计算机网络技术LAN课件

第四章第四章 计算机局域网计算机局域网4.1 4.1 局域网概述局域网概述4.2 4.2 局域网协议与局域网协议与IEEE802IEEE802标准标准4.3 4.3 共享介质局域网共享介质局域网4.4 FDDI4.4 FDDI4.5 4.5 高速局域网高速局域网(交换式以太网交换式以太网)4.6 4.6 无线无线LANLAN4.7 4.7 蓝牙技术蓝牙技术4.8 LAN4.8 LAN硬件设备及选择硬件设备及选择4.9 4.9 宽带接入技术宽带接入技术本章学习目标、重点及关键本章学习目标、重点及关键 v了解局域网的特点、分类、拓扑结构。了解局域网的特点、分类、拓扑结构。v熟熟悉悉局局域域网网的的协协议议标标准准和和介介质质访访问问控控制制方方式。式。v掌握局域网中掌握局域网中Ethernet的组网技术。的组网技术。u重点重点：IEEE802标准的认识，标准的认识，LAN的组建的组建和测试。和测试。u难点难点：介质访问控制方式、介质访问控制方式、VLAN、FDDI、ATM技术。技术。u关键关键：理解理解IEEE802标准，了解标准，了解LAN常用常用技术，掌握技术，掌握LAN的组建和测试技术。的组建和测试技术。学习目的学习目的v通通过过学学习习，了了解解常常见见局局域域网网的的类类型型、其其工工作原理及以太网的四个发展阶段。作原理及以太网的四个发展阶段。v通过学习，了解以太网的有关布线标准。通过学习，了解以太网的有关布线标准。v通通过过学学习习，可可以以进进行行以以太太网网的的组组网网实实践践和和设备选型。设备选型。v通过学习，掌握线缆的设备的连接方法，通过学习，掌握线缆的设备的连接方法，了解网络工程的布线测试。了解网络工程的布线测试。4.1.1 4.1.1 计算机局域网的发展与技术计算机局域网的发展与技术 时间与系统：时间与系统：LAN-20LAN-20世纪世纪7070后发展起来的网络技后发展起来的网络技术。是一个高速通信系统。术。是一个高速通信系统。规模规模：范围较小，：范围较小，建立建立在区域在区域-工业工业/商业商业/政府政府/各级学校及企业等。各级学校及企业等。应用应用：广泛。广泛。数据库数据库/管理信息系统管理信息系统/事务处理等。事务处理等。技术：技术：共享访问技术共享访问技术所有设备共享一个传输介质，同所有设备共享一个传输介质，同轴、双绞电缆、光缆；轴、双绞电缆、光缆；高速共享网络技术高速共享网络技术FDDIFDDI、快速以太网（百、千、快速以太网（百、千兆、万兆）；兆、万兆）；交换技术交换技术交换式和交换式和AMTAMT。可实现虚拟网络。可实现虚拟网络 4.1 4.1 计算机局域网概述计算机局域网概述第四章第四章 局域网技术局域网技术 1.局域网局域网 定义定义从物理上从物理上从功能上从功能上是在某区域内由多台计算机互连成的是在某区域内由多台计算机互连成的计算机组。它规模有很小的计算机组。它规模有很小的(同一房间同一房间的的2个或个或2以上以上PC互连而成互连而成)，也有很大，也有很大(几百或几千几百或几千PC组成组成)。是在某区域内由多台计算机互连成的是在某区域内由多台计算机互连成的计算机组。它规模有很小的计算机组。它规模有很小的(同一房间同一房间的的2个或个或2以上以上PC互连而成互连而成)，也有很大，也有很大(几百或几千几百或几千PC组成组成)。它是一个将它是一个将PC机及其外部设备相连并机及其外部设备相连并用来共享信息系统。用来共享信息系统。局域网的分类局域网的分类（常见的局域网类型）常见的局域网类型）以太（以太（Ethernet）为）为IEEE802.3IEEE802.3；令牌环网（令牌环网（Token Ring）为）为IEEE802.5IEEE802.5；令牌总线（令牌总线（Token BUS BUS）为）为IEEE802.4IEEE802.4；光纤分布式数据接口（光纤分布式数据接口（FDDI）-802.8-802.8；异步传输模式（异步传输模式（ATM）；）；交换网交换网Switching等。等。在在LANLAN中常用的前四种技术。中常用的前四种技术。v局域网分类局域网分类:按拓扑结构按拓扑结构 按线路中传输信号形式按线路中传输信号形式 按网络传输介质按网络传输介质 按网络介质访问方式按网络介质访问方式令牌总线网令牌总线网以太网以太网令牌环网令牌环网星形网星形网环形网环形网总线网总线网树形网树形网点对点方式点对点方式广播方式广播方式令牌环方式令牌环方式同轴电缆同轴电缆双绞线双绞线光纤光纤FDDI万兆以太网万兆以太网星形网星形网环形网环形网总线网总线网树形网树形网按拓扑结构按拓扑结构:按介质访问控制方式：按介质访问控制方式：SCMA/CDTokenRingTokenBusFDDI局局域域网网分分类类FDDIFDDI网网交换以太网交换以太网ATMATM网网/IP/IP/MPMPoverATMoverATM按网络使用技术按网络使用技术:ATMlanATMlan仿真仿真按传输介质按传输介质:同轴电缆同轴电缆双绞线、光纤双绞线、光纤(共享介质共享介质LAN交换交换LAN)VLANn按按拓扑结构拓扑结构LAN分为：总线型、环型、星型、分为：总线型、环型、星型、树状型。树状型。n按按使用介质使用介质LAN分为：有线分为：有线/无线网两类。无线网两类。有线网：双绞线、同轴电缆和光纤网；有线网：双绞线、同轴电缆和光纤网；无线网：用红外、微波作为传输介质的局域无线网：用红外、微波作为传输介质的局域网网在有线在有线LAN中，又可分成基带网和宽中，又可分成基带网和宽带网，基带网一般采用同轴电缆带网，基带网一般采用同轴电缆（50）或双绞线作为传输介质，宽）或双绞线作为传输介质，宽带网用带网用CATV电缆电缆75n按按共享介质共享介质/网络使用技术网络使用技术 目前常见的局域网类型有目前常见的局域网类型有以太（以太（Ethernet）为）为IEEE802.3IEEE802.3；令牌环网（令牌环网（Token Ring）为）为IEEE802.5IEEE802.5；令牌总线（令牌总线（Token BUS BUS）为）为IEEE802.4IEEE802.4；光纤分布式数据接口（光纤分布式数据接口（FDDI）-802.8-802.8；异步传输模式（异步传输模式（ATM）；）；交换网交换网Switching等。