1、第8章 局域网技术v8.1介质访问控制子层v计算机网络可以分成两类使用点到点连接的网络 广域网使用广播信道（多路访问信道，随机访问信道）的网络局域网v关键问题：如何解决对信道争用v解决信道争用的协议称为介质访问控制协议 MAC（Medium Access Control），是数据链路层协议的一部分Bus networkBus network数据链路层数据链路层物理层物理层网络层网络层介质访问控制介质访问控制MAC逻辑链路控制逻辑链路控制LLCLogical Link Control Media Access Control 向上层提供向上层提供 连接环境连接环境对下层提供对下层提供 访问介质方
2、法访问介质方法局域网的数据链路层模型局域网的数据链路层模型8.1.1 信道分配策略v静态分配策略v动态分配策略1.静态分配策略v频分多路复用 FDM（波分复用WDM）原理：将频带平均分配给每个要参与通信的用户；优点：适合于用户较少，数目基本固定，各用户的通信量都较大的情况缺点：无法灵活地适应站点数及其通信量的变化v时分多路复用 TDM原理：每个用户拥有固定的信道传送时槽优点：适合于用户较少，数目基本固定，各用户的通信量都较大的情况缺点：无法灵活地适应站点数及其通信量的变化2.动态分配信道分配方法v随机访问和控制访问：站点模型v每个站点是独立的，有数据要发送时才占用信道，属异步时分复用。随机访问
3、（争用）v各个站点有数据就发送，冲突后再协调，重发。v适合负载轻的网络，信道利用率低，延迟短访问控制v轮转：每个节点轮流获得信道使用权v预约；先声明，获得使用权再发送v无冲突和碰撞，负载重时信道利用率高，负载轻时效率低。8.1.2介质访问控制协议争用协议无冲突协议有限冲突协议1.争用协议v20世纪70年代，美国夏威夷大学的ALOHA网通过无线广播信道将分散在各个岛屿上的远程终端连接到本部的主机上，是最早采用争用协议的网络。v有两个版本：纯ALOHA协议（Pure ALOHA）：每个站点只要有数据就可发送；通过监听信道来发现是否发生冲突；若冲突，则等待一段随机时间，再重新发送。时隙ALOHA协议
4、（Slotted ALOHA）：将信道时间分为离散的时间片，每个时间片可以用来发送一个帧。一个站点有数据发送时，必须等到下个时间片的开始才能发送。与纯ALOHA相比信道的利用率提高一倍。（1）纯）纯ALOHA站站1站站2站站N1站站N接口接口1625374T0站1站2站N1站N帧到达发送成功发送成功发送成功发送成功发送成功冲突重发冲突重发冲突重发冲突再重发1234567T0T0T0T0v吞吐量吞吐量S：在帧的发送时间T0内成功发送的平均帧数。0S1.v网络负载网络负载 G：在T0内总共发送的平均帧数。包括发送成功的帧和因冲突未发送成功的帧。G=S:未发生冲突，GS：有冲突v在稳定状态下：在稳定
5、状态下：S=G PvP:发送成功的概率v采用定长帧v帧时：发送一帧所需时间阴影帧的易破坏区Vulnerable period for the shaded frame.SG e2G0.100.200.184不稳定区域SG0.51.01.52.0当G=0.5时，S得到最大值：0.184.吞吐量吞吐量（2）时分ALOHAv基本思想将时间分成离散的时间片（slot），每个时间片用来传输一个帧，每个用户只能在一个时间片的开始传送帧，其它与纯ALOHA系统同。该系统要求全局时钟同步。v与纯ALOHA比较，每个帧的易损时间区缩小了，冲突的概率随之减小，因而系统吞吐量随之提高。vS=Ge-G，当G=1时，S
6、达到最大值，为0.368。每一个幀在到达后，一般都要在缓冲区中等待一段时间每一个幀在到达后，一般都要在缓冲区中等待一段时间(该该时间小于时间小于T0),然后在下一时间片开始时才能发送出去。然后在下一时间片开始时才能发送出去。时隙ALOHA的易损时间区t0t0+tt0+2tt0+3t时间易损时间区不会碰撞t图4-4 时分ALOHA系统的易损时间区不会碰撞纯ALOHA和时分ALOHA的性能比较（3）载波侦听多重访问（CSMA）协议v1-坚持CSMA站点在发送数据前先监听信道，若信道忙则坚持监听直至发现信道空闲，一旦信道空闲立即（概率1）发送数据，发现冲突后随机等待一段时间，然后重新开始监听信道。影
