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  • 局域网概述

    2020-12-01 09:27:24
    局域网与OSI参考模型 局域网最主要的功能是在一个较小的物理范围内为计算机提高资源共享和通信服务。局网内的大量资源共享需求决定了局域网应该是速度较高的,而局域网范围内的众多计算机数量决定了局域网应该是多...

    局域网与OSI参考模型

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    局域网最主要的功能是在一个较小的物理范围内为计算机提高资源共享和通信服务。局网内的大量资源共享需求决定了局域网应该是速度较高的,而局域网范围内的众多计算机数量决定了局域网应该是多路访问(Multi-access)的。
    局域网技术主要对应于OSI参考模型的物理层和数据链路层。也即TCP/IP模型的网络口层。
    局域网的物理层规定了向局域网提供服务的设备、线缆和接口的物理电气特性、机械特性连接标准等。常见的此类标准有:
    1、用于10BASE5的同轴粗缆和收发器(transceiver);
    2、用于10BASE2的同轴细缆和BNC接头;
    3、用于10BASE-T、100BASE-TX和1000BASE-T的双绞线和RJ-45接头;
    4、用于各种以太网传输的光纤;
    5、用于WLAN(Wireless LAN,无线局域网)的无线电波。
    IEEE将局域网的数据链路层划分为LLC(Logic Link Control,逻辑链路控制)和MAC(Media Access Control,介质访问控制)两个子层。上面的LLC子层实现数据链路层与硬件无关的功能,比如流量控制,差错恢复等;较低的MAC层提供LLC和物理层之间的接口。不同局域网MAC层不同,LLC层相同。
    .数据链路层的主要功能之一是封装和标识上层数据,在局域网中这个功能由LLC子层实现。IEEE 802.2定义了LLC子层,为802系列标准共用。
    LLC子层对网络层数据添加802.2LLC头进行封装。为了区别网络层数据类型,实现多种协议复用链路,LLC用SAP(Service Access Point,服务访问点)标志上层协议。LLC标准包括两个服务访问点——SSAP(Source Service Access Point,源服务访问点)和DSAP(Destination Service Access Point,目的服务访问点),用以分别标识发送方和接收方的网络层协议。SAP长度为1字节,且仅保留其中6位用于标识上层协议,因此其能够标识的协议数不超过32种。为保证在802.2LLC上支持更多的上层协议,IEEE发布了802.2 SNAP(SubNetwork Access Protocol)标准。802.2 SNAP也用LLC头封装上层数据,但其扩展了LLC属性,将SAP的值置为AA,而新添加了一个2字节长的协议类型(Type)字段,从而可以标识更多的上层协议。
    数据链路层的另一个主要功能是适应种类多样的传输介质,并且在任何一种特定的介质处理信道的占用、站点的标识和寻址问题。在局域网中这个功能由MAC子层实现。由于MAC子层因不同的物理层介质而不同,它分别由多个标准分别定义。例如802.3定义了以太网(Ethernet)的MAC子层,802.4定义了令牌总线网(Token Bus)的MAC子层,而802.5定义了令牌环网(Token Ring)的MAC子层。此外,MAC层还负责对入站数据帧进行完整性校验。

    主要局域网技术

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    常见的局域网技术包括以太网(Ethernet)、令牌环(Token Ring)、FDDI(Fiber Distributed Data Interface,光纤分布式数据接口)等。其中以太网应用最为广泛。
    以太网自Xerox、DEC和Intel公司推出以来获得了巨大的成功。1985年,IEEE802委员会吸收以太网为IEEE802.3标准,并对其进行了修改。以太网标准和IEEE802.3标准的主要区别是:以太网标准只描述了使用50欧姆同轴电缆、数据传输速率为10Mbps的总线局域网,而且以太网标准包括ISO数据链路层和物理层的全部内容;IEEE802.3标准则描述了运行在各种介质上的、数据传输率从1Mbps~10Mbps的所有采用CSMA/CD协议的局域网,而且IEEE 802.3标准只定义了ISO参考模型中的数据链路层的MAC子层和物理层,而数据链路层的LLC子层由IEEE802.2描述。
    最初的以太网使用同轴电缆形成总线拓扑,随即又出现了用集线器(Hub)实现的星型结构,以及通过以太网交换机(switch)实现的交换式以太网。
    令牌环(Token Ring)最早由IBM公司设计开发,IEEE 802.5标准就是在IBM公司的Token Ring协议的基础上发展和形成的。
    在令牌环网中,节点通过环接口连接成物理环形。一个节点要想发送数据,首先必须获取令牌。令牌是一种特殊的MAC控制帧,帧中有一位标志令牌的“忙/闲”。令牌总是沿着物理环单向逐站传送,传送顺序与节点在环中排列顺序相同。
    如果某节点有数据帧要发送,它必须等待空闲令牌的到来。令牌在工作中有“闲”和“两种状态。“闲”表示令牌没有被占用,即网中没有计算机在传送信息:“忙”表示令牌已被占用,即有信息正在传送。希望传送数据的计算机必须首先检测到“闲”令牌,将它置为“忙”的状态,然后在该令牌后面传送数据。当所传数据被目的节点计算机接收后,数据被从网中去,令牌被重新置为“闲”。
    令牌环网的传输方法在物理上采用了星型拓扑结构,但逻辑上仍是环形拓扑结构。老式令牌环网的数据传输速度为4Mbps或16Mbps,新型的快速令牌环网速度可达100Mbps。
    令牌环网的缺点是机制比较复杂。网络中的节点需要维护令牌,一旦失去令牌就无法工作需要选择专门的节点监视和管理令牌。令牌环技术的保守,设备的昂贵,技术本身的难以理解和实现,都影响了令牌环网的普及。
    FDDI(Fiber Distributed Data Interface,光纤分布式数据接口)也是一种利用了环形拓扑.的局域网技术。其主要特点包括:
    1、使用基于IEEE802.5的单令牌环网介质访问控制MAC协议
    2、使用IEEE802.2协议,与符合IEEE802标准的局域网兼容
    3、数据传输速率为100Mb/s,连网节点数最大为1000,环路长度为100km;
    4、可以使用双环结构,具有容错能力;
    5、可以使用多模或单模光纤;
    6、具有动态分配带宽的能力,能支持同步和异步数据传输。
    由于FDDI在早期局域网环境中具有带宽和可靠性优势,其主要应用于核心机房、办公室或建筑物群的主干网、校园网主干等。
    随着以太网带宽的不断提高和可靠性的不断提升,令牌环和FDDI的优势已不复存在。由于其开放、简单、易于实现、易于部署的特性,以太网被广泛应用,迅速成为局域网中占统治地位的技术。

