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1、计算机网络,2008年2月2008年6月,第 4 章 局域网,4.1 局域网概述 4.2 IEEE 802.X 标准 4.3 扩展的局域网 4.4 虚拟局域网 4.5 高速局域网 4.6 无线局域网,4.1 局域网概述,第 4 章 局域网,局域网最主要的特点是：网络为一个单位所拥有，且地理范围和站点数目均有限。,通常：LAN与WAN相比，数据率、时延、误码率均优于WAN，但随着光纤技术的应用，WAN的性能也逐渐提升。,4.1 局域网概述,第 4 章 局域网,匹配电阻,集线器,干线耦合器,总线网,星形网,树形网,环形网,局域网的拓扑,4.1 局域网概述,第 4 章 局域网,4.1.1 局域网标准
2、,1975,美国施乐(Xerox)公司的Palo Alto研究中心提出“以太网”基带总线型网，数据率2.94Mb/s。 1980,DEC & Intel & Xerox联合提出“DIX V1”, 10Mb/s。 1982, “DIX Ethernet V2”，第一个局域网产品规约。 1983,IEEE 802委员会制定802.3 标准,10Mb/s。DIX Ethernet V2 标准与 IEEE 的 802.3 标准只有很小的差别，因此可以将 802.3 局域网简称为“以太网”。 严格说来，“以太网”应当是指符合 DIX Ethernet V2 标准的局域网,4.1 局域网概述,第 4 章
3、局域网,4.1.1 局域网标准,商业竞争推动IEEE 802委员会制定了系列局域网标准：802.3 802.4 802.5等等为了使数据链路层能更好地适应多种局域网标准，于是进行了数据链路层的重划分与定义,4.1 局域网概述,第 4 章 局域网,4.1.2 IEEE 802局域网体系,物理层,数据 链路层,MAC,LLC,MAC子层，Media Access Control 媒体接入控制 / 介质访问控制 LLC子层，Logical Link Control 逻辑链路控制,SAP,由美国电气电子工程师学会IEEE 802委员会制定 称IEEE 802参考模型,4.1 局域网概述,第 4 章 局
4、域网,4.1.2 IEEE 802局域网体系,物理层,数据 链路层,MAC,LLC,划分两个子层的目的： 在传统的数据链路控制中缺少对包含多个源和多个目地的链路进行访问管理所需要的逻辑。 在局域网上同一LLC可以有几种MAC方式的选择。,4.1 局域网概述,第 4 章 局域网,物理层,数据 链路层,MAC,LLC,LLC,（1）提供与媒体无关的数据链路层的功能数据链路层逻辑连接的建立、释放；提供与高层的接口；差错控制；给帧加序号。,4.1.2 IEEE 802局域网体系,4.1 局域网概述,第 4 章 局域网,物理层,数据 链路层,MAC,LLC,LLC,局域网实现进程通信，需要两类地址： M
5、AC地址网络中各站的物理地址； SAP地址进程在主机中的地址、即服务提供接口。,4.1.2 IEEE 802局域网体系,4.1 局域网概述,第 4 章 局域网,物理层,MAC,LLC,LLC,物理层,MAC,LLC,物理层,MAC,LLC,A(1)C(1) A、C MAC地址；1为SAP地址,1,2,3,1,2,1,A,B,C,一个用户可同时使用多个服务访问点；一个服务访问点在一个时间内只能为一个用户使用。,4.1.2 IEEE 802局域网体系,4.1 局域网概述,第 4 章 局域网,物理层,数据 链路层,MAC,LLC,LLC,（2）LLC有三种操作服务 LLC1不确认的无连接服务； LL
