6局域网系统

局域网系统局域网是广大用户最为熟悉的一种网络形式，用户对广域网资源的访问很多也是通过局域网接入互联网实现的。内容：局域网的基本构成、典型局域网的协议结构及工作原理。局域网系统局域网LAN的两种定义：功能性定义：LAN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。这种定义适用于办公环境下的LAN、工厂和研究机构中使用的LAN。技术性定义：LAN是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(亦称为网卡)互连在一起的计算机,并受网络操作系统监控的网络系统。功能性定义强调的是外界行为和服务；技术性定义强调的则是构成LAN所需的物质基础和构成的方法。局域网系统LAN的基本构成要构成LAN,必须有其基本部件。它们是个人计算机、传输媒体、网卡和将计算机与传输媒体相连的各种连接设备。媒体可以是同轴电缆、双绞线、光缆或辐射性媒体；网卡,也称为网络适配器；连接设备如DB-15插头座、RJ-45插头座等。具备了上述四种网络构件,便可搭成一个基本的LAN硬件平台,有了LAN硬件环境,还需要控制和管理LAN正常运行的软件,即网络操作系统NOS。它是在每个PC机原有操作系统上增加网络所需的功能。组成LAN需要下述6种基本结构:①计算机(PC机和服务器计算机);②传输媒体;③网络适配器;④网络连接设备;⑤网络操作系统。⑥网络拓扑结构局域网系统LAN的协议结构LAN的协议结构主要有三种类型：以太网（Ethernet）、令牌环（TokenRing）、令牌总线(TokenBus)以及作为这三种网的骨干网光纤分布数据接口（FDDI）。它们所遵循的标准都以802开头,目前共有11个与局域网有关的标准,它们分别是：IEEE802.1──通用网络概念及网桥等IEEE802.2──逻辑链路控制等IEEE802.3──CSMA/CD访问方法及物理层规定IEEE802.4──ARCnet总线结构及访问方法,物理层规定IEEE802.5──TokenRing访问方法及物理层规定等IEEE802.6──城域网的访问方法及物理层规定IEEE802.7──宽带局域网IEEE802.8──光纤局域网(FDDI)IEEE802.9──ISDN局域网IEEE802.10──网络的安全IEEE802.11──无线局域网局域网系统—以太网Ethernet的网络体系结构Ethernet是Xerox、DigitalEquipment和Intel三家公司开发的局域网组网规范，经多次修订后，成为国际标准ISO802.3。媒体访问控制MACIEEE802.3或Ethernet所用的媒体访问法为带有碰撞检测的载波侦听多路访问(CSMA/CD)。按照这种方法，一个工作站在发送前，首先侦听媒体上是否有活动，所谓活动是指媒体上有无传输，也就是载波是否存在。如果侦听到有载波存在，工作站便推迟自己的传输。在侦听的结果为媒体空闲时，则立即开始进行传输。在侦听到媒体忙而等待传输情况下，当传输中的帧最后一个数据位通过后，应继续等待至少9.6us,以提供适当的帧间间隔，随后便可进行传输。如果两个工作站同时试图进行传输，将会造成废帧，这种现象称为碰撞，检测到碰撞之后，涉及该次碰撞的站要丢弃各自开始的传输，转而继续发送一种特殊的干扰信号，使碰撞更加严重以便警告LAN上的所有工作站，碰撞出现了！在此之后,两个碰撞的站都采退避策略，即都设置一个随机间隔时间，另有当此时间间隔满期后才能启动发送。局域网系统—以太网局域网系统—以太网如果这两个工作站所选的退避随机间隔时间相同，碰撞将会继续产生。为避免这种情况的出现，退避时间应为一个服从均匀分布的随机量。同时，由于碰撞产生的重传加大了网络的通信流量，所以当出现多次碰撞后，它应退避一个较长的时间。截断二进制指数退避(TruncatedBinaryExponentialBackoff)就是基于这种思想提出的。