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  • 文章目录局域网基本概念和体系结构局域网局域网拓扑结构局域网的传输介质局域网介质访问控制方法局域网的分类IEEE 802MAC子层和LC子层小结思维导图以太网以太网概述以太网提供无连接、不可靠的服务以太网传输介质与...

    还有一年选择院校,加油 !

    局域网基本概念和体系结构

    局域网

    • 局域网( Local Area Network):简称LAN,是指在某一区域内由多台计算机互联成的计算机组,使用广播信道
    1. 特点1:覆盖的地理范围较小,只在一个相对独立的局部范围内联,如一座或集中的建筑群内
    2. 特点2:使用专门铺设的传输介质(双绞线、同轴电缆)进行联网,数据传输速率高(10Mb/s~10Gb/s).
    3. 特点3:通信延迟时间短,误码率低,可靠性较高。
    4. 特点4:各站为平等关系,共享传输信道。
    5. 特点5:多采用分布式控制和广播式通信,能进行广播和组播

    决定局域网的主要要素为:网络拓扑,输介质与介质访问控制方法

    局域网拓扑结构

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    局域网的传输介质

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    局域网介质访问控制方法

    1. CSMA/CD 常用于总线型局域网,也用于树型网络
    2. 令牌总线常用于总线型局域网,也用于树型网络
      它是把总线型或树型网络中的各个工作站按一定顺序如按接口地址大小排列形成个逻辑环。只有令牌持有者才能控制总线,オ有发送信息的权力。
    3. 令牌环用于环形局域网,如令牌环网

    局域网的分类

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    IEEE 802

    • IEE802系列标准是IEEE802 LAN/MAN标准委员会制定的局域网、城域网技术标准(1980年2月成立).其中最广泛使用的有以太网、令牌环、无线局域网等。这一系列标准中的每一个子标准都由委员会中的一个专门工作组负责。
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    Tips :
    IEEE 802.5 (呜呜) --> 令牌网容易出故障
    IEEE 802.8 (富富) —>光纤技术比较贵

    IEEE802.3标准是一种基帯总线型的局域网标准,它描述物理层和数据链路子层MAC子层的实现方法。

    MAC子层和LC子层

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    小结思维导图

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    以太网

    以太网概述

    • 以太网 Ethernet 指的是由 Xerox公司创建并由 Xerox、Intel 和DEC公司联合开发的基带总线局域网规范,是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。以太网络使用 CSMA/CD(载波监听多路访问及冲突检测)技术 。

    以太网在局域网各种技术中占统治性地位:

    1. 造价低廉(以太网网卡不到100块)
    2. 是应用最广泛的局域网技术
    3. 比令牌环网、ATM网便宜,简单
    4. 满足网络速率要求:10Mb/s~10Gb/s

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    以太网提供无连接、不可靠的服务

    无连接:发送方和接收方之间无“握手过程”。
    不可靠:不对发送方的数据帧编号,接收方不向发送方进行确认,差错帧直接丢弃,差错纠正由高层负责。

    以太网只实现无差错接收(发送什么就接受什么),不实现可靠传输(不对数据进行编号,确认和纠正)。

    以太网传输介质与拓扑结构的发展

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    物理上从总线型改为星型(但逻辑上不忘初心)

    10 BASE-T以太网

    • 10 BASE-T是传送基带信号的双绞线以太网,T表示采用双绞线,现10BASE-T采用的是无屏蔽双绞线 (UTP),传输速率是10Mb/s.

    物理上采用星型拓扑,逻辑上总线型,每段双绞线最长为100m.
    采用曼彻斯特编码
    采用CSMA/CD介质访问控制。

    设配器与MAC 地址

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    以太网 MAC 帧

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    • 类型指明网络层使用何种协议(以便于将MAC 帧收到的数据交给上一层协议)

    • Maximum Transmission Unit,缩写MTU,中文名是:最大传输单元。 (MTU 的值普遍为 1500)

    • 以太网最小帧长为 64 字节 (64-18 = 46)

    • 没有帧结束定界符的原因 : 因为是基于曼切斯特编码,即为根据电压结束的前面四个字节(FCS) 即为数据

    • 注意与IEEE 802.3 的区别

    高速以太网

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    小结思维导图

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    无线局域网

    IEEE802.11

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    802.11的MAC帧头格式

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    • 三个地址对应的形式,再者进行对号入座

    无线局域网的分类

    1、有固定基础没施无线局域网

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    • 802.11标准规定无线局域网的最小构件是基本服务集( Basic Service Set, BSS)。 一个基本服务集包括一个基站和若干移动站。所有的站在本BSS内都可以直接通信,但在与本BSS外的站通信时都要通过本BSS的基站。基本服务集中的基站也称接入点(Access Point, AP),其作用和网桥相似。
    • 一个基本服务集可以是孤立的,也可通过接入点(AP)连接到一个主干分配系统(Distribution System,DS), 然后再接入另一个基本服务集,构成扩展的服务集(Extended Service Set, ESS), 扩展服务集(ESS)还可通过称为门桥(Portal) 的设备为无线用户提供到非802.11 无线局域网(如到. 有线连接的因特网)的接入。门桥的作用相当于-一个网桥。基本服务集和扩展服务集如图所示。
    • 移动站A从某个基本服务集漫游到另一个基本服务集时,仍然能保持与另-一个移动站B进行通信。
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    2、无固定基础设施无线局域网的自组织网络

    考研不怎么考察
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  • 局域网技术

    2017-07-18 21:26:00
    2.1 局域网的概念 ...2.局域网特点: (1)连接方便; (2)简单灵活; (3)不占用电信线路; (4)传输速度快,效率高; (5)安全性及保密性好。 3.光纤:是光导纤维的简称,又称光缆,它是用极...

