07年4月“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)”串講資料四 -自考串講筆記

　　第四章　局域網(wǎng)

　　1、局域網(wǎng)是一種在有限的地理范圍內(nèi)將大量PC機(jī)及各種設(shè)備互連在一起實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和資源共享的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。如NOVELL網(wǎng)、IBM TOKEN RING網(wǎng)、3COM ETHER網(wǎng)、WINDOWS NT等。

　　相對(duì)于廣域網(wǎng)，局域網(wǎng)的特點(diǎn)：①地理范圍??；②數(shù)據(jù)傳輸速率高；③傳輸時(shí)延小、誤碼率低；4）以PC機(jī)為主體；⑤只涉及通信子網(wǎng)的內(nèi)容，⑥協(xié)議簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)靈活、建網(wǎng)成本低、周期短、便于管理和擴(kuò)充。

　　局域網(wǎng)可分為三類：①平時(shí)的局域網(wǎng)（LAN）

　?、谟?jì)算機(jī)交換機(jī)CBX（采用電路交換技術(shù)的局域網(wǎng)）

　?、鄹咚倬钟蚓W(wǎng)（HSLN）。

　　2、局域網(wǎng)的特性主要取決于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、傳輸媒體、媒體訪問(wèn)控制三類，其中最重要的是媒體訪問(wèn)控制方法。

　　3、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能影響很大，選擇網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)，首先要考慮采用何種媒體訪問(wèn)控制方法，其次是性能、可靠性、成本、擴(kuò)充靈活性、實(shí)現(xiàn)的難易程度以及傳輸媒體的長(zhǎng)度等因素。

　　4、局域網(wǎng)采用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有總線、環(huán)形、星型三種。

　　總線網(wǎng)：采用分布式媒體訪問(wèn)控制方法。總線網(wǎng)的缺點(diǎn)：主干故障會(huì)造成全網(wǎng)癱瘓，站點(diǎn)較多時(shí)，數(shù)據(jù)沖突增多造成低效率?？偩€網(wǎng)是用來(lái)實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)的最常用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以太網(wǎng)就是它的最典型實(shí)例。總線拓?fù)渚W(wǎng)可采用兩種協(xié)議，一種是以太網(wǎng)采用的CSMA/CD，另一種是總線拓?fù)渚W(wǎng)與令牌環(huán)相結(jié)合的變形，在物理上是總線拓?fù)?，邏輯上采用令牌環(huán)，兼有總線網(wǎng)和令牌環(huán)的優(yōu)點(diǎn)。

　　環(huán)形網(wǎng)：采用分布式媒體訪問(wèn)控制方法。優(yōu)點(diǎn)：控制簡(jiǎn)單、信道利用率高、通信電纜長(zhǎng)度短、不存在數(shù)據(jù)沖突（相比較于總線網(wǎng)）、局域網(wǎng)應(yīng)用比較廣泛。缺點(diǎn)是對(duì)節(jié)點(diǎn)接口和傳輸線路的要求比較高。典型實(shí)例：IBM令牌環(huán)網(wǎng)和劍橋環(huán)網(wǎng)，還有一種FDDI結(jié)構(gòu)（采用光纖的高速令牌環(huán)網(wǎng)）。

　　星型網(wǎng)：采用集中式媒體訪問(wèn)控制方法。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)容易、信息延遲確定。缺點(diǎn)：通信電纜長(zhǎng)、傳輸媒體不能共享。典型實(shí)例是計(jì)算機(jī)交換機(jī)CBX.

　　5、LAN中使用的傳輸方式有基帶和寬帶兩種?；鶐в糜跀?shù)字信號(hào)傳輸，常用傳輸介質(zhì)是雙絞線和同軸電纜。寬帶用于無(wú)線電頻率范圍內(nèi)的模擬信號(hào)傳輸，常用同軸電纜。

　　6、基帶系統(tǒng)中，數(shù)字信號(hào)通常采用曼徹斯特編碼傳輸。

　　7、寬帶系統(tǒng)用于傳輸模擬信號(hào)，可用頻分多路復(fù)用技術(shù)（FDM），寬帶系統(tǒng)采用總線/樹(shù)形網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，寬帶本質(zhì)上是一種單方向傳輸?shù)拿襟w，在物理上可用雙電纜和中分兩種不同的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)輸入和輸出的通路。

