41局域网概述 局域网产生的原因 第4章 80年代,微型机发展迅速,小区城内的计算机需 要共享资源、相互通信。 局域网的基本特点 局城网 高数据传输率(10-1000Mbps) 短距离(0.1~10km) 低出错率(108-1011) 决定局域网性能的三要素 网络拓扑 传输介质 介质访问控制方法 总线型一拓扑构型 总线型一拓扑构型 一介质访问控制方法采用的是“共享介质”方式 因此出现“冲突( collision)”是不可避免的,“冲 所有结点都连接到一条作为公共传输介质的总线 突”会造成传输失败 必须解决多个结点访问总线的介质访问控制问题 所有结点都可以通过总线传输介质以“广播”方式发 送或接收数据 星型一拓扑构型 环型一拓扑构型 一交換局域网( switched LAN)的物理结构 结点使用点一点线路连接,多个结点共享一条闭合 环中数据沿着一个方向绕环逐站传输 环建立、維护、结点的插入与撒出
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共享信道的访问控制 共享信道的访问控制 1.静态分配 频分多路复用FDM(波分复用wDM 2动态分配(多点访问 multiple access) 原理:将频带平均分配给每个要参与通信的用 随机访问:网上各站都可以根据自己的意愿随机 地访问信道,两个或两个以上站点同时发送信息 时分多路复用TDM 会产生冲突 原理:每个用户拥有固定的信道传送时槽 优点:适合于用户较少,数目基本固定,各用户 受控访问:每一时刻网上只有一个站点发送信 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 集中式控制(多点轮询 polling),分散式控 制 局域网的IEEE802系列标准 802标准在网络体系结构中的位置 8022逻辑链路控制(LLC)子层 IEEE802系列标准定义了若干种局域网LAN,包 括对物理层、介质访问控制(MAC)子层的定义和描 802.1接口原语定 幽幽幽幽幽删 802.1基本介绍和接口原语定义 -802.2逻辑链路控制(LLC)子层 esND令牌环合语音交换式 8023采用 CSMA/CD技术的局域网 局域网局域网 局域网 QDB局域网 802.4采用令牌总线( Token bus)技术的局域网 令牌总线 8025采用令牌环( Token ring)技术的局域网 局域网城域 分成两个子层的原因 LAN的参考模型 管理多点访问信道的逻辑不同于传統的数据链路控 物理层主要功能 Network layEr 局域网具有共享传输介质的特点 一比特的传输与接收。 必须解决发生冲突的问题; MAC子层主要功能 由MAC子层提供多种介质访问控制方法实现 对于同一个LLC,可以提供多个MAC选择 比特差错检测; 寻 LLC隐藏了不同802MAC子层的差异,为网络层提 一竞争处理 供单一的格 LCC子层主要功能: LLC子层提供确认机制和流量控制 建立和释放数链路层的逻辑连接 总之: 一让MAC子层与介质密切相关 ≯让LLC子层与所有介质访问控制方法无关; 一给帧加序号
2 制。 ÿ让LLC子层与所有介质访问控制方法无关；
逻辑链路控制子层LLC( Logieal Link Control 介质控制子层MAC( Medium Access Control) LLC提供三种服务 主要任务 不确认的数据报服务; 成帧与拆帧;比特差错检测;寻址;竞争处理 有确认的数据报服务; 般由硬件-网卡完成 可靠的面向连接服务 高层PDU LLC帧结构字节数 基于HDLC 地址源地址 LLC首部LLC数据 LLC层 一有效地址为128个(最低位另有含义) LC-PDU 目的地址最低位:0-单个地址;1-组地址; 组地址表示数提要发往某一特定站的一组服务访问点 AC首部MAC数据MAC尾部MAC层 源地址最低位:0-命令帧;1-应答幀 MAC-PDU 服务访问点SAP与地址 42以太网( Ethernet) MAC地址:某站的物理地址 发 SAP地址:某进程在站中地址; 1975,美国施乐( Xerox)公司研制出2.94Mbps的共享 信道以太网( Ethernet), Bob Metcalfe(哈佛大学博士 毕业)和 David boums发明了以太网,连接了1英里内的256台 1980, Xerox, DEC,lnte共同制定了10Mbps的以太网 1998,产生了1000Mbps的以太网标准 采用受彻斯特编码传输 以太网的信道共享技术 随机访问技术: ALOHA协议 多用户共享单一信道,并由此产生冲突,这样的系 定义:控制多个用户共用一条信道的协 统称为竞争系统 关键问题:如何解决对信道争用 ALOHA协议 70年代, Norman Abramson设计了 ALOHA协议。 随机访问技术的发展 ALOHA 目的:解决信道的动态分配,基本思想可用于任何无协 →CSMA(增加栽波监听) 调关系的用户争用单一共享信道使用权的系统 →CSMA/CD(增加冲突检测) 分类:纯 ALOHA协议和时隙 ALOHA协议
