数据通信与计算机网络--局域网

局域网与城域网2.1局域网概述2.2局域网拓扑结构和传输介质2.3局域网技术初步2.3.1信道分配2.3.2多路访问协议2.4局域网的IEEE802系列标准2.4.1IEEE802.3和Ethernet2.4.2IEEE802.5：TokenRing令牌环2.4.3IEEE802.4：TokenBus令牌总线2.4.4几种局域网的比较主要内容2.5交换式局域网与虚拟局域网2.5.1交换式局域网2.5.2虚拟局域网2.6高速局域网技术2.6.1光纤分布式数据接口FDDI2.6.2快速以太网2.6.3千兆以太网2.7客户/服务器模式2.7.1网络计算模式的发展2.7.2C/S模式的特点2.7.3三层客户/服务器模式2.1局域网概述局域网产生的原因80年代，微型机发展迅速，彼此需要相互通信（近距离），共享资源；分布式的网络应用：分布式计算，分布式数据库定义局域网是一种将小区域内的各种通信设备互连在一起的通信网络。局域网的基本特点高数据传输率（10~1000Mbps）短距离（0.1~10km）低出错率（10-8~10-11）局域网发展趋势高速，10GEthernet移动，无线局域网IEEE802.11局域网拓扑结构星型结构环型结构总线型结构树型结构传输介质双绞线基带同轴电缆光纤无线2.2局域网拓扑结构和传输介质2.3局域网技术（1）2.3.1信道分配计算机网络可以分成两类使用点到点连接的网络——广域网使用广播信道（多路访问信道，随机访问信道）的网络——局域网关键问题：如何解决对信道争用解决信道争用的协议称为介质访问控制协议MAC（MediumAccessControl），是数据链路层协议的一部分。2.3局域网技术（2）信道分配方法有两种静态分配频分多路复用FDM（波分复用WDM）原理：将频带平均分配给每个要参与通信的用户；优点：适合于用户较少，数目基本固定，各用户的通信量都较大的情况；缺点：无法灵活地适应站点数及其通信量的变化。时分多路复用TDM原理：每个用户拥有固定的信道传送时槽；优点：适合于用户较少，数目基本固定，各用户的通信量都较大的情况；缺点：无法灵活地适应站点数及其通信量的变化。2.3局域网技术（3）动态分配信道分配模型的五个基本假设：站点模型：每个站点是独立的，并以统计固定的速率产生帧，一帧产生后到被发送走之前，站点被封锁；单信道假设：所有的通信都是通过单一的信道来完成的，各个站点都可以从信道上收发信息；冲突假设：若两帧同时发出，会相互重叠，结果使信号无法辨认，称为冲突。所有的站点都能检测到冲突，冲突帧必须重发；连续时间和时间分槽（确定何时发送）；载波监听和非载波监听（确定能否发送）。2.3.2多路访问协议•定义：控制多个用户共用一条信道的协议2.3.2.1ALOHA协议•多用户共享单一信道，并由此产生冲突，这样的系统称为竞争系统70年代，NormanAbramson设计了ALOHA协议目的：解决信道的动态分配，基本思想可用于任何无协调关系的用户争用单一共享信道使用权的系统；分类：纯ALOHA协议和分槽ALOHA协议2.3局域网技术（4）纯ALOHA协议基本思想：用户有数据要发送时，可以直接发至信道；然后监听信道看是否产生冲突，若产生冲突，则等待一段随机的时间重发分槽ALOHA协议基本思想：把信道时间分成离散的时间槽，槽长为一个帧所需的发送时间。每个站点只能在时槽开始时才允许发送。其他过程与纯ALOHA协议相同。2.3局域网技术（5）2.3.2.2载波监听多路访问协议CSMA（CarrierSenseMultipleAccessProtocols）载波监听（CarrierSense）站点在为发送帧而访问传输信道之前，首先监听信道有无载波，若有载波，说明已有用户在使用信道，则不发送帧以避免冲突。多路访问（MultipleAccess）多个用户共用一条线路1-坚持型CSMA（1-persistentCSMA）原理若站点有数据发送，先监听信道；若站点发现信道空闲，则发送；若信道忙，则继续监听直至发现信道空闲，然后完成发送；若产生冲突，等待一随机时间，然后重新开始发送过程。2.3局域网技术（6）优点：减少了信道空闲时间；缺点：增加了发生冲突的概率；广播延迟对协议性能的影响：广播延迟越大，发生冲突的可能性越大，协议性能越差；非坚持型CSMA（nonpersistentCSMA）原理若站点有数据发送，先监听信道；若站点发现信道空闲，则发送；若信道忙，等待一随机时间，然后重新开始发送过程；若产生冲突，等待一随机时间，然后重新开始发送过程。优点：减少了冲突的概率；缺点：增加了信道空闲时间，数据发送延迟增大；信道效率比1-坚持CSMA高，传输延迟比1-坚持CSMA大。2.3局域网技术（7）p-坚持型CSMA（p-persistentCSMA）适用于分槽信道原理若站点有数据发送，先监听信道；若站点发现信道空闲，则以概率p发送数据，以概率q=1-p延迟至下一个时槽发送。若下一个时槽仍空闲，重复此过程，直至数据发出或时槽被其他站点所占用；若信道忙，则等待下一个时槽，重新开始发送；若产生冲突，等待一随机时间，然后重新开始发送。2.3局域网技术（8）2.3.2.3带冲突检测的载波监听多路访问协议CSMA/CD引入原因当两个帧发生冲突时，两个被损坏帧继续传送毫无意义，而且信道无法被其他站点使用，对于有限的信道来讲，这是很大的浪费。如果站点边发送边监听，并在监听到冲突之后立即停止发送，可以提高信道的利用率，因此产生了CSMA/CD原理（见下节）2.3局域网技术（9）Figure.CSMA/CDAccessmethod2.3局域网技术（10）2.3.2.4其他无冲突协议（Collision-FreeProtocols）基本位图协议（ABit-MapProtocol）工作原理共享信道上有N个站，竞争周期分为N个时槽，如果一个站有帧发送，则在对应的时槽内发送比特1；N个时槽之后，每个站都知道哪个站要发送帧，这时按站序号发送。