　　8、常用的媒體訪問(wèn)控制方法有三種：具有沖突檢測(cè)的載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)CSMA/CD、控制令牌、時(shí)槽環(huán)。

　　具有沖突檢測(cè)的載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)CSMA/CD采用隨機(jī)訪問(wèn)和競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)，這種技術(shù)適用于總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)；控制令牌方法除了用于環(huán)形網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)之外，也可用于總線網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。它是按照所有站點(diǎn)共同理解和遵守的規(guī)則，從一個(gè)站點(diǎn)到另一個(gè)站點(diǎn)傳遞控制令牌，一個(gè)站點(diǎn)只有當(dāng)它占有令牌時(shí)，才能發(fā)送數(shù)據(jù)幀，發(fā)送完幀之后，再把令牌傳遞給下一個(gè)站點(diǎn)。其操作次序如下：①首先建立一個(gè)邏輯環(huán)，將所有站點(diǎn)同物理媒體相連，然后產(chǎn)生一個(gè)控制令牌；②控制令牌由一個(gè)站點(diǎn)沿著邏輯環(huán)順序向下一個(gè)站點(diǎn)傳遞；③等待發(fā)送幀的站點(diǎn)接收到控制令牌后，把要發(fā)送的幀利用物理媒體發(fā)送出去，然后再將控制令牌沿邏輯環(huán)傳遞給下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。對(duì)于一個(gè)物理環(huán)，令牌的邏輯結(jié)構(gòu)和物理環(huán)的結(jié)構(gòu)是相同的，令牌傳遞的次序和站點(diǎn)連接的物理次序也是一致的。而對(duì)于總線網(wǎng)，邏輯環(huán)的次序不必和電纜上的站點(diǎn)連接次序相對(duì)應(yīng)，所有站點(diǎn)沒(méi)有必要按照邏輯環(huán)連接。

　　時(shí)槽環(huán)只適用于環(huán)形網(wǎng)的媒體控制訪問(wèn)，這種方法對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)預(yù)先安排一個(gè)特定的時(shí)間段，每個(gè)節(jié)點(diǎn)只能在時(shí)槽內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)。時(shí)槽環(huán)采用集中控制方式。

　　在時(shí)槽環(huán)媒體訪問(wèn)控制方法中，每個(gè)站點(diǎn)每次只能傳送一個(gè)幀，若想要傳送另一個(gè)幀，則首先必須釋放前一幀所用的時(shí)槽，這種對(duì)環(huán)的訪問(wèn)方法體現(xiàn)了公平性。時(shí)槽環(huán)的優(yōu)點(diǎn)是：①結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單②節(jié)點(diǎn)間相互干擾少③可靠性高。時(shí)槽環(huán)的缺點(diǎn)是：①需要一個(gè)特定的監(jiān)控站節(jié)點(diǎn)②由于繞環(huán)一周時(shí)間內(nèi)每個(gè)站點(diǎn)只能占有一個(gè)時(shí)槽環(huán)，若某站點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)較長(zhǎng)要占用多個(gè)時(shí)槽，而此時(shí)環(huán)上只有該站點(diǎn)有數(shù)據(jù)要發(fā)送，則許多時(shí)槽都是空時(shí)槽③40位的時(shí)槽只能攜帶16位的數(shù)據(jù)，開(kāi)銷大、效率較低。

　　9、局域網(wǎng)的參考模型。

　　局域網(wǎng)是一個(gè)通信網(wǎng)，只涉及到相當(dāng)于OSI/RM通信子網(wǎng)的功能。由于內(nèi)部大多采用共享信道的技術(shù)，所以局域網(wǎng)通常不單獨(dú)設(shè)立網(wǎng)絡(luò)層。

　　OSI/RM的數(shù)據(jù)鏈路層的功能，在局域網(wǎng)參考模型中被分成：媒體訪問(wèn)控制MAC、邏輯鏈路控制LLC兩個(gè)子層。

　　LLC子層中規(guī)定了無(wú)確認(rèn)無(wú)連接、有確認(rèn)無(wú)連接和面向連接三種類型的鏈路服務(wù)。

　　10、IEEE802標(biāo)準(zhǔn)。

　　IEEE802在1980年二月成立了局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化與委員會(huì)（簡(jiǎn)稱IEEE802委員會(huì)），專門(mén)從事局域網(wǎng)的協(xié)議制定，形成了一系列的標(biāo)準(zhǔn)，稱為IEEE802標(biāo)準(zhǔn)。

