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1、12.1 局域网概述局域网概述2.2 局域网拓扑结构和传输介质局域网拓扑结构和传输介质2.3 局域网技术初步局域网技术初步2.3.1 信道分配信道分配2.3.2 多路访问协议多路访问协议2.4 局域网的局域网的IEEE 802系列标准系列标准2.4.1 IEEE 802.3 和和 Ethernet2.4.2 IEEE 802.5： Token Ring 令牌环令牌环2.4.3 IEEE 802.4：Token Bus 令牌总线令牌总线2.4.4 几种局域网的比较几种局域网的比较 主要内容主要内容22.5 交换式局域网与虚拟局域网交换式局域网与虚拟局域网 2.5.1交换式局域网交换式局域网 2.
2、5.2虚拟局域网虚拟局域网2.6 高速局域网技术高速局域网技术2.6.1 光纤分布式数据接口光纤分布式数据接口FDDI2.6.2 快速以太网快速以太网2.6.3 千兆以太网千兆以太网2.7 客户客户/服务器模式服务器模式 2.7.1 网络计算模式的发展网络计算模式的发展 2.7.2 C/S模式的特点模式的特点 2.7.3 三层客户三层客户/服务器模式服务器模式32.1局域网概述局域网概述局域网产生的原因局域网产生的原因80年代，微型机发展迅速，彼此需要相互通信（近距离）年代，微型机发展迅速，彼此需要相互通信（近距离），共享资源；，共享资源；分布式的网络应用：分布式计算，分布式数据库分布式的网络
3、应用：分布式计算，分布式数据库定义定义局域网是一种将小区域内的各种通信设备互连在一起的通局域网是一种将小区域内的各种通信设备互连在一起的通信网络。信网络。局域网的基本特点局域网的基本特点高数据传输率（高数据传输率（10 1000 Mbps）短距离（短距离（0.1 10 km）低出错率（低出错率（10-8 10-11）局域网发展趋势局域网发展趋势高速，高速，10G Ethernet移动，无线局域网移动，无线局域网 IEEE 802.114局域网拓扑结构局域网拓扑结构星型结构星型结构环型结构环型结构总线型结构总线型结构树型结构树型结构传输介质传输介质双绞线双绞线基带同轴电缆基带同轴电缆光纤光纤无线
4、无线2.2 局域网拓扑结构和传输介质局域网拓扑结构和传输介质52.3 局域网技术（局域网技术（1）2.3.1信道分配信道分配计算机网络可以分成两类计算机网络可以分成两类使用点到点连接的网络使用点到点连接的网络 广域网广域网使用广播信道（多路访问信道，随机访问信使用广播信道（多路访问信道，随机访问信道）的网络道）的网络局域网局域网关键问题：如何解决对信道争用关键问题：如何解决对信道争用解决信道争用的解决信道争用的协议称为介质访问控制协议协议称为介质访问控制协议 MAC（Medium Access Control），），是数据是数据链路层协议的一部分。链路层协议的一部分。62.3 局域网技术（局域
5、网技术（2）信道分配方法有两种信道分配方法有两种静态分配静态分配频分多路复用频分多路复用 FDM（波分复用波分复用WDM）原理：将频带平均分配给每个要参与通信的用户；优原理：将频带平均分配给每个要参与通信的用户；优点：适合于用户较少，数目基本固定，各用户的通信点：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；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。缺点：无法灵活地适应站点数及其通信量的变化。时分多路复用时分多路复用 TDM原理：每个用户拥有固定的信道传送时槽；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，各用户的通优点：适合于用户较少
6、，数目基本固定，各用户的通信量都较大的情况；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。缺点：无法灵活地适应站点数及其通信量的变化。72.3 局域网技术（局域网技术（3）动态分配动态分配信道分配模型的五个基本假设：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，并以统计固定的站点模型：每个站点是独立的，并以统计固定的速率产生帧，一帧产生后到被发送走之前，站点速率产生帧，一帧产生后到被发送走之前，站点被封锁；被封锁；单信道假设：所有的通信都是通过单一的信道来单信道假设：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；完成的，各个站点都可以从信道上收
