1、第4章局域網(wǎng)和IEEE802標(biāo)準(zhǔn)，局域網(wǎng)IEEE802模型概述，IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)令牌環(huán)接入模式和IEEE 802.5標(biāo)準(zhǔn)令牌傳遞總線，IEEE 802.4標(biāo)準(zhǔn)高速網(wǎng)絡(luò)邏輯鏈路控制有限責(zé)任公司和IEEE802.2標(biāo)準(zhǔn)局域網(wǎng)性能指標(biāo)，1。局域網(wǎng)概述，其特點(diǎn)是覆蓋有限的地理范圍，歸一個單位所有，適用于有限數(shù)量的公司、機(jī)構(gòu)、校園等。局域網(wǎng)提供了一個高數(shù)據(jù)傳輸率(10100Mbps)和低誤碼率的數(shù)據(jù)傳輸環(huán)境。數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)1Gbps的高速局域網(wǎng)正在發(fā)展。決定局域網(wǎng)特性的主要技術(shù)因素是：傳輸介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞慕橘|(zhì)訪問控制方法。局域網(wǎng)拓?fù)浒偩€網(wǎng)絡(luò)、環(huán)形網(wǎng)絡(luò)、星形網(wǎng)絡(luò)和樹形網(wǎng)絡(luò)。局域網(wǎng)的傳輸介質(zhì)包括同

2、軸電纜、雙絞線、光纖、無線通信信道等。從介質(zhì)訪問控制方法的角度來看，局域網(wǎng)可分為：靜態(tài)通道分區(qū)動態(tài)介質(zhì)訪問控制從介質(zhì)共享模式的角度來看，局域網(wǎng)可分為：共享介質(zhì)局域網(wǎng)交換局域網(wǎng)、局域網(wǎng)拓?fù)?、總線網(wǎng)絡(luò)、環(huán)網(wǎng)、樹形網(wǎng)絡(luò)、星型網(wǎng)絡(luò)、集線器、匹配電阻、中繼線耦合器、靜態(tài)通道頻分復(fù)用時(shí)分復(fù)用碼分復(fù)用動態(tài)介質(zhì)訪問控制多點(diǎn)訪問：通道在通信過程中不固定分配給用戶。隨機(jī)訪問：用戶可以隨機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)(需要解決沖突)。受控訪問：用戶只能在特定的控制條件下發(fā)送數(shù)據(jù)。分為輪詢和令牌環(huán)。2.局域網(wǎng)模型(架構(gòu))，IEEE802委員會制定了局域網(wǎng)架構(gòu)：IEEE802系列標(biāo)準(zhǔn)，IEEE 802系列標(biāo)準(zhǔn)，802.2-邏輯鏈路控制有限

3、責(zé)任公司802.3-CSMA/光盤(以太網(wǎng))802.4-令牌總線802.5-令牌環(huán)802.6-分布式隊(duì)列雙總線DQDB -曼標(biāo)準(zhǔn)802.8 FDDI(光纖分布式數(shù)據(jù)接口)802.11無線局域網(wǎng)，IEEE 802標(biāo)準(zhǔn)的主要成員：2.1局域網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層，信息技術(shù)功能分解的目的是將功能的硬件相關(guān)部分與硬件無關(guān)部分分開，并降低實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性。本地網(wǎng)絡(luò)特征：共享信道(如總線)。媒體訪問控制問題亟待解決。分層可以使幀的傳輸獨(dú)立于媒體和媒體訪問控制方法。獨(dú)立于媒體和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；媒體訪問控制：與媒體和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相關(guān)。局域網(wǎng)鏈路層與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)鏈路層的區(qū)別：局域網(wǎng)鏈路支持多路訪問、組地址和廣播；支持媒體訪問控制功能；提供

4、一些網(wǎng)絡(luò)層功能，如網(wǎng)絡(luò)服務(wù)接入點(diǎn)、復(fù)用、流量控制、差錯控制等。第三，媒體訪問控制子層的地址IEEE802標(biāo)準(zhǔn)為每個DTE指定了一個48位的全局地址媒體訪問控制地址(物理地址)，它是世界上站點(diǎn)的唯一標(biāo)識符，與它的物理位置無關(guān)。網(wǎng)卡由世界上僅有的6個字節(jié)(小范圍內(nèi)的2個字節(jié))表示：媒體訪問控制地址的前3個字節(jié)(高24位)由IEEE統(tǒng)一分配給制造商，低24位由制造商分配給每個網(wǎng)卡。當(dāng)網(wǎng)卡生產(chǎn)出來時(shí)，媒體訪問控制地址已經(jīng)固化在網(wǎng)卡中。具體的媒體訪問控制方法介紹如下：1)媒體訪問控制層，2)邏輯鏈路控制層，提供邏輯鏈路控制子層的服務(wù)接入點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)尋址分為兩個步驟：使用媒體訪問控制幀中的地址(物理地址)查找