等。在在LANLAN中常用的前中常用的前四种技术四种技术。InternetISDN/ADSL环形拓扑环形拓扑总线拓扑总线拓扑星形拓扑星形拓扑（3）LAN的拓扑结构的拓扑结构第四章：局域网技术第四章：局域网技术4.1.2 4.1.2 局域网特点局域网特点 覆盖范围有限覆盖范围有限-适用于机关适用于机关/校园校园/工厂等工厂等 传输传输(通信通信)速率高。速率高。100Mb100Mb10Gb 10Gb 介质适应性强介质适应性强多种介质多种介质 误码率低误码率低(10(10-8-8-11-11)，可靠性高，可靠性高-分布控分布控制制/广播式通信广播式通信很多问题简化或不存在很多问题简化或不存在 成本低。成本低。易于更新扩展易于更新扩展增减较容易。增减较容易。使用灵活，易于操作。使用灵活，易于操作。结构简单，易于实现。结构简单，易于实现。#计算机网络的功能计算机网络的功能u资源共享资源共享u相互通信（数据传送）相互通信（数据传送）u提高系统的可靠性提高系统的可靠性u易于分布处理和集中管理易于分布处理和集中管理4.1.3 计算机局域网的基本组成计算机局域网的基本组成l组成组成l主要构件的层次关系主要构件的层次关系LANLAN协议协议是是实现实现LAN内实体间或内实体间或LAN间的通信。间的通信。服务器服务器/工作站；工作站；电缆系统（传输介质）；电缆系统（传输介质）；网络设备网络设备(如网卡如网卡/HUB/交换机交换机/路由器路由器)网络操作系统和局网络协议网络操作系统和局网络协议(应用程序应用程序)第一层：网络接口卡、电缆第一层：网络接口卡、电缆第二层：网络拓扑结构第二层：网络拓扑结构第三层：工作站第三层：工作站/服务器（服务器（Client/Server）第四层：第四层：NOS和协议（应用程序）和协议（应用程序）4.2 4.2 局域网协议与局域网协议与IEEE802IEEE802标准标准 4.2.1局域网络的介质访问控制方式局域网络的介质访问控制方式1、通信介质、通信介质同轴电缆同轴电缆 、双绞线、双绞线 、光缆、光缆。2.LAN2.LAN通信机制通信机制分布式控制分布式控制 和广播和广播(多多)式通信。式通信。3.3.拓扑结构拓扑结构总线总线/星星/环型。环型。LANLAN中通信功能完全由网卡中通信功能完全由网卡实现。实现。LAN LAN中，站点间经公共传输通路传输信息，如何中，站点间经公共传输通路传输信息，如何使用信道和合理分配信道，不同拓扑结构，网络中各使用信道和合理分配信道，不同拓扑结构，网络中各设备间访问控制方法不同，常用的共享介质访问控制设备间访问控制方法不同，常用的共享介质访问控制方法有：方法有：LAN LAN介质访问控制介质访问控制方法又方法又分为分为：1 1）共享介质）共享介质LANLAN；2 2）交换）交换LANLAN两种。两种。4 4、共享介质访问控制方式、共享介质访问控制方式载波监听多路访问载波监听多路访问/冲突检测冲突检测(CSMA/CD)以太网；以太网；令牌环网（令牌环网（TokenRing）：）：令牌总线（令牌总线（TokenBUS）；）；光纤分布式数据接口光纤分布式数据接口(FDDI)。v网络的控制方式：网络的控制方式：PPP方式方式-点对点连接时一个直线，用于点对点连接时一个直线，用于WAN上；上；广播方式广播方式-一个人讲，众人听，用于一个人讲，众人听，用于LAN；令牌环方式令牌环方式-LAN在逻辑上构成一个环状。在逻辑上构成一个环状。vLAN的共享介质访问控制工作方式：的共享介质访问控制工作方式：以太网中采用的是以太网中采用的是CSMA/CD（载波监听多路载波监听多路访问访问/冲突检测）控制协议工作方式，网络中的所有冲突检测）控制协议工作方式，网络中的所有用户共享传输介质，信息通过广播方式发送到所有用户共享传输介质，信息通过广播方式发送到所有端口。端口。补补充：以太网的产生和发展补充：以太网的产生和发展 1.以太网概念的提出和标准化：以太网概念的提出和标准化：以太网的核心思以太网的核心思想是多个设备共享传输信道。想是多个设备共享传输信道。1)思想源于思想源于 2)2)以太网以太网源于源于60年代末，夏威夷大学研制了年代末，夏威夷大学研制了一个名为一个名为ALOHA的无线电系统，该的无线电系统，该系统把校园主机与颁布在其它地方系统把校园主机与颁布在其它地方的读卡机、终端连接起来，并实现的读卡机、终端连接起来，并实现了了9600bps的连接速度的连接速度在随后几年中出现了多种有关在随后几年中出现了多种有关LAN技术，其中最出名的是以太网技术，其中最出名的是以太网（Ethernet）-凡用同轴电缆、双线、凡用同轴电缆、双线、光纤为传输介质的网。光纤为传输介质的网。3 3）发展情况）发展情况n以太网这个概念被正式提出是在以太网这个概念被正式提出是在19731973年年n19801980年当第一个以太网标准年当第一个以太网标准1.01.0被正式制定时，被正式制定时，其速度只有其速度只有2.94Mbps,2.94Mbps,n19801980年公布了以太网标准年公布了以太网标准2.02.0即即IEEE802IEEE802系列系列标准标准(1980)(1980)之一，其速度被确定为之一，其速度被确定为10Mbps10Mbps。n因同年因同年2 2月，月，IEEEIEEE（lanIEEE802lanIEEE802委员会委员会-提出提出若干标准称若干标准称IEEE802IEEE802系列标准系列标准）,将共享介质将共享介质LANLAN以太网标准正式收入以太网标准正式收入IEEE802.3IEEE802.3标准，成为国际标准，成为国际上公认的标准。