2.3.2.6无线局域网协议无线局域网产生背景笔记本电脑的普及促进了无线局域网的发展portable≠mobile要做到真正的移动，需要使用无线信号进行通信。无线局域网的特点基于蜂窝（cell）的通信每个蜂窝内只有一个信道（与蜂窝电话不同）一个站点发送的信号，只能被它周围一定范围内的站点接收到短距离传输2.3局域网技术（11）无线局域网与有线局域网不同，具有隐藏站点问题（hiddenstationproblem）由于站点距离竞争者太远，从而不能发现潜在介质竞争者的问题称为隐藏站点问题。Fig.4-11(a)，A向B发送数据的过程中，C由于收不到A的数据，也可以向B发送数据，导致B接收发生冲突。暴露站点问题（exposedstationproblem）由于非竞争者距离发送站点太近，从而导致介质非竞争者不能发送数据的问题称为暴露站点问题。Fig.4-11(b)，B向A发送数据，被C监听到，导致C不能向D发送数据。2.3局域网技术（12）2.3局域网技术（13）MACA（MultipleAccesswithCollisionAvoidance）是IEEE802.11无线局域网标准的基础基本思想：发送站点刺激接收站点发送应答短帧，从而使得接收站点周围的站点监听到该帧，并在一定时间内避免发送数据基本过程（图4－12）A向B发送RTS（RequestToSend）帧，A周围的站点在一定时间内不发送数据，以保证CTS帧返回给A；B向A回答CTS（ClearToSend）帧，B周围的站点在一定时间内不发送数据，以保证A发送完数据；A开始发送若发生冲突，采用二进制指数后退算法等待随机时间，再重新开始。2.3局域网技术（14）2.4局域网的IEEE802系列标准IEEE802协议IEEE802系列标准定义了若干种LAN，包括对物理层、MAC子层的定义和描述。它的组成如下：802标准在网络体系结构中的位置2.4局域网的IEEE802系列标准（1）应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层逻辑链路控制子层介质访问控制子层物理层IEEE802参考模型LLC层MAC层2.4局域网的IEEE802系列标准（2）LAN的参考模型逻辑链路控制子层LLC（LogicalLinkControl）引入LLC子层的原因：MAC子层只提供尽力而为的数据报服务，不提供确认机制和流量控制（滑动窗口），有些情况下，这种服务足够，如支持IP协议；当需要确认和流控的时候，这种服务就不能满足，需要LLC。LLC子层提供确认机制和流量控制；LLC隐藏了不同802MAC子层的差异，为网络层提供单一的格式和接口；LLC提供三种服务选项：unreliabledatagramservice,acknowledgeddatagramservice,reliableconnection-orientedservice.LLC帧头基于HDLC协议2.4局域网的IEEE802系列标准（3）介质访问控制子层MAC（MediumAccessControl）Dataencapsulation(transmitandreceive)Framing(frameboundarydelimitation,framesynchronization)Addressing(handlingofsourceanddestinationaddresses)Errordetection(detectionofphysicalmediumtransmissionerrors)MediaAccessManagementMediumallocation(collisionavoidance)Contentionresolution(collisionhandling)分成两个子层的原因管理多点访问信道的逻辑不同于传统的数据链路控制；对于同一个LLC，可以提供多个MAC选择2.4局域网的IEEE802系列标准（4）以太网作为局域网的一种标准是由Xerox公司提出的，后由Xerox、DEC、Intel进行扩充而来，后由IEEE802协会在此基础上制定为IEEE802.3标准2.4.1IEEE802.3和Ethernet2.4局域网的IEEE802系列标准（5）FigureThemostcommonkindsofEthernetcablingFigureTheoriginalfastEthernetcablingFigureGigabitEthernetcabling2.4局域网的IEEE802系列标准（6）物理层类型用以下域表示（图4－18）：datarateinMb/smediumtypemaximumsegmentlength(*100m)如10Base5含义:10：10Mbps;Base：基带传输（basebandmedium）；5：500米收发器（transceiver）：处理载波监听和冲突检测布线拓扑结构（图4－19）总线形，脊椎形，树形，分段扩展网段长度中继器：物理层设备，只对信号进行接收、放大和双向重传；两个收发器之间最多使用4个中继器，最长2500米。802.3的信号编码由于曼彻斯特编码的简单，所有的802.3基带系统都使用曼彻斯特编码。2.4局域网的IEEE802系列标准（7）Figure4－18.ThreekindsofEthernetcabling.(a)10Base5.(b)10Base2.(c)10Base-T.Caption:Illustrationofcomputersineightofficeswiredwith(a)thick,(b)thin,and(c)10Base-T(twistedpair)Ethernet.Wirescanrunabovetheceilingorunderaraisedfloor.Awiringclosetmaycontainahuborequipmentusedfornetworkmonitoring,control,ordebugging.802.3的