07年4月“计算机网络技术”串讲资料四 -自考串讲笔记

　　第四章　局域网

　　1、局域网是一种在有限的地理范围内将大量PC机及各种设备互连在一起实现数据传输和资源共享的计算机网络。如NOVELL网、IBM TOKEN RING网、3COM ETHER网、WINDOWS NT等。

　　相对于广域网，局域网的特点：①地理范围小；②数据传输速率高；③传输时延小、误码率低；4）以PC机为主体；⑤只涉及通信子网的内容，⑥协议简单、结构灵活、建网成本低、周期短、便于管理和扩充。

　　局域网可分为三类：①平时的局域网（LAN）

　　②计算机交换机CBX（采用电路交换技术的局域网）

　　③高速局域网（HSLN）。

　　2、局域网的特性主要取决于拓扑结构、传输媒体、媒体访问控制三类，其中最重要的是媒体访问控制方法。

　　3、网络拓扑结构对网络性能影响很大，选择网络的拓扑结构时，首先要考虑采用何种媒体访问控制方法，其次是性能、可靠性、成本、扩充灵活性、实现的难易程度以及传输媒体的长度等因素。

　　4、局域网采用的拓扑结构有总线、环形、星型三种。

　　总线网：采用分布式媒体访问控制方法。总线网的缺点：主干故障会造成全网瘫痪，站点较多时，数据冲突增多造成低效率。总线网是用来实现局域网的最常用的拓扑结构，以太网就是它的最典型实例。总线拓扑网可采用两种协议，一种是以太网采用的CSMA/CD，另一种是总线拓扑网与令牌环相结合的变形，在物理上是总线拓扑，逻辑上采用令牌环，兼有总线网和令牌环的优点。

　　环形网：采用分布式媒体访问控制方法。优点：控制简单、信道利用率高、通信电缆长度短、不存在数据冲突（相比较于总线网）、局域网应用比较广泛。缺点是对节点接口和传输线路的要求比较高。典型实例：IBM令牌环网和剑桥环网，还有一种FDDI结构（采用光纤的高速令牌环网）。

　　星型网：采用集中式媒体访问控制方法。优点：结构简单、实现容易、信息延迟确定。缺点：通信电缆长、传输媒体不能共享。典型实例是计算机交换机CBX.

　　5、LAN中使用的传输方式有基带和宽带两种。基带用于数字信号传输，常用传输介质是双绞线和同轴电缆。宽带用于无线电频率范围内的模拟信号传输，常用同轴电缆。

　　6、基带系统中，数字信号通常采用曼彻斯特编码传输。

　　7、宽带系统用于传输模拟信号，可用频分多路复用技术（FDM），宽带系统采用总线/树形网拓扑结构，宽带本质上是一种单方向传输的媒体，在物理上可用双电缆和中分两种不同的结构来实现输入和输出的通路。

　　8、常用的媒体访问控制方法有三种：具有冲突检测的载波监听多路访问CSMA/CD、控制令牌、时槽环。

　　具有冲突检测的载波监听多路访问CSMA/CD采用随机访问和竞争技术，这种技术适用于总线拓扑结构网络；控制令牌方法除了用于环形网拓扑结构之外，也可用于总线网拓扑结构。它是按照所有站点共同理解和遵守的规则，从一个站点到另一个站点传递控制令牌，一个站点只有当它占有令牌时，才能发送数据帧，发送完帧之后，再把令牌传递给下一个站点。其操作次序如下：①首先建立一个逻辑环，将所有站点同物理媒体相连，然后产生一个控制令牌；②控制令牌由一个站点沿着逻辑环顺序向下一个站点传递；③等待发送帧的站点接收到控制令牌后，把要发送的帧利用物理媒体发送出去，然后再将控制令牌沿逻辑环传递给下一个节点。对于一个物理环，令牌的逻辑结构和物理环的结构是相同的，令牌传递的次序和站点连接的物理次序也是一致的。而对于总线网，逻辑环的次序不必和电缆上的站点连接次序相对应，所有站点没有必要按照逻辑环连接。

　　时槽环只适用于环形网的媒体控制访问，这种方法对每个节点预先安排一个特定的时间段，每个节点只能在时槽内传输数据。时槽环采用集中控制方式。

　　在时槽环媒体访问控制方法中，每个站点每次只能传送一个帧，若想要传送另一个帧，则首先必须释放前一帧所用的时槽，这种对环的访问方法体现了公平性。时槽环的优点是：①结构简单②节点间相互干扰少③可靠性高。时槽环的缺点是：①需要一个特定的监控站节点②由于绕环一周时间内每个站点只能占有一个时槽环，若某站点发送的数据较长要占用多个时槽，而此时环上只有该站点有数据要发送，则许多时槽都是空时槽③40位的时槽只能携带16位的数据，开销大、效率较低。

　　9、局域网的参考模型。

　　局域网是一个通信网，只涉及到相当于OSI/RM通信子网的功能。由于内部大多采用共享信道的技术，所以局域网通常不单独设立网络层。

　　OSI/RM的数据链路层的功能，在局域网参考模型中被分成：媒体访问控制MAC、逻辑链路控制LLC两个子层。

　　LLC子层中规定了无确认无连接、有确认无连接和面向连接三种类型的链路服务。

　　10、IEEE802标准。

　　IEEE802在1980年二月成立了局域网标准化与委员会（简称IEEE802委员会），专门从事局域网的协议制定，形成了一系列的标准，称为IEEE802标准。

　　IEEE802.1是局域网的体系结构、网络管理和网络互连协议。

　　IEEE802.2集中了数据链路层中与媒体无关的LLC协议。主要的MAC协议有：①IEEE802.3载波监听多路访问/冲突检测CSMA/CD访问方法和物理层协议；IEEE802.4令牌总线访问方法和物理层协议；IEEE802.5令牌环访问方法和物理协议；④IEEE802.6关于城域网的分布式队列双总线DQDB的标准等。

