【正文】 第 4章 局域網(wǎng) 局域網(wǎng)概述 IEEE802標(biāo)準(zhǔn) 介質(zhì)訪問控制協(xié)議 典型局域網(wǎng)技術(shù) 令牌環(huán)網(wǎng)與 FDDI技術(shù) 局域網(wǎng)組網(wǎng)設(shè)備 無線局域網(wǎng) 虛擬局網(wǎng) VLAN 2 ?特點(diǎn) ： ?覆蓋范圍小 ? 房間、建筑物、園區(qū)范圍 ? 距離 ≤ ?高傳輸速率 ? 10Mb/s～ 1000Mb/s ?低傳輸延遲和低誤碼率 ?108 ～ 1011 ?私有性：自建、自管、自用 ?易于安裝、維護(hù)和擴(kuò)充 局域網(wǎng)概述 ?局域網(wǎng)的主要功能： ?資源共享 ?數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)交換 ?分布式處理 ?主要技術(shù)因素： ? 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)? ?傳輸介質(zhì) ?介質(zhì)訪問控制方法 局域網(wǎng)的特點(diǎn)和功能 3 總線拓?fù)? 將所有站點(diǎn)通過硬件接口連接到單根傳輸介質(zhì) ——共享總線上 。 在 IEEE802標(biāo)準(zhǔn)中 (即以太網(wǎng) )和 (令牌總線 )都是總線拓?fù)?。 基本特性 優(yōu)點(diǎn) 與星型拓?fù)湎啾?， 所需電纜長度較短； 結(jié)構(gòu)簡單 ， 可靠性高； 擴(kuò)充 (如增加站點(diǎn) 、 延長電纜等 )較容易 。 缺點(diǎn) 故障檢測不很容易 ， 如總線有故障需分段查找 ， 如站點(diǎn)有故障需一個(gè)一個(gè)查； 站點(diǎn)需要提供訪問控制功能 。 4 由一些中繼器通過點(diǎn)到點(diǎn)鏈路連成的一個(gè)閉合環(huán) 。 入網(wǎng)設(shè)備連到中繼器上 。 中繼器是較簡單的設(shè)備 ， 無存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)功能 。 它從一條鏈路上接收數(shù)據(jù) ,以相同速率在另一條鏈路上輸出 。 數(shù)據(jù)在環(huán)上是單向傳輸?shù)?。 由于所有站點(diǎn)共享一個(gè)環(huán) ， 因此要對站點(diǎn)對環(huán)的訪問進(jìn)行控制 。 控制采用分布的辦法 ， 即每個(gè)站都有控制發(fā)送和接收的訪問邏輯 。 基本特性 優(yōu)點(diǎn) 電線長度較短 ， 與總線拓?fù)漕愃疲? 適于采用光纜連接 ， 從而提高數(shù)據(jù)速率 。 缺點(diǎn) 某段鏈路或某個(gè)中繼器有故障會(huì)使全網(wǎng)不能工作； 站點(diǎn)離網(wǎng) 、 入網(wǎng)都較困難 。 環(huán)形拓 撲 5 每一個(gè)站點(diǎn)通過點(diǎn) 點(diǎn)鏈路連至中心節(jié)點(diǎn) ， 所有的通信都由中心節(jié)點(diǎn)控制 ， 一般采用線路交換 。 中心節(jié)點(diǎn)也可以有數(shù)據(jù)處理能力并提供共享資源 。 在局域網(wǎng)中 ， 由于使用中央設(shè)備的不同 ， 局域網(wǎng)的物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不同 。 使用集線器連接所有計(jì)算機(jī)時(shí) ， 是一種具有星型物理連接的總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)； 使用交換機(jī)時(shí) ， 是真正的星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 。 基本特性 優(yōu)點(diǎn) 建網(wǎng)容易 ， 配置方便； 每個(gè)連接的故障容易排除 ， 不影響全網(wǎng)； 控制協(xié)議相對簡單 。 缺點(diǎn) 在同樣覆蓋面積內(nèi)；所用電纜量較大； 對中心節(jié)點(diǎn)要求非常高 ， 一旦中心節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生故障 ,全網(wǎng)將不能工作 。 