7、发信息；冲突假设：若两帧同时发出，会相互重叠，结果冲突假设：若两帧同时发出，会相互重叠，结果使信号无法辨认，称为冲突。所有的站点都能检使信号无法辨认，称为冲突。所有的站点都能检测到冲突，冲突帧必须重发；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）；连续时间和时间分槽（确定何时发送）；载波监听和非载波监听（确定能否发送）。载波监听和非载波监听（确定能否发送）。82.3.2多路访问协议多路访问协议定义：控制多个用户共用一条信道的协议定义：控制多个用户共用一条信道的协议2.3.2.1 ALOHA协议协议多用户共享单一信道，并由此产生冲突，这样的多用户共享单一信道，并由此产生冲突，这样
8、的系统称为竞争系统系统称为竞争系统70年代，年代，Norman Abramson设计了设计了ALOHA协协议议目的：解决信道的动态分配，基本思想可用于目的：解决信道的动态分配，基本思想可用于任何无协调关系的用户争用单一共享信道使用任何无协调关系的用户争用单一共享信道使用权的系统；权的系统；分类：纯分类：纯ALOHA协议和分槽协议和分槽ALOHA协议协议2.3 局域网技术（局域网技术（4）9纯纯ALOHA协议协议基本思想：用户有数据要发送时，可以直接发基本思想：用户有数据要发送时，可以直接发至信道；然后监听信道看是否产生冲突，若产至信道；然后监听信道看是否产生冲突，若产生冲突，则等待一段随机的时
9、间重发生冲突，则等待一段随机的时间重发分槽分槽ALOHA协议协议基本思想：把信道时间分成离散的时间槽，槽基本思想：把信道时间分成离散的时间槽，槽长为一个帧所需的发送时间。每个站点只能在长为一个帧所需的发送时间。每个站点只能在时槽开始时才允许发送。其他过程与纯时槽开始时才允许发送。其他过程与纯ALOHA协议相同。协议相同。2.3 局域网技术（局域网技术（5）102.3.2.2 载波监听多路访问协议载波监听多路访问协议CSMA（Carrier Sense Multiple Access Protocols）载波监听（载波监听（Carrier Sense）站点在为发送帧而访问传输信道之前，首先监听信
10、道有无载波，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，则不发送帧以避免冲突。若有载波，说明已有用户在使用信道，则不发送帧以避免冲突。多路访问（多路访问（Multiple Access）多个用户共用一条线路多个用户共用一条线路1-坚持型坚持型CSMA（1-persistent CSMA）原理原理若站点有数据发送，先监听信道；若站点有数据发送，先监听信道；若站点发现信道空闲，则发送；若站点发现信道空闲，则发送；若信道忙，则继续监听直至发现信道空闲，然后完成发送；若信道忙，则继续监听直至发现信道空闲，然后完成发送；若产生冲突，等待一随机时间，然后重新开
11、始发送过程。若产生冲突，等待一随机时间，然后重新开始发送过程。2.3 局域网技术（局域网技术（6）11优点：减少了信道空闲时间；优点：减少了信道空闲时间；缺点：增加了发生冲突的概率；缺点：增加了发生冲突的概率；广播延迟对协议性能的影响：广播延迟越大，发生冲突的可能广播延迟对协议性能的影响：广播延迟越大，发生冲突的可能性越大，协议性能越差；性越大，协议性能越差；非坚持型非坚持型CSMA（nonpersistent CSMA）原理原理若站点有数据发送，先监听信道；若站点有数据发送，先监听信道；若站点发现信道空闲，则发送；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；若
12、信道忙，等待一随机时间，然后重新开始发送过程；若产生冲突，等待一随机时间，然后重新开始发送过程。若产生冲突，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；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；缺点：增加了信道空闲时间，数据发送延迟增大；信道效率比信道效率比 1-坚持坚持CSMA高，传输延迟比高，传输延迟比 1-坚持坚持CSMA大。大。2.3 局域网技术（局域网技术（7）12p-坚持型坚持型CSMA（p-persistent CSMA）适用于分槽信道适用于分槽信道原理原理若站点有数据发送，先监听信道；若站点有数据发送，先监听信道；若站点发现信道空闲，
13、则以概率若站点发现信道空闲，则以概率p发送数据，以概率发送数据，以概率q =1- p 延迟至下一个时槽发送。若下一个时槽仍延迟至下一个时槽发送。若下一个时槽仍空闲，重复此过程，直至数据发出或时槽被其他站空闲，重复此过程，直至数据发出或时槽被其他站点所占用；点所占用；若信道忙，则等待下一个时槽，重新开始发送；若信道忙，则等待下一个时槽，重新开始发送；若产生冲突，等待一随机时间，然后重新开始发送。若产生冲突，等待一随机时间，然后重新开始发送。2.3 局域网技术（局域网技术（8）132.3.2.3带冲突检测的载波监听多路访问带冲突检测的载波监听多路访问协议协议CSMA/CD引入原因引入原因当两个帧发