7、响协议性能的因素：信号传播延迟，1-坚持的策略。该协议适合于规模较小和负载较轻的网络。v非坚持CSMA站点在发送数据前先监听信道，若信道忙则放弃监听，等待一个随机时间后再监听，若信道空闲则发送数据。信道利用率高于1-坚持CSMA，但延迟特性要差些。1-坚持 CSMA非坚持 CSMAvp-坚持CSMA适用于时分信道。站点在发送数据前先监听信道，信道忙则等到下一个时间片再监听，信道空闲则以概率p发送数据，以概率1-p将发送推迟到下一个时间片。下一个时间片执行相同的操作直至发送成功或检测到信道忙。该协议试图在1-坚持CSMA和非坚持CSMA间取得性能的折衷，影响协议性能的关键在于p的选择。p-坚持
8、CSMA几个CSMA协议的性能比较带有冲突检测的CSMA/CDv工作原理：监听到信道空闲,就立即发送数据，且边发送边监听,若监听到冲突，冲突方立即停止发送，并发送干扰信号串强化冲突，通知全网站点，使信道很快空闲，随后各自等待一段随机时间，发现信道空闲又发送数据，经过几轮竞争后有一个节点发送成功。vCSMA/CD的状态周期：由竞争周期、传输周期和空闲周期交织而成。v冲突检测方法：（1）比较接收到的信号电压的大小 （2）检测曼彻斯特编码的过零点 （3）比较接收到的信号与刚发出的信号CSMA/CD的状态周期AB碰撞t=2 A 检测到发生碰撞 t=B 发送数据B 检测到发生碰撞 t=t=0单程端到端传
9、播时延记为 站点开始发送后最多经2时间就能确认传输是否成功t1 kmABt碰撞t=B 检测到信道空闲发送数据t=/2发生碰撞t=2 A 检测到发生碰撞 t=B 发送数据B 检测到发生碰撞 t=ABABAB t=0 A 检测到信道空闲发送数据ABt=0t=B 检测到发生碰撞停止发送STOPt=2 A 检测到发生碰撞STOPAB单程端到端传播时延记为 v设A，B为网络中相距最远的两个节点，则信号从A到B再回到A所需的时间：vSlot Time 2S/0.7C+2tPHYv为了保证A能够听到与B的碰撞，A发送的时间必须 Slot Time v因此所发的最小帧长Lmin Slot Time Rv2S/
10、0.7C+2tPHY R可以看出可以看出：v最小帧长度不变时，传输速率与网络跨距成反比；最小帧长度不变时，传输速率与网络跨距成反比；v传输率固定时，网络跨距与最小帧长度成正比；传输率固定时，网络跨距与最小帧长度成正比；v网络跨距固定时，传输率与最小帧长度成正比。网络跨距固定时，传输率与最小帧长度成正比。等待的随机时间，用截断的二进制指数退避算法。随机时间的基本单位：为竞争时间片的长度 2 端到端的传播时延(即最远两个站之间的传播时延)退避？算法规则如下：设 1 个时间片等于两站之间的最大传播时延的两倍（2）；(1)当第一次发生冲突时，设置一个参量L=2，(2)退避等待一个随机时间，取值为 1到
11、L 个时间片中的 一个随机数 (3)当再发送帧时若又发生冲突，则L加倍(4)设置一个最大重发次数，超过该次数，则不再重传，并报告出错。2.无冲突协议v位图协议该协议的本质是要求站点在发送前先进行预约，然后在预约的时间里发送数据，该协议不会产生冲突。v二进制倒计数协议每个站发送数据前先发送其二进制地址（长度都相等），这些地址在信道中被线性相加，协议选择其中地址最高的站作为胜出者，允许其继续发送数据。v对不同地址的节点不公平：地址码大者总是优先获得发言权二进制倒计数协议3.有限争用协议v竞争协议：轻负载下延迟特性好，重负载下信道利用率低；v无冲突协议：重负载下信道利用率高，轻负载下延迟特性不好；v
12、有限竞争协议：结合以上两类协议的优点和克服各自的缺点，在轻负载下获得良好的延迟特性，而在重负载下获得较高的信道利用率。v有限竞争协议的基本思想对用户进行分组，每个时隙内只允许一个组的用户竞争信道，通过减少在同一个时隙内竞争信道的用户数来提高竞争成功的概率；组内用户数量随系统负载的变化动态调整，负载越轻用户数越多，负载越重用户数越少，在两个极端上分别退化为竞争协议和无冲突协议；协议的关键就在于如何根据系统负载自适应调整组的划分，将时隙分配给用户。自适应树搜索ABCDEFG7654321层 0层 1层 2层 30时间片0：A以下站点发送，冲突时间片1：B以下站点发送，冲突时间片2：D以下站点发送，
13、无发送时间片3：E以下站点发送，冲突时间片4：2发送，成功时间片5：3发送，成功时间片6：C以下站点发送，无发送q 为了使得不同厂家生产的局域网能够相互连通进行通信，IEEE于1980年2月下设了一个802委员会，专门从事局域网城域网标准的制订，形成的一系列标准统称为IEEE 802标准。q ISO于1984年3月采纳其作为局域网城域网的国际标准系列，称为ISO 8802标准。q IEEE 802标准主要涉及物理层、数据链路层以及网络层的一部分。8.2 IEEE802标准与局域网标准与局域网v局域网的标准：局域网的标准：IEEE802（ISO8802）IEEE802是一个标准系列：是一个标准系
