几种常见的局域网

第4章局域网第二节几种常见的局域网•玉林师范学院•物理科学与工程技术学院吴兰岸[e-mail]4.2局域网的类型（以访问介质方法分）•以太网（Ethernet）IEEE802.3•令牌环网（TokenRing）IEEE802.5•令牌总线网（TokenBus）IEEE802.4•光纤分布式数据接口（FDDI）IEEE802.8•高速以太网（FastEthernet）IEEE802.3u•千兆以太网（GBEGigabandethernet）IEEE802.3ab、IEEE802.3z-•无线局域网(WirelessLocalAreaNetworks；WLAN)IEEE802.11•虚拟局域网（VLAN）802.1Q其中应用最广泛的当属以太网，也是目前发展最迅速、也是最经济的局域网4.2局域网的类型（以访问介质方法分）•其中在以太网中，10M/S的我们称为传统以太网，100M/S的称为高速以太网，还有千兆以太网、万兆以太网•而早期以集线器为中心是共享式以太网，现在以交换机为中心是交换式以太网4.2.1令牌环网TokenRing•协议标准IEEE802.5•什么叫令牌环呢？令牌是我国古代军事所用的一种工具，谁拿到了令牌就可以发号施令。在令牌环中，谁拿到了令牌就可以发送数据！这个令牌是一个个传下去的。这样就避免了数据冲突。与环形相比，星型环结构在一条通路中断时不会影响整个网络的畅通，而环型网就不行了。•令牌：一种特殊的帧，只有得到令牌的节点才能发送帧。IEEE802.4使用令牌，从而避免了多个节点同时访问总线引起的帧碰撞。令牌环网工作原理•通信协议通过网络线路上一个高速逆时针旋转的令牌对信道进行控制。•令牌T占一个自己，有忙01111111、闲两种标志01111110•想要发送必须得到令牌，得到后把T的标志改为忙的标志•各种都监听令牌，当接收点发现报文是发送给自己的时候，立刻接收信息，在令牌上加上正确的标志，令牌回到发送站，发送站将令牌标志改为闲标志TokenRing控制方式具有以下特点：•确定的介质访问延迟时间。•通过令牌控制，没有信号冲突，高负载时数据吞吐率不降低。•可提供优先级服务。•环的初始化、维护比较复杂，添加和减少结点都比较麻烦。在IBMTokenRing的基础上，IEEE802委员会制定了IEEE802.4标准（令牌总线网），定义了令牌传递环形网的MAC子层和物理层连接规范。尽管确切讲TokenRing和IEEE802.5是不同的，但两者使用起来完全兼容，人们也习惯于将他们看作同一个东西。4.2.2令牌总线网TokenBus•协议标准IEEE802.4•令牌总线局域网的两个主要特点，就是令牌总线局域网在物理上是一个总线网，而在逻辑上却是一个令牌网。令牌传递的顺序与站的物理位置无关，在图中设令牌按照A→D→B→E→F→A→……的顺序传递4.2.2令牌总线网TokenBus•总线是一根线形的电缆，其上连接着各个节点，令牌的传递通过总线以广播方式进行，每个节点传送的帧其它节点都能收到。逻辑上，所有节点构成一个环，每个节点都有前方节点和后继节点，并知道它们的地址。所有正常工作着的结点形成一个完整的逻辑环。•节点发送前必须获得令牌，整个网络上只有一个令牌，获得令牌的帧可以发送一帧。•令牌环网与总线型的以太网都是共享传输介质，以广播方式发送信息。但令牌环控制简单，消除了信息流拥挤堵塞的问题，传输距离远，传输速率快，早期为4Mbps，近几年常用的为16Mbps，且有优先权，适于实时控制。令牌总线局域网既具有总线网的接入方便和可靠性较高的优点，也具有令牌环形网的无冲突和发送时延确定的优点。令牌总线的特点：•无冲突的访问方式。•确定的访问最大时延。•介质访问可调节（可引入优先权策略）。•物理上的总线网，逻辑上的环形网的这一特点使之既具有总线网的连接简单、距离长、可广播通信等优点，又具有环型网的介质访问可确定性和可调节性的优点。•吞吐量在轻载时令牌总线网是低效的，在重负荷时有较高的效率。