    2.1 局域网的概念

    1.数千米范围内额几台到数百台小型计算机或微型计算机通过通信线缆连接而形成的计算机系统称为计算机局域网络。局域网简称LAN,是Local Area Network的缩写。

    2.局域网的特点:

    1)连接方便;

    2)简单灵活;

    3)不占用电信线路;

    4)传输速度快,效率高;

    5)安全性及保密性好。

    3.光纤:是光导纤维的简称,又称光缆,它是用极细的石英玻璃纤维作传输介质。光缆传输是利用激光二极管或发光二极管在通电后产生光脉冲信号,这些光脉冲信号能沿光纤进行传输。众所周知,计算机内部的数据是用10来表示的,则中数据称为二进制数据。在非光纤通信电缆上,是用电脉冲传输二进制数据的。而在光纤中,是用光束表示数据的,即用有光和无光表述数据10.

     

    2.4 网络系统结构

    计算机网络共有4中系统结构

    1. 主机系统H
    2. 工作站/文件系统服务器
    3. 客户/服务器系统C/S
    4. 对等网络系统

     

    2.5 常用的网络连接设备

    序号

    设备名称

    主要功能

    基本用途

    1

    中继器

    信号复制和信号放大

    用以连接两个网段

    2

    网桥

    信息交换、信号放大

    用以连接连个同类型的局域网络

    3

    网关

    信息交换、信号放大

    用以连接两个不同类型的局域网络

    4

    路由器

    信息交换、信号放大、路由选择

    用以组建广域网络和国际互联网络

    5

    集线器

    信号复制、信号分流、信号放大

    用以组建简单及小型LAN

    6

    交换机

    信号复制、信号分流、信号放大、路由选择(核心交换机和三层交换机)

    用以组建复杂及大型LAN

    7

    调制解调器

    信号调制与解调

    用以电话线组建网络

    8

    光纤收发器

    光信号收发、光信号与数字信号转换

    用以光纤连接的网络

    9

    网闸

    链路的连接与断开

    安全隔离

    10

    负载均衡器

    任务分摊(服务器均衡)和流量分摊(线路均衡)

    服务器均衡和线路均衡

    11

    BRAS

    拨号上网、认证、计费

    上网用户认证

     

    2.6 网路协议标准

    1.IEEE 802标准只描述了微机局域网络的一部分,即ISO/OSI的最低两层:物理层和数据链层。包括逻辑链路控制层LLC、介质访问控制MAC和物理层控制PH标准。IEEE 802系列是局域网的底层协议,对于高层协议IEEE 802未做规定,因此,各种局域网的高层协议都由自己定义。所以,几乎所有著名的微机网络尽管其高层协议不同,网络的操作系统也不尽相同,但由于其底层都采用了相同的IEEE 802协议标准而可实现互联。

     

    转载于:https://www.cnblogs.com/caicairui/p/7202790.html

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  • 计算机局域网

    2019-04-07 09:44:26
    局域网的网络通信硬件 局域网的网络通信硬件,主要包括网卡、传输媒体和局域网通信设备。 首先,简要介绍一下网卡,网卡也称作网络适配器,即Network Adapter。主要功能是完成计算机与电缆系统的物理连接;根据所...

    局域网的网络通信硬件 

    局域网的网络通信硬件,主要包括网卡、传输媒体和局域网通信设备。

    首先,简要介绍一下网卡,网卡也称作网络适配器,即Network Adapter。主要功能是完成计算机与电缆系统的物理连接;根据所采用的MAC协议实现数据帧的封装和拆封,差错校验和相应的数据通信管理。

    局域网工作在OSI模型的最低两层,即物理层和数据链路层。在数据链路层中,按照功能分为两个子层:介质访问控制子层和逻辑电路控制子层,分别简写为MAC和LLC。其中MAC子层负责与低层的物理层交互,LLC子层负责与高层的网络层交互。

    网卡主要包括了以下几个部分的部件:发送和接收部件、载波检测部件、发送和接收控制部件、曼彻斯特编码/译码器、LAN管理部件、微处理器等。

    网卡的种类很多。可以分为有线网卡和无线网卡。按照网卡传输速度的不同,又可以分为:10Mbps、100Mbps、千兆和万兆以太网卡。

    按照网卡同传输媒介连接的接口来划分,又可以分为:AUI(粗同轴电缆接口)、BNC(细同轴电缆接口)、RJ-45(无屏蔽双绞线接口)、SC和ST(光纤接口)的网卡。

    现在使用的比较普遍的是1000Mbps、PCI总线、RJ-45接口的以太网卡。

    传输媒体

     

    传输媒体包括有线介质和无线介质。

    有线介质包括同轴电缆,双绞线和光纤。

    无线介质包括微波和红外线。 

    首先介绍同轴电缆,同轴电缆由内导体铜芯线、绝缘层、外导体屏蔽线和塑料保护外层组成。如图所示,这些组成部分的轴线都在一起,因此称之为同轴电缆。数据在内导体铜芯线上传递,外导体屏蔽线起到屏蔽外界电磁干扰的作用。如果不连接屏蔽线,虽然在内导体上有信号,但是信号质量较差。