5、主機(jī)，使用有限責(zé)任公司幀中的地址(思愛普地址)查找特定的通信過程。LLC的復(fù)用功能：多個SAP可以復(fù)用一個數(shù)據(jù)鏈路，一個SAP一次只能被一個用戶使用。3)協(xié)議數(shù)據(jù)單元，具體為：物理層：信號編碼和解碼、前導(dǎo)碼生成和去除、比特傳輸和接收；媒體訪問控制層：發(fā)送時(shí)成幀；接收時(shí)分解幀，實(shí)現(xiàn)和維護(hù)媒體訪問控制協(xié)議，誤碼檢測和尋址；處理與媒體訪問相關(guān)的問題-向下功能實(shí)現(xiàn)。LLC層的主要功能：管理鏈路層的邏輯連接，提供更高層的接口，差錯控制，給幀增加序列號。提供某些網(wǎng)絡(luò)層功能。局域網(wǎng)對有限責(zé)任公司層是透明的。處理與媒體訪問無關(guān)的問題-向上功能實(shí)現(xiàn)。局域網(wǎng)對有限責(zé)任公司子層是透明的，局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)只能在媒體訪問控制

6、子層(對于不同的局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，它不同于媒體訪問控制子層)、2.2局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層和高層看到。由于IEEE 802局域網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡單，一般不需要中間傳輸，網(wǎng)絡(luò)層的許多功能(如路由)都是不必要的，流量控制、尋址、排序和差錯控制等功能可以在數(shù)據(jù)鏈路層完成。IEEE 802標(biāo)準(zhǔn)沒有建立單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)層。必要時(shí)，通過網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)中包含的TCP/IP、IPX/SPX來實(shí)現(xiàn)。IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)，媒體接入技術(shù)是局域網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。所謂媒體接入技術(shù)就是研究如何有效地利用信道(媒體)。其目的是如何適應(yīng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈g歇(突發(fā))特性，采用適當(dāng)?shù)膹?fù)用策略來提高信道利用率，減少數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延，提高網(wǎng)絡(luò)吞吐率。我們主要討論媒體訪

7、問控制的方法。媒體訪問控制方法可以分為集中控制和分散控制。集中控制是在網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置一個中央控制器，分配每個站使用信道的傳輸權(quán)。一般情況下，中央控制站采用輪詢方式。集中控制模式的優(yōu)點(diǎn)是易于控制優(yōu)先級和介質(zhì)分配，其主要缺點(diǎn)是控制中心的故障會影響整個網(wǎng)絡(luò)。分散控制是將控制功能分散到每個站點(diǎn)，并獲得以某種方式發(fā)送消息的權(quán)利。令牌模式和隨機(jī)控制模式都屬于分散控制模式。隨機(jī)訪問控制和令牌廣泛應(yīng)用于局域網(wǎng)。3.1 ALOHA原則，最早采用隨機(jī)接入控制模式的網(wǎng)絡(luò)是由夏威夷大學(xué)完成的ALOHA網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。ALOHA是一個無線廣播網(wǎng)絡(luò)，橫跨夏威夷大學(xué)在四個小島上的七個校園，它的想法為后來的隨機(jī)接入模式的局域網(wǎng)開辟了一

8、條道路。ALOHA網(wǎng)絡(luò)采用星型結(jié)構(gòu)，如下圖所示。工作流程：所有子站在向中心站發(fā)送時(shí)間時(shí)使用相同的頻帶(設(shè)置為2 ),中心站在向每個子站發(fā)送時(shí)間時(shí)使用另一個頻帶(1 ),即采用廣播方式。當(dāng)中心站向每個子站發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)，不會有沖突。當(dāng)任何一個子站有數(shù)據(jù)包要發(fā)送時(shí)，它可以隨機(jī)發(fā)送一條消息。如果在其傳輸期間沒有其它子站傳輸，則傳輸將成功，并且在一段時(shí)間后將接收到由中心站返回的確認(rèn)。如果有兩個以上的變電站同時(shí)傳輸或傳輸時(shí)間部分重疊，將形成沖突，沖突的信息將受到干擾，傳輸將失敗。如果該站在發(fā)送報(bào)告后的指定時(shí)間內(nèi)沒有收到中心站返回的確認(rèn)，它將知道發(fā)送失敗，并在延遲一段時(shí)間后重新發(fā)送原始消息。為了避免由沖突站