14、列：IEEE802,IEEE802.1IEEE802.14v其体系结构只包含了两个层次：其体系结构只包含了两个层次：数据链路层、物理层数据链路层、物理层数据链路层又分为逻辑链路控制逻辑链路控制和介质访问控制介质访问控制两个子层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层逻辑链路控制逻辑链路控制 LLC介质访问控制介质访问控制 MAC高层高层 OSI IEEE 802物理层物理层PHY由由TCP/IP和和NOS实现实现IEEE802描述了最低两层的功能以及它们为网络层提供的服务和接口8.2.1IEEE802标准概述MAC 子层与 LLC 子层q MAC（Media Access Control）
15、介质访问控制子层，负责解决设备使用共享信道的问题。q LLC（Logical Link Control）逻辑链路控制子层，负责完成通常意义下的数据链路层功能，如差错控制、流量控制等。分成MAC、LLC两个子层的好处q 局域网可采用多种传输介质与拓扑，相应地介质访问控制方法就有多种。将数据链路层分成两个子层，只要设计合理，使得MAC子层向上提供统一的服务接口，就能将底层的实现细节完全屏蔽掉。即：不同的物理网络，物理层与MAC子层不同，而LLC子层相同，网络的上层协议可运行于任何一种IEEE 802标准的局域网上。q 这种分层方法也使得IEEE 802标准具有良好的可扩充性，可以很方便地接纳新的介
16、质与介质访问控制方法。不同的MAC，相同的LLC局域网体系结构局域网体系结构SAP：服务访问点，是低层向高层提供服务的地方应用层 表示层 会话层 运输层 网络层 数据链路层 物理层 LSAP MSAP PSAP E D C B A A B C D E 网际 网际 LLC LLC MAC MAC 物 理 物 理 媒体 NSAP()()()()()()()()()()()()()()()()IEEE 802 标准的范围 OSI参考模型 IEEE 802 LAN&MAN参考模型 IEEE802系列中的主要标准系列中的主要标准v802.2 逻辑链路控制逻辑链路控制v802.3 v802.4 v802.
17、5 v802.6 v802.8 v802.11 WLAN（无线局域网）（无线局域网）IEEE802体系结构示意图体系结构示意图v数据链路层在不同的子标准中定义分别对应于LLC子层和MAC子层 802.3CSMA/CD802.4Token Bus802.5Token Ring802.6DQDB802.8FDDI802.2 LLC数据链路层数据链路层 物理层物理层LLCMAC802.1D Bridge8 0 2 体系结构体系结构PHY网际互联网际互联IEEE 802 标准标准表示会话运输网络链路物理应用802.1802.2802.3 802.4 802.5 802.6ISO/OSI-RM76543
18、21802.9 802.11CSMA/CD标记总线标记 环MANV/D综合LAN无线LAN逻辑链路控制（LLC）（体系结构），网络互连802.7802.8光纤技术宽带技术UTP同轴电缆光缆802.10 网络安全802.12交换LAN8.2.2 IEEE802 逻辑链路控制子层v提供三种服务:v不确认的无连接服务:适用于广播、组播通信，周期性数据采集v确认的无连接服务:适用于传送可靠性和实时性都要求的信息，如告警信息v确认的面向连接的服务:适用于长文件传输 8.2.3 IEEE802.3:CSMA/CDvCSMA/CD网（网（20世纪世纪70年代中期由施乐公司（年代中期由施乐公司（Bob Met
19、calfe）提出，）提出，数据率为数据率为2.94Mb/s，称为，称为Ethernet（以太网）（以太网）v最初人们认为电磁波是通过最初人们认为电磁波是通过“以太以太”来传播的来传播的经经DEC,Intel和和Xerox公司改进为公司改进为10Mb/s标准（标准（DIX标准）标准）v特征：基带传输、总线拓扑、特征：基带传输、总线拓扑、CSMA/CDIEEE 802.3，支持多种传输媒体。，支持多种传输媒体。v“带有冲突检测的载波监听多路访问方法和物理层技术规范带有冲突检测的载波监听多路访问方法和物理层技术规范”Ethernet II和和IEEE 802.3二者区别很小二者区别很小v仅是帧格式和
