Ch2计算机局域网和城域网

第4章局域网和城域网第2章计算机局域网和城域网本章主要内容•计算机局域网的特点和类型，局域网的体系结构，IEEE802局域网标准，典型局域网介质访问控制方法，传统以太网的组成，高速以太网的类型和应用，FDDI网络的性能和应用，交换式局域网的交换原理、特点和应用，虚拟局域网技术，Client/Server模式等。本章要求•了解局域网的基本概念、特点和应用•了解局域网体系结构和IEEE802标准•掌握常用局域网的介质访问控制方法•掌握传统以太网的组成•了解高速以太网的类型和应用•了解交换式局域网的交换原理、特点和应用•了解虚拟局域网应用•了解局域网的资源共享和工作模式•了解城域网的概念、DQDB及应用•了解FDDI网络性能和应用•了解Client/Server模式的工作原理本章分为八小节：2．1局域网概述2．2局域网体系结构与协议2．3LAN介质访问控制方式2．4以太网2．5交换式局域网2．6城域网2．7FDDI2．8Client/Server模式2．1局域网概述1.LAN定义和特点•覆盖范围小；成本低；传输速率高；误码率低，可靠性高；介质适应性强使用灵活，易于操作，便于维护维修；结构简单，易于实现。2.LAN的拓扑结构和传输介质•常见局域网拓扑结构为：星型、总线型和环型•常用局域网传输介质为：双绞线、同轴电缆、光纤和地面微波。3.LAN的分类•按网络的转接方式划分：共享介质局域网和交换式局域网；•按网络的资源管理方式划分：对等式局域网和非对等式局域网；•按网络中传输的信号形式划分：基带局域网和宽带局域网；•按网络的拓扑结构划分：星型、环型和总线型局域网；•按网络的传输介质划分：同轴电缆、双绞线、光纤和无线局域网；•按网络的介质控制访问方式划分：以太局域网、令牌总线局域网和令牌环局域网。2．3LAN介质访问控制方法•大部分局域网都是共享信道连接，即通过一个公共信道将所有的用户连接起来。一个站点发送的数据可能被多个站点接收，这样的信道也称为广播式信道、多址共享信道。•在局域网中，多个用户共用一路传输介质时，难免会发生冲突。为了避免冲突，必须采用相应的技术对用户访问介质情况进行控制，这就是介质访问控制。•按照用户访问公共信道（介质）的方式的不同，介质访问控制技术可分为随机访问技术和受控访问技术两类。1.介质访问控制技术•多个用户共用一个信道时要进行访问控制。按照用户访问公共介质的方式的不同，介质访问控制技术又可分为随机访问技术和受控访问技术两类：(1)随机访问技术•随机访问技术是各用户发送数据不受任何限制，可随机发送，多用户争用公共信道的一种访问控制技术(也叫争用方式、竞争方式)。争用成功的用户可获得发送信息的权利，占用整个信道；其他用户就不可再发送信息。•由于可能同时有多个用户要发送数据，在公共信道上出现数据冲突，使所有的发送均不能完成，所以这种访问方式要解决这个冲突问题。•典型的随机访问技术是带有冲突检测的载波监听多路访问(CSMA/CD)技术。(2)受控访问技术•不允许各用户随机访问信道，而是在一定控制下有序地访问公共信道，以避免出现数据冲突的现象。按照控制方式不同，受控访问技术又分为集中受控访问技术和分散受控访问技术。①集中受控访问技术•访问控制是由作为控制中心的主机实现的。典型的集中控制方式是轮询方式，即主机按顺序查询各个站点有无数据要发送，被查询到的站点才能发送数据。②分散受控访问技术•该技术不设控制中心，信道上各站点的地位相等，进行分散控制。典型的分散控制技术是令牌访问控制技术。2.CSMA/CD介质访问控制方法•CSMA/CD是一种典型的随机访问技术。它来源于ALOHA技术。它是上世纪70年代美国夏威夷大学开发的、用于公共无线信道网络的。•ALOHA技术最初用于无线广播式信道和总线式信道。ALOHA技术原理(以总线信道为例)：总线上各站点地位相等，可随机向总线上发送数据帧，其他站点可同时接收这些信息。