9、同時(shí)重傳消息引起的新沖突，每個站重傳前的延遲時(shí)間由隨機(jī)算法確定。為了降低碰撞的概率，人們提出了分片Aloha的思想：1972年，Roberts提出將時(shí)間劃分為相等的時(shí)隙，整個系統(tǒng)的時(shí)隙由統(tǒng)一的時(shí)鐘定時(shí)同步。時(shí)間片的長度等于發(fā)送數(shù)據(jù)包的長度。每個站只能在一個時(shí)間片的開始發(fā)送一條消息，因此只有當(dāng)兩個或更多站在一個時(shí)間片的開始同時(shí)發(fā)送時(shí)才會有沖突。這樣，與純ALOHA相比，沖突風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域減少了一半。在分段ALOHA中，由于發(fā)送被規(guī)定在時(shí)間片開始時(shí)開始，所以消息生成和發(fā)送之間的平均時(shí)間是0.5個時(shí)間片，所以時(shí)間延遲比純ALOHA稍大。3。2 IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)，1)CSMA。由此可見，最重要的是解決

10、共享媒體類型網(wǎng)絡(luò)中的沖突(碰撞)問題。在廣播無線或有線局域網(wǎng)中，基站監(jiān)控信道狀況以確定它是否可以發(fā)送消息，這被稱為CSMA(載波偵聽多路訪問)。CSMA工作原理：發(fā)送前，監(jiān)控信道是否空閑，如果空閑，立即發(fā)送數(shù)據(jù)；否則，采用一些b1975年，托巴吉和克萊因提出并詳細(xì)研究了三種CSMA傳播原則：1-持久的CSMA，非持久的CSMA(802.3年通過)和持久的CSMA。它們之間的區(qū)別在于，在讀出信道狀態(tài)之后，將采用三種不同的策略，并且當(dāng)傳輸不成功時(shí)，將根據(jù)一些延遲分配算法來調(diào)度傳輸行為。CSMA原理做出如下假設(shè)：消息具有固定長度，發(fā)送時(shí)間為：除了沖突，沒有其他錯誤；該通道沒有“捕獲”效果，沖突的消息

11、被破壞；該站可以發(fā)送或接收，但不能同時(shí)進(jìn)行。沖突后的隨機(jī)延遲時(shí)間分布均勻，大于消息發(fā)送時(shí)間。消息生成服從泊松分布，平均到達(dá)率為g，包括新消息和重傳消息。從源站到目的站的最大傳播延遲遠(yuǎn)小于消息發(fā)送時(shí)間，并且所有站都被認(rèn)為是相同的；它可以立即讀出通道狀態(tài)，其檢測時(shí)間可以忽略不計(jì)。連續(xù)CSMA的原理如下圖所示。不連續(xù)CSMA的原理如下圖所示。p-persistent CSMA工作圖，采用CSMA可以完全避免沖突嗎？2)載波偵聽多路訪問/沖突檢測(CSMA/光盤)和IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)站點(diǎn)監(jiān)控到總線空閑時(shí)，也有可能總線并未真正空閑。甲發(fā)送給乙的信息只能在一定時(shí)間后才能傳輸給乙。如果在甲發(fā)送的信息

12、到達(dá)乙之前，乙發(fā)送了自己的幀(因?yàn)橐业妮d波偵聽此時(shí)無法檢測到甲發(fā)送的信息)，它將不可避免地在某個時(shí)間與甲發(fā)送的幀發(fā)生沖突。由于碰撞，兩個幀都變得無用。沖突檢測是指計(jì)算機(jī)在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)檢測信道上的信號電壓。當(dāng)幾個站同時(shí)在總線上發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，總線上的信號電壓擺幅值將增加(相互重疊)。當(dāng)一個站檢測到的信號電壓擺幅值超過某個閾值時(shí)，認(rèn)為總線上至少有兩個站同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)，表明發(fā)生了沖突。所謂“碰撞”就是沖突。因此，“碰撞檢測”也稱為“碰撞檢測”。CSMA/光盤原理示意圖，CSMA/光盤協(xié)議載波偵聽多點(diǎn)接入/沖突檢測，工作原理：發(fā)送前監(jiān)聽信道是否空閑，空閑時(shí)立即發(fā)送數(shù)據(jù)。發(fā)送時(shí)，發(fā)送時(shí)繼續(xù)監(jiān)控。如果檢測到?jīng)_突，