集線器 或交換機(jī) 星形拓 撲 6 IEEE802標(biāo)準(zhǔn) IEEE于 1980年 2月成立了局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì) ,簡稱IEEE802委員會(huì) ,專門從事局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作 ,該委員會(huì)為局域網(wǎng)制定了一系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn) ,統(tǒng)稱 IEEE802標(biāo)準(zhǔn) . ? IEEE802模型的特點(diǎn)及功能 ?對共享介質(zhì)的局域網(wǎng)要解決介質(zhì)訪問控制問題。因此將數(shù)據(jù)鏈路層分為兩個(gè)子層 ,即介質(zhì)訪問控制 MAC(Medium Access Control)子層和邏輯鏈路控制 LLC(Logical link Control)子層。 ? MAC子層的主要功能是 :幀的封裝和拆封、物理介質(zhì)傳輸差錯(cuò)的檢測、按 MAC地址尋址、實(shí)現(xiàn)介質(zhì)訪問控制協(xié)議。 ? LLC子層的主要功能是 :連接管理 (建立和釋放連接 )、與高層的接口、幀的可靠、按序傳輸及流量控制。 7 IEEE 802標(biāo)準(zhǔn)之間的關(guān)系 CSMA/CD MAC 物理層 令牌總線 MAC 物理層 令牌環(huán) MAC 物理層 MAN MAC 物理層 語音數(shù)據(jù) 綜合 ISDN 無線 局域網(wǎng) 光纖技術(shù) 寬帶技術(shù) 邏輯鏈路控制 LLC 綜述及體系結(jié)構(gòu) 8 0 2.1A管理 局域網(wǎng)安全 物理層 數(shù)據(jù) 鏈路層 網(wǎng)絡(luò)層 ISO/OSI IEEE 802 8 局域網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu) 9 A B CA B CD ED E碰 撞共享介質(zhì)環(huán)境中的“沖突” 10 共享介質(zhì)環(huán)境中的“沖突” 11 PA LLC的幀結(jié)構(gòu) DSAP SSAP 控制域 數(shù)據(jù) 1 1 1/2 長度可變 單位：字節(jié) 高層 PDU LLC首部 LLC數(shù)據(jù) IEEE802 LAN的封裝過程： LLC幀 MAC幀 MAC數(shù)據(jù) 分組 介質(zhì)上傳輸?shù)膸? MAC首部 MAC尾部 MAC尾部 MAC數(shù)據(jù) MAC首部 12 介質(zhì)訪問控制協(xié)議 動(dòng)態(tài)分配 (異步時(shí)分多路復(fù)用 ) 僅當(dāng) 有數(shù)據(jù)發(fā)時(shí) , 才占 信道發(fā)數(shù)據(jù) 。 隨機(jī)訪問 (爭用 ) 負(fù)載較輕時(shí) 有序訪問 負(fù)載較重時(shí) 輪轉(zhuǎn) (每個(gè)站輪流獲 得發(fā)送機(jī)會(huì) ) 預(yù)約 (各站先聲明有數(shù)據(jù) 要發(fā)送 , 然后按預(yù) 約順序發(fā)送 ) 信道分配 策略 靜態(tài)分配 (將頻帶或時(shí)間片等 固定 分給各站點(diǎn) ) 站點(diǎn)少且固定， 數(shù)據(jù)量大時(shí) 頻分多路復(fù)用 同步時(shí)分多路復(fù)用 波分多路復(fù)用 碼分多路復(fù)用 13 ?Carrier Sense Multiple Access Protocol 載波偵聽 “ CS”是指網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)站點(diǎn)都具備一種對總線上所傳輸?shù)男盘?hào)或載波進(jìn)行監(jiān)測的功能 多路 “ MA”是指當(dāng)總線上的一個(gè)站點(diǎn)占用總線發(fā)送信號(hào)時(shí)，所有連接到同一總線上的其他站點(diǎn)都可以通各自的接收器收聽，只不過目標(biāo)節(jié)點(diǎn)會(huì)對所接收的信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步的處理，而非目標(biāo)節(jié)點(diǎn)則忽略所收到的信號(hào) 沖突檢測 “ CD”是指一種檢測或識(shí)別沖突的機(jī)制，這是實(shí)現(xiàn)沖突退避的前提。 