20、支持的传输介质略有不同仅是帧格式和支持的传输介质略有不同目前已发展到万兆以太网，仍在继续发展目前已发展到万兆以太网，仍在继续发展 IEEE 802.3规定了以太网的规定了以太网的MAC层和物理层，其中物理层规定了其接口层和物理层，其中物理层规定了其接口特性和传输媒介，其规范名称的简写格式包括三部分特性和传输媒介，其规范名称的简写格式包括三部分：传输速率（传输速率（Mbps）+信号方式（基带还是频带）信号方式（基带还是频带）+传输距离（或介质类型）传输距离（或介质类型）数据率（数据率（Mbps）基带或宽带基带或宽带Base，Broad段最大长度（百米）或段最大长度（百米）或介质类型（介质类型（T
21、，F，X）10 Base 51、IEEE802.3 物理层规范物理层规范IEEE802.3的10M可选方案10Base5 粗缆粗缆Ethernet 10Base2 细缆细缆Ethernet 10BaseT 双绞线双绞线 10Broad36 宽带宽带 10BaseF 光缆光缆2.CSMA/CD总线实现模型3.IEEE802.3 MAC帧格式3.IEEE802.3 MAC帧格式帧格式PR：前导码前导码-10101010序列，用于使接收方与发送方同步序列，用于使接收方与发送方同步SFD：帧首定界符帧首定界符 10101011，表示一帧的开始，表示一帧的开始DA/SA：目的：目的/源源MAC地址地址L
22、EN：数据长度（数据部分的字节数），取值范围：数据长度（数据部分的字节数），取值范围：0-1500Type：类型，高层协议标识类型，高层协议标识LLC-PDU（Data）：数据，最少）：数据，最少46字节字节,最多最多1500字节，不够时以字节，不够时以Pad填充填充 Pad：填充字段（可选），其作用是保证帧长不小于填充字段（可选），其作用是保证帧长不小于64字节字节FCS：帧校验序列（帧校验序列（CRC-32）6 6 2 46-1500 4字节字节 FCSSATypeDADataPadEthernetIEEE 802.3 2/6 2/6 2 46-1500 4 字节字节FCSSALENDAL
23、LC-PDUPad 校验区间校验区间64-1518 字节字节PR SFD 7 1PRSFD 7 1用途：保证帧长64字节MAC地址地址v又称为又称为物理地址物理地址，它是网络，它是网络站点的站点的全球全球唯一唯一的的标识标识符，与其物理位置无关符，与其物理位置无关。注意：注意：MACMAC地址是在数据链路层进行处理，而不是在物理地址是在数据链路层进行处理，而不是在物理层。层。v网络站点的每一个网络接口都有一个网络站点的每一个网络接口都有一个MACMAC地址。地址。MACMAC地址大多固化在网络站点的硬件中地址大多固化在网络站点的硬件中v一个站点允许有多个一个站点允许有多个MACMAC地址，个数
24、取决于该站点地址，个数取决于该站点网络接口的个数。例如网络接口的个数。例如安装有多块网卡的计算机；安装有多块网卡的计算机；有多个以太网接口的路由器。有多个以太网接口的路由器。v网络接口的网络接口的MACMAC地址可以认为就是宿主设备的网络地址可以认为就是宿主设备的网络地址。地址。vIEEE802.3IEEE802.3标准规定：标准规定：MACMAC地址的长度为地址的长度为6 6个字节个字节，共，共4848位；位；v可表示可表示2 246467070万亿个地址（有万亿个地址（有2 2位用于特殊用途）位用于特殊用途）高高2424位称为机构惟一标识符位称为机构惟一标识符OUIOUI ，由，由IEEE
25、IEEE统一分统一分配给设备生产厂商配给设备生产厂商；v如如3COM3COM公司的公司的OUI=02608COUI=02608C低低2424位称为扩展标识符位称为扩展标识符EIEI，由厂商自行分配给所，由厂商自行分配给所生产的每一块网卡或设备的网络接口生产的每一块网卡或设备的网络接口。也可以是也可以是2 2个字个字节，但节，但2 2字节的字节的地址很少使用。地址很少使用。I/GOUI（22位）位）G/LEI（24位）位）0=全局管理地址全局管理地址1=本地管理地址（一般不用）本地管理地址（一般不用）0=单播地址单播地址1=组播地址组播地址4.IEEE802.3 MAC子层功能vIEEE802.