从此以后，以太网的发展开始上公认的标准。从此以后，以太网的发展开始走上了快车道。走上了快车道。#以太网以太网（Ethernet）最初出现是在）最初出现是在20世世纪纪60年代末，它早期的年代末，它早期的核心设计思想核心设计思想是多个设是多个设备共享传输通道备共享传输通道。以太网这个概念被正式提出。以太网这个概念被正式提出还是在还是在1973年，它源于该技术的研制人之一年，它源于该技术的研制人之一Metcalf所写的一篇备忘录，其中有一句为所写的一篇备忘录，其中有一句为“电磁辐射是可以通过发光的以太来传播的电磁辐射是可以通过发光的以太来传播的”。以太网的最初速度被定为以太网的最初速度被定为2.94Mbit/s。1980年年由由DEC公司、公司、Intel公司和公司和Xerox公司三方组成公司三方组成的企业联盟，它们共同开发研究起草制订了以的企业联盟，它们共同开发研究起草制订了以太网规范。后来它被作为太网规范。后来它被作为802.3标准为电气与标准为电气与电子工程师协会（电子工程师协会（IEEE）所采纳，成为国际）所采纳，成为国际上公认的标准。上公认的标准。4)以太网以太网:是现有局域网采用的最通用的通信标准。是现有局域网采用的最通用的通信标准。该标准该标准定义定义产品有产品有2.2.以太网以太网的连接的连接：了在局域网（了在局域网（LAN）中采用的电缆类型）中采用的电缆类型和信号处理及如何使用信道、合理分配和信号处理及如何使用信道、合理分配信道方法。信道方法。前后前后10M、100M、1Gbps、速度的以太、速度的以太网相继投入了使用，目前网相继投入了使用，目前10Gbps以太网以太网相关标准正在讨论中，相关产品推向了相关标准正在讨论中，相关产品推向了市场。市场。LAN中的中的90%以上是以太网。以上是以太网。拓扑结构有总线型拓扑结构有总线型/星型星型/环型和树状型。环型和树状型。传输介质：同轴缆、双绞线和光纤传输介质：同轴缆、双绞线和光纤。接口的工作模式：半双工和全双工。接口的工作模式：半双工和全双工。半双工传输是实现以太网载波监听多路访问冲突检测半双工传输是实现以太网载波监听多路访问冲突检测全双工传输是采用点对点连接，这种没有冲突全双工传输是采用点对点连接，这种没有冲突。LANLAN中的双工、半双工和全双工中的双工、半双工和全双工课件课件u单工单工u半双工半双工u全双工全双工是单向通信：指一条线路上只能存在单是单向通信：指一条线路上只能存在单个方向的通信。应用：用于无线广播，个方向的通信。应用：用于无线广播，有线广播和电视广播，在有线广播和电视广播，在LAN中不采用。中不采用。是双向交替通信。指在同一时间内，通是双向交替通信。指在同一时间内，通信双方中只能有一方发送或接收信息。信双方中只能有一方发送或接收信息。适合于常规的共享式网络。适合于常规的共享式网络。双向通信：是指在同一时间内，通信双双向通信：是指在同一时间内，通信双方同时发送信息和接收信息。方同时发送信息和接收信息。*LAN*LAN的结构的结构工作站工作站/文件服务器文件服务器网络网络客户机客户机/服务器网络（服务器网络（C/S）对等对等网络（每一台工作站均可扮演服务器网络（每一台工作站均可扮演服务器的角色）的角色）主机主机/终端终端系统系统 3 3、#以太网的工作原理以太网的工作原理以太网采用以太网采用载波监听多路访问载波监听多路访问/冲突检测冲突检测（CSMA/CD）机制。）机制。以太网中节点都可以看到在网络中发送的所有信息，以太网中节点都可以看到在网络中发送的所有信息，因此，因此，以太网是一种广播网络。以太网是一种广播网络。以太网的工作过程以太网的工作过程如下：如下：当以太网当以太网中的一台站点要传输数据时，它将按如下步骤进行中的一台站点要传输数据时，它将按如下步骤进行：监听信道上是否有信号在传输。如果有的话，表明信道处于监听信道上是否有信号在传输。如果有的话，表明信道处于载波（忙）状态，就继续监听，直到信道空闲为止。载波（忙）状态，就继续监听，直到信道空闲为止。若没有监听到任何信号，就传输数据若没有监听到任何信号，就传输数据 。传传输输的的时时候候继继续续监监听听，如如发发现现冲冲突突则则执执行行退退避避算算法法，随随机机等等待待一一段段时时间间后后，重重新新执执行行步步骤骤1 1（当当冲冲突突发发生生时时，涉涉及及冲冲突突的的计算机会发送一个拥塞序列，以警告所有的节点）。计算机会发送一个拥塞序列，以警告所有的节点）。若若未未发发现现冲冲突突则则发发送送成成功功，计计算算机机会会返返回回到到监监听听信信道道状状态态。注注意意：接接受受者者也也称称之之为为“听听者者”，发发送送者者也也称称之之为为“讲讲者者”。以太网中使用的以太网中使用的CSMA/CD是一种“先讲后听先讲后听”的访问方式。第四章：局域网技术第四章：局域网技术4.2.2 4.2.2 局域网协议与局域网协议与IEEE802IEEE802标准标准 一一.局域网是一个计算机通信网，不存在路由选局域网是一个计算机通信网，不存在路由选择问题，它不需要网络层，而只有择问题，它不需要网络层，而只有最低的两个层最低的两个层。LANLAN协议协议解决由于竞争所带来的信息冲突问题解决由于竞争所带来的信息冲突问题 协议中的一些功能进行相应的简化。协议中的一些功能进行相应的简化。二二.局域网参考模型局域网参考模型图图4-1 IEEE8024-1 IEEE802局域网参考模型局域网参考模型其低层协议简单其低层协议简单,流量控制、路径流量控制、路径选择等问题简化选择等问题简化或不存在或不存在,通信多通信多采用广播方式。采用广播方式。（一）物理层（一）物理层 负责物理连接管理和在介质上传输比特流。负责物理连接管理和在介质上传输比特流。一对物理层实体能确认出两个介质访问控制一对物理层实体能确认出两个介质访问控制（MACMAC）子层实体间同等层比特单元的交换。）