4.2.3光纤分布式数据接口（FDDI）•IEEE802.8标准，20世纪90年代流行•FDDI也采用令牌环传输协议，但有两点不同。一是采用双环拓扑结构，二是以光缆为传输介质。FDDI双环结构如图所示。光纤分布数据接口FDDI（FiberDistributedDataInterface）是计算机网络技术向高速发展阶段的第一种高速网络技术，它的传输速率为100Mbps，符合美国标准ANSIX3T9.5，后被ISO接收为国际标准ISO9314。FDDI网络在设计上沿用了IEEE802系列局域网的设计规范，上层仍采用与其它局域网相同的逻辑链路控制LLC子层的标准结构，并对已经成熟的，在重负荷情况下仍能保持高吞吐量的IEEE802.5TokenRing令牌环网络技术加以改进，以多增加一条光纤链路为代价，构成一种被称为反向双环（DualCounter-RotatingRing）的特殊结构，弥补了环型网络拓扑结构的缺陷，提高了FDDI网络系统的可靠性。FDDI主要优点：１、较长的传输距离，相邻站间的最大长度可达2KM，最大站间距离为200KM。２、具有较大的带宽，FDDI的设计带宽为100Mb/s。３、具有对电磁和射频干扰抑制能力，在传输过程中不受电磁和射频噪声的影响,也不影响其设备。４、光纤可防止传输过程中被分接偷听，也杜绝了辐射波的窃听,因而是最安全的传输媒体。由光纤构成的FDDI，其基本结构为逆向双环，如图所示。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。这种故障容错能力是其它网络所没有的。FDDI的应用状况•FDDI技术发展成熟，有全球统一的技术标准，加上前面的优点，使之成为20世纪90年代初期到中期最为流行的网络。•FDDI的缺点是价格偏高，其网卡是以太网卡价格的10多倍，配套设备费用高，技术要求高。FDDI的结构向ATM过渡也不如交换式以太网容易。所以到了20世纪90年代中后期，FDDI就不如交换式快速以太网和ATM网那么流行了。•FDDI采用双环拓扑结构，可用一根4芯光缆实现，在光纤使用量上增加一倍，但却大大提高了网络线路的可靠性。它分为主环和副环，主环沿逆时针方向传输数据，副环沿顺时针方向传输数据。在正常情况下，两个环路可同时传送信息，并采用多令牌环介质访问协议，提高了网络的传输速度和效率。•当主环或副环光缆有一个出现故障或被切断时，另一条环路可保证网络正常工作•当环路上某台主机出现故障，如图1.39中的B不能工作时，距B最近的两个点A和C能自动将各自的主环和副环闭合，组成除B之外的新环路。•由于使用了光缆，提高了网络的传输速度，延长了网络传输距离。FDDI的传输速率为100Mbps，使多媒体信息得以传输。信息高速公路以光缆为主干网，才有可能使电脑、电视、电话三位一体。•光缆有单模与多模之分。多模光缆一段最长距离为2km，而单模光缆一段最长距离可达10km。FDDI一条环路的长度允许到200km，其覆盖地域之广超过了其他网络。图1.39计算机B故障，自动组成新的环路。4.2.4以太网ethenet一、以太网的发展二、以太网的工作原理三、传统以太网四、共享式以太网与共享式以太网五、高速以太网六、千兆以太网七、万兆以太网八、虚拟局域网九、无线局域网4.2.4以太网•什么是以太与名字的起源•以太网这个名字，起源于一个科学假设：声音是通过空气传播的，那么光呢？在外太空没有空气光也可以传播。于是，有人说光是通过一种叫以太的物质传播。后来，爱因斯坦证明以太根本就不存在。一、以太网的发展1980年9月，DEC（DigitalEquipmentCorporation，美国数字设备公司，1998年1月DEC公司被康柏以96亿美元的价格收购，2001年惠普康柏宣布合并）公司、Intel公司和Xerox公司（施乐公司）三方在BobMetcalfe的实验型以太网的基础上，正式推出了以太网DIX1.0规范，DIX1.0以10Mbps的速度运行，1982年，3家公司公布了以太网DIX2.0规范作为终结。