计算机网络技术第四章复习

第四章局域网技术局域网简称LAN,是一种地理范围有限的各种计算机设备互联在一起的计算机通信系统。局域网常被用于连接公司办公室或工厂里的个人计算机和工作站，以便共享资源和交换信息。1局域网概述局域网通常包括服务器、工作站、交换机或集线器、通信传输介质和网卡等硬件设备，还包括网络操作系统、应用软件等网络软件。1.2局域网的分类1、按拓扑结构分：局域网可分成总线型、树型、环型和星型。2、按传输媒体分：可分为有线网和无线网两类。有线网中包括双绞线、同轴电缆和光纤网，而无线网指用红外、微波作为传输介质的局域网。3、按媒体访问控制分：主要可分为以太网（Ethernet）、令牌环网(TokenRing)、FDDI光纤环网、异步传输模式（ATM网）等。决定局域网性能的因素决定局域网特征的主要技术：–拓扑结构–传输介质–介质访问控制方法三种技术决定了传输数据的类型、网络的响应时间、吞吐量、利用率以及网络应用等各种网络特征。二、总线型网络拓扑结构所有的节点都通过网络适配器直接连接到一条作为公共传输介质的总线上，总线可以是同轴电缆、双绞线、或者是使用光纤总线上任何一个节点发出的信息都沿着总线传输，而其他节点都能接收到该信息，但在同一时间内，只允许一个节点发送数据；由于总线作为公共传输介质为多个节点共享，就有可能出现同一时刻有两个或两个以上节点利用总线发送数据的情况，因此会出现“冲突”；总线型局域网中的“冲突”ABCABCDEDE碰撞在“共享介质”的总线型拓扑结构的局域网中，必须解决多个节点访问总线的介质访问控制问题。三、环型拓扑结构所有节点使用相应的网络适配器连接到共享的传输介质上，通过点到点的连接构成封闭的环路。环路中的数据沿着一个方向绕环逐节点轮流发送数据。在环型拓扑中，虽然也是多个节点共享一条环通路，但不会出现冲突。对于环型拓扑的局域网，网络的管理较为复杂，与总线型局域网相比，可扩展性较差。四、星型拓扑结构在星型拓扑中存在一个中心节点，每个节点通过点到点线路与中心节点连接。在局域网中，由于使用中央设备的不同，局域网的物理拓扑结构和逻辑拓扑结构不同。–使用集线器连接所有计算机时，是一种具有星型物理连接的总线型拓扑结构；–使用交换机时，是真正的星型拓扑结构。中央设备计算机介质访问控制方法介质访问控制方法：控制网络节点如何向传输介质发送数据与接收数据，即解决信道如何使用的问题。IEEE802规定了局域网中最常用的介质访问控制方法：–IEEE802.3载波监听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）；–IEEE802.5令牌环（TokenRing）；–IEEE802.4令牌总线（TokenBus）；一、带有冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）CSMA协议（载波侦听多路访问）–总线有两个状态：“空闲”和“忙”–每个站点在使用总线发送数据帧之前首先监听总线，查看总线是否处于“空闲”状态，如果总线“忙”就继续等待，继续监听，一直到总线“空闲”–要发送数据帧的站点在监听到总线“空闲”时，开始发送数据帧–CD技术（带有冲突检测）•在使用CSMA协议时，有可能会出现两个或两个以上的站点同时监听到总线“空闲”的情况，此时这些站点将同时开始发送数据帧，出现这种情况时，总线会发生冲突，导致所有站点的发送全部失败•每个站点在发送数据后必须检测是否发生了冲突•在发生冲突的情况下，站点使用二进制指数退避算法重发数据帧站点要求发送有载波？发送一帧信息有冲突？发出阻塞信号冲突16？延时处理放弃发送另作处理一次发送结束图4.3CSMA/CD发送过程流程图YNYNNYCSMA/CD协议的工作过程通常可以概括为：–先听后发、–边听边发、–冲突停发、–延迟重发。CSMA/CD协议的特点在采用CSMA/CD协议的总线LAN中，各节点通过竞争的方法强占对媒体的访问权利，出现冲突后，必须延迟重发。