14、生冲突时，两个被损坏帧继续传送当两个帧发生冲突时，两个被损坏帧继续传送毫无意义，而且信道无法被其他站点使用，对毫无意义，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，因此产生了止发送，可以提高信道的利用率，因此产生了CSMA/CD原理（见下节）原理（见下节）2.3 局域网技术（局域网技术（9）14Figure. CSMA/CD Access method152.3 局域网技术（局域网技术（10）2.3.2.4 其他无冲突协
15、议（其他无冲突协议（Collision-Free Protocols）基本位图协议（基本位图协议（A Bit-Map Protocol）工作原理工作原理共享信道上有共享信道上有N个站，竞争周期分为个站，竞争周期分为N个时槽，如果一个个时槽，如果一个站有帧发送，则在对应的时槽内发送比特站有帧发送，则在对应的时槽内发送比特1；N个时槽之后，每个站都知道哪个站要发送帧，这时按站个时槽之后，每个站都知道哪个站要发送帧，这时按站序号发送。序号发送。162.3.2.6 无线局域网协议无线局域网协议无线局域网产生背景无线局域网产生背景笔记本电脑的普及促进了无线局域网的发展笔记本电脑的普及促进了无线局域网的发
16、展portable mobile要做到真正的移动，需要使用无线信号进行通信要做到真正的移动，需要使用无线信号进行通信。无线局域网的特点无线局域网的特点基于蜂窝（基于蜂窝（cell）的通信的通信每个蜂窝内只有一个信道（与蜂窝电话不同）每个蜂窝内只有一个信道（与蜂窝电话不同）一个站点发送的信号，只能被它周围一定范围内的站点一个站点发送的信号，只能被它周围一定范围内的站点接收到接收到短距离传输短距离传输2.3 局域网技术（局域网技术（11）17无线局域网与有线局域网不同，具有无线局域网与有线局域网不同，具有隐藏站点问题（隐藏站点问题（hidden station problem）由于站点距离竞争者太
17、远，从而不能发现潜在介质竞争由于站点距离竞争者太远，从而不能发现潜在介质竞争者的问题称为隐藏站点问题。者的问题称为隐藏站点问题。Fig. 4-11(a)，A向向B发送数据的过程中，发送数据的过程中，C由于收不到由于收不到A的数据，也可以向的数据，也可以向B发送数据，导致发送数据，导致B接收发生冲突。接收发生冲突。暴露站点问题（暴露站点问题（exposed station problem）由于非竞争者距离发送站点太近，从而导致介质非竞争由于非竞争者距离发送站点太近，从而导致介质非竞争者不能发送数据的问题称为暴露站点问题。者不能发送数据的问题称为暴露站点问题。Fig. 4-11(b)，B向向A发送
18、数据，被发送数据，被C监听到，导致监听到，导致C不不能向能向D发送数据。发送数据。2.3 局域网技术（局域网技术（12）182.3 局域网技术（局域网技术（13）19MACA（Multiple Access with Collision Avoidance）是是IEEE 802.11无线局域网标准的基础无线局域网标准的基础基本思想：发送站点刺激接收站点发送应答短帧，从而基本思想：发送站点刺激接收站点发送应答短帧，从而使得接收站点周围的站点监听到该帧，并在一定时间内使得接收站点周围的站点监听到该帧，并在一定时间内避免发送数据避免发送数据基本过程（图基本过程（图412）A向向B发送发送RTS（Re
19、quest To Send）帧，帧，A周围的站点在周围的站点在一定时间内不发送数据，以保证一定时间内不发送数据，以保证CTS帧返回给帧返回给A；B向向A回答回答CTS（Clear To Send）帧，帧，B周围的站点在一周围的站点在一定时间内不发送数据，以保证定时间内不发送数据，以保证A发送完数据；发送完数据；A开始发送开始发送若发生冲突，采用二进制指数后退算法等待随机时间，再若发生冲突，采用二进制指数后退算法等待随机时间，再重新开始。重新开始。2.3 局域网技术（局域网技术（14）202.4 局域网的局域网的IEEE 802系列标准系列标准IEEE 802协议协议IEEE 802系列标准定义
20、了若干种系列标准定义了若干种LAN，包括对物理层、包括对物理层、MAC子层的定义和描述。它的组成如下：子层的定义和描述。它的组成如下：21802标准在网络体系结构中的位置标准在网络体系结构中的位置2.4 局域网的局域网的IEEE 802系列标准系列标准（1）22应用层应用层表示层表示层会话层会话层传输层传输层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层逻辑链路控制子层逻辑链路控制子层介质访问控制子层介质访问控制子层物理层物理层IEEE802参考模型参考模型LLC层层MAC层层2.4 局域网的局域网的IEEE 802系列标准系列标准（2）23LAN的参考模型的参考模型逻辑链路控制子层逻辑链路控制
