【正文】 計算機網(wǎng)絡 Computer Networks 青島大學信息工程學院 趙志剛 第 4章 局域網(wǎng)與廣域網(wǎng) ? 局域網(wǎng)概述 ? 局域網(wǎng)信道的介質訪問控制 ? 以太網(wǎng)技術 ? 以太網(wǎng)的 MAC層 ? 以太網(wǎng)的組網(wǎng)方式 ? 高速以太網(wǎng) ? 虛擬局域網(wǎng) ? 無線局域網(wǎng) ? 廣域網(wǎng) 內容綱要 ? 局域網(wǎng)概述 ? 局域網(wǎng)信道的介質訪問控制 ? 以太網(wǎng)技術 ? 以太網(wǎng)的 MAC層 ? 以太網(wǎng)的組網(wǎng)方式 ? 高速以太網(wǎng) ? 虛擬局域網(wǎng) ? 無線局域網(wǎng) ? 廣域網(wǎng) 內容綱要 局域網(wǎng)概述 ? 局域網(wǎng)的定義： – 局域網(wǎng) 是指將分散在一個局部地理范圍 (如一棟大樓等 )的多臺計算機通過傳輸媒體連接起來的通信網(wǎng)絡。 局域網(wǎng)概述 ? 局域網(wǎng)的特點： – 網(wǎng)絡覆蓋的區(qū)域相對較小，?25km。 – 傳輸速率高，局域網(wǎng)的傳輸速率一般為 1 Mbit/s ?100Mbit/s。目前， 10 Mbit/s， 100 Mbit/s，1000 Mbit/s的以太網(wǎng)得到了廣泛的應用，正在推出 10 Gbit/s的以太網(wǎng)。 – 誤碼率低 ， 局域網(wǎng)的誤碼率一般在 108 ?1011范圍內 ， 傳輸質量高 。 – 局域網(wǎng)具有專用性質 。 – 局域網(wǎng)側重共享信息的處理、存儲 。 局域網(wǎng)概述 ? 局域網(wǎng)的四個技術特性： ? 傳輸媒體 ，指用于連接網(wǎng)絡設備的介質類型，常用的有雙絞線、同軸電纜、光纖，以及微波、紅外線和激光等無線傳輸媒體。 ? 傳輸技術 ，指借助傳輸媒體進行數(shù)據(jù)通信的技術，常用的有基帶傳輸和寬帶傳輸兩種。 ? 網(wǎng)絡拓撲 ，物理結構和形狀 ? 媒體訪問控制方法 ，指多臺計算機對傳輸媒體的訪問控制方法 局域網(wǎng)概述 ? 局域網(wǎng)的傳輸媒體： ? 局域網(wǎng)的傳輸媒體包括有線媒體和無線媒體兩類。 ? 有線傳輸媒體有雙絞線、同軸電纜、光纖。 ? 無線傳輸媒體有微波、紅外線和激光等。 局域網(wǎng)概述 ? 局域網(wǎng)的傳輸技術： ? 利用傳輸媒體進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g，可以分為基帶傳輸和寬帶傳輸兩種。 ? 基帶傳輸 ，即不經過調制，直接將數(shù)字信號波形加載到傳輸媒體上進行傳輸。數(shù)字信號通常采用經過曼徹斯特或差分曼徹斯特編碼的信號。 ? 寬帶傳輸 ，即將待傳輸?shù)臄?shù)字信號波形調制到合適的中心頻率上，寬帶傳輸可以支持信道的頻分復用和信號的多路傳輸。 ? 局域網(wǎng)中通常采用 基帶傳輸 技術。 局域網(wǎng)概述 ? 局域網(wǎng)典型的拓撲結構 – 星（ Star）型 ? 局域網(wǎng)所有站點的通信都通過中心站點進行 – 環(huán)（ Ring）型 ? 控制簡便，結構對稱性好，傳輸速率高。如： IBM令牌環(huán)網(wǎng) – 總線（ Bus）型 ? 采用廣播式多路訪問方法，結構簡單，可靠性高，擴展性好。如：采用集線器 (HUB) 組網(wǎng) – 樹（ Tree）型 ? 分層結構，擴展性好，尋址方便 局域網(wǎng)概述 ? 