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纯 ALOHA协议 个帧发送成功的条件 70年美国夏威夷大学提出,用于地面分组无线电系統 基本思想: 设发送一帧所需时间为T(帧时),且帧长固定 每个站可随时发送数据帧,然后监听信道看是否产 须在该幀发送前后各一段时间7内(一共有2T的时 生冲突,若产生冲突,则等待一段随机的时间重发,直 到重传成功为止 间间隔)没有其它帧发送 站1「口「3「5 2突度传一「S 13冲史重传 易冲突区 纯 ALOHA协议的信道效率 时隙 ALOHA协议 吞吐率S:在帧时T内成功发送的平均帧数 72年 Robert提出 若S=0,意味着信道上无成功数据帧传送; 基本思想 若S=1,意味着数据幀一个接一个传送,帧间无空隙 把信道时间划分成离散的时间隙,隙长为一个帧 网络负载G;在幀时T内总共发送的平均幀数(包含发 送成功和未成功)。显然:G>S。 所需的发送时间。每个站点只能在时隙开始时才允许 若G=S,意味着信道上数据桢不产生冲突 发送,其他过程与纯 ALOHA协议相同 站1_11 冲突重传 不稳定区域 站2 时隙→A,4,Ar→ 时隙 ALOHA协议的信道效率 以太网:CSMA和CSMA/CD 冲突危险区是纯 ALOHA的一半 载波监听多路访问协议CSMA 与纯 ALOHA协议相比,降低了产生冲突的概率 Carrier Sense Multiple Access Protocols 信道利用率最高为36.8% 是在 ALOHA协议的基础上提出来 主要区别:增加一个载波监听协议(发送前监听) 站点在为发送帧而访问传输信道之前,首先监听 信道有无载波,若有载波,说明已有用户在使用信 道,则不发送幀以避免冲突 主要类型 Pure ALOHA: S= Ge"2G 非坚持型CSMA( nonpersistent CSMA 1-坚持型CSMA(l- persistent CSMA) G (attempts per packet time p-坚持型CSMA(p- persistent CSMA)
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1-坚持型CSMA(1- persistent CSMA) “坚持”:在监听到信道忙时,仍坚持听下去,一直 传播延迟的影响 监到信道空闲为止 传播延迟越大,发生冲突的可能性越大,协议性 能越差, 苴听策略 信道空闲 优点:减少了信道空闲时间 缺点:增加了发生冲突的概率 非坚持型CSMA( nonpersistent CSMA) p-坚持型CSMA( p-persistent CSMA) “非坚持”:一旦监听到信道忙,就不再坚持听下去 适用于分隙信道 而是廷迟一段随机时间后重新再监听 原理 以概率(1-p)廷迟一 段时间τ 可根据信道上通信是送之间的 量的多少设定不同的p 值,因而可以提高信道 利用率 优点:减少了冲突的概率; 缺点:增加了信道空闲时间,数据发送廷迟增大; 五种多路访问协议性能比较 带冲突检测的 CSMA/CD 引入原因 当两个帧发生冲突时,两个被损坏帧继续传送毫 o Dt pe 无意义,而且信道无法被其他站点使用,对于有限的信 道来讲,这是很大的浪费。如果站点边发送边监听,并 在监听到冲突之后立即停止发送,可以提高信道的利用 率,因此产生了 CSMA/CI 原理: 沾点使用CSMA协议进行数据发送; 在发送期间如果检测到冲突,立即终止发送,并 发出一个瞬间千扰信号,使所有的站点都知道发生了冲 在发出千扰信号后,等待一段随机时间,再重复 上述过程
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