21、子层 LLC（Logical Link Control）引入引入LLC子层的原因：子层的原因：MAC子层只提供尽力而为的数据报服务，不提供确认机制和子层只提供尽力而为的数据报服务，不提供确认机制和流量控制（滑动窗口），流量控制（滑动窗口），有些情况下，这种服务足够，如支持有些情况下，这种服务足够，如支持IP协议；当需要协议；当需要确认确认和流控的时候，这种服务就不能满足，需和流控的时候，这种服务就不能满足，需要要LLC。LLC子层提供确认机制和流量控制；子层提供确认机制和流量控制；LLC隐藏了不同隐藏了不同802MAC子层的差异，为网络层提供单一的子层的差异，为网络层提供单一的格式和接口；格式
22、和接口；LLC提供三种服务选项：提供三种服务选项：unreliable datagram service, acknowledged datagram service,reliable connection-oriented service.LLC帧头基于帧头基于HDLC协议协议2.4 局域网的局域网的IEEE 802系列标准系列标准（3）24介质访问控制子层介质访问控制子层 MAC（Medium Access Control）Data encapsulation (transmit and receive) Framing (frame boundary delimitation, fram
23、e synchronization)Addressing (handling of source and destination addresses)Error detection (detection of physical medium transmission errors)Media Access ManagementMedium allocation (collision avoidance)Contention resolution (collision handling)分成两个子层的原因分成两个子层的原因管理多点访问信道的逻辑不同于传统的数据链路控制；管理多点访问信道的逻辑不同
24、于传统的数据链路控制；对于同一个对于同一个LLC，可以提供多个可以提供多个MAC选择选择2.4 局域网的局域网的IEEE 802系列标准系列标准（4）25 以太网作为局域网的一种标准是由以太网作为局域网的一种标准是由Xerox公司提公司提出的，后由出的，后由Xerox、 DEC、Intel进行扩充而来，后进行扩充而来，后由由IEEE802协会在此基础上制定为协会在此基础上制定为IEEE802.3标准标准2.4.1 IEEE 802.3 和和 Ethernet2.4 局域网的局域网的IEEE 802系列标准系列标准（5）26Figure The most common kinds of Ethe
25、rnet cablingFigure The original fast Ethernet cablingFigure Gigabit Ethernet cabling2.4 局域网的局域网的IEEE 802系列标准系列标准（6）27物理层类型用以下域表示（图物理层类型用以下域表示（图418）：）： 如如10Base5含义含义:10：10Mbps; Base：基带传输（：基带传输（baseband medium）；）； 5：500米米收发器（收发器（transceiver）：处理载波监听和冲突检测）：处理载波监听和冲突检测布线拓扑结构（图布线拓扑结构（图419）总线形，脊椎形，树形，分段总线形
26、，脊椎形，树形，分段扩展网段长度扩展网段长度中继器：物理层设备，只对信号进行接收、放大和双向重传；中继器：物理层设备，只对信号进行接收、放大和双向重传；两个收发器之间最多使用两个收发器之间最多使用4个中继器，最长个中继器，最长2500米。米。802.3的信号编码的信号编码由于曼彻斯特编码的简单，所有的由于曼彻斯特编码的简单，所有的802.3基带系统都使用曼彻斯特编码。基带系统都使用曼彻斯特编码。2.4 局域网的局域网的IEEE 802系列标准系列标准（7）28Figure418. Three kinds of Ethernet cabling. (a) 10Base5. (b) 10Base2
27、. (c) 10Base-T.2930Caption: Illustration of computers in eight offices wired with (a) thick, (b) thin, and (c) 10Base-T (twisted pair) Ethernet. Wires can run above the ceiling or under a raised floor. A wiring closet may contain a hub or equipment used for network monitoring, control, or debugging.