26、3 标准提供了MAC子层的功能说明，内容主要有数据封装和媒体访问管理两个方面。数据封装(发送和接收数据封装)包括成帧(帧定界和帧同步)、编址(源地址及目的地址的处理)和差错检测(物理媒体传输差错的检测)等；媒体访问管理包括媒体分配和竞争处理。LLC子层对LLC子层的访问发送数据封装 接收数据封装MAC子层发送介质访问管理 接收介质访问管理对物理接口的访问发送数据编码 接收数据编码物理层收发信号PLS8.2.4 IEEE802.4 令牌总线 v令牌总线访问控制方式是在综合了CSMA/CD访问控制方式和令牌环访问控制方式的优点基础上形成的一种介质访问控制方式。v令牌总线控制方式主要用于总线型或树型
27、网络结构中。该方式是在物理总线上建立一个逻辑环。一个总线结构网络，如果指定每一个站点在逻辑上相互连接的前后地址，就可构成一个逻辑环。如图中ABDEA（C站点没有连入令牌总线中）。A前E后BC前无后无E前D后AB前A后DD前B后EBUS总线结构中的令牌环总线结构中的令牌环1令牌总线工作原理令牌总线工作原理v令牌令牌:得到令牌的站点才能发送信息，其余只能接收。得到令牌的站点才能发送信息，其余只能接收。vCSMA/CD简单，可靠，但冲突严重时网络效率下降，不简单，可靠，但冲突严重时网络效率下降，不可用于重载与远程控制及有实时传送可用于重载与远程控制及有实时传送(优先级控制优先级控制)要求的场要求的场
28、合。合。v令牌总线避免冲突，令牌同时发给所有站点，只有与令牌中令牌总线避免冲突，令牌同时发给所有站点，只有与令牌中的目标地址相符的一个站点获得令牌（即发送权），获得令的目标地址相符的一个站点获得令牌（即发送权），获得令牌的站点可以发送数据，发送完数据后，将转发令牌发给下牌的站点可以发送数据，发送完数据后，将转发令牌发给下一站点（令牌中的目标地址是按站址顺序递减，形成所谓一站点（令牌中的目标地址是按站址顺序递减，形成所谓“逻辑环逻辑环”）。）。v优点：优点：重载效率高，在总线型拓重载效率高，在总线型拓扑中实现无传送冲突并提供了优扑中实现无传送冲突并提供了优先级控制功能，有一定实时性。先级控制功能
29、，有一定实时性。v缺点：缺点：轻载延迟大效率低（等待轻载延迟大效率低（等待令牌），网络管理比较复杂（令令牌），网络管理比较复杂（令牌维护，在逻辑环中增、删站牌维护，在逻辑环中增、删站点）。点）。2.故障处理v逻辑环中断v令牌丢失v重复令牌A前E后BC前无后无E前D后AB前A后DD前B后EBUS8.2.5 IEEE802.5 令牌环令牌环 1.令牌环工作原理令牌环工作原理在令牌环网中，令牌有在令牌环网中，令牌有“忙（忙（BusyBusy）”和和“空闲（空闲（FreeFree）”两两种状态。种状态。初始令牌由监控站点生成后，沿环路固定方向绕行，初始令牌由监控站点生成后，沿环路固定方向绕行，得到空令
30、牌的站点才能发送信息，其余只能接收。空令牌环行得到空令牌的站点才能发送信息，其余只能接收。空令牌环行时，取得令牌者将令牌时，取得令牌者将令牌freebusyfreebusy，并将欲传送的信息包附在，并将欲传送的信息包附在令牌上环行，地址相符的站点考贝信息包的数据同时在信息包令牌上环行，地址相符的站点考贝信息包的数据同时在信息包上做应答标志，继续往下转发令牌及信息包。令牌回到发送站上做应答标志，继续往下转发令牌及信息包。令牌回到发送站点后不管发送成功与否均被释放（点后不管发送成功与否均被释放（freefree）并转给下一站点）并转给下一站点若需继续发送必须等待下一轮令牌的到来（即不得独占）。若需
31、继续发送必须等待下一轮令牌的到来（即不得独占）。v 优点优点v无传送冲突，可提供优先级控制，实时性最好，重载下无传送冲突，可提供优先级控制，实时性最好，重载下效率反而更高。效率反而更高。v主要优点：可调整性，确定性主要优点：可调整性，确定性v缺点缺点v轻载延迟大效率低（等待令牌），有令牌维护要求（避轻载延迟大效率低（等待令牌），有令牌维护要求（避免令牌丢失或重复），控制电路较复杂。免令牌丢失或重复），控制电路较复杂。v主要缺点：令牌维护复杂主要缺点：令牌维护复杂（1）环长的比特度量）环长的比特度量v环的长度往往折算成比特数来度量，以比特度量的环长反映了环上能容纳的比特数量。假如某站点从开始发送
