07年4月“計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)”串講資料四 -自考串講筆記

　　第四章　局域網(wǎng)

　　1、局域網(wǎng)是一種在有限的地理范圍內(nèi)將大量PC機及各種設(shè)備互連在一起實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和資源共享的計算機網(wǎng)絡(luò)。如NOVELL網(wǎng)、IBM TOKEN RING網(wǎng)、3COM ETHER網(wǎng)、WINDOWS NT等。

　　相對于廣域網(wǎng)，局域網(wǎng)的特點：①地理范圍?。虎跀?shù)據(jù)傳輸速率高；③傳輸時延小、誤碼率低；4）以PC機為主體；⑤只涉及通信子網(wǎng)的內(nèi)容，⑥協(xié)議簡單、結(jié)構(gòu)靈活、建網(wǎng)成本低、周期短、便于管理和擴充。

　　局域網(wǎng)可分為三類：①平時的局域網(wǎng)（LAN）

　　②計算機交換機CBX（采用電路交換技術(shù)的局域網(wǎng)）

　?、鄹咚倬钟蚓W(wǎng)（HSLN）。

　　2、局域網(wǎng)的特性主要取決于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、傳輸媒體、媒體訪問控制三類，其中最重要的是媒體訪問控制方法。

　　3、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對網(wǎng)絡(luò)性能影響很大，選擇網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時，首先要考慮采用何種媒體訪問控制方法，其次是性能、可靠性、成本、擴充靈活性、實現(xiàn)的難易程度以及傳輸媒體的長度等因素。

　　4、局域網(wǎng)采用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有總線、環(huán)形、星型三種。

　　總線網(wǎng)：采用分布式媒體訪問控制方法?？偩€網(wǎng)的缺點：主干故障會造成全網(wǎng)癱瘓，站點較多時，數(shù)據(jù)沖突增多造成低效率?？偩€網(wǎng)是用來實現(xiàn)局域網(wǎng)的最常用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以太網(wǎng)就是它的最典型實例?？偩€拓?fù)渚W(wǎng)可采用兩種協(xié)議，一種是以太網(wǎng)采用的CSMA/CD，另一種是總線拓?fù)渚W(wǎng)與令牌環(huán)相結(jié)合的變形，在物理上是總線拓?fù)?，邏輯上采用令牌環(huán)，兼有總線網(wǎng)和令牌環(huán)的優(yōu)點。

　　環(huán)形網(wǎng)：采用分布式媒體訪問控制方法。優(yōu)點：控制簡單、信道利用率高、通信電纜長度短、不存在數(shù)據(jù)沖突（相比較于總線網(wǎng)）、局域網(wǎng)應(yīng)用比較廣泛。缺點是對節(jié)點接口和傳輸線路的要求比較高。典型實例：IBM令牌環(huán)網(wǎng)和劍橋環(huán)網(wǎng)，還有一種FDDI結(jié)構(gòu)（采用光纖的高速令牌環(huán)網(wǎng)）。

　　星型網(wǎng)：采用集中式媒體訪問控制方法。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、實現(xiàn)容易、信息延遲確定。缺點：通信電纜長、傳輸媒體不能共享。典型實例是計算機交換機CBX.

　　5、LAN中使用的傳輸方式有基帶和寬帶兩種。基帶用于數(shù)字信號傳輸，常用傳輸介質(zhì)是雙絞線和同軸電纜。寬帶用于無線電頻率范圍內(nèi)的模擬信號傳輸，常用同軸電纜。

　　6、基帶系統(tǒng)中，數(shù)字信號通常采用曼徹斯特編碼傳輸。

　　7、寬帶系統(tǒng)用于傳輸模擬信號，可用頻分多路復(fù)用技術(shù)（FDM），寬帶系統(tǒng)采用總線/樹形網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，寬帶本質(zhì)上是一種單方向傳輸?shù)拿襟w，在物理上可用雙電纜和中分兩種不同的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)輸入和輸出的通路。

　　8、常用的媒體訪問控制方法有三種：具有沖突檢測的載波監(jiān)聽多路訪問CSMA/CD、控制令牌、時槽環(huán)。

　　具有沖突檢測的載波監(jiān)聽多路訪問CSMA/CD采用隨機訪問和競爭技術(shù)，這種技術(shù)適用于總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)；控制令牌方法除了用于環(huán)形網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)之外，也可用于總線網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。它是按照所有站點共同理解和遵守的規(guī)則，從一個站點到另一個站點傳遞控制令牌，一個站點只有當(dāng)它占有令牌時，才能發(fā)送數(shù)據(jù)幀，發(fā)送完幀之后，再把令牌傳遞給下一個站點。其操作次序如下：①首先建立一個邏輯環(huán)，將所有站點同物理媒體相連，然后產(chǎn)生一個控制令牌；②控制令牌由一個站點沿著邏輯環(huán)順序向下一個站點傳遞；③等待發(fā)送幀的站點接收到控制令牌后，把要發(fā)送的幀利用物理媒體發(fā)送出去，然后再將控制令牌沿邏輯環(huán)傳遞給下一個節(jié)點。對于一個物理環(huán)，令牌的邏輯結(jié)構(gòu)和物理環(huán)的結(jié)構(gòu)是相同的，令牌傳遞的次序和站點連接的物理次序也是一致的。而對于總線網(wǎng)，邏輯環(huán)的次序不必和電纜上的站點連接次序相對應(yīng)，所有站點沒有必要按照邏輯環(huán)連接。