因此，节点从准备发送数据到成功发送数据的时间是不能确定的，它不适合传输对时延要求较高的实时性数据。结构简单、网络维护方便、增删节点容易，网络在轻负载（节点数较少）的情况下效率较高。随着网络中节点数量的增加，传递信息量增大，即在重负载时，冲突概率增加，总线LAN的性能就会明显下降。二、令牌环（TokenRing）在令牌环介质访问控制方法中，使用了一个沿着环路循环的令牌。网络中的节点只有截获令牌时才能发送数据，没有获取令牌的节点不能发送数据，因此，使用令牌环的LAN中不会产生冲突。令牌ABCDABCDABCDABCD节点A截获令牌,并准备发送数据节点A将数据发送到节点C数据循环一周后,节点A将其收回产生新的令牌,发送到环路中TokenRing结点A结点B结点E结点D结点C令牌结点A结点B结点C结点D结点ETokenRingTokenRing的特点由于每个节点不是随机的争用信道，不会出现冲突，因此称它是一种确定型的介质访问控制方法，而且每个节点发送数据的延迟时间可以确定。–在轻负载时，由于存在等待令牌的时间，效率较低。–在重负载时，对各节点公平，且效率高。采用令牌环的局域网还可以对各节点设置不同的优先级，具有高优先级的节点可以先发送数据，比如某个节点需要传输实时性的数据，就可以申请高优先级。三、令牌总线（TokenBus）令牌总线访问控制是在物理总线上建立一个逻辑环。从物理连接上看，它是总线结构的局域网，但逻辑上，它是环型拓扑结构。连接到总线上的所有节点组成了一个逻辑环，每个节点被赋予一个顺序的逻辑位置。和令牌环一样，节点只有取得令牌才能发送帧，令牌在逻辑环上依次传递。在正常运行时，当某个节点发送完数据后，就要将令牌传送给下一个节点。令牌TokenBus的特点令牌总线适用于重负载的网络中，数据发送的延迟时间确定，适合实时性的数据传输等。网络管理较为复杂，网络必须有初始化的功能，以生成一个顺序访问的次序。令牌总线访问控制的复杂性高：网络中的令牌丢失，出现多个令牌、将新节点加入到环中，从环中删除不工作的节点等。–逻辑链路控制LLC(LogicalLinkControl)子层：完成通常意义下的数据链路层功能–媒体接入控制MAC(MediumAccessControl)子层：负责解决共享信道问题；与接入到传输媒体有关的内容都放在MAC子层，而LLC子层则与传输媒体无关，不管采用何种协议的局域网对LLC子层来说都是透明的4.2局域网体系结构与标准一、物理层IEEE802参考模型的物理层对应于OSI的物理层，实现功能包括：确保二进制位正确传输二、MAC子层主要功能是管理和控制对局域网传输介质的访问，进行合理的信道分配，解决信道竞争问题。MAC的实例如令牌环网（802.5）、以太网（802.3）等三、LLC子层主要功能是：提供高层的接口建立和释放数据链路层的逻辑连接给帧加上序号等差错控制由译码成实际的数据IEEE委员会为局域网制定了一系列标准，统称为IEEE802标准。1、IEEE802.1—局域网概述、体系结构、网络管理和网络互联2、IEEE802.2—逻辑链路控制LLC3、IEEE802.3—CSMA/CD访问方法和物理层规范，主要包括如下几个标准：IEEE802.3u—100Mbps快速以太网标准，现已合并到802.3中；IEEE802.3z—光纤介质千兆以太网标准规范；IEEE802.3ab—传输距离为100米的5类无屏蔽双绞线介质千兆以太网标准规范；4、IEEE802.4—TokenBUS（令牌总线）。5、IEEE802.5—TokenRing（令牌环）。6、IEEE802.6—城域网访问方法和物理层规范。7、IEEE802.7—宽带技术咨询和物理层课题与建议实施。8、IEEE802.8—光纤技术咨询和物理层课题。9、IEEE802.9—综合声音／数据服务的访问方法和物理层规范。10、IEEE802.10—安全与加密访问方法和物理层规范。11、IEEE802.11—无线局域网访问方法和物理层规范，包括：IEEE802.11a、IEEE802.11b、IEEE802.11c和IEEE802.11g标准。