32、数据帧到该帧发送完毕所经历的时间，等于该帧从开始发送经循环返回到发送站点所经历的时间，则数据帧的所有比特正好布满整个环路。v实际操作过程中，环路上的每个接口都会引入延迟。一般，环路上每个接口相当于增加1位延迟。由此，可给出以比特度量的环长计算式：v环的比特长度v=信号传播时延数据传输速率接口延迟位数v=环路媒体长度5(s/Km)数据传输速率接口延迟位数v式中5s/Km即信号传播速度200m/s的倒数。（2）环形网络）环形网络（1）网络空闲时，只有一个令牌在环路上绕行。令牌是一个特殊的比特模式，其中包含一位“令牌/数据帧”标志位，标志位为“0”表示该令牌为可用的空令牌，标志位为“1”表示有站点正
33、占用令牌在发送数据帧。（2）当一个站点要发送数据时，必须等待并获得一个令牌，将令牌的标志位置为“1”，随后便可发送数据。（3）环路中的每个站点边转发数据，边检查数据帧中的目的地址，若为本站点的地址，便读取其中所携带的数据（4）数据帧绕环一周返回时，发送站将其从环路上撤消。同时根据返回的有关信息确定所传数据有无出错。若有错则重发存于缓冲区中的待确认帧，否则释放缓冲区中的待确认帧。（5）发送站点完成数据发送后，重新产生一个令牌传至下一个站点，以使其它站点获得发送数据帧的许可权。（3）令牌环的维护）令牌环的维护v令牌环的故障：令牌丢失和数据帧无法撤消。v解决方法：通过在环路上指定一个站点作为主动令牌
34、管理站。v主动令牌管理站通过一种超过机制来检测令牌丢失的情况，该超时值比最长的帧为完全遍历环路所需的时间还要长一些。如果在该时段内没有检测到令牌，便认为令牌已经丢失，管理站将清除环路上的数据碎片，并发出一个令牌。v为了检测到一个持续循环的数据帧，管理站在经过的任何一个数据帧上置其监控位为1，如果管理站检测到一个经过的数据帧的监控拉的已经置为1，便知道有某个站未能清除自己发出的数据帧，管理站将清除环路的残余数据，并发出一个令牌。2.IEEE802.5 令牌环令牌环vIEEE 802.5标准规定了令牌环的媒体访问控制子层和物理层所使用的协议数据单元格式和协议，规定了相邻实体间的服务及连接令牌环物理
35、媒体的方。（3）三种局域网标准比较复杂度有无冲突轻负载时性能重负载时性能优先级控制IEEE802.3简单有好差无IEEE802.4复杂无一般好好IEEE802.5复杂无效率低好差v802.3802.3优点优点v使用最为广泛；使用最为广泛；v算法简单；算法简单；v站点可以在网络运行中安装；站点可以在网络运行中安装；v使用无源电缆；使用无源电缆；v轻负载时，延迟为轻负载时，延迟为0 0。缺点缺点v使用模拟器件，每个站点在发送的同时要检测冲突；使用模拟器件，每个站点在发送的同时要检测冲突；v最短帧长最短帧长6464字节，对于短数据来讲开销太大；字节，对于短数据来讲开销太大；v无优先级，发送是非确定性
36、的，不适合于实时工作；无优先级，发送是非确定性的，不适合于实时工作；v电缆最长电缆最长25002500米（使用中继器）；米（使用中继器）；v速率提高时，帧传输时间减少，竞争时间不变（速率提高时，帧传输时间减少，竞争时间不变（2），效，效率降低；率降低；v重负载时，冲突严重。重负载时，冲突严重。v802.4优点优点v发送具有确定性，支持优先级，可处理短帧；发送具有确定性，支持优先级，可处理短帧；v使用宽带电缆，支持多信道；使用宽带电缆，支持多信道；v重负载时，吞吐量和效率较高。重负载时，吞吐量和效率较高。缺点缺点:v使用大量的模拟装置；使用大量的模拟装置；v协议复杂；协议复杂；v轻负载时，延迟大
37、；轻负载时，延迟大；v很难用光纤实现。很难用光纤实现。v802.5优点优点v使用点到点连接，完全数字化；使用点到点连接，完全数字化；v使用线路中心，自动检测和消除电缆故障；使用线路中心，自动检测和消除电缆故障；v支持优先级，允许短帧，但受令牌持有时间限制，不允许任意支持优先级，允许短帧，但受令牌持有时间限制，不允许任意长的帧；长的帧；v重负载时，吞吐量和效率较高。重负载时，吞吐量和效率较高。缺点缺点v中央监控；中央监控；v轻负载时，延迟大。轻负载时，延迟大。8.2.6 IEEE802.6 分布队列双总线DQDB一、DQDB概述分布式队列双总线DQDB(distributed queue dua