28、 31802.3的的MAC子层帧格式子层帧格式由由7个部分组成：个部分组成： Preamble（报头）：由（报头）：由0和和1组成的序列，用来进行同步组成的序列，用来进行同步 SFD（界限符）：（界限符）：10101011，用来标识帧的开始，用来标识帧的开始 Data：数据，最短：数据，最短0Bytes，最长，最长1500Bytes Pad：填充字段：填充字段 Checksum：校检码：校检码Figure Frame formats. (a) DIX Ethernet. (b) IEEE 802.3.2.4 局域网的局域网的IEEE 802系列标准系列标准（8）32带冲突检测的载波监听多路访问
29、协议带冲突检测的载波监听多路访问协议CSMA/CD引入原因引入原因当两个帧发生冲突时，两个被损坏帧继续传送毫无意义，而且当两个帧发生冲突时，两个被损坏帧继续传送毫无意义，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，因此产生了发送，可以提高信道的利用率，因此产生了CSMA/CD原理原理站点使用站点使用CSMA协议进行数据发送协议进行数据发送；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
30、在发送期间如果检测到冲突，立即终止发送，并发出一个瞬间干扰信号，使所有的站点都知道发生了冲突；干扰信号，使所有的站点都知道发生了冲突；在发出干扰信号后，等待一段随机时间，再重复上述过程。在发出干扰信号后，等待一段随机时间，再重复上述过程。2.4 局域网的局域网的IEEE 802系列标准系列标准（9）33最短帧长最短帧长避免帧的第一个比特到达电缆的远端前帧已经发完，帧发避免帧的第一个比特到达电缆的远端前帧已经发完，帧发送时间应该大于送时间应该大于 2 ；10Mbps LAN，最大冲突检测时间为最大冲突检测时间为51.2微秒，最短帧微秒，最短帧长为长为64字节；字节；网络速度提高，最短帧长也应该增
31、大或者站点间的距离要网络速度提高，最短帧长也应该增大或者站点间的距离要减小。减小。2.4 局域网的局域网的IEEE 802系列标准系列标准（10）34二进制指数后退算法（二进制指数后退算法（binary exponential backoff）算法算法将冲突发生后的时间划分为长度为将冲突发生后的时间划分为长度为51.2微秒的时槽微秒的时槽发生第一次冲突后，各个站点等待发生第一次冲突后，各个站点等待 0 或或 1 个时槽再开始重传；个时槽再开始重传；发生第二次冲突后，各个站点随机地选择等待发生第二次冲突后，各个站点随机地选择等待0, 1, 2或或3个时槽个时槽再开始重传；再开始重传；第第 i 次
32、冲突后，在次冲突后，在 0 至至 2i-1 间随机地选择一个等待的时槽数，间随机地选择一个等待的时槽数，再开始重传；再开始重传；10次冲突后，选择等待的时槽数固定在次冲突后，选择等待的时槽数固定在0至至210-1间；间；16次冲突后，发送失败，报告上层。次冲突后，发送失败，报告上层。2.4 局域网的局域网的IEEE 802系列标准系列标准（11）冲突解决方法：冲突解决方法：35信道效率分析信道效率分析Figure. Efficiency of Ethernet at 10 Mbps with 512-bit slot times2.4 局域网的局域网的IEEE 802系列标准系列标准（12）3
33、6Ethernet implementation37383940Fast Ethernet implementation414243Gigabit Ethernet implementation44Gigabit Ethernet implementation452.4.2 令牌环网（令牌环网（IEEE802.5） 令牌环网是由令牌环网是由IBM公司提出，公司提出，IEEE802协会在协会在其基础上制定了其基础上制定了IEEE802.5标准标准 令牌环网的拓扑结构是环型，其介质访问控制令牌环网的拓扑结构是环型，其介质访问控制采用令牌传递的方式，令牌环中各站点的三种主要采用令牌传递的方式，令牌环