12、IEEE802.12—100VG-AnyLAN快速局域网访问方法和物理层规范。13、IEEE802.13:基于有限电视的广域通信网。802.10安全与加密802.1局域网概述、体系结构、网络互联与网络管理802.2逻辑链路控制LLC802.3CSMA/CD802.4令牌总线802.5令牌环802.6城域网802.9语音数据综合局域网802.11无线局域网802.12100VG-AnyLAN802.7宽带技术802.8光纤技术4.3以太网以太网(Ethernet)是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。以太网络基于总线型的广播式网络，使用CSMA/CD(载波监听多路访问及冲突检测技术)技术，并以10M/S的速率运行在多种类型的电缆上。以太网与IEEE802·3系列标准相类似。它不是一种具体的网络，是一种技术规范。以太网的分类和发展一、标准以太网开始以太网只有10Mbps的吞吐量，使用的是CSMA／CD（带有碰撞检测的载波侦听多路访问）的访问控制方法，这种早期的10Mbps以太网称之为标准以太网。采用广播机制采用CSMA/CD媒体访问机制无集中式的管理措施10Mbps以太网家族主要包括：10Base-510Base-210Base-T10Base-F10Base-510Base-5网络使用的硬件：AUI插座的以太网卡50欧同轴电缆外部收发器收发器电缆终端适配器AUI接口10Base-2总线型细同轴电缆以太网10Base-T集线器的工作原理：集线器并不处理或检查其上的通信量，仅通过将一个端口接收的信号重复分发给其他端口来扩展物理介质。所有连接到集线器的设备共享同一介质。如果一个节点发出一个信息，集线器会将这个信息传播给所有同它相连的节点。集线器的工作特点：集线器多用于小规模的以太网，由于集线器一般使用外接电源（有源），对其接收的信号有放大处理。在某些场合，集线器也被称为“多端口中继器”。10Base-F参数网络10Base-210Base-510Base-T10Base-F网段最大长度185m500m100m2000m网络最大长度925m2500m4个集线器2个光集线器网站间最小距离0.5m2.5m网段的最多结点数30100拓扑结构总线型总线型星型星型传输介质细同轴电缆粗同轴电缆3类UTP多模光纤连接器BNC-TAUIRJ-45ST或SC最多网段数5553二、快速以太网随着网络的发展，用户对局域网带宽提出了更高的要求。快速以太网的传输速率是普通以太网的十倍，保留传统以太网的所有特征，只是将每个比特的发送时间由100ns减少到10ns。4.3.2快速以太网100BASE-T1)FastEthernet的数据传输速率达到了100Mb/s；2)FastEthernet与以太网的帧格式、介质访问控制方法与组网方法相同，在物理层做必要调整，定义了物理层标准100BASE-T。100BASE-T定义了介质专用接口MII，他将MAC子层与物理层分隔开。3)每个比特的发送时间由100ns降低到了10ns；4)1995年9月FastEthernet标准IEEE802.3u。以太网的技术特性1、以太网是基带网，它采用基带传输技术。2、以太网的标准IEEE802.3，它使用CSMA/CD访问方法。3、以太网是一种共享型网络，网络上的所有站点共享传输媒体和带宽。当利用率到达40%时，网络的响应速度明显降低。4、以太网是广播式网络，因此，它具有广播式网络的全部特点。5、以太网的数字信号采用曼切斯特编码方案，快速以太网采用4B/5B编码方案。6、以太网支持传输介质类型有50欧基带同轴电缆/无屏蔽双绞线和光纤。7、以太网所构成的拓扑结构主要是总线型和星型。8、以太网标准传输速率为10Mbps、100Mbps、1000Mbps。9、以太网是可变长帧，长度为64—1514B。10、以太网技术先进、简单。11、以太网技术成熟，价格低廉、易扩展、易维护、易管理。FDDI网络光纤分布数据接口FDDI是计算机网络技术向