计算机网络（本科）第四章 局域网技术与协议

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1、第四章 计算机局域网络（LAN）1.Basic-Concept2.Ethernet3.Tokennet 4.FDDI5.LANLLC1、Basic-ConceptnLAN Definition、AttributesnCategories of NetworksnProject 802 nTopologynTransmit technologyLAN Definition&Attributs局域网局域网是将分散在是将分散在有限有限地理范围内（如一栋大楼，地理范围内（如一栋大楼，一个部门）的多台计算机通过传输媒体连接起来一个部门）的多台计算机通过传输媒体连接起来的通信网络，通过功能完善的的通信网络

2、，通过功能完善的网络协议和软件网络协议和软件，实现计算机之间的相互通信和共享资源。实现计算机之间的相互通信和共享资源。IEEEIEEE：局域网局域网是允许是允许中等地域中等地域内的内的众多独立设备众多独立设备通过通过中等速率中等速率的物理信道直接互连通信的数据通的物理信道直接互连通信的数据通信系统。信系统。Contd网络覆盖网络覆盖范围小范围小（2525公里以内）公里以内）选用较高特性的传输媒体：高的传输选用较高特性的传输媒体：高的传输速率和低的传输误码率速率和低的传输误码率软件协议简化软件协议简化媒体访问控制方法相对简单媒体访问控制方法相对简单 不考虑路由选择不考虑路由选择忽略忽略OSIOS

3、I网络层网络层Categories of Networks地域范围地域范围小大中Cont LANContdMANContdWANIEEEProject 802802.3802.3CSMA/CDCSMA/CD802.4802.4TOKEN/BUSTOKEN/BUS802.5802.5TOKEN/RINGTOKEN/RINGContdn传输媒体n双绞线n传输电缆n光纤Topology ContdBUSContdRINGContdstarContdstarContdstar2、EthernetnIEEE802.3 IEEE802.3 与与 EthernetEthernet帧格式的区别帧格式的区别nC

4、SMA/CD CSMA/CD n冲突检测冲突检测n冲突减少冲突减少n以太网的发展以太网的发展2、Ethernet帧格式帧格式n以太网:由DEC、Intel和Xerox三个公司1982年宣布nIEEE802.3:由IEEE802委员会制定，滞后于以太网标准n两者的帧格式不同,以太网标准是当前事实上的标准Contd帧格式帧格式如何区别如何区别802.3802.3长度长度小于小于080008002、Ethernet CSMA/CD CSMA/CD ContdCSMA/CD1.CSMA/CD的含义是什么？MAMA：多路访问：多路访问：多个结点共享媒体，多个结点同：多个结点共享媒体，多个结点同时获取信息

5、时获取信息CSCS：载波侦听载波侦听（说前先听说前先听）侦听媒体是否空闲）侦听媒体是否空闲减少冲突的概率，但无法彻底避免冲突（减少冲突的概率，但无法彻底避免冲突（whywhy？）？）信道是否空闲的依据信道是否空闲的依据:总线是否有电平的变化总线是否有电平的变化ContdCSMA/CDCDCD：冲突检测：冲突检测:边说边听边说边听2、Ethernet-冲突检测冲突检测 冲突检测Contd-冲突检测（传统电缆）冲突检测（传统电缆）n帧长度要求n(最小长度发送时间=2最远端端传输时间)Contd-冲突检测冲突检测这种情况是否存在冲突？这种情况是否存在冲突？ImpossibleImpossibleCo

6、ntd-冲突检测（双绞线）冲突检测（双绞线）n集线器下的冲突情形？n交换机下的冲突情形？n最小帧长度问题？最小帧长度的计算n假设公共总线媒体长度为假设公共总线媒体长度为S S，帧在媒体上的传播，帧在媒体上的传播速度为速度为0.7C0.7C（光速），网络的传输率（发送速（光速），网络的传输率（发送速率）为率）为R R（bpsbps），），TphyTphy为某站的物理层时延；为某站的物理层时延；则有：碰撞槽时间则有：碰撞槽时间=2S/0.7C+2Tphy 2S=2S/0.7C+2Tphy 2S是是因为要计算往返传输距离因为要计算往返传输距离n所以：所以：Lmin=Lmin=（2S/0.7C+2Tp