    同轴电缆分为50Ω的基带电缆和75Ω的宽带电缆。基带电缆用于网络中数字信号传输,数据率可以达到10Mbps,宽带电缆,用于有线电视信号的传送。基带电缆在安装的时候,需要切断电缆,安装上BNC,即细同轴电缆接口,然后连接到T型连接器的两端。

    其次介绍双绞线,双绞线是把两根,具有绝缘保护层的铜导线,按一定密度互相绞在一起,用来降低信号干扰的。双绞线由4组8根线组成,用颜色区别,连接头采用RJ45接口,俗称水晶头。

    双绞线分为非屏蔽双绞线,简称UTP和屏蔽双绞线,简称STP。二者的区别在于STP在4组线的外面有金属屏蔽层,可以在某种程度上降低电磁干扰。STP的抗干扰能力优于UTP,但弱于同轴电缆。

    再次介绍光纤,光纤由单根玻璃光纤,紧靠纤芯的包层以及塑料保护层组成。光纤非常细,实际使用时由若干根光纤与其他构件组成光缆。光纤的抗干扰能力优于同轴电缆。在FDDI网络中使用的介质就是光纤。

    光纤可以分为多模光纤和单模光纤。多模光纤使用发光二极管作为发送装置,利用全反射进行传输,传输距离相对较近。单模光纤使用激光发生器作为发送装置,信号沿光纤轴线方向传输,传输距离相对较远。

    接下来介绍无线介质,无线介质是指突破有线介质的束缚,利用电磁波发送和接收信号,包括微波和红外线。

    微波是指频率为300MHz-300GHz的电磁波,波长在1米到1毫米之间的电磁波,是分米波、厘米波、毫米波的统称,是无线电波中一个有限频带的简称。微波就可以沿直线传播,通过抛物线状天线把所有的能量集中于一小束,可以防止他人窃取信号和减少其他信号对它的干扰。

    红外线是太阳光线中众多不可见光线中的一种,红外线通信不易被人发现和截获,保密性强;几乎不会受到电气、天电、人为干扰,抗干扰性强。

    局域网通信设备

     

    局域网通信设备包括集线器和交换机。

    首先介绍集线器,集线器的英文称为Hub。集线器是局域网中的基础设备,主要功能是对接收到的信号进行再生整形放大,以扩大网络的传输距离,同时把所有节点集中在以它为中心的节点上。

    集线器包括转发式Hub和交换式Hub。转发式Hub是把数据包发送到与集线器相连的所有节点,效率低,容易发生冲突碰撞。交换式Hub与交换机类似,具有的MAC地址表,所以它发送数据时具有针对性,效率较高。

    接下来介绍交换机,交换机的英文称为,Switch,可以为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的电信号通路。最常见的交换机是以太网交换机。

    交换机允许多个端口之间进行并发通信。每个交换端口分配一个或几个MAC地址,端口之间的数据通道是硬件实现,称为交换机构 switch fabric ,或交换矩阵  switch  matrix 。

    总线形拓扑结构

     

    拓扑,即Topology,是将各种物体的位置表示成抽象位置。只将讨论范围内的事物之间的相互关系通过图表示出来。网络的拓扑结构研究包括传输媒体互联各种设备的物理布局,入网计算机数据传输控制,即介质访问控制。常见的网络拓扑结构有总线形、星形、网形和环形。

    首先介绍总线形拓扑结构。总线形是网络中有一条公共的线路,称之为总线,入网的计算机都与总线连接,入网的计算机称作工作站。连接总线的计算机都可以将信息发送到总线;也可以从总线上接收信息。

    总线形网络早期使用同轴电缆,后来逐渐用双绞线代替。总线形网络的优点包括连接容易,扩展方便,网络的容错性好,容错性是指存在某些故障,而系统可以继续工作的能力。

    总线形的缺点是介质访问控制方式很复杂。总线形的介质访问控制使用CSMA/CD,即带冲突检测的载波监听多路访问。这是由总线的工作方式决定的,由于总线的公共性,在多个计算机同时发送数据时,会产生冲突碰撞,导致数据传输失败

    CSMA/CD是每个工作站在发送数据之前 首先检测总线是否空闲,如果空闲,就发送数据;如果忙碌,则随机等待一段时间继续检测。在传输下一个数据包之前,还要重新检测。把这一特点归结为:“先听后说”“边听边说”。 

    CSMA/CD

    CSMA/CD即带冲突检测的载波监听多路访问技术或者称为载波监听多点介入/碰撞检测。在传统的共享以太网中,所有的节点共享传输介质。如何保证传输介质有序、高效地为许多节点提供传输服务,就是以太网的介质访问控制协议要解决的问题。

    CSMA/CD是一种争用型的介质访问控制协议。它起源于美国夏威夷大学开发的ALOHA网所采用的争用型协议,并进行了改进,使之具有比ALOHA协议更高的介质利用率。主要应用于现场总线Ethernet中。 另一个改进是,对于每一个站点而言,一旦它检测到有冲突,它就放弃它当前的传送任务。换句话说,如果两个站点都检测到信道是空闲的,并且同时开始传送数 据,则它们几乎立刻就会检测到有冲突发生。它们不应该再继续传送它们的帧,因为这样只会产生垃圾而已;相反一旦检测到冲突之后,它们应该立即停止传送数 据。快速地终止被损坏的帧可以节省时间和带宽。

    CSMA/CD控制方式的优点是:

    原理比较简单,技术上易实现,网络中各工作站处于平等地位 ,不需集中控制,不提供优先级控制。但在网络负载增大时,发送时间增长,发送效率急剧下降。

    CSMA/CD应用在 OSI 的第二层数据链路层

    它的工作原理是: 发送数据前 先侦听信道是否空闲 ,若空闲,则立即发送数据。若信道忙碌,则等待一段时间至信道中的信息传输结束后再发送数据;若在上一段信息发送结束后,同时有两个或两个以上的节点都提出发送请求,则判定为冲突。若侦听到冲突,则立即停止发送数据,等待一段随机时间,再重新尝试。