子层实体间同等层比特单元的交换。主要任务：主要任务：是描述传输介质接口的是描述传输介质接口的4 4特性。特性。物理层可分为：物理层可分为：物理信号物理信号（PSPS）子层）子层 物理媒体访问物理媒体访问（PMAPMA）子层。）子层。1980年，年，IEEE成立成立LAN网络标准委员会。称网络标准委员会。称IEEE802委员会，对委员会，对LAN网络协议制定了若干标准，网络协议制定了若干标准，即称即称IEEE802系列标准。系列标准。（二）数据链路层（二）数据链路层 主要作用：是通过一些数据链路层协议，主要作用：是通过一些数据链路层协议，在不尽可靠的传输信道上实现可靠的数据传在不尽可靠的传输信道上实现可靠的数据传输，输，负责帧的传输管理和控制。负责帧的传输管理和控制。1.1.逻辑链路控制子层逻辑链路控制子层LLCLLC2.2.介质访问控制子层介质访问控制子层MACMAC数据链路层分为数据链路层分为两个子层。两个子层。1.1.LLCLLC（Logical Link ControlLogical Link Control）子层）子层 LLC LLC子层功能子层功能:与媒体接入无关的部分与媒体接入无关的部分 n建立和释放数据链路层的逻辑连接建立和释放数据链路层的逻辑连接 n提供与高层的接口提供与高层的接口 n差错控制差错控制 n给帧加上序号给帧加上序号 LLCLLC的作用的作用(1)由于由于不同不同的的网络类型网络类型有有不同不同的的介质访介质访问问子层之子层之对应对应，而逻辑链路控制子层，而逻辑链路控制子层LLC则则掩盖了不同物理网络之间的差别，统一的格掩盖了不同物理网络之间的差别，统一的格式为网络层提供报务。式为网络层提供报务。(2)LLC子层把网络层的分组（在子层把网络层的分组（在TCP/IP中即中即IP包）包）加上加上LLC头，交给头，交给MAC子层组成子层组成相应的相应的802.X帧发送（对不同网络也不同，如帧发送（对不同网络也不同，如TokenRing/Tokenbus/快速）。快速）。2.2.MACMAC（Media Access ControlMedia Access Control）子层）子层uMACMAC子层功能子层功能:与接入各种传输媒体有关的问题都放在与接入各种传输媒体有关的问题都放在MACMAC子层，该层子层，该层负责在物理层的基础上进行无差错负责在物理层的基础上进行无差错地通信。依赖于地通信。依赖于物理介质和拓扑结构。物理介质和拓扑结构。l将上层交下来的数据封装成帧进行发送将上层交下来的数据封装成帧进行发送 l实现和维护实现和维护MACMAC协议协议 l比特差错检测比特差错检测 l寻址寻址 uMACMAC地址地址(物理地址物理地址)-)-补充补充 802802标准规定标准规定MACMAC地址字段可采用地址字段可采用6 6字节或字节或2 2字节这两种中的一种。现在字节这两种中的一种。现在IEEEIEEE是世界上局域是世界上局域网全局地址的法定管理机构网全局地址的法定管理机构,它负责它负责分配地址分配地址字段的字段的6 6个字节个字节中的前中的前三个字节三个字节。世界上凡要。世界上凡要生产局域网卡的厂家都必须向生产局域网卡的厂家都必须向IEEEIEEE购买这三个购买这三个字节构成的一个号字节构成的一个号,称为称为“地址块地址块”,或或“厂商厂商代码代码”。地址段中的。地址段中的后三个后三个字节则是可变的字节则是可变的,由厂家自行分配。由厂家自行分配。在生产网卡时这种在生产网卡时这种6 6字节的字节的MACMAC地址已被固地址已被固化在网卡中。化在网卡中。u网卡网卡MACMAC物理地址的查询方法物理地址的查询方法lWin95Win95、Win98Win98用户，在命令模式（用户，在命令模式（DOSDOS）下：下：winipcfgwinipcfg lWinNTWinNT、Win2000Win2000用户，在命令模式（用户，在命令模式（DOSDOS）下：下：ipconfigipconfig/all/all 在交换机中将在交换机中将IPIP地址与地址与MACMAC地址绑定的方法：地址绑定的方法：对于远程计算机，只要知道计算机名和对于远程计算机，只要知道计算机名和IPIP地址，地址，在在MS-DOSMS-DOS下输入：下输入：nbtstat_anbtstat_a（计算机名）或者计算机名）或者 nbtstat_A(IPnbtstat_A(IP地址地址)若发现有人在网上盗用别人的若发现有人在网上盗用别人的IPIP地址，用这种地址，用这种方法马上就可以查到对方网卡地址。方法马上就可以查到对方网卡地址。图图4-2IEEE8024-2IEEE802系列标准间的关系系列标准间的关系三、三、IEEE802IEEE802标准系列标准系列 lIEEE802.1IEEE802.1（A A）LANLAN和和MANMAN体系结构体系结构 lIEEE802.1IEEE802.1（B B）LANLAN的寻址、网络互联及其管理的寻址、网络互联及其管理 lIEEE802.2 IEEE802.2 逻辑链路控制（逻辑链路控制（LLCLLC）协议协议 lIEEE802.3 CSMA/CDIEEE802.3 CSMA/CD访问方法及物理层技术规范访问方法及物理层技术规范 lIEEE802.4 IEEE802.4 令牌总线访问方法及物理层技术规范令牌总线访问方法及物理层技术规范 lIEEE802.5 IEEE802.5 令牌环访问方法及物理层技术规范令牌环访问方法及物理层技术规范 lIEEE802.6 IEEE802.6 城域网络城域网络MANMAN访问方法及物理层技术规访问方法及物理层技术规范范 标准协议定义的内容：标准协议定义的内容：lIEEE802.7 IEEE802.7 宽带网络访问方法及物理层技术规范宽带网络访问方法及物理层技术规范 lIEEE802.8 IEEE802.8 光纤网络标准，光纤网络标准，FDDIFDDI访问方法及物理访问方法及物理层技术规范层技术规范 lIEEE802.9 IEEE802.9 综合数据综合数据/话音话音LANLAN标准标准 lIEEE802.10 IEEE802.10 可互操作的可互操作的LANLAN的安全机制的安全机制 lIEEE802.11 IEEE802.11 无线无线LANLAN访问方法及物理层技术规范访问方法及物理层技术规范 lIEEE802.12 100Base-VGIEEE802.12 100Base-VG高速网络访问方法及物理高速网络访问方法及物理层技术规范层技术规范 lIEEE802.14 IEEE802.14 交互式电视网，（交互式电视网，（Cable-TVCable-TV）这一组这一组IEEE802IEEE802标准不断扩大发展标准不断扩大发展。