各種拓撲結構 匹配電阻 交換機 干線耦合器 總線網(wǎng) 星形網(wǎng) 樹形網(wǎng) 環(huán)形網(wǎng) 交換機 交換機 交換機 局域網(wǎng)概述 ? 局域網(wǎng)的媒體訪問控制 為了協(xié)調多個站點對共享的傳輸媒體資源的使用，即規(guī)定局域網(wǎng)中的站點什么時間能向網(wǎng)絡中發(fā)送數(shù)據(jù)的問題。有三類媒體訪問控制方法 。 基于信道劃分的媒體訪問控制 基于隨機訪問的媒體訪問控制 基于輪詢的媒體訪問控制 IEEE 802 局域網(wǎng)標準 表示會話運輸網(wǎng)絡鏈路物理應用 ISO/OSIRM7654321 CSMA/CD標記總線標記 環(huán)MANV/D綜合L A N無線LAN邏輯鏈路控制（L L C ）（體系結構），網(wǎng)絡互連 光纖技術寬帶技術UTP同軸電纜光纜 網(wǎng) 絡安全交換LAN 局域網(wǎng)概述 LLC 和 MAC 子層 ? 為了使數(shù)據(jù)鏈路層能更好地適應多種局域網(wǎng)標準， 802 委員會將局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層拆成兩個子層： – 邏輯鏈路控制 LLC (Logical Link Control) 子層 – 媒體接入控制 MAC (Medium Access Control) 子層。 ? 與接入到傳輸媒體有關的內容都放在 MAC子層，而 LLC 子層則與傳輸媒體無關 ，不管采用何種協(xié)議的局域網(wǎng)對 LLC 子層來說都是透明的 。 局域網(wǎng)概述 LLC 和 MAC子層 ? MAC子層的功能： – 介質的訪問控制 – 鏈路層幀的尋址和識別 – 幀校驗序列的產生和檢驗 ? LLC子層的功能 – 規(guī)定了三種類型的鏈路服務： ? 無連接 LLC（類型 I） ? 面向連接 LLC（類型 II） ? 確認無連接 LLC(類型 III) 局域網(wǎng)概述 ? 在參考模型中 ， 每個實體和另一系統(tǒng)的對等層實體間按 協(xié)議 進行通信 。 而在一個系統(tǒng)內的相鄰層實體間通過 接口 進行通信 ， 用服務訪問點 （ SAP） 來定義邏輯接口 。 ? 在網(wǎng)間互連子層與 LLC子層實體間可有多個 LSAP，網(wǎng)間互連子層與高一層實體間可有多個 NSAP，但 LLC－ MAC， MAC－物理層間只有一個服務訪問點，分別稱 MSAP， PSAP。 LLC 和 MAC子層 局域網(wǎng)概述 近年來出現(xiàn)的系列標準 ? ：虛擬局域網(wǎng) VLAN（ 1998） 。 ? ： 1000BaseT物理層參數(shù)和規(guī)范 （ 1999） 。 ? ：多重鏈接分段的聚合協(xié)議 （ 2022） 。 ? ： 100Mbit/s快速以太網(wǎng) 。 ? : 虛擬橋接以太網(wǎng) (1998)。 ? ：利用 CATV寬帶通信標準 （ 1998） 。 ? ：無線個人網(wǎng) （ WPAN: Wireless Personal Area Network） 。 ? ：寬帶無線訪問標準 。 