1、第五章 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與訪問(wèn)控制主要內(nèi)容:ALOHA訪問(wèn)控制方式 環(huán)網(wǎng)訪問(wèn)控制方式 星型結(jié)構(gòu)訪問(wèn)控制方式 講授安排:學(xué)時(shí):3學(xué)時(shí)重點(diǎn): 15.2幾種常見(jiàn)的局域網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)點(diǎn)到點(diǎn)直接連接方式特點(diǎn):任意兩臺(tái)計(jì)算機(jī)之間都有一條專用的通道連接。不需要復(fù)雜的訪問(wèn)控制技術(shù);計(jì)算機(jī)只要能處理接收和發(fā)送中斷，以及識(shí)別編碼同步信號(hào)和處理編碼傳輸錯(cuò)誤就行了。N臺(tái)計(jì)算機(jī)之間的連接數(shù):y = (n2-n)/2 25.2幾種常見(jiàn)的局域網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)總線結(jié)構(gòu)特點(diǎn):邏輯上由一根共享電纜以及與其連接的計(jì)算機(jī)構(gòu)成;由于用基帶信號(hào)傳送，因此，傳輸距離較近。但用戶可用信號(hào)增幅裝置-中繼器（Repeater)拓展傳輸距離; 總線結(jié)構(gòu)（型）局

2、網(wǎng)的代表是以太網(wǎng)（Ethernet）。最早在70年代初由美國(guó)Xerox公司首先研制成功,傳輸速率10Mbps,目前速率1000 Mbps(Gihabit Ethernet，GE）、萬(wàn)兆以太網(wǎng)。物理形態(tài):利用HUB或交換機(jī)組網(wǎng)或拓展網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍35.2幾種常見(jiàn)的局域網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中繼器45.2幾種常見(jiàn)的局域網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)環(huán)型結(jié)構(gòu):特點(diǎn):用電纜或光纖把一臺(tái)臺(tái)的計(jì)算機(jī)串接起來(lái)形成一個(gè)圓環(huán)；環(huán)型結(jié)構(gòu)局域網(wǎng)例子有：令牌環(huán)（Token Ring）網(wǎng)FDDI（Fiber Distributed Data Interconnect）網(wǎng)。 55.2幾種常見(jiàn)的局域網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)星型結(jié)構(gòu)：特點(diǎn)：存在著一個(gè)中央控制點(diǎn)，和星型結(jié)構(gòu)

3、網(wǎng)絡(luò)連接的計(jì)算機(jī)必須要通過(guò)這個(gè)中央控制點(diǎn)才能在互相之間形成可以通信的信道； 是一種較新的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，具有分組轉(zhuǎn)發(fā)速度快的優(yōu)點(diǎn)。星型結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)例子有ATM交換機(jī)組成的網(wǎng)絡(luò)和交換式以太網(wǎng) 。65.3 ALOHA訪問(wèn)控制方式ALOHA (Additive Link On-line Hawaii system)特點(diǎn):夏威夷方言“你好”的意思，70年代初期在夏威夷大學(xué)開(kāi)發(fā)成功的；所有計(jì)算機(jī)站點(diǎn)以同等權(quán)限共享一條無(wú)線電信道（頻段），每臺(tái)接入的計(jì)算機(jī)隨機(jī)地向該信道發(fā)送信息分組；問(wèn)題：只能工作在負(fù)載不是很大的場(chǎng)合，當(dāng)負(fù)載稍大些時(shí)沖突將很頻繁，因而其吞吐量不大。 75.3 ALOHA訪問(wèn)控制方式時(shí)隙ALOHA的

4、工作原理：時(shí)間分為若干個(gè)時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙至少可以發(fā)送一幀數(shù)據(jù)，無(wú)論幀在時(shí)隙的什么時(shí)間到達(dá)，都只能在下一個(gè)時(shí)隙開(kāi)始時(shí)才幀發(fā)送出去。 時(shí)隙ALOHA系統(tǒng)在負(fù)載不是很大時(shí)，性能時(shí)很好的，幾乎不需任何而外開(kāi)銷就能將幀發(fā)送成功，但當(dāng)負(fù)載變大時(shí)，沖突仍很頻繁。85.3 ALOHA訪問(wèn)控制方式以TDMA為基礎(chǔ)的預(yù)約ALOHA訪問(wèn)控制方式：以N個(gè)時(shí)隙為周期，前N-1個(gè)時(shí)隙一次分配給共享該信道的站點(diǎn)，剩下的一個(gè)時(shí)隙則由所有站點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)使用。如果某站點(diǎn)在分配給它的時(shí)隙內(nèi)無(wú)數(shù)據(jù)可傳，則該時(shí)隙空轉(zhuǎn)。其它站點(diǎn)則可再下一個(gè)周期時(shí)按純ALOHA方式隨機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)搶占該時(shí)隙。站點(diǎn)對(duì)固定分配的時(shí)隙擁有最高的使用優(yōu)先權(quán)。性能在輕載時(shí)不如