38、l bus)是由IEEE8026分委员会制定的城域标准。DQDB所追求的目标是大的地理范围内提供综合服务，DQDB一开始就提供申路交换和分组交换服务。1.DQDB的主要特性 使用双总线结构,每条总线都可以独立运行；使用802.2LLC标准，与IEEE802局域网兼容；可以使用多种传揄媒体.包括光纤、微波和同轴电缆等;采用构成回路的双总线拓扑,确保容错能力;数据率为34155Mbps或更高；同时支持等时电路交换和分组交换;.理论上网络运行与工作站的数目无关。但IEEE802.6标准还 是对DQDB作了限制,即点数512个、范围160km，数据率 155Mbps。2.DQDB的应用 城域网MAN是
39、一个覆盖一个城市的很大的局域网,它以光纤能提供的速率传输数据,典型的城域网在在大范围内将多个局域且随来。一个城域网既可以是公用网，也可以是专用主干网。vDQDB城域网中的两条总线均有一个端点（head-end），这是个启动传输活动的设备。如果目的计算机在发送者的右面，则使用上方的总线；否则使用下方的总线。MAN的关键之处是使用了广播式介质（使用两条电缆），所有的计算机都连结在上面。总线B上的流向总线A上的流向首端首端几个名词几个名词：v信元:固定为53个字节，其中44字节为数据。vRC:请求计数器，对本站下方的未响应的请求进行计数。每收到一个请求，RC1，每过去一个空信元RC1.vCD：倒计数
40、计数器，当本站要发送数据时，停止RC计数，并将RC值复制到CD中。然后RC置零，重新对请求进行计数。同时，每过去一个空信元，CD1，当CD0时本站拿到空信元时发送，发送完毕，回到初始状态。8.3 8.3 高速局域网高速局域网 8.3.1 FDDI8.3.1 FDDI环网环网v是一种使用多模光纤多模光纤作为传输介质的令牌环形网。v使用双环拓扑结构双环拓扑结构，以确保网络具有容错容错能力。v使用基于基于IEEE 802.5令牌环标准令牌环标准的MAC协议，上层仍采用与其它局域网相同的逻辑链路控制LLC协议，分组最大长度为4500字节。v对IEEE 802.5的令牌传递方式进行改进改进，形成了新的定
41、时令牌协议，实现了网上同时同时传达输多个数据帧多个数据帧的功能。vFDDI数据速率为 100Mbps，光信号码元的传输速率为125 Mbaud。v可安装1000个物理连接或500个双连接站，最大站间距离最大站间距离2km(多模光纤)，环路长度环路长度 100km(及光纤总长度200 km)。vFDDI主要是用作校园环境的主干网校园环境的主干网，也常被划分在城域网城域网MAN的范围。FDDI 环路重构 容错当站出现故障或链路断开时具有自恢复能力，使网络继续工作。（a）正常情况（b）链路出故障（c）站点出故障FDDI使用的编码v FDDI在 物理层使用 4B/5B 编码方案。四位一组的比特数据五位
42、代码 如：1000 10010 每个5位编码中至少有两个1，以保证光信号中至少有两次跳变，以便接收端提取时钟。因此，FDDI采用分布式时钟。v 数据经4B/5B编码后还要进一步使用NRZ-I来编码。NRZ-I：NRZ的一种变形，在位单元开始处有跳变表示“1”，无跳变表示“0”。FDDI MAC帧格式FDDI 媒体访问控制方式v与IEEE 802.5相似之处：当某站获得令牌后方可发送数据。v与IEEE 802.5不同之处：FDDI网络中虽然也只有一个令牌，但源站发完数据帧后立即产生空闲令牌，下一站获得该空闲令牌后就可发送数据帧，而此时前一个站发出的帧可能还没有到达它的源站，因此环中可能同时存在多
43、帧数据同时传输，大大提高了传输效率。100BASE-T 以太网的特点v保留保留CSMA/CD介质访问控制方法介质访问控制方法v可在全双工方式下工作而无冲突发生。可在全双工方式下工作而无冲突发生。vMAC 帧格式仍然是帧格式仍然是 802.3 标准规定的。标准规定的。v保持最短帧长不变（保持最短帧长不变（64字节），但将一个网段的最字节），但将一个网段的最大电缆长度减小到大电缆长度减小到 100 m。v帧间时间间隔从原来的帧间时间间隔从原来的 9.6 s 改为现在的改为现在的 0.96 s。三种不同的物理层标准：三种不同的物理层标准：v100BASE-TX使用 2 对 UTP 5 类线或屏蔽双绞
44、线 STP。v100BASE-FX 使用 2 对光纤。v100BASE-T4使用 4 对 UTP 3 类线或 5 类线。v万兆位以太网标准物理层的5种具体的接口：v1550nmLAN接口、1310nm宽频波分复用（WWDM）LAN接口、850nmLAN接口、1550nmWAN接口和1310nmWAN接口。v850nmLAN接口适于用在50/125m多模光纤上，最大传输距离为65m。50/125m多模光纤现在已用得不多。v1310nm宽频波分复用（WWDM）LAN接口适于用在66.5/125m的多模光纤上，传输距离为300m。66.5/125m的多模光纤又叫FDDI光纤，是目前使用得最广泛的多模