其基本算法是：.退避时延是间隔时间的整数倍；.为防止不成功发送无限进行，规定了最大尝试次数n；.碰撞后选择的退避时延为间隔时间的r倍；.r是大于0小于2k范围间的随机整数；k是min(n,10)，即为尝试次数与10中最小的一个。由此可简单写成：k=Min(尝试次数,10)r=随机数(0,2k)退避时延＝r*间隙时间CSMA/CD媒体访问方法可归纳为下述4步：第一步：如果媒体信道空闲，则可进行发送。第二步：如果媒体信道有载波(忙)，则继续对信道进行侦听。一旦发现空闲，便立即发送。第三步：如果在发送过程中检测到碰撞，则停止自己的正常发送，转而发送一短暂的干扰信号，强化碰撞信号，使LAN上所有站都能知道出现了碰撞。第四步：发送了干扰信号后，退避一随机时间，重新尝试发送。局域网系统—以太网CSMA/CD传输过程第一步：传输前侦听第二步：如果电缆忙则等待第三步：传输且检测冲突第四步：重传前等待第五步：重传或夭折局域网系统—以太网CSMA/CD接收过程第一步：浏览收到的包并校验包是否成为碎片:通过检查数据包是否有合适的长度，而来判断它是不是由冲突引起的碎片，最小完整包的长度不得小于64字节第二步：校验目标地址:看是否是本地工作站地址，或是“广播地址”，或是被认可的多站地址第三步：校验包的完整性:看是否包成了碎片，是否包太长，是否包含CRC校验错，是否有合适的帧定位界，如果帧全都成功地通过了这些校验，则现在将进行最后的长度校验。第四步：处理数据包:如果已通过了所有的校验，则认为帧是有效的，其格式正确、长度合法。如果工作站仍然有通信问题，则必须进一步通过查看包来寻找问题。局域网系统—以太网以太网交换技术（1）静态以太网交换：静态以太网交换是为网络管理者通过软件来完成网络配置的增加、移动及改变而设计的。静态以太网交换工作于传统的共享式网络环境。（2）动态以太网交换：动态以太网交换在一个系统内同时按需存在许多点-点会话.动态以太网交换工作过程如下:交换机检查来自PC的数据包;交换机识别该数据包的源地址和目的地址;交换机动态打开一专用的10Mbps链路,将包由源地址端口传送至目的地址端口.（3）以太网交换技术分类：动态端口交换和动态段交换；静态端口交换和静态模块交换。局域网系统—令牌环网令牌环网令牌环网的物理结构令牌环的基本结构如图所示，工作站以串行方式顺序相连，形成一个封闭的环路结构。数据顺序通过每一工作站，直至到达数据的原发者才停止。工作站也可不直接与物理环相连，而是连接到一种多站访问单元（MAU），称为IBM8228。MAU可连接8个工作站。构成令牌环物理结构的传输媒体有屏蔽双绞线（STP）和无屏蔽双绞线UTP）。局域网系统—令牌环网2令牌环网的组成部件从令牌环物理结构可以看出，组成令牌环网需要的主要部件包括：网卡、多站访问单元（MAU）、传输媒体和连接附件。网卡是计算机连入网络的必备硬件，制造令牌环网卡的厂商很多，选购时首先要弄清所适应的总线以及要安装在具有何种总线的计算机上。MAU在令牌环网络中类似于集线器或集中器。最常用的MAU为IBM8228，可连接8工作站，MAU的两个末端端口分别称为RI（入环）和RO（出环）端口，不能用来连接工作站，而是用于MAU的互连，如图5-50所示。在使用屏蔽双绞线条件下的一个网络上可连接260个工作站。局域网系统—令牌环网令牌环网的操作原理令牌环网的操作原理如下：当环上的一个工作站希望发送帧时，必须首先等待令牌。所谓令牌是一组特殊的比特，专门用来仲裁由哪个工作站访问网环。一旦收到令牌，工作站便可启动发送帧。帧中包括接收站的地址，以标识哪一站应接收此帧。帧在环上传送时，不管帧是否是针对自己工作站的，所有工作站都进行转发，直到传回到帧的始发站，并由该始发站撤消该帧。帧的接收者除转发帧外，应复制该帧一个副本作为接收帧，并通过在转发帧的尾部设置“响应比特”来指示已收到该帧副本。工作站在发送完一帧后，应该释放令牌，以便出让给它站使用。出让令牌有两种方式，并与所用的传输速率相关。