　　時槽環(huán)只適用于環(huán)形網(wǎng)的媒體控制訪問，這種方法對每個節(jié)點預(yù)先安排一個特定的時間段，每個節(jié)點只能在時槽內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)。時槽環(huán)采用集中控制方式。

　　在時槽環(huán)媒體訪問控制方法中，每個站點每次只能傳送一個幀，若想要傳送另一個幀，則首先必須釋放前一幀所用的時槽，這種對環(huán)的訪問方法體現(xiàn)了公平性。時槽環(huán)的優(yōu)點是：①結(jié)構(gòu)簡單②節(jié)點間相互干擾少③可靠性高。時槽環(huán)的缺點是：①需要一個特定的監(jiān)控站節(jié)點②由于繞環(huán)一周時間內(nèi)每個站點只能占有一個時槽環(huán)，若某站點發(fā)送的數(shù)據(jù)較長要占用多個時槽，而此時環(huán)上只有該站點有數(shù)據(jù)要發(fā)送，則許多時槽都是空時槽③40位的時槽只能攜帶16位的數(shù)據(jù)，開銷大、效率較低。

　　9、局域網(wǎng)的參考模型。

　　局域網(wǎng)是一個通信網(wǎng)，只涉及到相當(dāng)于OSI/RM通信子網(wǎng)的功能。由于內(nèi)部大多采用共享信道的技術(shù)，所以局域網(wǎng)通常不單獨設(shè)立網(wǎng)絡(luò)層。

　　OSI/RM的數(shù)據(jù)鏈路層的功能，在局域網(wǎng)參考模型中被分成：媒體訪問控制MAC、邏輯鏈路控制LLC兩個子層。

　　LLC子層中規(guī)定了無確認(rèn)無連接、有確認(rèn)無連接和面向連接三種類型的鏈路服務(wù)。

　　10、IEEE802標(biāo)準(zhǔn)。

　　IEEE802在1980年二月成立了局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化與委員會（簡稱IEEE802委員會），專門從事局域網(wǎng)的協(xié)議制定，形成了一系列的標(biāo)準(zhǔn)，稱為IEEE802標(biāo)準(zhǔn)。

　　IEEE802.1是局域網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)管理和網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議。

　　IEEE802.2集中了數(shù)據(jù)鏈路層中與媒體無關(guān)的LLC協(xié)議。主要的MAC協(xié)議有：①IEEE802.3載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測CSMA/CD訪問方法和物理層協(xié)議；IEEE802.4令牌總線訪問方法和物理層協(xié)議；IEEE802.5令牌環(huán)訪問方法和物理協(xié)議；④IEEE802.6關(guān)于城域網(wǎng)的分布式隊列雙總線DQDB的標(biāo)準(zhǔn)等。

　　IEEE802標(biāo)準(zhǔn)定義了LLC子層和MAC子層的幀格式。

　　LLC的鏈路只有異步平衡方式（ABM），而不用正常響應(yīng)方式（NRM）和異步響應(yīng)方式（ARM）。IEEE802.2標(biāo)準(zhǔn)定義的LLC幀格式也分為信息幀、監(jiān)控幀和編號幀三類。

　　11、CSMA/CD是一種用爭用的方法來決定對媒體的訪問權(quán)的協(xié)議，它只適用于邏輯上屬于總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)?？偩€爭用技術(shù)可分為載波監(jiān)聽多路訪問CSMA和具有沖突檢測的載波監(jiān)聽多路訪問CSMA/CD兩大類。載波監(jiān)聽多路訪問CSMA的技術(shù)也稱作先聽后說LBT（Listen Before Talk），如媒體空閑，該站點便可傳輸數(shù)據(jù)，否則，該站點將避讓一段時間后再作嘗試。

　　常用的退避算法有：非堅持算法、1-堅持算法、P-堅持算法。

　　1）非堅持算法：①如空閑，立即發(fā)送②如忙，等待一個隨機重發(fā)延遲后，再重復(fù)①步驟。缺點：利用率低。

　　2）1-堅持算法：①如空閑，立即發(fā)送②如忙，繼續(xù)監(jiān)聽，直至空閑，立即發(fā)送③如有沖突（一段時間內(nèi)未收到肯定的回復(fù)），則等待隨機量時間后，重復(fù)①②步驟。優(yōu)點：避免了媒體利用率損失，缺點：兩個及兩個以上的站要發(fā)送，則沖突不可避免。