    其原理简单总结为:先听后发,边发边听,冲突停发,随机延迟后重发

    CSMA/CD采用IEEE 802.3标准。

    它的主要目的是:提供寻址和媒体存取的控制方式,使得不同设备或网络上的节点可以在多点的网络上通信而不相互冲突。

    有人将CSMA/CD的工作过程形象的比喻成很多人在一间黑屋子中举行讨论会,参加会议的人都是只能听到其他人的声音。每个人在说话前必须先倾听,只有等会场安静下来后,他才能够发言。人们将发言前监听以确定是否已有人在发言的动作称为"载波监听"; 将在会场安静的情况下每人都有平等机会讲话成为“多路访问”;如果有两人或两人以上同时说话,大家就无法听清其中任何一人的发言,这种情况称为发生“冲 突”。发言人在发言过程中要及时发现是否发生冲突,这个动作称为“冲突检测”。如果发言人发现冲突已经发生,这时他需要停止讲话,然后随机后退延迟,再次 重复上述过程,直至讲话成功。如果失败次数太多,他也许就放弃这次发言的想法。通常尝试16次后放弃。

    控制规程的核心问题:解决在公共通道上以广播方式传送数据中可能出现的问题(主要是数据碰撞问题)

    控制过程包含四个处理内容:监听、发送、检测、冲突处理

    (1) 监听:

    通过专门的检测机构,在站点准备发送前先侦听一下总线上是否有数据正在传送(线路是否忙)?

    若“忙”则进入后述的“退避”处理程序,进而进一步反复进行侦听工作。

    若“闲”,则一定算法原则(“X坚持”算法)决定如何发送。

    (2) 发送:

    当确定要发送后,通过发送机构,向总线发送数据。

    (3) 检测:

    数据发送后,也可能发生数据碰撞。因而,要对数据边发送,边检测,以判断是否冲突了。

    (4)冲突处理:

    当确认发生冲突后,进入冲突处理程序。有两种冲突情况:

    ① 侦听中发现线路忙

    ② 发送过程中发现数据碰撞

    ① 若在侦听中发现线路忙,则等待一个延时后再次侦听,若仍然忙,则继续延迟等待,一直到可以发送为止。每次延时的时间不一致,由退避算法确定延时值。

    ② 若发送过程中发现数据碰撞,先发送阻塞信息,强化冲突,再进行监听工作,以待下次重新发送(方法同①)CSMA/CD工作原理及性能分析(指标与影响因素)

    CSMA/CD的主要影响因素:传播时延、工作站数。

    ①CSMA/CD对站点个数不是很敏感,对实际的输入负载比较敏感。

    ②CSMA/CD对传播时延比较敏感。

    ③CSMA/CD冲突不可避免。

    ④CSMA/CD的介质利用率随a的上升下降较快。

    ⑤CSMA/CD适合通信量不大,交互频繁的场合

    ⑥对于CSMA/CD帧越长,吞吐量越大,要求帧具有最小长度,当有许多短消息时,带宽浪费严重。

    ⑦CSMA/CD在轻负载时提供最短延迟,但对重负载敏感。

    上述两种冲突情况都会涉及一个共同算法——退避算法。

    ①退避算法:当出现线路冲突时,如果冲突的各站点都采用同样的退避间隔时间,则很容易产生二次、三次的碰撞。因此,要求各个站点的退避间隔时间具有差异性。这要求通过退避算法来实现。

    截断的二进制指数退避算法(退避算法之一):

    当一个站点发现线路忙时,要等待一个延时时间M,然后再进行侦听工作。延时时间M以以下算法决定:

    M = 0 ~ (2^k - 1) 之间的一个随机数乘以512比特时间(例如对于10Mbps以太网,为51.2微秒),k为冲突(碰撞)的次数,M的最大值为1023,即当k=10及以后M始终是0~1023之间的一个随机值与51.2的乘积,当k增加到16时,就发出错误信息。

    ② 特殊阻塞信息:是一组特殊数据信息。在发送数据后发现冲突时,立即发送特殊阻塞信息(连续几个字节的全1,一般为32-48位),以强化冲突信号,使线路上站点可以尽早探测得到冲突的信号,从而减少造成新冲突的可能性。

    ③ 冲突检测时间>=2α: α表示网络中最远两个站点的传输线路延迟时间。该式表示检测时间必须保证最远站点发出数据产生冲突后被对方感知的最短时间。在2α时间里没有感知冲突,则保证发出的数据没有产生冲突。(只要保证检测2α时间,没有必要整个发送过程都进行检测)

    ④ X-坚持的CSMA算法:当在侦听中发现线路空闲时,不一定马上发送数据,而采用X-坚持的CSMA算法决定如何进行数据发送:

    算法特点

    综上,介绍了CSMA/CD,CSMA/CD是一种争用型的介质访问控制协议。它起源于美国夏威夷大学开发的ALOHA网所采用的争用型协议,主要应用于现场总线Ethernet中。对于每一个站点而言,一旦它检测到有冲突,它就放弃它当前的传送任务。

    环形拓扑结构

     

    环形拓扑结构

    在网络拓扑结构中,一类重要的连接形式是环型连接,又称令牌环网。令牌环网是由闭合的环路将各个通信站点连接起来,数据沿着环路传输。在环网初始化时指定按顺时针或者逆时针方向传输,如此环网中的每一个站点就有所谓的上游站点和下游站点。

    环网的介质访问控制由令牌控制。所谓令牌,是在环网中传递的一个特殊的数据包,由环网初始化时产生,沿着环路,由一个站点传递给下游站点,用来控制站点的数据发送。

    令牌环网的特点是故障定位容易;网络容错性差。由于是环路连接,需要每一个站点的参与,因此一旦某一站点出现故障,整个环网不能工作,即容错性差。此时进行故障定位很容易。