这三家公司将此规范提交给IEEE(电子电气工程师协会)802委员会，经过IEEE成员的修改并通过，变成了IEEE的正式标准，并编号为IEEE802.3。Ethernet和IEEE802.3虽然有很多规定不同，但术语Ethernet通常认为与802.3是兼容的二、以太网的工作原理•在以太网中，所有的节点共享传输介质。如何保证传输介质有序、高效地为许多节点提供传输服务，就是以太网的介质访问控制协议要解决的问题。•以太网采用载波帧听多路访问/冲突检测CSMA/CD（CarrierSenseMultipleAccess/CollisionDetect）介质访问控制方法的机制。以太网中节点都可以看到在网络中发送的所有信息，因此，我们说以太网是一种广播网络。共享信道的广播通信方式注意：通信的地址问题和冲突问题刘备张飞赵云马超黄忠关羽关羽，我是刘备，荆州守得住吗？刘备，我是关羽，守住荆州没问题。•“载波监听”是指每一个站在发送数据之前先要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据，如果有，则暂时不要发送数据，以免发生冲突。•“多路访问”表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上，总线可以多路访问。•“冲突检测”就是计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小。当几个站同时在总线上发送数据时，总线上的信号电压摆动值将会增大（互相叠加）。当一个站检测到的信号电压摆动值超过一定的门限值时，就认为总线上至少有两个站同时在发送数据，表明产生了冲突。在发生冲突时，总线上传输的信号产生了严重的失真，就无法从中恢复出有用的数据。1.CSMA/CD的工作原理先听后发、边发边听、冲突停止、延时重发A计算机MAC地址为MACAB计算机MAC地址为MACBC计算机MAC地址为MACCA发出的数据B发出的数据冲突信号返回冲突信号返回冲突产生2.CSMA/CD的基本思想•CSMA/CD是带有冲突检测的CSMA，其基本思想是：当一个节点要发送数据时，首先监听信道；如果信道空闲就发送数据，并继续监听；如果在数据发送过程中监听到了冲突，则立刻停止数据发送，等待一段随机的时间后，重新开始尝试发送数据。3.以太网的工作过程如下•1、监听信道上收否有信号在传输。如果有的话，表明信道处于忙状态，就继续监听，直到信道空闲为止。若没有监听到任何信号，就传输数据。•2、传输的时候继续监听，如发现冲突，则立即停止发送，冲突双方执行退避算法，随机等待一段时间后，重新执行步骤1（当冲突发生时，涉及冲突的计算机会发送会返回到监听信道状态。注意：每台计算机一次只允许发送一个包，一个拥塞序列，以警告所有的节点）；若未发现冲突则发送成功。•3.网络上的每个站点都在收听信息，一旦数据包接收地址是自己，立刻接收到自己计算机中存储起来，并向发送站回答正确达到，若出错，则要求重发。4.三种算法及特点•非坚持的CSMA：线路忙，等待一段时间，再侦听；不忙时，立即发送；减少冲突，信道利用率降低•1坚持的CSMA：线路忙，继续侦听；不忙时，立即发送；提高信道利用率，增大冲突：•p坚持的CSMA：线路忙，继续侦听；不忙时，根据p概率进行发送，另外的1-p概率为继续侦听（p是一个指定概率值）；有效平衡，但复杂三、传统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，又称为传统以太网。以太网主要有两种传输介质，那就是双绞线和同轴电缆。所有的以太网都遵循IEEE802.3标准，下面列出是IEEE802.3的一些以太网络标准，在这些标准中前面的数字表示传输速度，单位是“Mbps”，最后的一个数字表示单段网线长度（基准单位是100m），Base表示“基带”的意思，Broad代表“带宽”。IEEE802.3常见传统以太网络标准•10Base－5使用粗同轴电缆，最大网段长度