7、hy 2S/0.7C+2Tphy）R R2、Ethernet-冲突减少冲突减少n载波侦听能够减少冲突概率,但无法杜绝n当冲突产生后,端系统将重发数据帧,将引起更大的冲突,如何避免这种冲突?n二进制冲突退避算法Contd-冲突减少冲突减少二进制指数退避算法：二进制指数退避算法：退避时间计算：信号在媒体上的往返时间退避时间计算：信号在媒体上的往返时间随机数；随机数；随机数随机数(r)的取值范围依赖于冲突的次数的取值范围依赖于冲突的次数(i)；0rr2 2i i思路思路：错开重发时间，使之随失败次数增多：错开重发时间，使之随失败次数增多而增加。而增加。Contd-冲突减少冲突减少冲突次数冲突次数随机

8、数（随机数（r r）取值范围）取值范围1 121-1：（：（0，1）2 222-1：（：（0，1，2，3）1010210-1：（：（0，1023）K K向上层报错向上层报错 Contd-冲突减少冲突减少高层有数据发送（高层有数据发送（LLC）封装封装MAC帧帧侦听媒体侦听媒体媒体上有无数据？媒体上有无数据？按策略退避按策略退避发送数据发送数据退避时间是否到？退避时间是否到？发送数据是否冲突？发送数据是否冲突？退避次数是否超过？退避次数是否超过？通知通知LLC网络太忙网络太忙有有无无未到未到已到已到未超过未超过已超过已超过检测冲突检测冲突冲突冲突无冲突无冲突发送成功发送成功强化冲突强化冲突有错？

9、有错？2、Ethernet-发展发展n共享式以太网共享式以太网(sharing Ethernet)n半双工模式半双工模式n同一个冲突域同一个冲突域（collision domain）n同一个广播域同一个广播域(boradcasting domain)n共享带宽共享带宽 Single DomainContd-发展发展n交换式以太网交换式以太网(sharing Ethernet)n全双工模式全双工模式n冲突域隔离冲突域隔离（collision domain）n同一个广播域同一个广播域(boradcasting domain)n独享带宽独享带宽Contd-发展发展10Mbps共享10Mbps交换交换

10、100Mbps交换交换1000Mbps交换交换100Mbps共享共享10Gbps交换交换性能发展性能发展Contd-发展发展1980 1985 1990 1995 2000 20051980 1985 1990 1995 2000 2005100000M100000M10000M10000M1000M1000M100M100M10M10M速率发展速率发展3、Token NetworkTokenToken网的提出网的提出CSMA/CDCSMA/CD：无序地使用总线：无序地使用总线竞争竞争TokenToken：有序地访问共享媒体：有序地访问共享媒体令牌：结点获得媒体使用权的标志令牌：结点获得媒体使

11、用权的标志TokenTokenBusBus（IEEE802.4)IEEE802.4)和和TokenTokenRingRing（IEEE802.5)IEEE802.5)ContdToken-BusContdToken-Bus工作原理工作原理拓扑拓扑：总线方式，所有结点附接于总线：总线方式，所有结点附接于总线逻辑环路逻辑环路：结：结点之间通过点之间通过有序传递令牌有序传递令牌（特定比特模式）来分配各（特定比特模式）来分配各结点对共享型总线的访问权利，形成闭合的逻辑环路结点对共享型总线的访问权利，形成闭合的逻辑环路半双工操作方式半双工操作方式:只有获得令牌的结点才能发送信息，只有获得令牌的结点才能发

12、送信息，其它结点只能接收信息，或者被动地发送信息（在拥其它结点只能接收信息，或者被动地发送信息（在拥有令牌的结点要求下，发送信息）有令牌的结点要求下，发送信息）为了保证逻辑闭合环路的形成，每个结点都为了保证逻辑闭合环路的形成，每个结点都动态地维动态地维护着一个连接表护着一个连接表，该表记录着本结点在环路中的，该表记录着本结点在环路中的前继前继、后继后继和和本结点的地本结点的地址，每个结点根据后继地址确定下址，每个结点根据后继地址确定下一占有令牌的结点。一占有令牌的结点。ContdToken-Bus 连接表：前继，连接表：前继，后继，后继，本地地址；本地地址；逻辑环路以地址递减的次序构成；逻辑环