局域網(wǎng)概述 IEEE 802局域網(wǎng)幀結構 高層PDUDSAP SSAP C 數(shù) 據(jù)1 1 12字節(jié)頭標 尾標SD DA SA L DATA FCSSD DA SAFC I FCS EDSD AC EDSD AC FC DA SA I FCS EDPadPrPrLLC PDUMAC PDU( 1 ) CSMA/CD( 2 ) 標記總線( 3 ) 標記環(huán)Pr : 幀頭 ( Preamble ) ,SD : 幀開始定界符 ,ED : 幀結束定界符 ,DA : 終點地址 ,SA : 源點地址 ,L : LLC數(shù)據(jù)字段的字節(jié)數(shù) ,FC : 幀控制 ,Pad : 填充字段 ,FCS : 幀校驗 ,FS : 幀狀態(tài) ,AC : 訪問控制.FS 局域網(wǎng)概述 ? 局域網(wǎng)概述 ? 局域網(wǎng)信道的介質訪問控制 ? 以太網(wǎng)技術 ? 以太網(wǎng)的 MAC層 ? 以太網(wǎng)的組網(wǎng)方式 ? 高速以太網(wǎng) ? 虛擬局域網(wǎng) ? 無線局域網(wǎng) ? 廣域網(wǎng) 內容綱要 局域網(wǎng)信道的介質訪問控制 介質訪問控制 ， 又稱為 媒體訪問控制 ， 是為了協(xié)調多個站點對共享的傳輸介質資源的使用 ， 即規(guī)定局域網(wǎng)中的站點什么時間能向網(wǎng)絡中發(fā)送數(shù)據(jù)的問題 。 介質訪問控制基本概念 局域網(wǎng)信道的介質訪問控制 a. 基于信道劃分的介質訪問控制 b. 基于隨機訪問的介質訪問控制 c. 基于輪詢的介質訪問控制 介質訪問控制基本概念 局域網(wǎng)信道的介質訪問控制 ALOHA ?純 ALOHA 、 時隙 ALOHA CSMA ?非堅持 ， 1－堅持 ， P－堅持 改進的 CSMA ?CSMA/CD， CSMA/CA 基于隨機訪問的介質訪問控制 局域網(wǎng)信道的介質訪問控制 ALOHA ? 純 ALOHA： 用于局域網(wǎng)無線公用信道上，集中控制，僅使用兩個頻率，上行傳輸（爭用）為 MHz, 下行傳輸（廣播）為 MHz， 信道利用率最高為 ％ ? 時隙 ALOHA： 將時間分為等長的時隙，只能在每個時隙的開始才發(fā)送分組，目的是減少沖突。信道利用率最高為 %。 基于隨機訪問的介質訪問控制 A B C D 網(wǎng)絡中站點隨機發(fā)送數(shù)據(jù)，在公共信道中產生相互干擾，稱為“沖突”。 局域網(wǎng)信道的介質訪問控制 基于隨機訪問的介質訪問控制 A B C D 網(wǎng)絡中站點只在時隙開始時發(fā)送數(shù)據(jù)，減少了沖突的可能性。 局域網(wǎng)信道的介質訪問控制 基于隨機訪問的介質訪問控制 局域網(wǎng)信道的介質訪問控制 ? CSMA, Carrier Sense Multiple Access – 每個站點在發(fā)送分組前，監(jiān)聽公共信道上其它站點是否在發(fā)送分組。如果信道忙，就暫不發(fā)送。如果信道空閑，則進入發(fā)送處理。 基于隨機訪問的介質訪問控制 局域網(wǎng)信道的介質訪問控制 ? 非堅持 CSMA – 站點發(fā)現(xiàn)信道忙則不再偵聽，等待一個隨機長的時間后，再開始偵聽 /發(fā)送過程。 ? 1－堅持 CSMA – 發(fā)現(xiàn)信道忙則持續(xù)等待，直至信道空閑； – 發(fā)現(xiàn)信道空閑后發(fā)送數(shù)據(jù)（概率為 1）。 ? P－堅持 CSMA – 發(fā)現(xiàn)信道忙則持續(xù)等待，直至信道空閑； – 發(fā)現(xiàn)信道空閑后，以概率 P 發(fā)送數(shù)據(jù)，或以（ 1－ P）概率推遲發(fā)送。 基于隨機訪問的介質訪問控制 局域網(wǎng)信道的介質訪問控制 盡管已發(fā)送前載波監(jiān)聽，但由于通信的隨機性和傳播時延的影響，在一個站點開始發(fā)送后的一段時間內，仍然可能發(fā)生沖突，稱為 “爭用期” 。 