14 CSMA/CD操作的流程圖 媒體忙？ 發(fā)送幀 碰撞？ 發(fā)送完？ 發(fā)送 Jam N≥16? Yes No No Yes 發(fā)送成功 Yes 發(fā)送失敗 No 延遲隨機(jī)時(shí)間 No Yes 發(fā)送 碰撞次數(shù) N+1 講前先聽 忙則等待 無聲則講 邊講邊聽 沖突即停 后退重傳 多次無效 放棄發(fā)送 15 ? 1堅(jiān)持 CSMA ? 非堅(jiān)持 CSMA ? P堅(jiān)持 CSMA 1)載波偵聽（ CS， carrier Sense) 即所謂“先聽后說”。希望傳輸?shù)恼臼紫葘π诺肋M(jìn)行監(jiān)聽以確定是否有別的站在傳輸。若信道空閑，該站可以傳輸，否則，該站將按一定算法退避一段時(shí)間后再試 。 這可以分為： 16 a) 1堅(jiān)持 CSMA 當(dāng) 一個(gè)站要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí) ， 執(zhí)行如下步驟： (1)監(jiān)聽信道 ， 若信道空閑就發(fā)送； (2)若信道忙則繼續(xù) 堅(jiān)持監(jiān)聽 ， 直至檢測到信道空閑后就立即 (以概率 1)發(fā)送； (3)若有沖突 ， 則隨機(jī)等待一段時(shí)間 ， 重復(fù)步驟 (1)。 優(yōu)點(diǎn)：只要信道空閑 ， 數(shù)據(jù)就立即得到發(fā)送； 缺點(diǎn)：若有兩個(gè)或兩個(gè)以上的站點(diǎn)等發(fā)送 ， 沖 突就不可避免 。 17 1堅(jiān)持 CSMA（續(xù)） 18 b)非堅(jiān)持 CSMA 當(dāng)一個(gè)站要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí) ， 執(zhí)行如下步驟： (1)監(jiān)聽信道 ， 若信道空閑就發(fā)送； (2)若信道忙則 放棄 (不堅(jiān)持 )監(jiān)聽 ， 隨機(jī)等待一段 時(shí)間 ， 重復(fù)步驟 （ 1） ； 優(yōu)點(diǎn)：采用隨機(jī)的重發(fā)延遲時(shí)間可減少?zèng)_突可能性； 缺點(diǎn)：即使有幾個(gè)站有數(shù)據(jù)要傳送 ， 信道仍然可能處 于空閑狀態(tài) ， 信道利用率較低 。 19 非堅(jiān)持 CSMA（續(xù)） 20 c) p堅(jiān)持 CSMA 當(dāng)一個(gè)站要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí) ， 執(zhí)行如下步驟： (1) 監(jiān)聽信道 ， 若信道空閑就 以概率 p 發(fā)送數(shù)據(jù) ， 以概率 1p 延遲至下一個(gè)時(shí)間片； (2) 若信道忙則繼續(xù) 堅(jiān)持監(jiān)聽 ， 直至下一個(gè)時(shí)間片； (3) 至下一個(gè)時(shí)間片后重復(fù)步驟 (1)。 問題： 如何選擇 p的有效值 ？ 設(shè)任一時(shí)刻平均有 N個(gè)站有數(shù)據(jù)等待發(fā)送 ， 則一旦當(dāng)前的數(shù)據(jù)發(fā)送完畢 ， 在下一個(gè)時(shí)間片里平均有 Np個(gè)站發(fā)送數(shù)據(jù) 。 若 p 過大 ， 使 Np 1， 表明有多個(gè)站試圖發(fā)送 ， 沖突不可避免 ， 所以應(yīng)使 Np 1 ； 若 p 過小 ， 信道利用率會(huì)大大降低 。 21 p 堅(jiān)持 CSMA（續(xù)） 22 站點(diǎn) 1 站點(diǎn) 2 距離 L ta?0t?2ta???傳播時(shí)延 t ?時(shí)間槽 ——能夠檢測到?jīng)_突的時(shí)間區(qū)間 （也稱為 爭用時(shí)隙 或碰撞窗口 ） ?若兩站點(diǎn)之間傳播時(shí)延為 a，則時(shí)間槽＝ 2a。如 下圖 所示： ta???站點(diǎn) 2 發(fā)送幀 碰撞 2ta???站點(diǎn) 2 停止發(fā)送 當(dāng) δ →0 時(shí)，將不會(huì)再發(fā)生沖突。這時(shí)，時(shí)間槽 → 2a。 沖突檢測（ CD) 23 CSMA/CD 檢測沖突時(shí)間 (續(xù) 1) 24 上述情況下，檢測沖突的時(shí)間等于總線上最遠(yuǎn)兩個(gè)站點(diǎn)之間端到端延遲時(shí)間的兩倍（即一來一回時(shí)延 2τ ）。 這種 CSMA/CD 沖突檢測，對發(fā)送站所發(fā)送的數(shù)據(jù)幀長度有一定要求， 以太幀長度的最小值不能小于 512位，即 64字節(jié) (如所發(fā)送的信息不足時(shí)，可加以填充 )。 當(dāng)某站正在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，另外兩個(gè)站有數(shù)據(jù)要發(fā)送。這兩個(gè)站進(jìn)行載波監(jiān)聽，發(fā)現(xiàn)總線忙，于是就等待； 等待的隨機(jī)時(shí)間，用 截?cái)嗟?二進(jìn)制指數(shù)退避算法。 隨機(jī)時(shí)間的 基本單位 ： 為競爭 時(shí)間片 長度 2τ τ－ 端到端的傳播時(shí)延 (即最遠(yuǎn)兩個(gè)站之間的傳播時(shí)延 ) CSMA/CD 檢測沖突時(shí)間 (續(xù) 2) 25 接收處理 ?接收校驗(yàn)和本地處理 ?碎片檢驗(yàn)：長度小于 512位的幀是沖突碎片 ?目的地址校驗(yàn)：判斷是否是本地地址 ?完整性校驗(yàn)： ? 校驗(yàn)是否是畸型幀（長度 1518字節(jié) ) ? CRC校驗(yàn) ? 定界符（長度必須是 8位的整數(shù)倍） 26 A B A B 寬帶線路 基帶線路 寬帶線路：每秒有更多比特從計(jì)算機(jī)注入到線路。 寬帶線路和基帶線路上比特的傳播速率是一樣的。 27 四種時(shí)延所產(chǎn)生的地方 1 0 1 1 0 0 1 … 發(fā)送器 隊(duì)列 在鏈路上產(chǎn)生 傳播時(shí)延 結(jié)點(diǎn) B 結(jié)點(diǎn) A 在發(fā)送器產(chǎn)生傳輸時(shí)延 (即發(fā)送時(shí)延 ) 在結(jié)點(diǎn) A 中產(chǎn)生 處理時(shí)延和排隊(duì)時(shí)延 數(shù)據(jù) 從結(jié)點(diǎn) A 向結(jié)點(diǎn) B 發(fā)送數(shù)據(jù) 鏈路 注意 :對于高速網(wǎng)絡(luò)鏈路，我們提高的僅僅是數(shù)據(jù)的 發(fā)送速率 而不是比特在鏈路上的 傳播速率 。 提高鏈路帶寬減小了數(shù)據(jù)的發(fā)送時(shí)延 28 ?發(fā)送時(shí)延：主機(jī)或路由器發(fā)送數(shù)據(jù)幀所需要的時(shí)間。 發(fā)送時(shí)延 = ?傳播時(shí)延：電磁波在信道中傳播一定的距離需要花費(fèi)的時(shí)間。 傳播時(shí)延 = 發(fā)送數(shù)據(jù)幀長度 (b) 發(fā)送速率（ b/s) 信道長度 (m) 電磁波在信道上的傳播速率 (m/s) 如：設(shè)電磁波在銅線中的傳播速率約為 2 105km/s,所以 1km的銅線產(chǎn)生的傳播時(shí)延為 5μm 29 例 1： ?收發(fā)兩端之間的傳輸距離為 1000km，信號(hào)在媒體上的傳播速率為 2 108m/s。試計(jì)算以下兩種情況的發(fā)送時(shí)延和傳播時(shí)延： （ 1）數(shù)據(jù)長度為 107bit,數(shù)據(jù)發(fā)送速率為 100kb/s。（ 2）數(shù)據(jù)長度為 103bit,數(shù)據(jù)發(fā)送速率為 1Gb/s。 解： （ 1）發(fā)送時(shí)延： ts=107/105=100s 傳播時(shí)延 tp=106/(2 108)= （ 2）發(fā)送時(shí)延 ts =103/109=1181。s 傳播時(shí)延： tp=106/(2 108)= 30 ?例 2： P92第三章習(xí)題第三大題計(jì)算題第 1小題 若 10Mbps的 CSMA/CD局域網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)最大距離