13、路以地址递减的次序构成；接到令牌的结点接到令牌的结点及时填充及时填充/修改修改连接表中的前继地址连接表中的前继地址。42563542156,35,424,42,5642,21,3521,56,435,4,21令牌令牌ContdToken-Bus 前导码（前导码（P P），），用于收发同步；用于收发同步；帧开始标志（帧开始标志（SDSD），），曼彻斯特编码非数据位，曼彻斯特编码非数据位，LH0LH000LH0LH000；帧控制字段（帧控制字段（FCFC），），帧的类型，包括令牌等；帧的类型，包括令牌等；数据字段（数据字段（DATADATA），取值依赖于帧控制字段（），取值依赖于帧控制字段（FCF

14、C）；）；帧校验序列（帧校验序列（FCSFCS），），对对SDSD和和EDED之间的所有字段进行之间的所有字段进行CRCCRC；帧结束标志（帧结束标志（EDED），），曼彻斯特编码非数据位，曼彻斯特编码非数据位，LH1LH1IELH1LH1IE ContdToken-Busn帧控制字段（帧控制字段（FCFC）取值）取值取值取值名称名称 说说 明明00 H00 H要求令牌要求令牌 ClaimClaim01 H01 H请求后继请求后继1 1用于新结点加入环路用于新结点加入环路02 H02 H请求后继请求后继2 2用于新结点加入环路，确定后继用于新结点加入环路，确定后继03 H03 H探询后继探询后

15、继 当后继退出环路时，确定后继的后继；当后继退出环路时，确定后继的后继；04 H04 H解决冲突解决冲突 当多个结点响应请求后继时，予以确定后继当多个结点响应请求后继时，予以确定后继08 H08 H令牌令牌用作令牌用作令牌0C H0C H置后继置后继寻找新的后继寻找新的后继ContdToken-BusnToken的操作nToken的传递？nToken丢失处理？nMULTI-Token处理？nToken维护n环路重构n新节点加入n节点撤出ContdToken-Bus令牌传递令牌传递拥有令牌的结点，拥有令牌的结点，执行环路维护工作执行环路维护工作，传递令牌给后继，传递令牌给后继结点；结点；监听媒体

16、是否有合法帧传递（后继结点获得令牌，并工作）；监听媒体是否有合法帧传递（后继结点获得令牌，并工作）；有合法帧传输，有合法帧传输，OKOK；否则超时未监听到合法帧传输，执行一次令牌重传；否则超时未监听到合法帧传输，执行一次令牌重传；有合法帧传输，有合法帧传输，OKOK；如仍然未监听到合法帧传输（原后继结点已撤出环路）；如仍然未监听到合法帧传输（原后继结点已撤出环路）；开始寻找后继和环路重构过程。开始寻找后继和环路重构过程。发送发送“探询后继探询后继”帧，帧，(含原后继结点的地址含原后继结点的地址)，原后继结点的后继结点用原后继结点的后继结点用“置后继帧置后继帧”予以响应；予以响应；双方修改连接表

17、，传递令牌，恢复正常工作。双方修改连接表，传递令牌，恢复正常工作。ContdToken-Bus 结点撤出环路结点撤出环路方法方法1 1：结点可以在任意时刻、不采取任何动作地撤：结点可以在任意时刻、不采取任何动作地撤出环路。出环路。该结点的前继会自动开始寻找新后继的过程该结点的前继会自动开始寻找新后继的过程(令牌维护）；令牌维护）；方法方法2 2：指定时刻退出环路。：指定时刻退出环路。希望撤出环路的结点希望撤出环路的结点仅在收到令牌之后，仅在收到令牌之后，用用“置后继帧置后继帧”，将其后继结点地址告诉前，将其后继结点地址告诉前继结点，并传递令牌，撤出环路。继结点，并传递令牌，撤出环路。获得令牌的