34、中各站点的三种主要操作：操作： 1、截获令牌并且发送数据帧、截获令牌并且发送数据帧 2、接受与转发数据、接受与转发数据 3、取消数据帧并且重发令牌、取消数据帧并且重发令牌2.4 局域网的局域网的IEEE 802系列标准系列标准（13）4647技术产生原因技术产生原因环实际上并不是一个广播介质，而是不同的点到点链环实际上并不是一个广播介质，而是不同的点到点链路组成的环，点到点链路有很多技术优势；路组成的环，点到点链路有很多技术优势；各个站点是公平的，获得信道的时间有上限，避免冲各个站点是公平的，获得信道的时间有上限，避免冲突发生；突发生；IBM选择选择Token Ring作为它的作为它的LAN技
35、术。技术。基本思想基本思想环网设计分析的一个主要问题是环网设计分析的一个主要问题是 1 比特的比特的“物理长度物理长度”，数据传输速率为，数据传输速率为 R Mbps，典型信号传播速率为典型信号传播速率为200米米/微秒，则微秒，则1 比特的比特的“物理长度物理长度”为为 200/R米米；环接口引入了环接口引入了1比特的传输延迟；比特的传输延迟；2.4 局域网的局域网的IEEE 802系列标准系列标准（14）48令牌（令牌（Token）是一种特殊的比特组合模式，一个站是一种特殊的比特组合模式，一个站要发送帧时，需要抓住令牌，并将其移出环；要发送帧时，需要抓住令牌，并将其移出环；环本身必须有足够
36、的时延容纳一个完整的令牌，时延环本身必须有足够的时延容纳一个完整的令牌，时延由两部分组成：每站的由两部分组成：每站的1比特延迟和信号传播延迟。比特延迟和信号传播延迟。对于短环，必要时需要插入人工延迟；对于短环，必要时需要插入人工延迟；环接口有两种操作模式：监听模式和传输模式。环接口有两种操作模式：监听模式和传输模式。当一个站点有数据发送时，在令牌通过此站点时，将当一个站点有数据发送时，在令牌通过此站点时，将令牌从环上取下，发送自己的数据，然后重新生成令令牌从环上取下，发送自己的数据，然后重新生成令牌，发送站负责将发出的帧从环上移去，并转入监听牌，发送站负责将发出的帧从环上移去，并转入监听模式。
37、模式。确认：帧内一个比特域，初值为确认：帧内一个比特域，初值为0，目的站收到后，目的站收到后，将其变为将其变为1；对广播的确认比较复杂；对广播的确认比较复杂；重负载下，效率接近重负载下，效率接近100%。2.4 局域网的局域网的IEEE 802系列标准系列标准（15）4950802.5的布线（图的布线（图4-29）屏蔽双绞线，速率为屏蔽双绞线，速率为1/4/16M，采用差分曼彻斯特编码传输；采用差分曼彻斯特编码传输；为解决环断裂导致整个环无法工作的问题，使用线路中心为解决环断裂导致整个环无法工作的问题，使用线路中心（Wire Center）进行布线，线路中心设有旁路中继器。进行布线，线路中心设
38、有旁路中继器。令牌环令牌环MAC子层协议子层协议2.4 局域网的局域网的IEEE 802系列标准系列标准（16）5152协议基本操作：无信息传输时，协议基本操作：无信息传输时，3字节的令牌在环上循环；有信字节的令牌在环上循环；有信息要发送时，站获得令牌，并将第二个字节的某一位由息要发送时，站获得令牌，并将第二个字节的某一位由 0 变成变成 1，将令牌的前两个字节变成帧的起始序列，然后输出帧的其它，将令牌的前两个字节变成帧的起始序列，然后输出帧的其它部分；部分；开始定界符开始定界符SD和结束定界符和结束定界符ED标志着帧的开始和结束，使用差标志着帧的开始和结束，使用差分曼彻斯特编码模式（分曼彻斯