后续内容中重点介绍l局域网的访问控制方式局域网的访问控制方式 lIEEE802IEEE802标准标准l以太网和快速以太网以太网和快速以太网4.3 4.3 共享介质局域网共享介质局域网(介质访问控制方法介质访问控制方法)4.3.1 4.3.1 载波侦听多路访问载波侦听多路访问/冲突检测法冲突检测法 4.3.2 4.3.2 令牌环访问控制方式令牌环访问控制方式 4.3.3 4.3.3 令牌总线访问控制方式令牌总线访问控制方式4.3.44.3.4*FDDI FDDI一一.访问控制方式访问控制方式二二.LAN的的访问控制方法有访问控制方法有1.集中式控制集中式控制2.分布式控制分布式控制分布式控制方法分布式控制方法是指网络上传输介质的访问方是指网络上传输介质的访问方式式,也可称为网络的访问控制也可称为网络的访问控制方法。方法。其目的其目的是合理分配信道，是合理分配信道，提高信道的利用率。提高信道的利用率。是指网络中有一个单独的集中控是指网络中有一个单独的集中控制器或具有集中控制功能的中心制器或具有集中控制功能的中心节点。节点。是无中心控制节点是无中心控制节点,所有节点都处于所有节点都处于均等地位均等地位,节点之间的通信是由各节节点之间的通信是由各节点自身控制，点自身控制，LAN采用。采用。常见有常见有:CSMA/CDTokenPassingTimeslot（时隙）（时隙）Bufferinsertion(寄存器延迟插入寄存器延迟插入)等。等。总线型总线型 载波侦听多路访问载波侦听多路访问/冲突检测冲突检测（CSMA/CD）IEEE802.3 以太网以太网；令牌总线令牌总线(Token BUS)IEEE802.4令牌环网令牌环网(Token Ring)IEEE802.5 光纤分布式数据接口（光纤分布式数据接口（FDDI）。）。三三.常用控制方式有：常用控制方式有：令令牌牌传传递递四四.信道分配问题信道分配问题信道的静态分配信道的静态分配信道的动态分配信道的动态分配频分多路复用（频分多路复用（FDM）时分多路复用（时分多路复用（TDM）其问题其问题：延时时间长；：延时时间长；信道利用率低信道利用率低其有五个问题：其有五个问题：1)站模型；站模型；2)单信道假设；单信道假设；3)冲突假设；冲突假设；4)时间（连续时间（连续/分时隙）假设；分时隙）假设；5)侦听（载侦听（载波波/非载波）假设非载波）假设1#1#11111当某站点检测到线路被占用后，就当某站点检测到线路被占用后，就随机等待一段时间（随机等待一段时间（非坚持非坚持）侦听信道，）侦听信道，不断重复上述过程，直到发现线路空闲不断重复上述过程，直到发现线路空闲后，就开始发送信息，这种方法称为后，就开始发送信息，这种方法称为非非持续的载波侦听多点访问持续的载波侦听多点访问（Non-persistentCSMA）非持续的载波侦听多点访问非持续的载波侦听多点访问4.3.1CSMA/CD1.CSMA/CD2.争用线路机制争用线路机制:3.它三种状态它三种状态4.适合于适合于5.其控制手段其控制手段CSMA（CarrierSenseMultipleAccess/CollisionDetection）带有冲突监测的载波监听多路带有冲突监测的载波监听多路访问控制方式。访问控制方式。先听后发、边听边发、冲突停止、先听后发、边听边发、冲突停止、随机延迟后重发。随机延迟后重发。竞争、传输和空闲。竞争、传输和空闲。适合于总线结构、使用适合于总线结构、使用HUB的星型的星型拓扑结构的具有信道检测功能的分布拓扑结构的具有信道检测功能的分布式介质访问控制方法。式介质访问控制方法。称之为称之为“载波侦听载波侦听”。带有冲突检。带有冲突检测的载波侦听多点（路）访问。测的载波侦听多点（路）访问。*局域网介质访问控制局域网介质访问控制 确确定定网网络络结结点点能能够够将将数数据据发发送送到到介介质质上上去去的的特特定定时时刻刻和和解解决决如如何何对对公公用用传传输输介介质质访访问和利用并加以控制。问和利用并加以控制。传传统统的的局局域域网网介介质质访访问问控控制制方方式式有有三三种种：带带有有冲冲突突碰碰撞撞检检测测的的载载波波监监听听多多路路访访问问（CSMA/CD）、）、令牌环和令牌总线。令牌环和令牌总线。#以太网所采用的介质访问方法以太网所采用的介质访问方法 由由于于以以太太网网的的发发展展速速度度和和价价格格优优势势，目目前组建局域网首选都是前组建局域网首选都是以太网以太网。以以太太网网所所采采用用的的介介质质访访问问方方法法是是：载载波波侦听多路访问侦听多路访问/冲突检测冲突检测)。已已由由IEEE802委委员员会会建建议议成成为为局局域域网网控控制协议标准之一，即制协议标准之一，即IEEE802.3标准。标准。CSMA/CDCSMA/CD又又被被称称之之为为“先先听听后后讲讲，边边听听边边讲讲，当当冲冲突突发发生生时时等等待后待后重新偿试重新偿试即回到开始即回到开始”，其，其工作过程工作过程概括：概括：（1 1）先听后讲：先侦听信道，若信道空闲则发送信息。）先听后讲：先侦听信道，若信道空闲则发送信息。（2 2）若信道忙，则继续侦听，直到信道空闲时立即发送。）若信道忙，则继续侦听，直到信道空闲时立即发送。（3 3）边边听听边边讲讲：发发送送信信息息后后进进行行冲冲突突检检测测，如如发发生生冲冲突突，立立即即停停止止发发送送，并并向向总总线线上上发发出出一一串串阻阻塞塞信信号号（连连续续几几个个字字节节全全1 1），通通知知总总线线上上各各站站点点冲冲突突已已发发生生，使使各各站站点点重重新新开开始侦听与竞争始侦听与竞争 。（4 4）重重新新偿偿试试：已已发发出出信信息息的的各各站站点点收收到到阻阻塞塞信信号号后后，等等待一段随机时间，重新进入侦听发送阶段待一段随机时间，重新进入侦听发送阶段 。每每个个站站点点发发送送数数据据有有三三种种方方式式：先先听听后后讲讲，边边听听边边讲讲，当冲突发生时等待后当冲突发生时等待后重新偿试重新偿试即回到。即回到。CSMA/CDCSMA/CD发送过程可描述发送过程可描述如图所示如图所示。CSMA/CD发送发送过程流程图过程流程图载波侦听多路访问（载波侦听多路访问（CSMA）多路访问多路访问指多个站点共同访问一条信指多个站点共同访问一条信号传输线路。任何想发送数据的站点必须号传输线路。任何想发送数据的站点必须首先侦听线路上有无信号首先侦听线路上有无信号侦听侦听，如果，如果线路已被占用线路已被占用(忙忙)，则此站点等待一段时，则此站点等待一段时间然后再争取发送；如果侦听到线路是空间然后再争取发送；如果侦听到线路是空闲的，就立即抢占线路发送信息。闲的，就立即抢占线路发送信息。其中有其中有：持续：持续/非持续非持续的载波侦听多点访问的载波侦听多点访问CSMACSMA通常确定等待时间的两种方法通常确定等待时间的两种方法持续载波侦听多点访问持续载波侦听多点访问非持续载波侦听多点访问非持续载波侦听多点访问当某站点检测到线路被占用当某站点检测到线路被占用后，继续侦听下去，一直等后，继续侦听下去，一直等到发现线路空闲后，立即发到发现线路空闲后，立即发送，这种方法称为之。送，这种方法称为之。当某站点检测到线路被占用后，当某站点检测到线路被占用后，就随机等待一段时间（非坚持）就随机等待一段时间（非坚持）侦听信道，不断重复上述过程，侦听信道，不断重复上述过程，直到发现线路空闲后，就开始发直到发现线路空闲后，就开始发送信息，这种方法称为之。送信息，这种方法称为之。冲突检测（冲突检测（CDCD）冲突产生冲突产生废弃冲突帧废弃冲突帧好处好处当两台或两台以上计算机都侦听到当两台或两台以上计算机都侦听到线路处于空闲状态，于是便同时发线路处于空闲状态，于是便同时发送信号，这样冲突就产生了。送信号，这样冲突就产生了。当检测到冲突时，首先等待预先规当检测到冲突时，首先等待预先规定好的一段时间，这段时间确保网定好的一段时间，这段时间确保网中所有站点都能检测出冲突存在，中所有站点都能检测出冲突存在，废弃冲突帧。废弃冲突帧。是减少因冲突浪费的时间，提高是减少因冲突浪费的时间，提高线路利用率。在线路清除后线路利用率。在线路清除后再重再重发数据发数据。发送工作过程发送工作过程 发送信息发送信息或或等待等待判断是否有冲突判断是否有冲突获得对信道的使用权获得对信道的使用权发出阻塞信号发出阻塞信号如果在如果在T长度时间内没长度时间内没有检测到冲突，就获得有检测到冲突，就获得对信道的使用权，停止对信道的使用权，停止监听，继续发送信息，监听，继续发送信息，直到被传输帧的结束。直到被传输帧的结束。在发送的开始在发送的开始T长度时间长度时间内，监听总线，判断是内，监听总线，判断是否有冲突否有冲突。若检测到冲突若检测到冲突,则停止发送则停止发送,并发出一个阻塞信号并发出一个阻塞信号,经过经过一个随机时间段后一个随机时间段后,重新开重新开始步骤始步骤如果网络上共享的传输介如果网络上共享的传输介质空闲，就发送信息，否质空闲，就发送信息，否则就等待。则就等待。接收工作过程 网络上每个节点都在监听总线，网络上每个节点都在监听总线，如果如果有有信息传输，则接收信息，得到信息传输，则接收信息，得到MACMAC帧，再分帧，再分析和判断帧中的接收析和判断帧中的接收地址地址，如果如果接收地址为接收地址为本结点地址，则本结点地址，则复制接收该帧复制接收该帧，否则简单丢，否则简单丢弃该帧。弃该帧。由于由于CSMA/CDCSMA/CD控制方法控制方法的数据发送具的数据发送具有有广播性特点广播性特点，对于具有组地址或广播地址，对于具有组地址或广播地址的数据帧，同时可被多的数据帧，同时可被多个节点复制和接收。个节点复制和接收。CSMA/CDCSMA/CD方法优点方法优点 每个结点都处于平等地位去竞争传输介每个结点都处于平等地位去竞争传输介质，质，实现的方法简单实现的方法简单，网络维护方便网络维护方便，增删节点容易增删节点容易。负载较少负载较少（节点少或信息发送不频繁）（节点少或信息发送不频繁）时，要发送信息的节点可以时，要发送信息的节点可以“立即立即”获获得对介质的访问权，执行发送操作得对介质的访问权，执行发送操作效率效率较高较高。CSMA/CDCSMA/CD方法缺点方法缺点(存在的问题存在的问题)不具有某些场合要求的优先权，不具有某些场合要求的优先权，负载负载重时重时，容易出现冲突，容易出现冲突，使传输效率和有，使传输效率和有效带宽大为降低效带宽大为降低即即效率低效率低。不确定的等。不确定的等待时间和延迟可能待时间和延迟可能在过程控制应用中产在过程控制应用中产生严重的问题。生严重的问题。网络通信负荷加重网络通信负荷加重时，冲突和重发现时，冲突和重发现象将大量发生，象将大量发生，网络效率急剧下降网络效率急剧下降。网。网络传输延迟增长，网络服务质量下降。络传输延迟增长，网络服务质量下降。#实际上，当一个站开始发送信息时，检测到本次发实际上，当一个站开始发送信息时，检测到本次发送有无冲突的时间很短，它不超过该站点与距离该送有无冲突的时间很短，它不超过该站点与距离该站点最远站点信息传输时延的站点最远站点信息传输时延的2 2倍。