5、時(shí)隙ALOHA的性能好。但在負(fù)載較大時(shí)，由于競(jìng)爭(zhēng)發(fā)生不多，將會(huì)使得網(wǎng)絡(luò)工作比較穩(wěn)定以及吞吐率較高。9最初的以太網(wǎng)是將許多計(jì)算機(jī)都連接到一根無(wú)源總線上 B向 D發(fā)送數(shù)據(jù) C D A E匹配電阻（用來(lái)吸收總線上傳播的信號(hào)）匹配電阻不接受不接受不接受接受B只有 D 接受B 發(fā)送的數(shù)據(jù)5.4 總線型局域網(wǎng)訪問(wèn)控制方式10總線上的每臺(tái)計(jì)算機(jī)都能檢測(cè)到 B 發(fā)送的數(shù)據(jù)信號(hào)。 由于只有計(jì)算機(jī) D 的地址與數(shù)據(jù)幀首部寫(xiě)入的地址一致，因此只有 D 才接收這個(gè)數(shù)據(jù)幀。 其他所有的計(jì)算機(jī)（A, C 和 E）都檢測(cè)到不是發(fā)送給它們的數(shù)據(jù)幀，因此就丟棄這個(gè)數(shù)據(jù)幀而不能夠收下來(lái)。具有廣播特性的總線上實(shí)現(xiàn)了一對(duì)一的通信。以

6、太網(wǎng)的廣播方式發(fā)送5.4 總線型局域網(wǎng)訪問(wèn)控制方式11總線式以太網(wǎng)的基本通信特征采用無(wú)連接的工作方式，即不必先建立連接就可以直接發(fā)送數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)發(fā)送本質(zhì)上具廣播特征；數(shù)據(jù)幀不編號(hào)，也不要求對(duì)方發(fā)回確認(rèn)；采用CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)協(xié)議來(lái)協(xié)調(diào)如何使用總線。5.4 總線型局域網(wǎng)訪問(wèn)控制方式12載波監(jiān)聽(tīng)多點(diǎn)接入/碰撞檢測(cè)CSMA/CD（1）協(xié)議的基本內(nèi)容 多點(diǎn)接入：許多計(jì)算機(jī)同時(shí)連接在一根總線上。 載波監(jiān)聽(tīng)：在發(fā)送數(shù)據(jù)前，需檢查總線上是否有其他計(jì)算機(jī)在發(fā)送數(shù)據(jù)，有則暫時(shí)不發(fā)送數(shù)據(jù)，以免發(fā)生碰撞。 碰

7、撞檢測(cè)：邊發(fā)送數(shù)據(jù)邊檢測(cè)信道上的信號(hào)電壓大小，以檢查是否發(fā)生“碰撞”或“沖突”，有則立即停止發(fā)送，等待一段隨機(jī)時(shí)間后再發(fā)送。碰撞檢測(cè)的基本原理5.4 總線型局域網(wǎng)訪問(wèn)控制方式13（2）協(xié)議實(shí)現(xiàn)需考慮的幾個(gè)主要問(wèn)題當(dāng)信道不空閑時(shí)”，發(fā)送站點(diǎn)干什么？什么情況下會(huì)發(fā)生“碰撞”或“沖突”？發(fā)生“碰撞”或“沖突”后如何處理？ABCDE5.4 總線型局域網(wǎng)訪問(wèn)控制方式14（3）“信道不空閑時(shí)”時(shí)的幾種處理技術(shù)a.非堅(jiān)持技術(shù)：（Non persistent）又稱為0-堅(jiān)持。思想：希望發(fā)送數(shù)據(jù)的站點(diǎn)一旦監(jiān)聽(tīng)到信道忙(即發(fā)現(xiàn)有其它站在發(fā)送數(shù)據(jù))，就不再堅(jiān)持聽(tīng)下去，而是根據(jù)協(xié)議制定的相關(guān)策略延遲一個(gè)隨機(jī)的時(shí)間后再