•当两个以上站点同时发送信息时，信息在总线上就会发生冲突(重叠)，发生冲突的数据都出错，要重发。•发现总线上有信息冲突时，各发送站要停止发送，各自延迟一个随机时间后再重发。如再发生冲突，则延迟一个随机时间后再重发，直至发送成功为止。•CSMA即载波监听多点访问技术。它是在ALOHA上增加一个监听过程，即要发送信息的各站点在发送前都要监听总线，检测总线上是否有其他站点发送的信息。•如果总线空闲，则说明此时总线上没有信息在传输，则本站点可启动发送；如果监听到总线忙，则说明此时总线上正有信息在传输，则该站点不可再发送信息，以免破坏正在传输的数据，待总线空闲时再启动发送。这个过程就是载波监听。•CSMA/CD即带有冲突检测的载波监听多点访问。它是在CSMA基础上又增加了冲突检测(CD)过程而成。•所以，CSMA/CD技术发送过程可概括为两个步骤：载波监听和冲突检测。载波监听过程与CSMA同。•冲突检测：当站点启动发送后，还要继续监听总线(边发送边监听)，以检测本站点是否与其他站点发生冲突。如果检测表明总线信息与本站发送的信息一致，则说明未发生冲突，就继续发送信息直至发送完毕。若总线信息与本站所发信息不一致，则说明发生了冲突，此次抢占总线失败，要中断发送。•CSMA/CD的接收过程：网上每个站点平时都在监听总线，如果有信息到来，则接收信息；然后再分析和判断信息帧中的接收端地址，如果该地址为本站地址，则复制接收该帧；否则，简单丢弃该帧。•CSMA/CD最先用于总线型LAN(IEEE802.3标准)，后来，该标准扩展到星型网和树型网等结构(IEEE802.3扩充标准)。3.令牌环介质访问控制方法(1)令牌访问控制原理•在网上设置一个特殊的控制帧--令牌，该帧可在由各站点构成的逻辑环路上逐站进行传递，只有获得令牌的站点才有权发送数据。得到令牌的站点有数据要发送，就占住令牌，发送数据，发送完毕再将令牌传递给下一站；若无数据发送，则将令牌继续往下传递。•这样，在令牌的控制下，连接在逻辑环上的各站就可以顺序地发送数据，不会出现冲突。即使在网络负载较重的情况下，网络仍然可实现数据的可靠传输。•令牌的传输和访问控制是按逻辑环顺序进行的，而实际使用该控制技术的网络有环型网和总线型网。•在物理环型网，令牌巡行的逻辑环与物理环一致。•在物理总线型网，环初始化时将总线上各节点构成一个逻辑环，每个站在环中有逻辑位置，最后一个站点与第一个站点逻辑上相连。(2)令牌环网•令牌环访问技术即IEEE802.5标准，用于环型网络。在网上令牌帧沿着物理环路单向循环，依次通过各个节点。发送数据站在捕获到空令牌后将其置为“忙”，然后开始发送数据帧；•当数据帧经过目的站时，目的站一方面复制该帧，另一方面将数据帧继续转发，数据帧循环一周后再回到发送站，由发送站将数据帧舍弃，释放令牌(置为“闲”)，将其传送给下一站点。BATDDCCABBCADDCBA令牌环的传输过程T•令牌环网访问控制主要有三个步骤：①发送站获取令牌②发送站占有令牌并发送数据帧；③接收站接收数据帧④接收站转发数据帧；⑤发送站撤消数据帧并释放令牌。•无论网络负载如何，令牌帧总是沿着环网依次通过各个节点来实现介质访问控制。网络负载较少时传输效率比较低；负载较重时，由于各节点访问介质的机会均等，并不会出现冲突，因此传输效率比较高。•令牌环访问方法采用由发送节点从环上收回数据帧的策略，有利于广播式传输，可使多个节点接收同一个数据帧，同时还具有目的节点对源节点的捎带应答功能。•令牌环访问方法的优点是它能保证要发送数据的节点在一个确定性的时间间隔内访问介质，并可以用多种方法建立访问的优先级。但它的主要缺点是令牌维护比较复杂，令牌的丢失将会降低环网的利用率，而令牌重复也会破坏环网的正常运行。4.令牌总线介质访问控制方法•IEEE802.4是令牌总线网标准，用于总线型拓扑结构。其访问控制原理与令牌环原理相同，只是网络物理结构为总线型，令牌是在由总线网各站点构成的逻辑环路上逐站进行传递，获得令牌的站点有权发送数据。