一种是低速操作（4Mb/s）时只有收到响应比特才释放，称之为常规释放。第二种是工作站发出帧的最后一比特后释放，称之为早期释放。局域网系统—FDDI光纤分布数据接口网络光纤分布数据接口（FDDI）是目前成熟的LAN技术中传输速率最高的一种。由光纤构成的FDDI，其基本结构为逆向双环，如图5-61所示。一个环为主环，另一个环为备用环。当主环上的设备失效或光缆发生故障时,通过从主环向备用环的切换可继续维持FDDI的正常工作。FDDI的构件:从图5-61可初步看到，构成FDDI的构件至少应具有下述部分：光纤电缆、FDDI适配器、FDDI适配器与光纤相连的连接器。光纤媒体连接器:FDDI网络节点与光纤相连需要连接器，连接器有两种：MIC媒体接口连接器和ST型连接器。局域网系统—FDDIFDDI端口类型为防止构成错误的拓扑结构，在FDDI标准中，规定了四种端口类型：端口类型A、端口类型B、端口类型M和端口类型S。同时具备这四种端口类型的FDDI设备是集中器。端口A用于连接FDDI的主环入和备环出；端口B用于连接FDDI双环中和主环出和备环入；端口Ｍ用于连接单连接站（SAS),双连接站（DAS）或另外的集中器；端口S用于连接到集中器上。FDDI标准规定了两类站，即上述的单连接站（SAS）和双连接站（DAS）。所谓DAS是具有两个FDDI端口，因而能直接与双环相连的工作站；单连接站（SAS）只有一个FDDI端口,要与FDDI环相连必须经过集中器。局域网系统—FDDIFDDI网络体系结构FDDI将OSI模型的物理层和数据链路层分别分成了两个子层。物理层分割成的两个子层是：物理层协议层（PHY）和物理媒体相关层（PMD）。PHY子层规定了传输编码和译码、时钟要求及符号集合；PMD规定了光纤媒体应具备的条件以及连接器等。数据链路层分割成的两个子层为媒体访问控制（MAC）和逻辑链路控制（LLC）。MAC子层规定了FDDI定时令牌协议所需要的帧格式、寻址和令牌处理。LLC子层为LLC用户提供了交换数据的手段。FDDI的站管理（SMT）标准定义如何对物理媒体相关层、物理层协议层和媒体访问控制部分进行控制和管理。局域网系统—FDDIFDDI的操作原理FDDI建立在小令牌帧的基础上，当所有站都空闲时，小令牌帧沿环运行。当某一站有数据要发送这时，必须等待有令牌通过时才可能。一旦识别出有用的令牌，该站便将其吸收，随后便可发送一帧或多帧。这时环上没有令牌，便在环上插入一新的令牌，不必像802.5令牌环那样，只有收到自己发送的帧后才能释放令牌。因此,任一时刻环上可能会有来自多个站的帧运行。局域网系统—FDDIFDDI的网络拓扑结构按照FDDI的标准，可使用多种拓扑结构，其中下述四种极为重要：独立集中器型、逆向双环、集中器树和树型双环。网络互连设备上一个章首网络互连网络互连功能可分为基本功能和扩展功能两类。基本功能是网络互连必须具备的功能，它包括不同网络之间传输信息时的寻址和路由选择等；扩展功能是当各种互连网络提供不同的服务级别时所需的功能，包括协议的转换、分组的分段、组合、重定序以及差错检测等。网络互连并不单纯指不同的通信子网在网络层上互连，实际上，两个网络之间要互连时，它们之间的差异可以表现在OSI七层模型中的任一层上，因为非OSI系统要与OSI系统互连，非OSI系统之间也要互连。用于网络之间互连的中继设备称网间连接器，按它们进行协议和功能转换对象的不同，可以分为以下几类：（1）中继器（Repeater）：在物理层中实现透明的二进制比特复制，以补偿信号衰减。（2）桥接器（Bridge）：也叫网桥。在不同或相同的局域网（LAN）之间存储和转发帧，提供链路层上的协议转换。（3）路由器（Router）：在不同的网络之间存储和转发分组，提供网络层上的协议转换。（4）协议转换器（Gateway）：也叫网关。专门用于高层协议转换的网间连接器。用于传输层及传输层以上。网络互连设备中继器（Repeater）中继器有时也叫转发器(Co