8、重新監(jiān)聽(tīng)。 非堅(jiān)持方法無(wú)法把信道從“不空變空”的那一時(shí)刻找出來(lái)，從而一定程度上降低了信道的利用率。ABCDE分析：5.4 總線型局域網(wǎng)訪問(wèn)控制方式15b.恒堅(jiān)持技術(shù)：恒堅(jiān)持(persistent)又稱為1-堅(jiān)持。思想：希望發(fā)送數(shù)據(jù)的站點(diǎn)監(jiān)聽(tīng)到信道忙時(shí)，仍繼續(xù)監(jiān)聽(tīng)下去，一旦發(fā)現(xiàn)信道空閑則立即搶占。分析：若有兩個(gè)或更多的站點(diǎn)同時(shí)在監(jiān)聽(tīng)信道，一旦信道空閑，兩個(gè)或更多的站點(diǎn)同時(shí)搶占信道的結(jié)果是必然導(dǎo)致碰撞發(fā)生，反而不利于信道吞吐率的提高。 CSMA/CD采用的就是這種技術(shù)。5.4 總線型局域網(wǎng)訪問(wèn)控制方式16（4）什么情況下會(huì)發(fā)生“碰撞”或“沖突”？至少存在兩種情況會(huì)導(dǎo)致沖突產(chǎn)生：當(dāng)兩個(gè)以上的站點(diǎn)同時(shí)

9、監(jiān)聽(tīng)到信道空閑，且同時(shí)搶占信道時(shí)，“碰撞”或“沖突”即會(huì)發(fā)生。由于信號(hào)在信道傳輸上存在傳輸延遲，從而為“碰撞”或“沖突”發(fā)生帶來(lái)可能。(此種情況是由于監(jiān)聽(tīng)到信道為空是發(fā)生的)5.4 總線型局域網(wǎng)訪問(wèn)控制方式171 kmABt碰撞t = B 檢測(cè)到信道空閑發(fā)送數(shù)據(jù)t = / 2發(fā)生碰撞t = 2 A 檢測(cè)到發(fā)生碰撞 t = B 發(fā)送數(shù)據(jù)B 檢測(cè)到發(fā)生碰撞 t = ABABAB t = 0 A 檢測(cè)到信道空閑發(fā)送數(shù)據(jù)ABt = 0t = B 檢測(cè)到發(fā)生碰撞停止發(fā)送STOPt = 2 A 檢測(cè)到發(fā)生碰撞STOPAB單程端到端傳播時(shí)延記為 184. 爭(zhēng)用期a.爭(zhēng)用期的定義 對(duì)CSMA/CD協(xié)議而言，由

10、于參與信道爭(zhēng)用的任一站點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)幀后至多經(jīng)過(guò)2時(shí)間就可知道是否發(fā)生碰撞。因而將該時(shí)間稱為爭(zhēng)用期。爭(zhēng)用期的兩種描述：以太網(wǎng)上任一結(jié)點(diǎn)均能檢測(cè)出沖突發(fā)生所需的時(shí)間。以太網(wǎng)端到端的最大往返時(shí)延。5.4 總線型局域網(wǎng)訪問(wèn)控制方式19二進(jìn)制指數(shù)類型退避算法 (truncated binary exponential type)發(fā)生碰撞的站在停止發(fā)送數(shù)據(jù)后，要推遲（退避）一個(gè)隨機(jī)時(shí)間才能再發(fā)送數(shù)據(jù)。這樣做可以減少再次沖突的概率。確定基本退避時(shí)間，一般是取為爭(zhēng)用期 2定義參數(shù) k ，k 10，即 k = Min重傳次數(shù), 10從整數(shù)集合0,1, (2 k 1)中隨機(jī)地取出一個(gè)數(shù)，記為 r。重傳所需的時(shí)延就

11、是 r 倍的基本退避時(shí)間。重傳的次數(shù)越多，說(shuō)明要傳輸數(shù)據(jù)的站點(diǎn)越多，沖突后應(yīng)該從更長(zhǎng)的等待時(shí)間集合中選擇等待時(shí)間，降低再次沖突的可能。當(dāng)重傳達(dá) 16 次仍不能成功時(shí)即丟棄該幀，并向高層報(bào)告。5.4 總線型局域網(wǎng)訪問(wèn)控制方式20爭(zhēng)用期的長(zhǎng)度 以太網(wǎng)取 51.2 s 為爭(zhēng)用期的長(zhǎng)度。需要指出，以太網(wǎng)的端到端的時(shí)延并不等于爭(zhēng)用期的一半。爭(zhēng)用期被規(guī)定為51.2us,不僅是考慮了端到端的時(shí)延，而且還考慮了其他的許多因素，如轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延，以及強(qiáng)化碰撞的干擾信號(hào)的持續(xù)時(shí)間等。對(duì)于 10 Mb/s 以太網(wǎng)，在爭(zhēng)用期內(nèi)可發(fā)送512 bit，即 64 字節(jié)。以太網(wǎng)在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，若前 64 字節(jié)沒(méi)有發(fā)生沖突，則后續(xù)的數(shù)

