA长度必须相同。 DATA-UNIT:根据FC的定义，可以包含LLC协议数据单元、MAC管理数据、和 MAC控制帧的数据。 FCS:帧校验序列，对SD和ED之间的所有字段进行循环垅冗余校验。 ED:帧结束标志，标识帧的结束，同时也标识了帧中FCS的位置。