第3章 局域网技术

第三章局域网技术本章主要内容局域网基础知识局域网网络协议介质访问控制方式交换式局域网局域网互连技术河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室局域网特性覆盖有限的地理范围传输速率高（通常在10Mb/s~1000Mb/s之间）误码率低（通常低于10-8）单位自己建设和拥有，易于维护和管理主要技术特点拓扑结构传输介质介质访问控制方法河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室局域网的拓扑结构总线型拓扑结构环型拓扑结构星型拓扑结构河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室局域网传输介质传输介质用于传输信号的各种物理介质物理上将计算机相互连接起来的介质传输介质的种类同轴电缆非屏蔽双绞线UTP屏蔽双绞线STP光缆河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室本章主要内容局域网基础知识局域网网络协议介质访问控制方式交换式局域网局域网互连技术河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室局域网协议标准化IEEE802委员会成立于1980年2月，任务是制定局域网的国际标准，共有16个分委员会。河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室局域网标准化ext802.1-局域网概述和体系结构802.2-逻辑链路控制LLC802.3-CSMA/CD（以太网）802.4-TokenBus（令牌总线）802.5-TokenRing（令牌环）802.6–DQDB（分布队列双总线--MAN标准）；802.8-FDDI（光纤分布数据接口）802.11-无线LAN河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室局域网与OSI/RM对应关系河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室各子层功能MAC子层数据帧的封装与解封；MAC协议的实现和维护；位差错检测和寻址。LLC子层逻辑连接的建立和释放；向高层提供服务接口；差错控制；帧编号。河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室本章主要内容局域网基础知识局域网网络协议介质访问控制方式交换式局域网局域网互连技术河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室介质访问控制技术（MAC）•MediumAccessControl•解决同一时间多台设备争用共享信道的问题。•决定了传输介质的利用率。通信中对介质的访问可以是随机的，即各工作站可在任何时刻，任意地访问介质；也可以是受控的，即各工作站可用一定的算法调整各站访问介质顺序和时间。河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室介质访问控制技术ext在随机访问方式中，常用的争用总线技术为：带有冲突检测的载波侦听多址访问（CSMA/CD）控制令牌（TokenBus）：在控制访问方式中常用令牌总线、令牌环或称之为标记总线、标记环。河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室对任何工作站都没有预约发送时间。工作站的发送是随机的，必须在网络上争用传输介质，故称之为争用技术。若同一时刻有多个工作站向传输线路发送信息，则这些信息会在传输线上相互混淆而遭破坏，称为“冲突”。为尽量避免由于竞争引起的冲突，每个工作站在发送信息之前，都要监听传输线上是否有信息在发送，这就是“载波监听”。载波监听CSMA的控制方案是先听再讲。一个站要发送，首先需监听总线，以决定介质上是否存在其它站的发送信号。如果介质是空闲的，则可以发送。如果介质是忙的，则等待一定间隔后重试。CSMA/CD河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室CSMA/CD载波侦听（CarrierSense）坚持和非坚持CSMA（CarrierSenseMultipleAccess，载波侦听多路访问）冲突和冲突检测（CollisionDetection）河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室载波侦听（CarrierSense）为尽量避免由于竞争总线引起的冲突，每个工作站在发送数据前，都要侦听传输线上是否有数据正在发送。“讲前先听”河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室CSMA/CD载波侦听（CarrierSense）坚持和非坚持CSMA（CarrierSenseMultipleAccess，载波侦听多路访问）冲突和冲突检测河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室坚持和非坚持CSMA不坚持CSMA1坚持CSMAP坚持CSMA河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室不坚持CSMA河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室不坚持CSMA——介质空闲就发送，介质忙就等待一段随机时间再发送。利用随机的重传时间来减少冲突的概率，缺点是：即使有几个站有数据要发送，介质仍然可能处于空闲状态，介质的利用率较低。坚持和非坚持CSMA不坚持CSMA1坚持CSMAP坚持CSMA河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室1.坚持CSMA河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室1-坚持CSMA。介质空闲就发送，介质忙则继续监听，等到总线空闲，立即发送。如果发生冲突，则等待一段随机时间，重复第一步。缺点是：假如有两个或两个以上的站点有数据要发送，冲突就不可避免。坚持和非坚持CSMA不坚持CSMA1坚持CSMAP坚持CSMA河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室P坚持CSMA河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室P-坚持CSMA。假如介质是空闲的，则以P的概率发送，或以（1—P）的概率延迟一个时间单位后重复处理。该时间单位等于最大的传输延迟。假如介质是忙，继续监听直到介质空闲，重复第一步。P坚持CSMA河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室P-坚持CSMA。如果选择P过大，使NP1，则冲突不可避免。最坏的情况是，随着冲突概率的不断增大，吞吐率会降为0。所以必须选择P值使NP1，如果P值选得过于小，则通道利用率又会大大降低。CSMA/CD载波侦听（CarrierSense）坚持和非坚持CSMA（CarrierSenseMultipleAccess，载波侦听多路访问）冲突检测河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室冲突和冲突检测冲突检测：如果有多个站同时监听到总线空闲并开始发送数据，就会产生冲突。CSMA并不能完全解决冲突问题因此，每个站在发送数据之后，还要继续监听线路，判定是否有其它站也正在向总线上发送数据，一旦发现，便中止发送。