　　IEEE802.1是局域網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)管理和網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議。

　　IEEE802.2集中了數(shù)據(jù)鏈路層中與媒體無(wú)關(guān)的LLC協(xié)議。主要的MAC協(xié)議有：①I(mǎi)EEE802.3載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)/沖突檢測(cè)CSMA/CD訪問(wèn)方法和物理層協(xié)議；IEEE802.4令牌總線訪問(wèn)方法和物理層協(xié)議；IEEE802.5令牌環(huán)訪問(wèn)方法和物理協(xié)議；④IEEE802.6關(guān)于城域網(wǎng)的分布式隊(duì)列雙總線DQDB的標(biāo)準(zhǔn)等。

　　IEEE802標(biāo)準(zhǔn)定義了LLC子層和MAC子層的幀格式。

　　LLC的鏈路只有異步平衡方式（ABM），而不用正常響應(yīng)方式（NRM）和異步響應(yīng)方式（ARM）。IEEE802.2標(biāo)準(zhǔn)定義的LLC幀格式也分為信息幀、監(jiān)控幀和編號(hào)幀三類。

　　11、CSMA/CD是一種用爭(zhēng)用的方法來(lái)決定對(duì)媒體的訪問(wèn)權(quán)的協(xié)議，它只適用于邏輯上屬于總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)。總線爭(zhēng)用技術(shù)可分為載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)CSMA和具有沖突檢測(cè)的載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)CSMA/CD兩大類。載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)CSMA的技術(shù)也稱作先聽(tīng)后說(shuō)LBT（Listen Before Talk），如媒體空閑，該站點(diǎn)便可傳輸數(shù)據(jù)，否則，該站點(diǎn)將避讓一段時(shí)間后再作嘗試。

　　常用的退避算法有：非堅(jiān)持算法、1-堅(jiān)持算法、P-堅(jiān)持算法。

　　1）非堅(jiān)持算法：①如空閑，立即發(fā)送②如忙，等待一個(gè)隨機(jī)重發(fā)延遲后，再重復(fù)①步驟。缺點(diǎn)：利用率低。

　　2）1-堅(jiān)持算法：①如空閑，立即發(fā)送②如忙，繼續(xù)監(jiān)聽(tīng)，直至空閑，立即發(fā)送③如有沖突（一段時(shí)間內(nèi)未收到肯定的回復(fù)），則等待隨機(jī)量時(shí)間后，重復(fù)①②步驟。優(yōu)點(diǎn)：避免了媒體利用率損失，缺點(diǎn)：兩個(gè)及兩個(gè)以上的站要發(fā)送，則沖突不可避免。

　　3）P-堅(jiān)持算法：①如空閑，則以P的概率發(fā)送，而以1-P的概率延遲一個(gè)時(shí)間單位，一個(gè)時(shí)間單位通常等于最大傳播時(shí)延的兩倍②延遲一個(gè)時(shí)間單位后，再重復(fù)A步驟③如忙，繼續(xù)監(jiān)聽(tīng)直至媒體空閑并重復(fù)A步驟。P-堅(jiān)持算法是一種既能象非堅(jiān)持算法那樣減少?zèng)_突，又能象1-堅(jiān)持算法那樣減少媒體空閑時(shí)間的折中方案，問(wèn)題在于如何選擇P的有效值，這考慮到避免重負(fù)載下系統(tǒng)處于的不穩(wěn)定狀態(tài)。N個(gè)站，選擇適當(dāng)?shù)腜值使NP<1，當(dāng)P值選的過(guò)小時(shí)，媒體利用率就會(huì)大大降低。

　　12、如果發(fā)生沖突，信道上可以檢測(cè)到超過(guò)發(fā)送站點(diǎn)本身發(fā)送的載波信號(hào)的幅度，由此判斷出沖突的存在。

　　13、從一個(gè)站點(diǎn)開(kāi)始發(fā)送數(shù)據(jù)到另一個(gè)站點(diǎn)開(kāi)始接收數(shù)據(jù)，即載波信號(hào)從一端傳播到另一端所需要的時(shí)間，稱為信號(hào)傳播時(shí)延。