假设倍。假设A A站点与距站点与距离离A A站最远站最远B B站点的传输时延为站点的传输时延为T T（图所示），那么（图所示），那么2 2T T就作为一个时间单位。就作为一个时间单位。总之，CSMA/CD方式原理简单，技方式原理简单，技术上易实现，网络中工作站处于同等地位。术上易实现，网络中工作站处于同等地位。因此，此方式效率高，但负载大时发送信因此，此方式效率高，但负载大时发送信息等待时间较长。息等待时间较长。改进方式有：改进方式有：l带优先权的带优先权的CSMA/CD方式方式l带回答包的带回答包的CSMA/CD访问方式访问方式l避免冲突的避免冲突的CSMA/CD方式方式目的目的-高位高位0-普地普地/网卡；网卡；高位高位1时时-组地组地-各站用；各站用；目的地目的地-全全1，广播，广播数据帧：数据帧：641500B4.3.2令牌环访问控制方式令牌环访问控制方式 1.1.令牌环令牌环 2.2.内容内容 3.3.控制过程控制过程是一种适用于环形网络的分布式介是一种适用于环形网络的分布式介质访问控制方式质访问控制方式,已由已由IEEE802委员委员会建议成为局域网控制协议标准之会建议成为局域网控制协议标准之一一,即即IEEE802.5标准。标准。在令牌环网中，令牌也叫通行证，在令牌环网中，令牌也叫通行证，它具有特殊的格式和标记。它具有特殊的格式和标记。令牌令牌有有“忙（忙（Busy）/”和和“空闲（空闲（Free）”两种两种状态。状态。具有广播特性的令牌环访问控制方具有广播特性的令牌环访问控制方式，还能使多个站点接收同一个信式，还能使多个站点接收同一个信息帧，同时具有对发送站点自动应息帧，同时具有对发送站点自动应答的功能，有具体访问答的功能，有具体访问控制过程控制过程。一一.令牌环网络简介令牌环网络简介1.1.令牌环网络：令牌环网络：2.2.标准：标准：3.3.范围：范围：系系统统在在1985年年由由IBM公公司司率率先先推推出出。令令牌牌环环网网的的拓拓扑扑结结构构为为环环形形，采采用用专专用用的的令令牌牌环环介介质质访访问问控控制制方方式式,传传输输介介质质为为屏屏蔽蔽双双绞绞线线(STP)/非非屏屏蔽蔽双双绞绞线线(UTP)或或者者光光纤纤，传传输输速率速率为为4Mbps或者或者16Mbps。令令 牌牌 环环 网网 络络 系系 统统 遵遵 循循 IEEE802.2和和IEEE802.5标标准准,在在传传输输效效率率/实实时时性性/地地理理范范围围等等网网络络性性能能上上都都优优于于采采用用CSMA/CD介质访问控制方式的以太网介质访问控制方式的以太网其其网网络络的的覆覆盖盖范范围围没没有有限限制制，但但站站点点数数却却受受到到一一定定限限制制。使使用用STP时时可可连连接接2260台台设设备备，而而使使用用UTP时时只只能能连连接接272台台设设备备。其。其原理原理如图如图4-1所示。所示。图为图为令牌环网络原理图令牌环网络原理图图为图为干线耦合器原理干线耦合器原理令牌环网络原理图令牌环网络原理图 令牌环的每一个站通过电缆令牌环的每一个站通过电缆与干线耦合器与干线耦合器(又称转发器）又称转发器）相连。转发器有相连。转发器有:一种是收听一种是收听(或转发或转发)方式，二种是发送两方式，二种是发送两种方式。种方式。图图-IBM令牌环网络的连接令牌环网络的连接传送过程传送过程规则：规则：令牌令牌是一种是一种特殊的帧特殊的帧，用于控制网络，用于控制网络结点的发送权，只有持有令牌的结点才能发结点的发送权，只有持有令牌的结点才能发送数据。由于发送结点在送数据。由于发送结点在获得发送权获得发送权后就后就将将令牌令牌忙忙态态，在环路上不会再有令牌出现，其，在环路上不会再有令牌出现，其它结点也不可能再得到令牌，保证环路上它结点也不可能再得到令牌，保证环路上某某一时刻一时刻只有只有一个结点一个结点发送数据，因此技术不发送数据，因此技术不存在争用现象，是一种典型的存在争用现象，是一种典型的无争用型介质无争用型介质访问控制方式访问控制方式。这种介质访问技术的基础是。这种介质访问技术的基础是令牌令牌。令牌有令牌有“忙忙”和和“闲闲”两种状态。两种状态。令牌环令牌环访问控制方法最初是由访问控制方法最初是由IBMIBM公司公司19841984年推出的，后来由年推出的，后来由IEEEIEEE确定为国际标准，确定为国际标准，即即IEEE802.5IEEE802.5标准标准。令牌环的每一个令牌环的每一个站站通过电缆与干线耦合器通过电缆与干线耦合器（又称转发器）相连。转发器有两种状态，一（又称转发器）相连。转发器有两种状态，一种是种是收听收听（或转发）方式，另一种是（或转发）方式，另一种是发送发送方式。方式。令牌环访问令牌环访问控制方法控制方法是一种是一种适用于环形结适用于环形结构构的分布式访问控制方法，它采用一种称为令的分布式访问控制方法，它采用一种称为令牌的特殊帧来控制各个节点对介质的访问。牌的特殊帧来控制各个节点对介质的访问。当环正常工作时当环正常工作时：单向逐结点传送单向逐结点传送获得空令牌获得空令牌标志出帧已接收标志出帧已接收源点收回源点收回已帧已帧令牌环是沿着物理环路单向逐令牌环是沿着物理环路单向逐结点传送，传送顺序与结点在结点传送，传送顺序与结点在环路中的排列顺序相同。环路中的排列顺序相同。当某一个结点要发送数据时，它当某一个结点要发送数据时，它须等待空闲令牌的到来。它获得须等待空闲令牌的到来。它获得空令牌后，将令牌置空令牌后，将令牌置“忙忙”,并以帧并以帧为单位发送数据。为单位发送数据。如果下一结点是目的结点，则将如果下一结点是目的结点，则将帧拷贝到接收缓冲区，在帧中标帧拷贝到接收缓冲区，在帧中标志出帧已被正确接收或复制，同志出帧已被正确接收或复制，同时将帧送回环上，否则只是简单时将帧送回环上，否则只是简单地将帧送回环上。地将帧送回环上。