边讲边听河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室介质访问控制技术ext带有冲突检测的载波侦听多址访问（CSMA/CD）令牌方式（Token）河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室令牌方式CSMA/CD各节点发起通信是随机的。节点必须持有“令牌”（Token），才有资格向环路上发送数据。令牌是一个特殊结构的控制帧，在网络上的各个节点中按特定的顺序进行传递。河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室令牌方式令牌环形令牌总线河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室令牌环形令牌环网络拓扑结构是环形。令牌沿着网络环路单向传递，拥有令牌的站点才有权向环路上发送报文，其他站点接收报文。任何时刻只会有一个节点利用环路传送报文，因而在环路上不会出现访问冲突。河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室令牌环工作原理网上所有站点都处于空闲时，令牌沿环绕行发送站点必须等待，直到捕获到令牌发送数据帧释放令牌回收数据帧（绕环一周后）中间站点（数据帧的目的地址与自己不同）转发环上的数据帧接收站点（数据帧的目的地址与自己相同）拷贝环上的数据帧转发环上的数据帧河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室数据传输实例（1）站点A、B分别向站点C、D发送数据河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室站点A、B分别向站点C、D发送数据数据传输实例（2）河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室数据传输实例（3）站点A、B分别向站点C、D发送数据河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室数据传输实例（4）站点A、B分别向站点C、D发送数据河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室令牌环形的特点对轻、重负载不敏感。单环故障，整个瘫痪，可靠性低。信息传输具有确定性，能比较准确估计信息传输的延迟时间。河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室实际中环形网示意图河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室FDDI的双环结构目的：解决FDDI(光纤分布数据接口)的可靠性问题双环是逆向旋转的正常时，仅使用一个环传送数据第一个环失效时，第二个环开始工作河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室正常工作河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室出现故障河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室令牌方式令牌环形令牌总线形河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室令牌总线形网络拓扑形式是总线形。令牌的传递逻辑是环形。网络必须具有初始化功能，生成令牌传递次序。DH-485、DH+等网络采用的仲裁机制。河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室令牌总线形河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室令牌传递总线（token-passingbus）方式——采用总线拓扑，网上各工作站按一定顺序形成一个逻辑环。每个工作站在环中均有一个指定逻辑位置，末站的后站就是首站。总线上各站的物理位置与逻辑位置无关。像令牌环方式那样，令牌传递总线方式也具备称为令牌的控制帧，调整访问的权利。收到令牌的站点在一段规定时间内被授予对介质的控制权，因而该站可以发送一帧或多帧信息。当该站传输已经完成或时间已到时，它就将令牌传递到逻辑环中的下一工作站，因此，传输过程就是由交替进行的数据传输阶段和令牌传送阶段组成。网上站也可以退出环成为非活动站点，这些站点仅能响应询问或请求应答。令牌总线工作原理河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室令牌传递总线介质访问控制应具备以下几项功能：令牌传递算法逻辑环的初始化站插入算法退出环路恢复令牌总线河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室IEEE制订的局域网标准IEEE802.3带有冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）IEEE802.4令牌总线（TokenBus）IEEE802.5令牌环（TokenRing）河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室本章主要内容局域网基础知识局域网网络协议介质访问控制方式交换式局域网局域网互连技术河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室按传输技术分类：广播式网络点到点网络网络分类河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室广播式网络（broadcastnetwork）仅有一条信道，由网络上所有机器共享。按某种语法组织的分组或包（packet），可被任何机器发送并被其它所有机器接收。地址字段指明此分组应被哪台机器接收。一旦收到分组，各机器将检查地址字段。如是发送给它的，则处理该分组，否则丢弃。河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室广播式网络广播系统通常也允许在地址字段中使用一段特殊代码，以便将分组发送到所有目标。使用此代码的分组发出以后，网络上的每一台机器都会接收和处理它。这种操作被称作广播（broadcasting）。某些广播系统还支持向机器的一个子集发送的功能，即多点播送（multicasting）。广播式网络河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室点到点网络（point-to-pointnetwork）与之相反，由一对对机器之间的多条连接构成。为了能从源到达目的地，这种网络上的分组可能必须通过一台或多台中间机器。通常是多条路径，并且可能长度不一样，因此在点到点网络中路由算法十分重要。点到点网络河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室共享式以太网存在的主要问题覆盖的地理范围有限网络总带宽容量固定以太网的固定带宽被网络中的所有节点共同拥有节点增加，冲突概率增大，带宽浪费也越严重无法支持多种速率以太网的传输介质是共享的河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室共享式以太网使用HUB2341使用HUB等同于同轴以太网，也是共享式以太网。HUB只是物理层设备，只识别信号0和1，只是将电信号放大使用HUB的以太网还是存在冲突，当网络负载达到网络带宽的40%时，网络存在大量的冲突，没有节点可以发送数据河南机电高等专科学校罗克韦尔自动化实验室冲突DataCollectionMission-Critical(Control)BackOfficeConfiguration(FileTransfer)•Classification•Po