39、特编码模式（HH和和LL，物理层编码违例法）；物理层编码违例法）；访问控制域访问控制域 AC 包括令牌位、监视位、优先级位和保留位；包括令牌位、监视位、优先级位和保留位；帧控制域帧控制域 FC 用于将数据帧和控制帧区别开来和进行环的维护；用于将数据帧和控制帧区别开来和进行环的维护；帧状态字节帧状态字节FS用于报告帧的传送情况，包括地址位用于报告帧的传送情况，包括地址位A和拷贝位和拷贝位C，帧经过目的站，帧经过目的站，A置为置为“1”，帧被接收，帧被接收，C置为置为“1”。A、C位提供了自动确认。为增加可靠性，位提供了自动确认。为增加可靠性，A、C在在 FS中出现两次。中出现两次。A = 0，C
40、 = 0，目的站不存在或未加电；目的站不存在或未加电；A = 1，C = 0，目的站存在但帧未被接收；目的站存在但帧未被接收；A = 1，C = 1，目的站存在且帧被复制。目的站存在且帧被复制。2.4 局域网的局域网的IEEE 802系列标准系列标准（17）53令牌持有时间（令牌持有时间（token-holding time），），一般为一般为10毫毫秒；秒；提供优先级控制：访问控制域中的优先级位给出令牌的提供优先级控制：访问控制域中的优先级位给出令牌的优先级，只有当要发送的帧的优先级大于等于令牌的优优先级，只有当要发送的帧的优先级大于等于令牌的优先级时才能获得令牌，站还可以预约某个优先级的令
41、牌。先级时才能获得令牌，站还可以预约某个优先级的令牌。环的维护环的维护环上存在一个监控站，负责环的维护，通过站的竞争产环上存在一个监控站，负责环的维护，通过站的竞争产生；生；监控站的职责监控站的职责保证令牌不丢失；保证令牌不丢失；处理环断开情况；处理环断开情况；清除坏帧，检查无主帧。清除坏帧，检查无主帧。2.4 局域网的局域网的IEEE 802系列标准系列标准（18）54令牌环网的特点：令牌环网的特点：只有截获令牌的结点才可发送数据，不存在多个结只有截获令牌的结点才可发送数据，不存在多个结点同时发送数据而引起冲突点同时发送数据而引起冲突可以实现多点传输可以实现多点传输负载较轻时效率比较低负载较
42、轻时效率比较低支持优先级服务支持优先级服务环的维护须由一个监控站来总管全环。环的维护须由一个监控站来总管全环。 其职责是：确保令牌不被丢失、在环断开时采取其职责是：确保令牌不被丢失、在环断开时采取行动、清除坏帧及无主帧行动、清除坏帧及无主帧2.4 局域网的局域网的IEEE 802系列标准系列标准（19）552.4.3、令牌总线网（、令牌总线网（IEEE802.4）2.4 局域网的局域网的IEEE 802系列标准系列标准（20）802.4令牌令牌总线网综合了总线网和环网的优点，其物理总线网综合了总线网和环网的优点，其物理拓扑采用总线方式，在逻辑上为环型网拓扑采用总线方式，在逻辑上为环型网优点优点
43、发送具有确定性，支持优先级，可处理短帧；发送具有确定性，支持优先级，可处理短帧；使用宽带电缆，支持多信道；使用宽带电缆，支持多信道；不存在冲突，重负载时，吞吐量和效率较高。不存在冲突，重负载时，吞吐量和效率较高。缺点缺点:使用大量的模拟装置；使用大量的模拟装置；协议复杂；协议复杂；轻负载时，延迟大；轻负载时，延迟大；很难用光纤实现。很难用光纤实现。562.4.4三种局域网的比较三种局域网的比较802.3优点优点使用最为广泛；使用最为广泛；算法简单；算法简单；站点可以在网络运行中安装；站点可以在网络运行中安装；使用无源电缆；使用无源电缆；轻负载时，延迟为轻负载时，延迟为0。缺点缺点使用模拟器件，
44、每个站点在发送的同时要检测冲突；使用模拟器件，每个站点在发送的同时要检测冲突；最短帧长最短帧长64字节，对于短数据来讲开销太大；字节，对于短数据来讲开销太大；无优先级，发送是非确定性的，不适合于实时工作；无优先级，发送是非确定性的，不适合于实时工作；电缆最长电缆最长2500米（使用中继器）；米（使用中继器）；2.4 局域网的局域网的IEEE 802系列标准系列标准（21）57速率提高时，帧传输时间减少，竞争时间不变速率提高时，帧传输时间减少，竞争时间不变（2 ），效率降低；，效率降低；重负载时，冲突严重。重负载时，冲突严重。802.4优点优点发送具有确定性，支持优先级，可处理短帧；发送具有确定