•该逻辑环是将总线网上各站点按事先安排好的令牌环行顺序排列构成的。每个站在环上都有一个逻辑位置，它由本站TS地址、前站PS地址和后站NS地址确定。令牌传递是按站点的逻辑顺序进行的，与节点在总线中的物理位置无关，逻辑环上的相邻点不一定是总线上的相邻站。26841753令牌总线局域网络5.几种访问技术的比较(1)CSMA/CD的特点•各站点平等，实现算法简单；网络维护方便，增删节点容易；负载较少(节点少)时，传输效率较高。但它不具有某些场合要求的优先权；负载重时，容易出现冲突，导致传输效率降低。(2)令牌访问技术的特点•节点访问介质的时间间隔确定；可用多种方法建立访问优先级。但令牌维护过程复杂；令牌的丢失将会降低网络效率；令牌重复也会破坏环网的正常运行。(3)TokenBus与CSMA/CD比较•网络负载增加时，后者的冲突增加，效率下降。后者在访问竞争中各站平等，具有随机性，不能满足实时性要求；而前者可引入优先机制，且响应时间和访问时间都具有确定性，因而实时性好，但控制较复杂。(4)TokenBus与TokenRing比较：•由于后者传输数据必须按环路进行，而前者传输数据有直接通路，所以令牌总线网延迟时间短。2.4以太网•以太网是由美国Xerox等公司联合开发于1976年推出的局域网，于1980年公布了Ethernet的物理层和数据链路层技术规范，是世界上第一个局域网工业标准，即后来的IEEE802.3标准。以太网采用随机访问控制技术CSMA/CD。•以太网自70年代后期出现以来，发展非常迅速。其传输速率从最初的10Mbps，发展到100Mbps、1000Mbps，现在已有了10Gbps的以太网。以太网是目前应用最广泛的一类局域网。•传统以太网通常是指传输速率为10Mbps的以太网。1.传统以太网•传统以太网使用CSMA/CD介质访问方式，其标准是IEEE802.3。后来在物理层又定义了多种传输介质(粗同轴电缆、细同轴电缆、双绞线和光纤)和拓扑结构(总线型、星型、树型和混合型)，形成了一个10Mbps以太网的标准系列：IEEE802.3的10Base-5、10Base-2、10Base-T和10Base-F标准。(1)10Base-5网络•以粗同轴电缆为传输介质、传输基带信号、传输速率为10Mbps的总线型局域网。•网络指标：一段粗缆长≤500米、收发器电缆长≤50米、粗缆特性阻抗50Ω、网段站点数≤100个，总的粗缆长≤2500米。•网络硬件：计算机、AUI网卡、外部收发器、粗缆、收发器电缆、终端匹配器。外部收发器收发器电缆终端匹配器10Base-5网络的物理结构粗缆(2)10Base-2网络•以细同轴电缆为传输介质、传输基带信号、传输速率10Mbps的总线型局域网。•网络硬件和指标：计算机、BNC网卡、细缆、BNC-T连接器、终端匹配器。细缆长≤185米、细缆特性阻抗50Ω，网段站点数≤30个，总的细缆长≤945米。终端匹配器细缆10Base-2网络的物理结构(3)10Base-T网络•以UTP双绞线为传输介质、传输基带信号、传输速率为10Mbps的星型局域网。•网络硬件和指标：计算机、RJ-45网卡、集线器(HUB)、UTP电缆、RJ-45连接器，UTP电缆长≤100m。……10Base-T网络UTP电缆HUBHUB(4)10Base-F网络•以光缆为传输介质、传输基带信号的星型局域网。具体不同硬件构成有10Base-FP、10Base-FB和10Base-FL三个标准。•网络硬件和指标：计算机、光缆网卡、光缆及ST连接器、光纤集线器，光缆长≤500m、≤2000m。标准年度速率（M）站点数（个）网段（米）传输介质802.310Base-519831010050050Ω粗同轴电缆802.3a10Base-21988103018550Ω细同轴电缆802.3b10Broad-36198810100180075Ω同轴电缆802.3c1Base-T1988112/HUB250100m2对UTP3802.3i