    接下来介绍令牌环网工作过程,在令牌环网中,如果没有数据传输,则将令牌沿着环路一个站点一个站点传递。如果有站点需要发送数据,需要等待令牌由上游站点传递到该站点,然后发送数据。数据包带有发送站点和接收站点的MAC地址,每一个站点收到数据包之后核对本站点与目标站点的MAC地址是否一致,如果一致,数据包向本站点高层传递,同时复制一份,传递给下游站点;如果不一致,直接传递给下游站点。数据包在环网中传递一周,最后回到发送站点,如果还有数据,则继续传递,如果没有数据传递,则产生新的令牌,发送给下游站点。

    FDDI

     

    FDDI,即光纤分布式数据接口。FDDI是以光纤传输介质的局域网标准,由美国国家标准协会ANSI X3T9.5委员会制定。

    FDDI采用主、副双环结构,主环进行正常的数据传输,副环为冗余的备用环。两个环传输信息的方向是相逆的。

     

     

    FDDI使用两条环路,所以当其中一条出现故障时,数据可以从另一条环路上到达目的地。连接到FDDI的结点主要有两类,即A类和B类。A类结点与两个环路都有连接,由网络设备如集线器等组成,并具备重新配置环路结构以在网络崩溃时使用单个环路的能力;B类结点通过A类结点的设备连接在FDDI网络上,B类结点包括服务器或工作站等。

    FDDI

    FDDI ,即光纤分布式数据接口,是于80年代中期发展起来一项局域网技术,它提供的高速数据通信能力要高于当时的以太网(10Mbps)和令牌网(4或16Mbps)的能力。

     FDDI 包括两种类包,同步的和异步的。同步通信用于要求连续进行且对时间敏感的传输(如音频、视频和多媒体通信);异步通信用于不要求连续脉冲串的普通的数据传输。在给定的网络中,TTRT等于某结点同步传输需要的总时间加上最大的帧在网络上沿环路进行传输的时间。FDDI使用两条环路,所以当其中一条出现故障时,数据可以从另一条环路上到达目的地。连接到FDDI的结点主要有两类,即A类和B类。A类结点与两个环路都有连接,由网络设备如集线器等组成,并具备重新配置环路结构以在网络崩溃时使用单个环路的能力;B类结点通过A类结点的设备连接在FDDI网络上,B类结点包括服务器或工作站等。

    1982年ANSI的X3T9.5委员会提出并在以后陆续制订了由物理层(PHY),物理层媒体依赖(PMD)和媒体访问控制(MAC)三部分组成的基本FDDI,1990年ISO也发布了ISO9314-1(PHY)、ISO9314-2(MAC)和ISO9314-3(PMD)的国际标准。

    FDDI的物理层被分为两个子层:

    (1)物理媒体依赖PMD,它在FDDI网络的节点之间提供点--点的数字基带通信。早先的PMD标准规定了多模光纤的连接,现在已有关于单模光纤连接的SMF--PMD,并正在开发与同步光纤网连接的PMD子层标准。

    (2)物理层协议PHY,它提供PMD与数据链路层之间的连接。

    FDDI的数据链路层被分为多个子层:

    (1)可选的混合型环控制HRC(Hybrid Ring Control),它在共享的FDDI媒体上提供分组数据和电路交换数据的多路访问。HRC由混合多路器(H-MUX)和等时MAC(I-MUX)两部分组成。

    (2)媒体访问控制MAC,它提供对于媒体的公平和确定性访问、识别地址、产生和验证帧校验序列。

    (3)可选的逻辑链路控制LLC,它提供MAC与网络层之间所要求的分组数据适应服务的公共协议。

    (4)可选的电路交换多路器(CS-MUX).

    FDDI采用编码方式为NRZ-I.和4B/5B(在这种编码技术中每次对4位数据进行编码,每4位数据编码成5位符号,用光的存在和不存在表示5位符号中每一位是1还是0)4B/5B 可使效率提高到80%

    当数据以100Mbps的速度输入输出时,在当时FDDI与10Mbps的以太网和令牌环网相比性能有相当大的改进。但是随着快速以太网和千兆以太网技术的发展,用FDDI的人就越来越少了。因为FDDI使用的通信介质是光纤,这一点它比快速以太网及现在的100Mbps令牌网传输介质要贵许多,然而FDDI最常见的应用只是提供对网络服务器的快速访问,所以在目前FDDI技术并没有得到充分的认可和广泛的应用。FDDI另一种常用的通信介质是电话线。

    FDDI的访问方法与令牌环网的访问方法类似,在网络通信中均采用“令牌”传递。它与标准的令牌环又有所不同,主要在于FDDI使用定时的令牌访问方法。FDDI令牌沿网络环路从一个结点向另一个结点移动,如果某结点不需要传输数据,FDDI将获取令牌并将其发送到下一个结点中。如果处理令牌的结点需要传输,那么在指定的称为“目标令牌循环时间”(Target Token Rotation Time,TTRT)的时间内,它可以按照用户的需求来发送尽可能多的帧。因为FDDI采用的是定时的令牌方法,所以在给定时间中,来自多个结点的多个帧可能都在网络上,以为用户提供高容量的通信。

    光纤分布数据接口(FDDI)是目前成熟的LAN技术中传输速率最高的一种。这种传输速率高达100Mb/s的网络技术所依据的标准是ANSIX3T9.5。该网络具有定时令牌协议的特性,支持多种拓扑结构,传输媒体为光纤。使用光纤作为传输媒体具有多种优点:

    1、较长的传输距离,相邻站间的最大长度可达2KM,最大站间距离为200KM。

    2、具有较大的带宽,FDDI的设计带宽为100Mb/s。

    3、具有对电磁和射频干扰抑制能力,在传输过程中不受电磁和射频噪声的影响,也不影响其设备。

    4、光纤可防止传输过程中被分接偷听,也杜绝了辐射波的窃听,因而是最安全的传输媒体。

    由光纤构成的FDDI,其基本结构为逆向双环。一个环为主环,另一个环为备用环。一个顺时针传送信息,另一个逆时针。当主环上的设备失效或光缆发生故障时,通过从主环向备用环的切换可继续维持FDDI的正常工作。这种故障容错能力是其它网络所没有的。

    FDDI使用了比令牌环更复杂的方法访问网络。和令牌环一样,也需在环内传递一个令牌,而且允许令牌的持有者发送FDDI帧。和令牌环不同,FDDI网络可在环内传送几个帧。这可能是由于令牌持有者同时发出了多个帧,而非在等到第一个帧完成环内的一圈循环后再发出第二个帧。

    令牌接受了传送数据帧的任务以后,FDDI令牌持有者可以立即释放令牌,把它传给环内的下一个站点,无需等待数据帧完成在环内的全部循环。这意味着,第一个站点发出的数据帧仍在环内循环的时候,下一个站点可以立即开始发送自己的数据。FDDI标准和令牌环介质访问控制标准IEEE802.5十分接近。

    FDDI用得最多的是用作校园环境的主干网。这种环境的特点是站点分布在多个建筑物中。FDDI也常常被划分在城域网MAN的范围。

    综上,介绍了FDDI,FDDI是于80年代中期发展起来一项局域网技术,它提供的高速数据通信能力要高于当时的以太网(10Mbps)和令牌网(4或16Mbps)的能力。FDDI技术同IBM的Tokenring技术相似,并具有LAN和Tokenring所缺乏的管理、控制和可靠性措施,FDDI支持长达2KM的多模光纤。FDDI网络的主要缺点是价格同前面所介绍的“快速以太网”相比贵许多,且因为它只支持光缆和5类电缆,所以使用环境受到限制、从以太网升级更是面临大量移植问题。

    异步传输模式 ATM

     

    ATM是一项数据传输技术,是实现B-ISDN的业务的核心技术之一。ATM是以信元为基础的一种分组交换和复用技术,它是一种为了多种业务设计的通用的面向连接的传输模式。它适用于局域网和广域网,它具有高速数据传输率和支持多种类型信息。

    ATM是一项信元中继技术,数据分组大小固定,能够把数据块从一个设备经过ATM交换设备传送到另一个设备。所有信元具有同样的大小,不像帧中继及局域网系统数据分组大小不定。使用相同大小的信元可以提供一种方法,预计和保证应用所需要的带宽。

    ATM交换设备是ATM网络的重要组成部分,将数据分组快速地从一个节点传送到另一个节点;或者用作广域通信设备,在远程LAN之间快速传送ATM信元。

    异步传输模式ATM

    异步传输模式ATM,就是建立在电路交换和分组交换的基础上的一种新的交换技术。

    ATM是一项数据传输技术,是实现B-ISDN的业务的核心技术之一。ATM是以信元为基础的一种分组交换和复用技术,它是一种为了多种业务设计的通用的面向连接的传输模式。它适用于局域网和广域网,它具有高速数据传输率和支持许多种类型如声音、数据、传真、实时视频、CD质量音频和图像的通信。

    ATM是在LAN或WAN上传送声音、视频图像和数据的宽带技术。它是一项信元中继技术,数据分组大小固定。你可将信元想像成一种运输设备,能够把数据块从一个设备经过ATM交换设备传送到另一个设备。所有信元具有同样的大小,不像帧中继及局域网系统数据分组大小不定。使用相同大小的信元可以提供一种方法,预计和保证应用所需要的带宽。如同轿车在繁忙交叉路口必须等待长卡车转弯一样,可变长度的数据分组容易在交换设备处引起通信延迟。

    ATM是一种异步传输模式。

    ATM以信元为基本单位。

    ATM的信元的长度为53个字节。

    由于ATM网络是面向连接的,所以,在发送数据之前首先要发送一个分组以便建立连接,当这个初始分组经过子网的时候,该路径上所有的路由器都在他们的内部表中建立一个表项,用来标明该链接的存在,并且为它预留必要的资源。这里的链接通常称为虚电路(virtual circuit),类似于电话系统中使用的物理电路。

    ATM有它自己的参考模型,既不同于OSI模型,也不同于TCP/IP模型。它包括三层:物理层、ATM层和ATM适配层。

    ATM采用面向连接的传输方式,将数据分割成固定长度的信元,通过虚连接进行交换。ATM集交换、复用、传输为一体,在复用上采用的是异步时分复用方式,通过信息的首部或标头来区分不同信道。

    ATM真正具有电路交换和分组交换的双重性:

    ATM面向连接,它需要在通信双方向建立连接,通信结束后再由信令拆除连接。但它摒弃了电路交换中采用的同步时分复用,改用异步时分复用,收发双方的时钟可以不同,可以更有效地利用带宽。

    ATM的传送单元是固定长度53byte的CELL(信元),其中5B为信元头,用来承载该信元的控制信息;48B为信元体,用来承载用户要分发的信息。信头部分包含了选择路由用的VPI(虚通道标识符)/VCI(虚通路标示符)信息,因而它具有分组交换的特点。它是一种高速分组交换,在协议上它将OSI第二层的纠错、流控功能转移到智能终端上完成,降低了网络时延,提高了交换速度。

    交换设备是ATM的重要组成部分,它能用作组织内的Hub,快速将数据分组从一个节点传送到另一个节点;或者用作广域通信设备,在远程LAN之间快速传送ATM信元。以太网、光纤分布式数据接口(FDDI)、令牌环网等传统LAN采用共享介质,任一时刻只有一个节点能够进行传送,而ATM提供任意节点间的连接,节点能够同时进行传送。来自不同节点的信息经多路复用成为一条信元流。在该系统中,ATM交换器可以由公共服务的提供者所拥有或者是组织内部网的一部分。