1 k m碰 撞A Bt = 0t ＝ τ － δt ＝ 2 τ － δt ＝ τB 發(fā) 送 數(shù) 據(jù)B 檢 測 到 沖 突A 檢 測 到 沖 突A 發(fā) 送 數(shù) 據(jù)基于隨機訪問的介質訪問控制 局域網(wǎng)信道的介質訪問控制 ? CSMA的缺點：當兩 (多 )個站發(fā)生沖突后，各沖突站仍繼續(xù)發(fā)送已遭破壞的數(shù)據(jù)幀。若幀很長，則信道的浪費相當大。 ? CSMA的改進：增加了“沖突檢測”的功能，即改為“ CSMA/CD”。 基于隨機訪問的介質訪問控制 局域網(wǎng)信道的介質訪問控制 ? CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection) ? CSMA/CD的 工作原理 – 載波監(jiān)聽 – 多路訪問 – 沖突檢測 基于隨機訪問的介質訪問控制 局域網(wǎng)信道的介質訪問控制 ? CSMA/CD的 工作原理 – 載波監(jiān)聽： 任一站要發(fā)送信息時，首先要監(jiān)測總線，用來判決介質上有否其他站的發(fā)送信號。如果介質狀態(tài)忙，則繼續(xù)檢測，直到發(fā)現(xiàn)介質空閑。如果檢測介質為空閑，則可以立即發(fā)送。 – 多路訪問： 意思是網(wǎng)絡上所有主機收發(fā)數(shù)據(jù)共同使用同一條總線，且發(fā)送數(shù)據(jù)是廣播式的。 基于隨機訪問的介質訪問控制 局域網(wǎng)信道的介質訪問控制 ? CSMA/CD的 工作原理 – 沖突檢測： 每個站在發(fā)送幀期間，同時具有檢測沖突的能力。一旦檢測到沖突，就立即停止發(fā)送，并向總線上發(fā)一串阻塞信號，通報總線上各站已發(fā)生沖突。 基于隨機訪問的介質訪問控制 局域網(wǎng)信道的介質訪問控制 – Token Bus 在物理總線上建立邏輯環(huán)。 – 邏輯環(huán)上，令牌是站點可以發(fā)送數(shù)據(jù)的必要條件。 – 令牌在邏輯環(huán)中按地址的遞減順序傳送到下一站點。 – 從物理上看，含 DA的令牌幀廣播到 BUS上，所有站點按 DA = 本站地址判斷收否。 令牌總線介質訪問方法 基于輪詢訪問的介質訪問控制 局域網(wǎng)信道的介質訪問控制 –IEEE 牌環(huán)介質訪問控制使用一個令牌沿著環(huán)單向循環(huán)，且應確保令牌在環(huán)中是唯一的。 Token 令牌 基于輪詢訪問的介質訪問控制 令牌環(huán)介質訪問方法 局域網(wǎng)信道的介質訪問控制 ? 網(wǎng)上站點要求發(fā)送幀 ， 必須等待空令牌 。 ? 當獲取空令牌 ， 則將它改為 忙令牌 ， 后隨數(shù)據(jù)幀；環(huán)內其它站點不能發(fā)送數(shù)據(jù) 。 ? 環(huán)上站點接收 、 移位數(shù)據(jù) ， 并進行檢測 。 如果與本站地址相同 ， 則同時接收數(shù)據(jù) ， 接收完成后 ，設置相應標記 。 ? 該幀在環(huán)上循環(huán)一周后 ， 回到發(fā)送站 ， 發(fā)送站檢測相應標記后 ， 將此幀移去 。 ? 將忙令牌 改成 空令牌，繼續(xù)向下一個站點傳送，供后續(xù)站發(fā)送幀。 基于輪詢訪問的介質訪問控制 ? 局域網(wǎng)概述 ? 局域網(wǎng)信道的介質訪問控制 ? 以太網(wǎng)技術 ? 以太網(wǎng)的 MAC層 ? 以太網(wǎng)的組網(wǎng)方式