6、C2面向连接的服务； LLC3带确认的无连接服务。,4.1.2 IEEE 802局域网体系,4.1 局域网概述,第 4 章 局域网,物理层,数据 链路层,MAC,LLC,LLC,（3）LLC PDU结构 与HDLC类似，但无标志域和FCS域。,MAC层负责,4.1.2 IEEE 802局域网体系,4.1 局域网概述,第 4 章 局域网,LLC,（3）LLC PDU结构,DSAP,SSAP,控制,数据,目的服务 访问点地址,1字节,1字节,12字节,可变,源服务 访问点地址,同HDLC分为三类： 信息PDU 监控PDU 无编号PDU,长度无限制， 字节整数倍。,4.1.2 IEEE 802局域网
7、体系,4.1 局域网概述,第 4 章 局域网,物理层,数据 链路层,MAC,LLC,MAC,（1）与接入媒体有关，主要功能：成帧；实现和维护MAC协议；差错控制；寻址。,4.1.2 IEEE 802局域网体系,4.1 局域网概述,第 4 章 局域网,MAC,（1）MAC地址：MAC地址具有唯一标识，与系统所在地无关，不随地点的改变而改变。IEEE 802标准为局域网上的各结点规定了一个的全局地址，互不相同的物理地址。高位IEEE负责分配，厂家申请获得，“地址块厂商代码”，低位厂家自行分配，可有224个不同地址，制作时地址固化在内。网络中，主机接收来自其他站点的帧，通过地址检查判断，如果自己为目
8、的地址，则接收，否则丢弃。,帧的类别： 单播(unicast)帧（一对一）发送给一个站点的帧。 广播(broadcast)帧（一对全体）发送给所有站点的帧。 多播(multicast)帧（一对多）发送给一部分站点的帧。,4.1.2 IEEE 802局域网体系,4.1 局域网概述,第 4 章 局域网,由于TCP/IP 体系经常使用的局域网是 DIX Ethernet V2 ，因此现在 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。 很多厂商生产的网卡上就仅装有 MAC 协议而没有 LLC 协议。 网络接口板又称为通信适配器(adapter)或网络接口卡 NI
9、C (Network Interface Card)，或“网卡”。,网卡上的硬件地址,路由器,1A-24-F6-54-1B-0E,00-00-A2-A4-2C-02,20-60-8C-C7-75-2A,08-00-20-47-1F-E4,20-60-8C-11-D2-F6,路由器由于同时连接到两个网络上， 因此它有两块网卡和两个硬件地址。,4.1 局域网概述,第 4 章 局域网,第 4 章 局域网,4.1 局域网概述 4.2 IEEE 802.X 标准 4.3 扩展的局域网 4.4 虚拟局域网 4.5 高速局域网 4.6 无线局域网,4.2 IEEE 802.X 标准,第 4 章 局域网,网络
10、中，经常会遇到多个用户需要共享一个公共信道的问题。,信道复用技术,典型的信道静态分配，不能有效地处理通信的突发性。,信道共享的动态分配技术，又称多点接入、多路接入（multiple access）,随机接入技术,受控接入技术,4.2 IEEE 802.X 标准,第 4 章 局域网,4.2.1 ALOHA协议,用户可以根据自己的意愿随机地发送信息，但当两个及以上的用户同时在共享信道上发送信息时，将产生冲突。 （如果两帧同时发送，它们会相互重叠，结果产生的信号难以辨认，称冲突或碰撞。）,4.2 IEEE 802.X 标准,第 4 章 局域网,4.2.1 ALOHA协议,纯ALOHA,分隙ALOHA