　　IEEE802标准定义了LLC子层和MAC子层的帧格式。

　　LLC的链路只有异步平衡方式（ABM），而不用正常响应方式（NRM）和异步响应方式（ARM）。IEEE802.2标准定义的LLC帧格式也分为信息帧、监控帧和编号帧三类。

　　11、CSMA/CD是一种用争用的方法来决定对媒体的访问权的协议，它只适用于逻辑上属于总线拓扑结构的网络。总线争用技术可分为载波监听多路访问CSMA和具有冲突检测的载波监听多路访问CSMA/CD两大类。载波监听多路访问CSMA的技术也称作先听后说LBT（Listen Before Talk），如媒体空闲，该站点便可传输数据，否则，该站点将避让一段时间后再作尝试。

　　常用的退避算法有：非坚持算法、1-坚持算法、P-坚持算法。

　　1）非坚持算法：①如空闲，立即发送②如忙，等待一个随机重发延迟后，再重复①步骤。缺点：利用率低。

　　2）1-坚持算法：①如空闲，立即发送②如忙，继续监听，直至空闲，立即发送③如有冲突（一段时间内未收到肯定的回复），则等待随机量时间后，重复①②步骤。优点：避免了媒体利用率损失，缺点：两个及两个以上的站要发送，则冲突不可避免。

　　3）P-坚持算法：①如空闲，则以P的概率发送，而以1-P的概率延迟一个时间单位，一个时间单位通常等于最大传播时延的两倍②延迟一个时间单位后，再重复A步骤③如忙，继续监听直至媒体空闲并重复A步骤。P-坚持算法是一种既能象非坚持算法那样减少冲突，又能象1-坚持算法那样减少媒体空闲时间的折中方案，问题在于如何选择P的有效值，这考虑到避免重负载下系统处于的不稳定状态。N个站，选择适当的P值使NP<1，当P值选的过小时，媒体利用率就会大大降低。

　　12、如果发生冲突，信道上可以检测到超过发送站点本身发送的载波信号的幅度，由此判断出冲突的存在。

　　13、从一个站点开始发送数据到另一个站点开始接收数据，即载波信号从一端传播到另一端所需要的时间，称为信号传播时延。

　　信号传播时延（μs）=两站点间的距离（m）÷信号传播速度（200m/μs）

　　在最坏的情况下，对于基带这CSMA/CD来说，检测出一个冲突的时间等于任意两站之间最大传播时延的两倍。

　　14、数据帧从一个站点开始发送，到该数据帧发送完毕所需的时间称为数据传输时延，数据传输时延也表示一个接收站点开始接收数据帧，到该数据帧接收完毕所需的时间。

　　数据传输时延（s）=数据帧长度（bit）÷数据传输速率（bps）

　　不考虑中继器引入的延时，数据帧从一个站点开始发送，到该数据帧被另一个站点全部接收所需的总时间，等于数据传输时延与信号传播时延之和。

　　15、数据帧的传输时延至少要两倍与传输时延。

　　因为：信号传播时延（μs）= 两站点间的距离（m）÷信号传播速度（200m/μs），并且：数据传输时延 （s）=数据帧长度（bit）÷数据传输速率（bps）。所以：CSMA/CD总线网中最短帧长的计算公式为：最短数据帧长（bit）/数据传输速率（Mbps）=2*（两站点间的最大距离（m）/200m/μs）

　　注意单位要统一。

　　16、因为宽带CSMA/CD是单向传输，所以其数据帧的传输时延至少四倍于传输时延。

　　17、CSMA/CD算法中，检测冲突并发完阻塞信号后，为了降低再次冲突的概率，需要等待一个随机时间，然后再用CSMA方法试图传输。它采用一种称为二进制指数退避的算法，二进制指数退避算法是按照后进先出LIFO的次序控制的。

　　18、IEEE802.3就是采用二进制指数退避和1-坚持算法的CSMA/CD媒体访问控制方法，这种方法的优点是低负荷时，要发送数据帧的站点能立即发送，重负荷时，仍然能保持系统稳定运行。由于信号的衰减，为了保证检测到冲突信号，CSMA/CD总线网限制一般无分支电缆的最大长度为500米。

　　19、IEEE802.3是一个使用CSMA/CD媒体访问控制方法的局域网标准，它对应于OSI/RM的最低两层（物理层和数据链路层）。它从逻辑上可分为两大部分：一部分由LLC子层和MAC子层组成；另一部分实现物理层的功能。

　　20、IEEE802.3MAC子层的功能说明内容有数据封装、介质访问管理。

　　21、令牌环的结构。令牌环在物理上是由一系列接口和这些接口间的点-点链路构成的闭合环，各站点通过环接口连到网上。

　　令牌环的操作过程：①网络空闲时，只有一个令牌在环路上绕行；②当一个站点要发送数据时，必须等待并获得一个令牌