13、請立即停止發(fā)送。等待一個隨機(jī)時(shí)間(稱為退避)，然后重試。發(fā)送前監(jiān)控、發(fā)送時(shí)監(jiān)控、監(jiān)控沖突后停止發(fā)送數(shù)據(jù)、強(qiáng)化沖突可概括如下：先聽后說、先聽后說，3)CSMA/光盤特性，以太網(wǎng)采用CSMA/光盤協(xié)議不能進(jìn)行全雙工通信，只能進(jìn)行雙向交替通信(半雙工通信)。每個站點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)后都有可能在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生沖突。這種傳輸?shù)牟淮_定性使得整個以太網(wǎng)的平均流量遠(yuǎn)低于以太網(wǎng)的最高數(shù)據(jù)速率。對于沖突檢測，我們有以下規(guī)定：(1)競爭周期802.3中的端到端往返延遲2稱為競爭周期或沖突窗口。最先發(fā)送數(shù)據(jù)幀的站可以知道發(fā)送的數(shù)據(jù)幀是否在最多2秒后(是端到端往返延遲的兩倍)發(fā)生了沖突。在爭用期之后，沒有檢測到?jīng)_突，所以我們可

14、以確定在這個傳輸中將沒有沖突。以太網(wǎng)以51.2秒作為競爭周期的長度。對于10 Mb/s以太網(wǎng)，512位，即64字節(jié)，可以在競爭期間傳輸。因此，當(dāng)以太網(wǎng)(10M)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，如果前64個字節(jié)不沖突，后續(xù)數(shù)據(jù)也不會沖突。(2)如果存在沖突，最短有效幀長度必須在發(fā)送的前64個字節(jié)內(nèi)。由于一旦檢測到?jīng)_突就停止傳輸，因此已經(jīng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)必須少于64字節(jié)。因此，以太網(wǎng)規(guī)定最短有效幀長度為64字節(jié)，所有長度小于64字節(jié)的幀都是因沖突而中止的無效幀。而幀間隔被設(shè)置為9.6微秒.這樣，剛剛接收到數(shù)據(jù)幀的站的接收緩沖器可以被及時(shí)清除，并準(zhǔn)備好接收下一幀。(3)沖突加劇當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)的站點(diǎn)發(fā)現(xiàn)發(fā)生了沖突時(shí)，不僅要立即停止

15、發(fā)送數(shù)據(jù)，還要繼續(xù)發(fā)送幾個比特的干擾信號，讓所有用戶知道現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)生了沖突。4.令牌環(huán)網(wǎng)與IEEE802.5、IEEE802.5拓?fù)洌狐c(diǎn)對點(diǎn)鏈路連接，形成閉環(huán)傳輸介質(zhì)：STP、光纖，速率4/16 Mbps；、A、B、D、C、站、中繼耦合器、單向環(huán)、發(fā)送緩沖區(qū)、接收、發(fā)送、線路驅(qū)動器、線路工作狀態(tài)：監(jiān)聽/轉(zhuǎn)發(fā)模式；發(fā)送模式(當(dāng)站發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí))；在監(jiān)聽模式下，TCU和DTE斷開TCU以重新生成和轉(zhuǎn)發(fā)比特流，并監(jiān)視幀中是否出現(xiàn)了站的地址和令牌。如果該站的地址出現(xiàn)，開關(guān)k閉合，TCU和數(shù)字電視連接，比特流被復(fù)制到數(shù)字電視，同時(shí)繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)；如果有令牌且有數(shù)據(jù)要發(fā)送，攔截令牌，切換到發(fā)送模式，并發(fā)送數(shù)據(jù)幀。在

16、傳輸模式下，數(shù)據(jù)以幀為單位從TCU的輸出端發(fā)送到下一個TCU的輸入端。DTE，TCU，偵聽模式，K，DTE，TCU，發(fā)送模式，K，K，Token Ring/802.5操作，1)誰能發(fā)送幀是一個沿環(huán)旋轉(zhuǎn)的特殊令牌只有帶令牌的站才能發(fā)送幀，而不帶令牌的站只能等待。2)獲得令牌的站將令牌改變?yōu)榻尤肟刂茍?bào)頭，然后添加其自己的數(shù)據(jù)用于傳輸。3)當(dāng)一個數(shù)據(jù)幀通過任何一個站(除了源站)時(shí)，該站應(yīng)將該幀的目的地址與其自己站的地址進(jìn)行比較：a)如果地址一致，則將該幀復(fù)制到接收緩沖區(qū)，供高級軟件處理，并將該幀發(fā)送回環(huán)；b)如果地址不匹配，直接將幀發(fā)送回環(huán)。4)數(shù)據(jù)在循環(huán)一周后由發(fā)送站回收。也就是說，當(dāng)發(fā)送的幀在環(huán)上循環(huán)一周然后返回到發(fā)送站時(shí)，發(fā)送站從環(huán)上移除該幀，同時(shí)在環(huán)上放置空令牌，以便其他站可以獲得發(fā)送該幀的許可。(類似于傳遞包裹)令牌接入原理可用于環(huán)網(wǎng)形成令牌環(huán)網(wǎng)；它也可以用于總線網(wǎng)絡(luò)，形成令牌總線網(wǎng)絡(luò)。Token Ring/