第4章计算机局域网络1解读教案资料课件

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,单击此处编辑母版标题样式,第4章计算机局域网络1解读,局域网产生的原因,:,80,年代，微型机发展迅速，彼此需要相互通信（近距离），共享资源；,分布式的网络应用：分布式计算，分布式数据库,定义,:,局域网是在一个较小的范围，利用通信线路将众多计算机（一般为微机）及外设连接起来，达到数据通信及资源共享目的的一种网络。,第,4,章 计算机局域网络,2024/9/16,2,4.1.1,局域网的特点,覆盖范围小,房间、建筑物、园区范围距离,0.1,25km,之间,高传输速率,10Mbps,1000Mbps,低误码率,10,-8,10,-11,采用星形、环形、总线、树形拓扑,为一个单位所拥有，自行建设，不对外提供服务,双绞线、同轴电缆、光纤,技术侧重点是共享信息的处理,4.1,局域网概述,2024/9/16,3,4.1.2,局域网的关键技术,决定局域网特性的主要技术有三种：,用以连接各种设备的,拓扑结构,星形、 环形、总线型、树形,用以数据通信的,数据传输形式,基带、频带（宽带）,用以共享资源的,介质访问控制方法,按协议实现信道共享,:CSMA/CD,、,CSMA/CA,、,TOKEN PASSING,这三种技术在很大程度上决定了传输介质、传输数据的类型、,网络的响应时间、吞吐量和效率，以及网络的应用等各种网络,特性。,4.1,局域网概述,2024/9/16,4,1.,局域网的典型拓扑结构：,星型,:,所有结点都连接到中央结点,环型,:,结点通过点到点链路与相邻结点连接,总线型,:,所有结点都直接连接到共享信道,4.1,局域网概述,2024/9/16,5,2.,传输形式：,基带传输,把数字脉冲信号直接在传输介质上传输,典型传输介质：双绞线、基带同轴电缆和光导纤维,频带传输（宽带传输）,把数字脉冲信号经调制后再在传输介质上传输,典型传输介质：宽带同轴电缆和无线电波等,局域网中主要的传输形式为基带传输，频带传输用在无线局域,网中。,4.1,局域网概述,2024/9/16,6,3.,介质访问控制方法：,即信道访问控制方法（简称：访问方法），指网络中的多个站点如何共享通信媒体（介质）的。,4.1,局域网概述,局域网采用的访问方法有：,带冲突检测的载波侦听多路访问,CSMA/CD,冲突避免的载波侦听多路访问,CSMA/CA,（无线局域网）,令牌环,Token Ring,（,TOKEN PASSING,）,令牌总线,Token Bus,（,TOKEN PASSING,）,2024/9/16,7,4.1.3,局域网体系结构,4.1,局域网概述,1.IEEE 802,标准简介,描述物理层和数据链路层的功能及与网络层的接口服务。,2024/9/16,8,IEEE802,定义的物理层功能：,1. 位流的发送,/,接收,2. 前导码（前缀）的生成/除去（用于同步）,3. 信号的编码/译码,具体规定了信号的编码/译码、拓朴结构、传输媒体和速率：,1.,信号编码采样曼彻斯特编码,2.,介质为双绞线、同轴电缆、光缆、无线介质等,3.,拓扑结构为总线型、树形（星形）和环形,4.,传输速率为,1Mbps,、,4Mbps,、,10Mbps,、,16Mbps,、,100Mbps,、,1000Mbps,等,4.1,局域网概述,2024/9/16,9,局域网的物理层确定了两个接口：,1.,介质相关接口（,MDI,）,该接口随介质的不同而改变，但不影响数据链路控制子层,LLC,和媒体访问控制子层,MAC,的工作。,2.,连接单元接口（,AUI,）,特殊的连接部件，类似于粗缆以太网中的收发器电缆。可选项，因为在细缆和双绞线情况下，,AUI,不存在。,4.1,局域网概述,2024/9/16,10,IEEE 802,委员会按功能将数据链路层划分为两个子层,:,1.,逻辑链路控制（,LLC）,子层（数据链路控制子层）,2.,介质访问控制（,MAC）,子层（媒体访问控制子层）,功能分解的原因与目的：,将功能中与硬件相关的部分和与硬件无关的部分分开，降低实现的复杂度。,局域网特点：共享信道，需要解决介质访问控制问题。,分层可以使,LLC,帧的传输独立于介质和,MAC,方法，,使,LAN,体系结构能适应多种传输媒体，也即在局域网上同一,LLC,可以有几种,MAC,方式的选择以适应不同的媒体和访问方法。,4.1,局域网概述,2024/9/16,11,LLC,功能：,向高层提供一个或多个服务访问点（,SAP,：,两个相邻层之间的逻辑接口）；,数据帧的发送,/,接收；,帧顺序控制、差错控制和流量控制；,某种网络层功能，如数据报、虚电路和多路复用等。