帧绕行一周到达源结点后，源结帧绕行一周到达源结点后，源结点回收已发送的帧，并将令牌置点回收已发送的帧，并将令牌置“闲闲”状态，再将令牌向下一个结状态，再将令牌向下一个结点传送。点传送。令牌单向逐结点传送令牌单向逐结点传送u令牌环的工作原理令牌环的工作原理帧回到原结点帧回到原结点令牌置令牌置“忙忙”,以帧为单位以帧为单位发送数据发送数据忙忙令牌环令牌环优点：优点：在于其访问方式具有在于其访问方式具有1)1)可调整性和确定可调整性和确定性性，且每个结点具有同等的介质访问权。同，且每个结点具有同等的介质访问权。同时，还时，还2)2)提供优先权服务，提供优先权服务，3)3)具有很强的适具有很强的适用性用性。或者说或者说,它能保证要发送数据的节点在它能保证要发送数据的节点在一个确定性的时间间隔内访问介质，并可以一个确定性的时间间隔内访问介质，并可以用多种方法建立访问的优先权。用多种方法建立访问的优先权。在网络负载在网络负载比较轻时，效率低，反之，是效率高。比较轻时，效率低，反之，是效率高。令牌环缺点令牌环缺点：令牌维护比较令牌维护比较复杂复杂，令牌的丢失会降低，令牌的丢失会降低环网的环网的利用率利用率，而令牌重复也会破坏环网的，而令牌重复也会破坏环网的正常工作正常工作环维护复杂，实现较困难。环维护复杂，实现较困难。4.3.3 4.3.3 令牌总线访问控制方式令牌总线访问控制方式（Token-BusToken-Bus）1.形成形成2.2.控制方式控制方式3.3.初始化过程初始化过程此控制方式主要用于总线型或树此控制方式主要用于总线型或树型网络结构中。该方式是在物理型网络结构中。该方式是在物理总线上建立一个逻辑环。总线上建立一个逻辑环。Token-Bus控制方式是在控制方式是在综合了综合了CSMA/CD令牌环访问控制方式优点的基础上形成令牌环访问控制方式优点的基础上形成的一种介质访问控制方式的一种介质访问控制方式如图所示，一个总线结构网络，如果如图所示，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。如前后地址，就可构成一个逻辑环。如图中图中ABDEA（C站点没有连站点没有连入令牌总线中）入令牌总线中）初始化初始化。总线结构中的令牌环总线结构中的令牌环（1 1）工作方式工作方式：适用于适用于采用方式采用方式本站本站/上上/下结点地址，下结点地址，令牌令牌传递传递规定规定令牌总型主要适用于总线形或令牌总型主要适用于总线形或树形网络。树形网络。采用此种方式时，各结点共享采用此种方式时，各结点共享的传输介质是的传输介质是总线型总线型的。的。每一结点都有一个本站地每一结点都有一个本站地址，并知道上一个结点地址，并知道上一个结点地址和下一个结点地址。址和下一个结点地址。由高地址向低地址，最后由最低地址由高地址向低地址，最后由最低地址向最高地址依次循环传递，从而在一向最高地址依次循环传递，从而在一个物理总线上形成一个逻辑环。环中个物理总线上形成一个逻辑环。环中令牌传递顺序与结点在总线上的物理令牌传递顺序与结点在总线上的物理位置无关。位置无关。初始化初始化初始化初始化所谓正常的所谓正常的 稳态操作：稳态操作：与令牌环一致与令牌环一致：只有获得令牌的结点才能发：只有获得令牌的结点才能发送数据。在正常工作时，当结点完成数据帧送数据。在正常工作时，当结点完成数据帧的发送后，将令牌传送给下一个结点。的发送后，将令牌传送给下一个结点。从从逻辑逻辑上看上看：令牌是按地址的：令牌是按地址的递递减减顺顺序序传给传给下一个下一个结结点的。点的。从物理上看从物理上看：带带有地址字段的令牌有地址字段的令牌帧帧广播到广播到总线总线上的所有上的所有结结点，只有点，只有结结点地址和令牌点地址和令牌帧帧的目的地址相符的的目的地址相符的结结点才有点才有权获权获得令牌。得令牌。是指在网络已完成初始化之后，各是指在网络已完成初始化之后，各结点进入正常传递令牌与数据，并结点进入正常传递令牌与数据，并且没有结点要加入或撤出，没有发且没有结点要加入或撤出，没有发生令牌丢失或网络故障的正常工作生令牌丢失或网络故障的正常工作状态。状态。获得令牌结点获得令牌结点:各结点都有访问权：各结点都有访问权：各都有数据发送：各都有数据发送：一个点数据发送：一个点数据发送：1)若若有数据有数据要发送，则可立即传要发送，则可立即传送数据帧，完成发送后再将令牌送数据帧，完成发送后再将令牌传送给下一个结点；传送给下一个结点；2)若若没有数没有数据据要发送，则应立即将令牌传送要发送，则应立即将令牌传送给下一个结点。给下一个结点。由于总线上每一结点接收令牌的由于总线上每一结点接收令牌的过程是按顺序依次进行的，因此过程是按顺序依次进行的，因此所有结点都有访问权。所有结点都有访问权。如果所有结点都有数据要发送，如果所有结点都有数据要发送，则在则在最坏的情况下最坏的情况下，等待获得令，等待获得令牌的时间牌的时间和和发送数据的时间应该发送数据的时间应该等于等于全部令牌传送时间和数据发全部令牌传送时间和数据发送时间的总和。送时间的总和。如果只有一个结点有数据要发送，如果只有一个结点有数据要发送，则在则在最坏的情况下最坏的情况下，等待时间只是，等待时间只是令牌传送时间的总和。令牌传送时间的总和。（2 2）令牌总线的优点令牌总线的优点缺点缺点 优优点点：在在于于它它的的确确定定性性、可可调调整整性性及及较较好好的的吞吞吐吐能能力力，适适用用于于对对数数据据传传输输实实时时性性要要求求较较高高或或通通讯讯负负荷荷较较重重的的应应用用环环境境中中，如如生生产过程控制领域。产过程控制领域。网络负载重时，效率高。网络负载重时，效率高。缺缺点点:在在于于它它的的复复杂杂性性和和时时间间开开销销较较大大，结结点点可可能能要要等等待待多多次次无无效效的的令令牌牌传传送送后后才才能能获获得令牌。得令牌。（3 3）应用：）应用：传统传统LAN中的中的ARCnet、宽带宽带LAN中。中。4、CSMA/CD与与TokenBus