45、光纤。v1550nmWAN接口和1310nmWAN接口适于在单模光纤上进行长距离的城域网和广域网数据传输，1310nmWAN接口支持的传输距离为10km，1550nmWAN接口支持的传输距离为40km。8.3.5 8.3.5 交换式以太网交换式以太网在交换式以太网中，采用以太交换机作为网络设备，网络拓扑为星型结在交换式以太网中，采用以太交换机作为网络设备，网络拓扑为星型结构，站点可采用全双工方式进行通信，允许多个站点同时交换数据。构，站点可采用全双工方式进行通信，允许多个站点同时交换数据。映射表端口地址12346785ABCD12345678交换网络缓冲区缓冲区ABCD以太交换机以太交换机以太
46、交换机结构以太交换机结构节点节点A节点节点B节点节点C节点节点D节点节点E节点节点F交换式局域网交换式局域网局域网交换机局域网交换机节点节点A节点节点B节点节点C节点节点D节点节点E共享介质局域网共享介质局域网共享介质方式与交换方式局域网工作原理的区别共享介质方式与交换方式局域网工作原理的区别8.4 无线局域网技术v无线局域网(WLAN):即采用无限传输介质的局域网。其主要目的是弥补有线局域网存在的不足（某些环境和场合不适合布线或无法布线），提高网络的覆盖面。v无线局域网标准目前支持无线局域网的技术标准主要有：IEEE802.11系列HomeRF技术（用于家庭无线网络）蓝牙技术无线局域网优点v
47、安装快捷v使用灵活v经济节约v易于扩展无线局域网技术要求v（1）可靠性：无线局域网的系统分组丢失率应该低于10-5，误码率应该低于10-8。v（2）兼容性：对于室内使用的无线局域网，应尽可能使其跟现有的有线局域网在网络操作系统和网络软件上相互兼容。v（3）数据速率：为了满足局域网业务量的需要，无线局域网的数据传输速率应该在1Mbps以上。v（4）通信保密：由于数据通过无线介质在空中传播，无线局域网必须在不同层次采取有效的措施以提高通信保密和数据安全性能。v（5）移动性：支持全移动网络或半移动网络。v（6）节能管理：当无数据收发时使站点机处于休眠状态，当有数据收发时再激活，从而达到节省电力消耗的
48、目的。v（7）小型化、低价格：这是无线局域网得以普及的关键。v（8）电磁环境：无线局域网应考虑电磁对人体和周边环境的影响问题。无线局域网设备v无线网卡 PCMCIAv无线访问接入点（AP）：进行数据发送和接收的集中设备，相当于有线网络中的集线器。v无线网桥：主要用于无线或有线局域网之间的互连。v无线路由器：集成了无线AP的接入功能和路由器的第三层路径选择功能。无线路由器无线网桥无线网桥v天线（Antenna）定向天线室内壁挂扇区天线 全向天线v8.4.2 IEEE802.11协议v1.802.11物理层实现方式v在物理层定义了数据传输的信号特征和调制方法，定义了2个射频传输技术和1个红外线传输
49、规范共3种不同的物理层实现方式。RF传输标准是直接序列扩频DSSS和跳频扩频FHSS。v接入速率有1Mbit/s和2Mbit/s两种。v2.MAC结构及服务内容vMAC子层负责解决客户端工作站和访问接入点之间的连接。v提供的服务有：安全服务、MAC服务数据单元重新排序服务和数据服务。v3.CSMA/CA协议 v采用了与CSMA/CD相类似的载波监听多路访问/冲突防止协议实现介质资源共享。CSMA/CA利用确认信号来避免冲突的发生，只有当客户端收到网络上返回的确认信号后才确认送出的数据已经正确到达目的。vCSMA/CA采用能量检测（ED）、载波检测（CS）和能量载波混合检测3种检测信道空闲的方式
50、。覆盖范围8.4.3 IEEE802.11系列标准1 Gb/s100 Mb/s10 Mb/s1 Mb/s100 kb/s10 kb/s用户数据率PAN LAN MAN WAN802.15.4ZigBee802.15.1蓝牙802.15.3超宽带802.11g,a802.11b802.162G移动通信3G移动通信4G移动通信Wi-FiWiMAXv1.IEEE 802.11bv工作于开放的2.4GHz频点，关键技术之一是采用补偿码键控CCK调制技术，可以实现动态速率转换。支持的范围在室外为300m，在办公环境中最长为100m。最多3个访问点可以同时定位于有效使用范围中，以支持上百个用户。v2.IE