,MAC,功能：,管理多个源链路和多个目的链路；,IEEE802,制定了若干介质访问控制方法；,LLC,： 与介质、拓扑无关；,MAC,：与介质、拓扑相关。,4.1,局域网概述,2024/9/16,12,实际应用中一般不考虑,LLC,子层,到了,20,世纪,90,年代后，激烈竞争的局域网市场逐渐明朗。以太网（ 只有,MAC,层协议以及物理层的局域网）在局域网市场中已取得垄断地位，并且几乎成了局域网的代名词。因此,802,委员会制定的逻辑链路控制子层,LLC,（即,802.2,标准）的作用已经不大了，很多厂商生产的网卡上就仅装有,MAC,协议而没有,LLC,协议。,本章在介绍以太网时一般都不用考虑,LLC,子层。,4.1,局域网概述,2024/9/16,13,LAN,的网络层和更高层次,由于,IEEE 802,局域网拓扑结构简单，一般不需中间转接，所以网络层的很多功能,(,如路由选择等,),是没有必要的，而流量控制、寻址、排序、差错控制等功能可在数据链路层完成，故,IEEE 802,标准没有单独设立网络层。,IEEE802,没有定义局域网的高层，在实际计算机网络中，一般由,TCP/IP,等协议集和网络操作系统（,NOS：,Unix,、,Windows NT,、,Netware,）共同来实现。,4.1,局域网概述,2024/9/16,14,2. IEEE 802,标准的组成,4.1,局域网概述,2024/9/16,15,4.2,介质访问控制方法,4.2.1,信道分配问题,计算机网络按照通信传播方式可以分成两类：,使用点到点连接的网络,广域网,使用广播信道的网络,局域网,关键问题：如何解决对信道争用,解决信道争用问题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。,2024/9/16,16,IEEE 802.3MAC,标准中相关概念,:,冲突：在广播式信道中（例如总线型网络中的总线），,有两个或两个以上工作站同时发送数据，在信道上产生信号的混合。,载波侦听：发送信息前，检测信道的空闲状态。,冲突检测：发送信息时，检测是否发生冲突。,多路访问：多结点（工作站）访问同一媒体（共享信道），或者多结点从同一媒体接收信息。,多路访问协议：,控制多个用户共用一条信道的协议。,4.2,介质访问控制方法,2024/9/16,17,信道分配方法有两种：静态分配和动态分配,静态分配,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；,特点：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。,时分多路复用,TDM,原理：每个用户拥有固定的信道传送时间槽；,特点：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。,4.2,介质访问控制方法,2024/9/16,18,动态分配,信道分配模型的五个基本假设：,站点模型：每个站点是独立的，并以固定的速率产生帧，一帧产生后到被发送走之前，站点被封锁；,单信道假设：所有的通信都是通过单一的信道来完成的，各个站点都可以从信道上收发信息；,冲突假设：所有的站点都能检测到冲突，冲突帧必须重发；,连续时间和时间分槽（确定何时发送）；,载波侦听和非载波侦听。,4.2,介质访问控制方法,2024/9/16,19,4.2,介质访问控制方法,CSMA/CD,主要解决问题：,1.,各站点如何访问共享介质；,2.,如何解决同时访问造成的冲突。,CSMA/CD,对站点的要求,1.,具有判断信道忙,/,闲的能力（利用站点的接收器接收信道上传输的信号：信号有变化忙；信号无变化闲）。,2.,具有判断冲突的能力。,4.2.2 CSMA/CD,（带冲突检测的载波侦听多路访问协议）,2024/9/16,20,冲突检测,冲突检测是一个模拟过程，当站点在发送时，其硬件设备必须侦听线缆。,站点,通过检测信道上反馈信号的能量或脉冲宽度并将之与传送信号比较就可判断是否产生了冲突。,基带接收机搜索高于预期的电压电平来检测冲突的发生,宽带接收机则常使用把收到的数据与发出的数据的比特逐个进行比较的方法来检测冲突的发生,4.2,介质访问控制方法,2024/9/16,21,1.,载波侦听多路访问协议（,CSMA,）,为了减少局域网上各个站之间的发送冲突，人们引入了载波侦听多路访问（,CSMA）,的策略，也叫做,先听后说,。