　　信號(hào)傳播時(shí)延（μs）=兩站點(diǎn)間的距離（m）÷信號(hào)傳播速度（200m/μs）

　　在最壞的情況下，對(duì)于基帶這CSMA/CD來(lái)說(shuō)，檢測(cè)出一個(gè)沖突的時(shí)間等于任意兩站之間最大傳播時(shí)延的兩倍。

　　14、數(shù)據(jù)幀從一個(gè)站點(diǎn)開(kāi)始發(fā)送，到該數(shù)據(jù)幀發(fā)送完畢所需的時(shí)間稱為數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延也表示一個(gè)接收站點(diǎn)開(kāi)始接收數(shù)據(jù)幀，到該數(shù)據(jù)幀接收完畢所需的時(shí)間。

　　數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延（s）=數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度（bit）÷數(shù)據(jù)傳輸速率（bps）

　　不考慮中繼器引入的延時(shí)，數(shù)據(jù)幀從一個(gè)站點(diǎn)開(kāi)始發(fā)送，到該數(shù)據(jù)幀被另一個(gè)站點(diǎn)全部接收所需的總時(shí)間，等于數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延與信號(hào)傳播時(shí)延之和。

　　15、數(shù)據(jù)幀的傳輸時(shí)延至少要兩倍與傳輸時(shí)延。

　　因?yàn)椋盒盘?hào)傳播時(shí)延（μs）= 兩站點(diǎn)間的距離（m）÷信號(hào)傳播速度（200m/μs），并且：數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延 （s）=數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度（bit）÷數(shù)據(jù)傳輸速率（bps）。所以：CSMA/CD總線網(wǎng)中最短幀長(zhǎng)的計(jì)算公式為：最短數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)（bit）/數(shù)據(jù)傳輸速率（Mbps）=2*（兩站點(diǎn)間的最大距離（m）/200m/μs）

　　注意單位要統(tǒng)一。

　　16、因?yàn)閷拵SMA/CD是單向傳輸，所以其數(shù)據(jù)幀的傳輸時(shí)延至少四倍于傳輸時(shí)延。

　　17、CSMA/CD算法中，檢測(cè)沖突并發(fā)完阻塞信號(hào)后，為了降低再次沖突的概率，需要等待一個(gè)隨機(jī)時(shí)間，然后再用CSMA方法試圖傳輸。它采用一種稱為二進(jìn)制指數(shù)退避的算法，二進(jìn)制指數(shù)退避算法是按照后進(jìn)先出LIFO的次序控制的。

　　18、IEEE802.3就是采用二進(jìn)制指數(shù)退避和1-堅(jiān)持算法的CSMA/CD媒體訪問(wèn)控制方法，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是低負(fù)荷時(shí)，要發(fā)送數(shù)據(jù)幀的站點(diǎn)能立即發(fā)送，重負(fù)荷時(shí)，仍然能保持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。由于信號(hào)的衰減，為了保證檢測(cè)到?jīng)_突信號(hào)，CSMA/CD總線網(wǎng)限制一般無(wú)分支電纜的最大長(zhǎng)度為500米。

　　19、IEEE802.3是一個(gè)使用CSMA/CD媒體訪問(wèn)控制方法的局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，它對(duì)應(yīng)于OSI/RM的最低兩層（物理層和數(shù)據(jù)鏈路層）。它從邏輯上可分為兩大部分：一部分由LLC子層和MAC子層組成；另一部分實(shí)現(xiàn)物理層的功能。

　　20、IEEE802.3MAC子層的功能說(shuō)明內(nèi)容有數(shù)據(jù)封裝、介質(zhì)訪問(wèn)管理。

　　21、令牌環(huán)的結(jié)構(gòu)。令牌環(huán)在物理上是由一系列接口和這些接口間的點(diǎn)-點(diǎn)鏈路構(gòu)成的閉合環(huán)，各站點(diǎn)通過(guò)環(huán)接口連到網(wǎng)上。

　　令牌環(huán)的操作過(guò)程：①網(wǎng)絡(luò)空閑時(shí)，只有一個(gè)令牌在環(huán)路上繞行；②當(dāng)一個(gè)站點(diǎn)要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，必須等待并獲得一個(gè)令牌