11、,区别：是否将时间分为离散的时隙，纯ALOHA无需全局时间同步，分隙ALOHA需时间同步。,4.2 IEEE 802.X 标准,第 4 章 局域网,4.2.1 ALOHA协议,（一）纯ALOHA,最原始的随机接入控制方式，可工作在无线信道，也可工作在总线式网络中。基本思想为：用户只要有数据待发，就让他们发，一旦发生冲突，即数据出现差错，则需信息重传，重传策略为发送站等待一段随机时间后的重传，直至成功。,4.2 IEEE 802.X 标准,第 4 章 局域网,4.2.1 ALOHA协议,（一）纯ALOHA,1,2,3,3,2,4,用户1 用户2 用户3,等待 重传,等待重传,等待 重传,成功,一
12、个帧如欲发送成功，则在该帧发送时刻之间和之后的T0内，没有其他帧发送，否则产生冲突导致失败。,结论：一个帧发送成功的条件，为该帧与该帧前后的两个帧到达时间间隔均大于T0。,4.2 IEEE 802.X 标准,第 4 章 局域网,4.2.1 ALOHA协议,（二）分隙ALOHA,为提高系统的吞吐量，产生了S-ALOHA。基本思想为：各站在时间上同步，并将时间划分为等长的时隙，不论帧在何时产生，只能在时隙开始才能发送。当一个时隙内有两个或两个以上帧到达时，将在下一时隙产生冲突，冲突后重传策略与纯ALOHA相似。,4.2 IEEE 802.X 标准,第 4 章 局域网,4.2.1 ALOHA协议,（
13、二）分隙ALOHA,用户1 用户2,重传,重传,为了实现时间同步，需设置一个特殊站点，在每段时间的开始像时钟一样发送一个信号。,4.2 IEEE 802.X 标准,第 4 章 局域网,4.2.2 CSMA,载波监听多点接入 Carrier Sense Multiple Access 也称载波监听多点访问,附加相应的硬件装置，每个站能在发送数据前监听信道上其他站是否在发送数据，如果在发送，则此站暂不发送，从而减少发生冲突的可能。,4.2 IEEE 802.X 标准,第 4 章 局域网,4.2.2 CSMA,(一) 1-持续CSMA/1-坚持CSMA (二)非持续CSMA/非坚持CSMA (三)p
14、-持续CSMA/p-坚持CSMA,4.2 IEEE 802.X 标准,第 4 章 局域网,4.2.2 CSMA,(一) 1-持续CSMA/1-坚持CSMA,当一个站点要发送数据时，首先监听信道，是否信道处于空闲状态，如果信道忙，则坚持继续监听，直至信道空闲将数据送出，若发送冲突，则等待一个随机时间，重新发送。所谓的1坚持/持续，是因为站点一旦发现信道空闲，则发送数据，概率为1。,4.2 IEEE 802.X 标准,第 4 章 局域网,4.2.2 CSMA,(二) 非持续CSMA/非坚持CSMA,在发送数据之前，站点监听信道，如果信道空闲，则发送数据；如果信道忙，则不再继续监听，而是延迟一个随机
15、时间后再监听和处理。站点比较理智，不如1坚持的那样贪婪 :-),4.2 IEEE 802.X 标准,第 4 章 局域网,4.2.2 CSMA,(三) p-持续CSMA/p-坚持CSMA,一般用于分隙信道。即一个站点在发送数据前，首先监听信道，如果空闲，便以概率p传送，而以概率(1-p)把该次发送推迟到下一个时隙；如果下一时隙仍然空闲，将再次以概率p传送，而以概率(1-p)把该次发送推迟，直至发送成功或另外一站开始发送为止。 如果另一站发送，则该站将以发送冲突对待，即等待随机时间后重发。,4.2 IEEE 802.X 标准,第 4 章 局域网,4.2.2 CSMA,优点：引入载波监听措施，相当程度上减少了各站发送数据的盲目性，使信道的利用率和吞吐量得到提高。 缺点：1-坚持CSMA虽然信道一空闲立即发送数据，但当两个及以上站点由于监听空闲信道等待数据发送，必将导致同时发送的帧互相冲突，反而不利吞吐量的提高。非坚持CSMA将在信道忙时延迟随机时间后再监听，将可能浪费信道空闲的时间，即不能即时应用空闲信道进行数据发送，也将影响信道利用率。p-坚持CSMA过于复杂。,4.2 IEEE 802.X 标准,