,基本的,CSMA,介质访问方法,（,1,）一个站要发送信息时，首先需侦听总线，以确定介质上是否有其他站点发送的信号,（,2,）若介质上空闲的（没有其他站点发送），则可以发送信息,（,3,）若介质忙（其他站点正在发送），则此站不能发送，需,等待一段时间,后重试，即返回（,1,）,等待一段时间：,坚持退避,4.2,介质访问控制方法,2024/9/16,22,坚持退避算法,坚持退避：“等待一定间隔时间”,非坚持（不坚持）,CSMA,（,nonpersistent CSMA,）,：,原理,若站点有数据发送，先,侦,听信道；,若站点发现信道空闲，则发送；,若信道忙，等待一随机时间，然后重新开始发送过程。,优点：减少了冲突的概率；,缺点：增加了信道空闲时间，数据发送延迟增大；,4.2,介质访问控制方法,2024/9/16,23,1-,坚持型,CSMA,（,1-persistent CSMA,）,原理,若站点有数据发送，先,侦,听信道；,若站点发现信道空闲，则发送；,若信道忙，则继续,侦,听直至发现信道空闲，然后完成发送；,优点：减少了信道空闲时间；,缺点：增加了发生冲突的概率；,信道效率比非坚持,CSMA,低，传输延迟比非坚持,CSMA,小。,广播延迟对本协议性能的影响：广播延迟越大，发生冲突的可能性越大，协议性能越差。,4.2,介质访问控制方法,2024/9/16,24,p-,坚持型,CSMA,（,p-persistent CSMA,）,原理：,若站点有数据发送，先,侦,听信道；,若站点发现信道空闲，则以概率,p,发送数据，以概率,q =1- p,延迟一个时间单位（时间单位等于最大的传播延迟）。延迟后重复第一步；,若信道忙，则重复第一步。,优点：,降低了,1,坚持算法的冲突概率,减轻了非坚持算法中介质利用率低的问题,难点：,P,值的选择：,NP 9.6,m,s,帧,n,帧,n+1,4.2,介质访问控制方法,2024/9/16,34,4.2,介质访问控制方法,强化碰撞,当发送数据的站一旦发现发生了碰撞时，除了立即停止发送数据外，还要再继续发送若干比特的,人为干扰信号,(jamming signal),，以便让所有用户都知道现在已经发生了碰撞。,35,数据帧,干扰信号,T,J,人为干扰信号,A,B,T,B,t,B,发送数据,A,检测,到冲突,开始冲突,信,道,占,用,时,间,A,发送数据,B,也能够检测到冲突，并立即停止发送数据帧，接着就发送干扰信号。这里为了简单起见，只画出,A,发送干扰信号的情况。,2024/9/16,36,3. CSMA/CD,中使用的退避算法,问题,现在考虑一种情况。当某个站正在发送数据时，有另外两个站有数据要发送。这两个站进行载波侦听，发现总线忙，于是就等待。当他们同时发现总线变为空闲时，就立即发送自己的数据。但这必然再次产生碰撞。经冲突检测发现了碰撞，就停止发送。然后再重新发送,这样下去，一直不能发送成功。,以太网使用截断二进制指数类型的退避算法解决这个问题。,4.2,介质访问控制方法,2024/9/16,37,截断二进制指数（,Truncated Binary Exponential,）退避算法,(1),确定基本退避时间,T,，一般取为时间槽长度，即,T,2,；,(2),定义一个参数,k,，它等于重传的次数，但不超过,10,，即,k,min,（重传次数，,10,）；,(3),从离散的整数集合, 0,，,1,，,，（,2,k,1,）,中随机的抽取一个数，记为,r,。则重传前需要延迟的时间为,rT；,(4),当重传达,16,次仍不能成功，则丢弃帧，并向上层软件或管理实体报告，由他们来决定如何处理此错误。,例如,：,在第一次重传时，,k,1,，,r,0,或,1,。因此重传推迟的时间是,0,或,T,。（第一次重传表明是第二次传送该帧，第一次传送失败）,在第二次重传时，,k,2,，,r,0,，,1,，,2,或,3,。因此重传推迟的时间是,0,，,T,，,2T,或,3T,。依此类推，直到重传达,16,次。,2024/9/16,38,4. CSMA/CD,中发送和接收流程,2024/9/16,39,2024/9/16,40,5. CSMA/CD,存在的问题,在网络信息较少时能够较好地工作，当网络上传输的信息逐渐增多时，冲突会越来越多。正常情况下，,CSMA/CD,网络的网络利用率为,30,40,，当网络利用率达到,80,时，冲突会导致网络速率急剧下降。,导致大量冲突的因素：,传输信息站点太多,网卡出现故障,网络介质故障,网络布线不符合规范,扩充网络时注意限制网段规模（冲突域规模）,4.2,介质访问控制方法,2024/9/16,41,此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢,