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海南大学信息科学技术学院——《计算机网络基础》课程组第四章局域网：介绍局域网的基本概念、拓朴结构、常用的局域网传输媒体，局域网的共享媒体技术，传统以太网的工作原理及连接方法、CSMA/CD协议、碰撞退避算法、MAC地址、MAC帧，局域网的扩展，高速以太网技术。局域网的拓朴结构以太网的工作原理、CSMA/CD协议、MAC帧以太网的连接方法局域网的扩展技术高速以太网技术重点掌握：海南大学信息科学技术学院——《计算机网络基础》课程组第四章局域网(LocalAreaNetwork,简称LAN)是计算机网络的一种。局域网是在一个较小的范围(一个办公室、一幢楼、一家工厂等)，利用通信线路将众多计算机(一般为微机)及外围设备连接起来，达到数据通信和资源共享的目的。局域网最主要的特点是：网络通常为一个单位所拥有，地理范围几米到几公里。局域网具有较高的数据率、较低的时延和较小的误码率。决定局域网特性的主要技术：设备互联的拓扑结构；用于传输数据的媒体；由于信道共享而采用的媒体接入控制方法。海南大学信息科学技术学院——《计算机网络基础》课程组第四章局域网、环型、总线型和树型。如图4-2所示。集线器(a)星型网*(b)环型网(c)总线网(d)树型网图4-2局域网的拓朴结构注：图(a)在物理上是一个星型网，但在逻辑上仍是一个总线网干线耦合器匹配电阻海南大学信息科学技术学院——《计算机网络基础》课程组第四章局域网（1）星型拓朴每一个站点通过点-点链路连至中心节点，所有的通信都由中心节点控制，一般采用线路交换。中心节点也可以有数据处理能力并提供共享资源。近年来由于集线器(hub)的出现和双绞线大量用于局域网中,星形网以及多级结构的星形网获得了非常广泛的应用。基本特性优点建网容易，配置方便；每个连接的故障容易排除，不影响全网；控制协议相对简单。缺点在同样覆盖面积内；所用电缆量较大；扩展不方便，需要预留或增设电缆；对中心节点要求非常高，一旦中心节点产生故障,全网将不能工作。集线器或交换机海南大学信息科学技术学院——《计算机网络基础》课程组第四章局域网（2）环型拓朴由一些中继器通过点到点链路连成的一个闭合环。入网设备连到中继器上。中继器是较简单的设备，无存储转发功能。它从一条链路上接收数据,以相同速率在另一条链路上输出。数据在环上是单向传输的。由于所有站点共享一个环，因此要对站点对环的访问进行控制。控制采用分布的办法，即每个站都有控制发送和接收的访问逻辑。基本特性优点电线长度较短，与总线拓扑类似；适于采用光缆连接，从而提高数据速率。缺点某段链路或某个中继器有故障会使全网不能工作；站点离网、入网都较困难。海南大学信息科学技术学院——《计算机网络基础》课程组第四章局域网（3）总线拓朴将所有站点通过硬件接口连接到单根传输介质——共享总线上。在IEEE802标准中IEEE802.3(即以太网)和IEEE802.4(令牌总线)都是总线拓扑。基本特性优点与星型拓扑相比，所需电缆长度较短；结构简单，可靠性高；扩充(如增加站点、延长电缆等)较容易。缺点故障检测不很容易，如总线有故障需分段查找，如站点有故障需一个一个查；站点需要提供访问控制功能。海南大学信息科学技术学院——《计算机网络基础》课程组第四章局域网：价格便宜、安装方便，在局域网中使用最多。但抗干扰能力较差，传输距离较短。适用于建筑物内部的布线系统。同轴电缆：分为粗缆和细缆，价格中等、安装较方便，有较高的数据传输率，在早期的局域网中使用较多。抗干扰能力较好，传输距离较远。光缆：损耗低、抗干扰能力强，传输率高，传输距离远，是环型网或主干网的主要传输媒体。但价格贵，技术复杂。无线传输：采用无线电波、红外线、微波等作为媒体，传输距离远，不受空间限制。但设备价格昂贵，技术复杂。海南大学信息科学技术学院——《计算机网络基础》课程组第四章局域网——可分为两大类：静态划分信道和动态媒体接入控制。（1）静态划分信道：如频分复用、时分复用、波分复用、码分复用等。用户只要得到了信道就不会和别的用户发生冲突。但这种划分信道的方法代价较高，不适合于局域网。（2）动态媒体接入控制：又称为多点接入（multipleaccess），其特点是信道并非在用户通信时固定分配给用户。又分为两类：随机接入：其特点是所有的用户可随机地发送信息。但如果有两个或更多的用户在同一时刻发送信息，那么就会在共享媒体上产生碰撞（发生了冲突），使得这些用户的发送都失败。因此必须有解决碰撞的网络协议。受控接入：其特点是用户不能随机地发送信息而必须服从一定的控制。最常用的局域网——以太网的媒体接入控制方法是：CSMA/CD（CarrierSenseMultipleAccess/CollisionDetection载波监听多点接入/冲突检测）。海南大学信息科学技术学院——《计算机网络基础》课程组第四章局域网——特指最早进入市场的10Mbps速率的以太网。现在以太网已经发展到100Mbps、1Gbps、10Gbps的速率。4.2.1以太网的工作原理1.以太网的两个标准以太网诞生于1975年，美国Xerox公司，2.94Mbps，无源电缆。1980年9月DEC公司、Intel公司、Xerox公司联合推出10Mbps以太网规约的第一版DIXV1。1982年修改推出第二版DIXEthernetV2。成为世界上局域网产品的第一个规约。1983年IEEE802委员会制订局域网标准：IEEE802.3，两个标准差别很小。海南大学信息科学技术学院——《计算机网络基础》课程组第四章局域网，网络接口卡又称为通信适配器，简称为网卡。网卡和局域网之间的通信是以串行方式进行的，如图4-3所示。计算机CPU高速缓存存储器网络接口卡（网卡）至局域网串行通信并行通信I/O总线当网卡收到一个有差错的帧时，就将该帧丢弃；当收到一个正确的帧时就用中断来通知计算机并交付给协议栈中的网络层。当计算机要发送一个IP数据报时，就由协议栈向下交给网卡组装成帧后发送到局域网。海南大学信息科学技术学院——《计算机网络基础》课程组第四章局域网。CSMA/CDCarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection载波监听多点接入/碰撞检测多点接入许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上，是总线型网络。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，以免发生碰撞。碰撞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，由信号电压摆动值的大小来判断是否发生了碰撞。正常发送时，计算机发送的数据都是使用曼彻斯特编码的信号；发生碰撞时，信号会产生严重的失真。一旦发生碰撞，就立即停止发送。海南大学信息科学技术学院——《计算机网络基础》课程组第四章局域网？每个站点都是在监听到信道“空闲”时才发送数据的，为什么还会发生碰撞？根本原因是因为电磁波在媒体上的传播速度总是有限的。假设局域网两端的站A和站B相距1km（电磁波在1km电缆上的传播时延约为5μs），单程传播时延记为τ。ABAAABBBAt=0A发送数据Bt=2τ－δA检测到发生碰撞t=τ－δB检测到信道空闲发送数据t=τ－δ/2发生碰撞t=τB检测到碰撞停止发送A和B发送数据均失败，它们都要推迟一段时间后再重新发送海南大学信息科学技术学院——《计算机网络基础》课程组第四章局域网，在发送数据帧后至多经过2τ就可以知道该帧是否发生了碰撞。以太网的端到端往返时延2τ称为争用期，又称为碰撞窗口。？问题？考虑这样的一种情形：当某站正在发送数据时，另外两个站有数据要发送。这两个站进行载波监听，发现总线忙，于是就等待；当它们发现总线变为空闲时，就立即发送自己的数据。但这必然再次发生碰撞；经检测发现了碰撞，就停止发送。然后再重新发送，……，这样下去，一直不能发送成功。解决这一问题，需要采用所谓的退避算法。海南大学信息科学技术学院——《计算机网络基础》课程组第四章局域网——就是让发生碰撞的站在停止发送数据后，不是立即再发送数据，而是推迟（这叫做退避）一个随机时间。具体做法是：（1）确定基本退避时间，一般是取为争用期2τ。（2）定义参数k，它等于重传次数，但k不超过10，即k=Min(重传次数，10)。（3）从离散整数集合[0,1,2,…,(2k-1)]中随机地取出一个数，记为r。重传输所需的时间就是r倍的基本退避时间。（4）当重传达16次仍不能成功时，则丢弃该帧，并向高层报告。这样做是为了减小再次发生碰撞的概率。说明想发送数据的站太多，以致连续发生碰撞。海南大学信息科学技术学院——《计算机网络基础》课程组第四章局域网：10BASE5粗缆10BASE2细缆10BASE-T双绞线10BASE-F光缆中继器收发器端接器（50Ω）接地（1）粗缆以太网的连接海南大学信息科学技术学院——《计算机网络基础》课程组第四章局域网）网卡：每个结点需要一块提供AUI接口的以太网卡或PCMCIA卡。2）收发器：每个结点通过安装在干线电缆上的收发器与网络进行连接。3）收发器电缆：用于连接结点和收发器,通常称为AUI电缆。4）电缆系统：包括：粗缆(RG-11A/U)：直径为10毫米，特征阻抗为50欧姆，每隔2.5米有一个标记；N-系列连接器插头：安装在粗缆段的两端；N-系列桶型连接器：用于连接两段粗缆；N-系列终端匹配器：安装在干线电缆段的两端,用于防止电子信号的反射；干线电缆段两端的终端匹配器必须有一个接地。5）中继器：每个干线段的长度不超过500米。可以用中继器连接两个干线段，以扩充主干电缆的长度。每个以太网中最多可以使用四个中继器，连接五段干线段电缆。海南大学信息科学技术学院——《计算机网络基础》课程组第四章局域网：500米最大网络干线电缆长度（使用4个中继器）：2500米每条干线段支持的最大结点数：100个收发器之间最小距离：2.5米收发器电缆的最大长度：50米海南大学信息科学技术学院——《计算机网络基础》课程组第四章局域网（2）细缆以太网的连接中继器端接器（50Ω）接地BNCT型接头海南大学信息科学技术学院——《计算机网络基础》课程组第四章局域网）网卡：每个结点需要一块提供BNC接口的以太网