　　3）P-堅持算法：①如空閑，則以P的概率發(fā)送，而以1-P的概率延遲一個時間單位，一個時間單位通常等于最大傳播時延的兩倍②延遲一個時間單位后，再重復(fù)A步驟③如忙，繼續(xù)監(jiān)聽直至媒體空閑并重復(fù)A步驟。P-堅持算法是一種既能象非堅持算法那樣減少沖突，又能象1-堅持算法那樣減少媒體空閑時間的折中方案，問題在于如何選擇P的有效值，這考慮到避免重負(fù)載下系統(tǒng)處于的不穩(wěn)定狀態(tài)。N個站，選擇適當(dāng)?shù)腜值使NP<1，當(dāng)P值選的過小時，媒體利用率就會大大降低。

　　12、如果發(fā)生沖突，信道上可以檢測到超過發(fā)送站點本身發(fā)送的載波信號的幅度，由此判斷出沖突的存在。

　　13、從一個站點開始發(fā)送數(shù)據(jù)到另一個站點開始接收數(shù)據(jù)，即載波信號從一端傳播到另一端所需要的時間，稱為信號傳播時延。

　　信號傳播時延（μs）=兩站點間的距離（m）÷信號傳播速度（200m/μs）

　　在最壞的情況下，對于基帶這CSMA/CD來說，檢測出一個沖突的時間等于任意兩站之間最大傳播時延的兩倍。

　　14、數(shù)據(jù)幀從一個站點開始發(fā)送，到該數(shù)據(jù)幀發(fā)送完畢所需的時間稱為數(shù)據(jù)傳輸時延，數(shù)據(jù)傳輸時延也表示一個接收站點開始接收數(shù)據(jù)幀，到該數(shù)據(jù)幀接收完畢所需的時間。

　　數(shù)據(jù)傳輸時延（s）=數(shù)據(jù)幀長度（bit）÷數(shù)據(jù)傳輸速率（bps）

　　不考慮中繼器引入的延時，數(shù)據(jù)幀從一個站點開始發(fā)送，到該數(shù)據(jù)幀被另一個站點全部接收所需的總時間，等于數(shù)據(jù)傳輸時延與信號傳播時延之和。

　　15、數(shù)據(jù)幀的傳輸時延至少要兩倍與傳輸時延。

　　因為：信號傳播時延（μs）= 兩站點間的距離（m）÷信號傳播速度（200m/μs），并且：數(shù)據(jù)傳輸時延 （s）=數(shù)據(jù)幀長度（bit）÷數(shù)據(jù)傳輸速率（bps）。所以：CSMA/CD總線網(wǎng)中最短幀長的計算公式為：最短數(shù)據(jù)幀長（bit）/數(shù)據(jù)傳輸速率（Mbps）=2*（兩站點間的最大距離（m）/200m/μs）

　　注意單位要統(tǒng)一。

　　16、因為寬帶CSMA/CD是單向傳輸，所以其數(shù)據(jù)幀的傳輸時延至少四倍于傳輸時延。

　　17、CSMA/CD算法中，檢測沖突并發(fā)完阻塞信號后，為了降低再次沖突的概率，需要等待一個隨機時間，然后再用CSMA方法試圖傳輸。它采用一種稱為二進(jìn)制指數(shù)退避的算法，二進(jìn)制指數(shù)退避算法是按照后進(jìn)先出LIFO的次序控制的。

　　18、IEEE802.3就是采用二進(jìn)制指數(shù)退避和1-堅持算法的CSMA/CD媒體訪問控制方法，這種方法的優(yōu)點是低負(fù)荷時，要發(fā)送數(shù)據(jù)幀的站點能立即發(fā)送，重負(fù)荷時，仍然能保持系統(tǒng)穩(wěn)定運行。由于信號的衰減，為了保證檢測到?jīng)_突信號，CSMA/CD總線網(wǎng)限制一般無分支電纜的最大長度為500米。

　　19、IEEE802.3是一個使用CSMA/CD媒體訪問控制方法的局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，它對應(yīng)于OSI/RM的最低兩層（物理層和數(shù)據(jù)鏈路層）。它從邏輯上可分為兩大部分：一部分由LLC子層和MAC子層組成；另一部分實現(xiàn)物理層的功能。

　　20、IEEE802.3MAC子層的功能說明內(nèi)容有數(shù)據(jù)封裝、介質(zhì)訪問管理。

　　21、令牌環(huán)的結(jié)構(gòu)。令牌環(huán)在物理上是由一系列接口和這些接口間的點-點鏈路構(gòu)成的閉合環(huán)，各站點通過環(huán)接口連到網(wǎng)上。

　　令牌環(huán)的操作過程：①網(wǎng)絡(luò)空閑時，只有一個令牌在環(huán)路上繞行；②當(dāng)一個站點要發(fā)送數(shù)據(jù)時，必須等待并獲得一個令牌