18、结点将及时获得令牌的结点将及时更新更新其前继。其前继。ContdToken-Bus上层有数据待发上层有数据待发初始化初始化组装组装MACMAC帧帧倾听媒体倾听媒体接收帧接收帧具有本地址的令牌？具有本地址的令牌？发送帧，环路维护，若发送帧，环路维护，若无数据传输则传递令牌无数据传输则传递令牌给后继。给后继。本结点收的数据？本结点收的数据？复制并提交高层复制并提交高层丢弃该帧丢弃该帧Y YY YN NN N工作过程工作过程错？错？ContdToken-Bus令牌总线网的特点令牌总线网的特点 令牌传递令牌传递,使所有结点可对媒体进行使所有结点可对媒体进行公平和有序地访问公平和有序地访问；可传输多种类

19、型的帧，无最小帧长的限制可传输多种类型的帧，无最小帧长的限制(数据字段数据字段 data=0)data=0)，控，控制方式复杂；制方式复杂；整个整个网络具有最小的传输延时网络具有最小的传输延时。无数据可传输的结点，仍然需要处。无数据可传输的结点，仍然需要处理令牌的传递和进行环路维护工作；理令牌的传递和进行环路维护工作；可以估算可以估算整个网络具有的最大发送延时整个网络具有的最大发送延时。帧长度、最大令牌占有时。帧长度、最大令牌占有时间和入网的结点个数之后，可以估算出每个结点的最大发送延时；间和入网的结点个数之后，可以估算出每个结点的最大发送延时；令牌总线网令牌总线网适合具有一定实时性要求的环境

20、。适合具有一定实时性要求的环境。?ContdToken-Ringn标准标准IEEE802.5IEEE802.5n物理拓扑形式物理拓扑形式RingRingn编码差分曼彻斯特码编码差分曼彻斯特码n速率速率4 416Mbps16Mbpsn媒体访问方法媒体访问方法Token+PriorityToken+PriorityContdToken-RingContdToken-RingContdToken-RingContdToken-RingT T的传递与的传递与Token-Bus Token-Bus 区别区别？ContdToken-Ring帧格式帧格式ContdToken-Ring访问控制字段（访问控制字

21、段（ACAC）：）：Pr/RrPr/Rr：本帧本帧优先级和预定（请求）优先级；优先级和预定（请求）优先级；T T：令牌标识，：令牌标识，T T0 0（令牌帧）；（令牌帧）；M M：监视位，监控器填写，：监视位，监控器填写，发送结点置发送结点置0 0，监控器监控器 置置1 1；监控器重收监控器重收M=1M=1帧（发送结点故障）时，负责撤帧（发送结点故障）时，负责撤帧，并重新产生令牌。帧，并重新产生令牌。PrPr（3 3）T T（1 1）M M（1 1）RrRr（3 3）ContdToken-Ring帧控制字段（帧控制字段（FCFC）：）：格式为格式为“FFzzzzzz”FFzzzzzz”，FFF

22、F：FF=10FF=10，管理帧；，管理帧；FF=01FF=01，数据帧；，数据帧；帧状态标志（帧状态标志（FSFS）：）：格式为格式为“ACxxACxx”ACxxACxx”，帧收，帧收取状况，取状况，A A：地址确认位，发方复位，收方置位，帧地址：地址确认位，发方复位，收方置位，帧地址正确；正确；C C：信息复制位，发方复位，收方置位，帧已被：信息复制位，发方复位，收方置位，帧已被正确复制；正确复制；xxxx：保留未用。：保留未用。ContdToken-RingPmPm为本地节点优先级为本地节点优先级ContdTokenn思考：思考：nIEEE802.4IEEE802.4和和IEEE802.