12、據(jù)就不會(huì)發(fā)生沖突。 5.4 總線型局域網(wǎng)訪問(wèn)控制方式21最短有效幀長(zhǎng) 如果發(fā)生沖突，一定是發(fā)送的前 64 字節(jié)之內(nèi)。 由于一檢測(cè)到?jīng)_突就立即中止發(fā)送，這時(shí)已經(jīng)發(fā)送出去的數(shù)據(jù)一定小于 64 字節(jié)。 以太網(wǎng)的最短有效幀長(zhǎng)為 64 字節(jié)，凡長(zhǎng)度小于 64 字節(jié)的幀都是由于沖突而異常中止的無(wú)效幀。 當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)的站一旦發(fā)現(xiàn)發(fā)生了碰撞時(shí)，除了立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)外，還要再繼續(xù)發(fā)送若干比特的人為干擾信號(hào)(jamming signal)，以便讓所有用戶都知道現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)生了碰撞。 5.4 總線型局域網(wǎng)訪問(wèn)控制方式22數(shù)據(jù)幀干擾信號(hào)TJ人為干擾信號(hào) ABTBtB 發(fā)送數(shù)據(jù)A 檢測(cè)到?jīng)_突開(kāi)始沖突信道占用時(shí)間A 發(fā)送數(shù)據(jù)

13、B 也能夠檢測(cè)到?jīng)_突，并立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)幀，接著就發(fā)送干擾信號(hào)。這里為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，只畫(huà)出 A 發(fā)送干擾信號(hào)的情況。235、傳統(tǒng)以太網(wǎng)的連接方法 傳統(tǒng)以太網(wǎng)可使用的傳輸媒體有四種：銅纜（粗纜或細(xì)纜）銅線（雙絞線）光纜10BASE5粗纜10BASE2細(xì)纜10BASE-T雙絞線10BASE-F光纜以太網(wǎng)媒體接入控制 MAC得到以太網(wǎng)的四種不同的物理層。 5.4 總線型局域網(wǎng)訪問(wèn)控制方式24銅纜或銅線連接到以太網(wǎng)的示意圖 主機(jī)箱收發(fā)器電纜網(wǎng)卡插入式分接頭MAUMDI保護(hù)外層外導(dǎo)體屏蔽層內(nèi)導(dǎo)體收發(fā)器DB-15連接器主機(jī)箱BNC T 型接頭BNC 連接器插口主機(jī)箱雙絞線集線器RJ-45插頭5.4 總線型局

14、域網(wǎng)訪問(wèn)控制方式25以太網(wǎng)的最大作用距離 250 m750 m500 m500 m500 m50 m50 m50 m網(wǎng)段 1轉(zhuǎn)發(fā)器網(wǎng)段 2網(wǎng)段 3轉(zhuǎn)發(fā)器轉(zhuǎn)發(fā)器轉(zhuǎn)發(fā)器任意兩個(gè)站之間可有三個(gè)同軸段接到轉(zhuǎn)發(fā)器的鏈路總長(zhǎng)度不操過(guò)1000m單網(wǎng)段長(zhǎng)度不操超過(guò)500m (粗纜)或185m(細(xì))一個(gè)網(wǎng)上的站點(diǎn)總數(shù)不超過(guò)1024，每個(gè)網(wǎng)段上的站點(diǎn)不超過(guò)1005.4 總線型局域網(wǎng)訪問(wèn)控制方式26以太網(wǎng)的常用標(biāo)記方法5.4 總線型局域網(wǎng)訪問(wèn)控制方式27細(xì)纜以太網(wǎng) 10BASE2 直徑為 5 mm 的細(xì)同軸電纜(特性阻抗仍為 50 ) 將MAU 和MDI都安裝在網(wǎng)卡上，取消了外部的 AUI電纜。 細(xì)纜直接用標(biāo)準(zhǔn) B