    由于ATM网络由相互连接的ATM交换机构成,存在交换机与终端、交换机与交换机之间的两种连接。因此交换机支持两类接口:用户与网络的接口UNI(通用网络接口)和网络节点间的接口NNI。对应两类接口,ATM信元有两种不同的信元头。

    在ATM网络中引入了两个重要概念:VPI(虚路径标识符)和VCI(虚通道标识符),它们用来描述ATM信元单向传输的路由。一条物理链路可以复用多条虚通道,每条虚通道又可以复用多条虚通路,并用相同的标识符来标识,即VPI和VCI。VPI和VCI独立编号,VPI和VCI一起才能唯一地标识一条虚通路。

    相邻两个交换节点间信元的VPI/VCI值不变,两节点之间形成一个VP链和VC链。当信元经过交换节点时,VPI和VCI作相应的改变。一个单独的VPI和VCI是没有意义的,只有进行链接之后,形成一个VP链和VC链,才形成一个有意义的链接。在ATM交换机中,有一个虚连接表,每一部分都包含物理端口、VPI、VCI值,该表是在建立虚电路的过程中生成的。

    ATM是在LAN或WAN上传送声音、视频图像和数据的宽带技术。它是一项信元中继技术,数据分组大小固定。你可将信元想像成一种运输设备,能够把数据块从一个设备经过ATM交换设备传送到另一个设备。所有信元具有同样的大小,不像帧中继及局域网系统数据分组大小不定。使用相同大小的信元可以提供一种方法,预计和保证应用所需要的带宽。如同轿车在繁忙交叉路口必须等待长卡车转弯一样,可变长度的数据分组容易在交换设备处引起通信延迟。

    ATM用作公司主干网时,能够简化网络的管理,消除了许多由于不同的编址方案和路由选择机制的网络互连所引起的复杂问题。ATM集线器能够提供集线器上任意两端口的连接,而与所连接的设备类型无关。这些设备的地址都被预变换,例如很容易从一个节点到另一个节点发送一个报文,而不必考虑节点所连的网络类型。ATM管理软件使用户和他们的物理工作站移动地方非常方便。

    通过ATM技术可完成企业总部与各办事处及公司分部的局域网互联,从而实现公司内部数据传送、企业邮件服务、话音服务等等,并通过上联INTERNET实现电子商务等应用。同时由于ATM采用统计复用技术,且接入带宽突破原有的2M,达到2M-155M,因此适合高带宽、低延时或高数据突发等应用。

    在传统的分组交换方式中分组长度不固定,这时必须经过比较才能知道分组是否结束,当分组长度固定时只需计数便可知道分组的终结,计数执行指令比比较执行指令的时间少许多。分组长度固定适合于快速处理,在ATM中将长度固定的分组称为信元(CELL),信元由信头域和信息域组成,信头域长5字节,信息域长为48字节,信头的主要功能为流量控制、虚通道∕虚通路、交换、信头检验和信元定界以及信元类型的识别。

    可实现虚通道∕虚通路两级交换

    在ATM中,可将一个传输通路如同步数字体系(SDH)中的同步转移模式STM-1、STM-4等划分为若干个虚通道,一个虚通道又可以分割为若干个虚通路。为了完成端点间的通信,类似于电路交换方式,ATM首先选择路由,在两实体之间建立虚通路,这样就使得路由寻址和数据转发功能截然分开。采用虚连接方法,ATM可将逻辑子网与物理子网隔离开,网络的主要管理和控制功能集中在虚电路一级上,使传输过程的控制较为简单,减少了网管、网控的复杂性。

    为了提高系统资源利用率,在ATM中采用统计复用方式。ATM是 面向连接方式,在主叫与被叫之间先建立一条连接,同时分配一个虚通道∕虚通路,将来自不同信息源的信元汇集到一起,在缓冲器内排队,队列中的信元根据到达 的先后按优先等级逐个输出到传输线路上,形成首尾相接的信元流。具有同样标志的信元在传输线上并不对应着某个固定的时隙,也不是按周期出现的。异步时分复 用使ATM具有很大的灵活性,任何业务都按实际信息量来占用资源,使网络资源得到最大限度的利用。

    综合多种业务

    传统上一种业务建立一个网络,因而有计算机网、图像网、话音网之分。ATM试图综合所有的业务。由于各种业务所要求的服务质量的不同和业务特性差异,在一个网内交换所有业务是相当难的,例如话音与图像这些实时业务对端到端时延要求很严,一般认为不超过40 ms,但话音和图像对误码率要求却相差很大,电话误码率在10?-3时不影响清晰度,电视图像误码率应在10?-6以下,否则会产生图像凝固,等等。另外,各种业务特性差异主要表现在突发度和速率上,例如数据业务突发度50,会议电视5,普通电视1;在速率跨度上,数据业务10 kbps~100 Mbps,电话64 kbps,电视15~50 Mbps。将这些服务质量要求不同和业务特性差异甚远的多种业务综合在一起,即均以53字节长的信元传递,ATM采取“分类治之”的办法,即根据信元速率是否可变、信元与信宿间是否要同步以及面向连接与否,将业务分类,对不同的业务进行不同的适配,不论业务源的性质有多么不同,网络都按同样的模式来处理,真正做到安全的业务综合。

    综上,介绍了异步传输模式ATM,ATM是一项数据传输技术,是实现B-ISDN的业务的核心技术之一。ATM是以信元为基础的一种分组交换和复用技术,它是一种为了多种业务设计的通用的面向连接的传输模式。它适用于局域网和广域网,它具有高速数据传输率和支持许多种类型如声音、数据、传真、实时视频、CD质量音频和图像的通信。

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