23、5IEEE802.5区别区别n环的形成环的形成n帧格式帧格式nACACn令牌的获取令牌的获取n优先级的引入优先级的引入4、FDDInANSI X3T9.5委员会制定FDDI标准n速率：1000Mbpsn物理拓扑n主备份双环自愈网络n编码n4b5bNRZIn媒体访问控制n定时令牌协议4、FDDIContdMACMACB BA AA AB BM MA AC CB BA AM MA AC CMACMACA AB B主环主环副环副环结点结点4 4 结点结点3 3结点结点1 1 结点结点2 2 物理拓扑物理拓扑4、FDDIContdMACMACB BA AA AB BM MA AC CB BA AM M

24、A AC CMACMACA AB B主环主环副环副环结点结点4 4 结点结点3 3结点结点1 1 结点结点2 2 结点故障结点故障节点故障节点故障4、FDDIContdMACMACB BA AA AB BM MA AC CB BA AM MA AC CMACMACA AB B主环主环副环副环结点结点4 4 结点结点3 3结点结点1 1 线路故障；线路故障；线路故障线路故障4、FDDIContdn环操作4、FDDIContdn帧格式类似于IEEE802.44、FDDIContdn定时令牌协议nTTRT（Target Token Rotation Timer）：令牌循环时间，在环初始化时形成一个统

25、一的令牌循环时间，其值包括令牌从发起节点出发，环上各站传送令牌时间、发送同步帧、异步帧和环道的延迟时间。nTRT（Token Rotation Timer）：令牌循环定时器，环节点对两次接受令牌之间的时间进行计时，作为THT的初值。nTHT（Token Holding Timer）：令牌保持计时器，它的初值由TRT设置，并以保持的值开始计时，在THTTTRT时间内可发送异步帧，用于控制工作站发送异步帧的数量。4、FDDIContdnTTRT is a token rotating estimate time for all nodes nEach node has its own TRT an

26、d THTnTRT is a token rotating practical time for one node nTHT is a timer to compute hold token timenWhen token received,THT=TRT,TRT=0nThe aim is:If THTTTRT then Send syn.&asyn.Packets else send syn.Packets only4、FDDIContdn实例实例n环的初始化环的初始化n竞争竞争TTRTTTRTn启动令牌启动令牌nTTRTTTRT1414n假设发送帧个数假设发送帧个数就是时间就是时间n每个节

27、点发送两个每个节点发送两个同步帧同步帧MACMACB BA AA AB BM MA AC CB BA AM MA AC CMACMACA AB B主环主环副环副环结点结点4 4 结点结点3 3结点结点1 1 结点结点2 2 4、FDDIContdn实例（续）4、FDDIContdFDDIFDDI令牌环令牌环光纤光纤/双绞线双绞线屏蔽双绞线屏蔽双绞线传输媒体传输媒体100Mbps100Mbps4Mbps4Mbps16Mbps16Mbps传输速率传输速率4b/5b4b/5b编码编码NRZINRZI差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码传输编码传输编码令牌传递令牌传递令牌传递令牌传递控制方式控制方式一个一

28、个一个一个令牌个数令牌个数发送后产生令牌发送后产生令牌回收后产生令牌回收后产生令牌令牌产生令牌产生多个帧多个帧一个帧一个帧环路帧数环路帧数定时令牌定时令牌优先级预约优先级预约令牌协议令牌协议属性属性5、LLC5、LLC8 0 2.2 8 0 2.2 逻逻 辑辑 链链 路路 控控 制制 LLCLLC 网网 络络 层层 物物 理理 层层8 0 2.1 8 0 2.1 寻寻 址址 及及 网网 际际 互互 连连管管 理理及及体体系系结结构构802.9 802.9 MACMAC802.9802.9物理层物理层数据链路层数据链路层802.7 802.7 MACMAC802.7802.7物理层物理层802.

29、5 802.5 MACMAC802.5802.5物理层物理层802.4 802.4 MACMAC802.4802.4物理层物理层802.3802.3MACMAC802.3802.3物理层物理层5、LLC LLC(LLC(逻辑链路控制逻辑链路控制)子层子层原因原因：媒体访问控制（：媒体访问控制（MACMAC）技术）技术构成局域网的主要内容，不同的构成局域网的主要内容，不同的媒体访问控制技术具有不同的协媒体访问控制技术具有不同的协议和不同帧格式；议和不同帧格式；LLCLLC的目的的目的：屏蔽不同：屏蔽不同MACMAC技术，技术，向高层提供统一服务和接口；向高层提供统一服务和接口；本章小结本章小结局域网局域网CDMA/CDCDMA/CDTokenTokenBusBusTokenTokenRingRingFDDIFDDI