15、NC T 型接頭連接到網(wǎng)卡上的 BNC 連接器的插口。 主機(jī)箱BNC T 型接頭BNC 連接器插口5.4 總線型局域網(wǎng)訪問(wèn)控制方式28星形網(wǎng) 10BASE-T 不用電纜而使用無(wú)屏蔽雙絞線。每個(gè)站需要用兩對(duì)雙絞線，分別用于發(fā)送和接收。在星形網(wǎng)的中心則增加了一種可靠性非常高的設(shè)備，叫做集線器(hub)。 集線器使用了大規(guī)模集成電路芯片，因此這樣的硬件設(shè)備的可靠性已大大提高了。 當(dāng)使用HUB時(shí)，物理上是星型，邏輯上是總線5.4 總線型局域網(wǎng)訪問(wèn)控制方式29以太網(wǎng)在局域網(wǎng)中的統(tǒng)治地位10BASE-T 的通信距離稍短，每個(gè)站到集線器的距離不超過(guò) 100 m。這種 10 Mb/s 速率的無(wú)屏蔽雙絞線星形網(wǎng)

16、的出現(xiàn)，既降低了成本，又提高了可靠性。 10BASE-T 雙絞線以太網(wǎng)的出現(xiàn)，是局域網(wǎng)發(fā)展史上的一個(gè)非常重要的里程碑，它為以太網(wǎng)在局域網(wǎng)中的統(tǒng)治地位奠定了牢固的基礎(chǔ)。 5.4 總線型局域網(wǎng)訪問(wèn)控制方式30集線器的一些特點(diǎn) 集線器是使用電子器件來(lái)模擬實(shí)際電纜線的工作，因此整個(gè)系統(tǒng)仍然像一個(gè)傳統(tǒng)的以太網(wǎng)那樣運(yùn)行。 使用集線器的以太網(wǎng)在邏輯上仍是一個(gè)總線網(wǎng)，各工作站使用的還是 CSMA/CD 協(xié)議，并共享邏輯上的總線。即物理上的星型,邏輯上的總線 集線器很像一個(gè)多端口的轉(zhuǎn)發(fā)器，工作在物理層。 5.4 總線型局域網(wǎng)訪問(wèn)控制方式31具有三個(gè)端口的集線器 集線器網(wǎng)卡工作站網(wǎng)卡工作站網(wǎng)卡工作站雙絞線5.4

17、總線型局域網(wǎng)訪問(wèn)控制方式325.5環(huán)網(wǎng)訪問(wèn)控制方式令牌環(huán)（Token Ring）訪問(wèn)控制方式：原理：環(huán)上循環(huán)傳遞著一個(gè)特殊的數(shù)據(jù)幀，稱為令牌。站點(diǎn)只有獲得令牌，才能發(fā)送數(shù)據(jù)幀。站點(diǎn)獲得令牌的條件是令牌可用和站點(diǎn)有足夠的優(yōu)先級(jí)C2C1CnCiCmCl復(fù)制接收數(shù)據(jù)幀發(fā)送數(shù)據(jù)幀卸去數(shù)據(jù)幀335.5環(huán)網(wǎng)訪問(wèn)控制方式FDDI（Fiber Distributed Data Interconnect）訪問(wèn)控制方式原理：FDDI使用雙環(huán)技術(shù)解決網(wǎng)絡(luò)中站點(diǎn)故障后信道中斷問(wèn)題。在FDDI網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)站點(diǎn)都接入以光纖為傳輸介質(zhì)的雙環(huán)。采用令牌環(huán)技術(shù)利用外環(huán)傳輸數(shù)據(jù)幀，而內(nèi)環(huán)則處于空閑狀態(tài)。故障發(fā)生時(shí)，外環(huán)將和內(nèi)環(huán)自動(dòng)連接，從而構(gòu)成新環(huán)。345.6 星型結(jié)構(gòu)訪問(wèn)控制方式星型結(jié)構(gòu)網(wǎng)(ATM或交換式以太網(wǎng))訪問(wèn)控制方式:控制方式：中央控制的交換技術(shù)而非共享訪問(wèn)控制方式交換機(jī)的基本構(gòu)成:緩沖區(qū):存放由各站點(diǎn)發(fā)送來(lái)的還未被交換的數(shù)據(jù)幀;地址表:記錄與該交換機(jī)所連接的各站點(diǎn)地址;地址匹配算法:建立數(shù)據(jù)幀收發(fā)站點(diǎn)之間的連接;控制系統(tǒng):收發(fā)控制、沖突處理、維護(hù)和緩沖區(qū)管理。交換結(jié)構(gòu)與直連結(jié)構(gòu)的異同：若站點(diǎn)數(shù)為N，交換機(jī)可能的連接（雙向）數(shù)是N2-N；其連接都是邏輯連接，即只有兩個(gè)站點(diǎn)之間要傳輸數(shù)據(jù)幀時(shí)才發(fā)生連接，而不是像直接連接那樣采用了多條物理連接線路。355.