45、性，支持优先级，可处理短帧；使用宽带电缆，支持多信道；使用宽带电缆，支持多信道；重负载时，吞吐量和效率较高。重负载时，吞吐量和效率较高。缺点缺点:使用大量的模拟装置；使用大量的模拟装置；协议复杂；协议复杂；轻负载时，延迟大；轻负载时，延迟大；很难用光纤实现。很难用光纤实现。2.4 局域网的局域网的IEEE 802系列标准系列标准（22）58802.5优点优点使用点到点连接，完全数字化；使用点到点连接，完全数字化；使用线路中心，自动检测和消除电缆故障；使用线路中心，自动检测和消除电缆故障；支持优先级，允许短帧，但受令牌持有时间支持优先级，允许短帧，但受令牌持有时间限制，不允许任意长的帧；限制，不
46、允许任意长的帧；重负载时，吞吐量和效率较高。重负载时，吞吐量和效率较高。缺点缺点中央监控；中央监控；轻负载时，延迟大。轻负载时，延迟大。2.4 局域网的局域网的IEEE 802系列标准系列标准（23）592.5 交换式局域网与虚拟局域网（交换式局域网与虚拟局域网（1）2.5.1交换式局域网交换式局域网交换的概念交换的概念局域网中的交换技术是为每个终端用户提供点对点的连接为每局域网中的交换技术是为每个终端用户提供点对点的连接为每个需要发送信息的结点提供一条独享的通道个需要发送信息的结点提供一条独享的通道局域网交换机局域网交换机为数据链路层设备，完成端口交换功能为数据链路层设备，完成端口交换功能工
47、作原理：通过自主学习得到每个端口所连设备的工作原理：通过自主学习得到每个端口所连设备的MAC地地址，建立址，建立MAC地址与端口的对照表。此后交换机就可根据地址与端口的对照表。此后交换机就可根据各端口输入帧的目的地址找到输出端口各端口输入帧的目的地址找到输出端口交换机类型：分为以太网交换机、令牌环网交换机、交换机类型：分为以太网交换机、令牌环网交换机、FDDI交换机、交换机、ATM交换机等交换机等交换机的发展：路由交换交换机的发展：路由交换60两种类型的两种类型的HUB共享式共享式 HUB，一个冲突域，工作方式与一个冲突域，工作方式与802.3相同，相同，CSMA/CD，二进制指数后退算法，二
48、进制指数后退算法，半双工半双工 交换式交换式HUB，输入帧被缓存，一个端口构成一输入帧被缓存，一个端口构成一个冲突域。个冲突域。2.5 交换式局域网与虚拟局域网（交换式局域网与虚拟局域网（2）61Figure. A simple example of switched Ethernet2.5 交换式局域网与虚拟局域网（交换式局域网与虚拟局域网（3）62 Caption: The concept underlying a switched LAN. Electronic circuits in the switch provide each computer with the illusion
49、of a separate LAN segment connected to other segments by bridges. 2.5 交换式局域网与虚拟局域网（交换式局域网与虚拟局域网（4）6364交换方式交换方式直接交换方式：直接交换方式：仅解包仅解包MAC帧头部，得到目的地址就转发到相应的端帧头部，得到目的地址就转发到相应的端口口特点：延迟小、交换速度快，但无法进行差错控制特点：延迟小、交换速度快，但无法进行差错控制存储转发方式存储转发方式从端口接受完整的从端口接受完整的MAC帧，解包后进行差错控制，正帧，解包后进行差错控制，正确则转发，否则丢弃确则转发，否则丢弃特点：减少了传输中的
50、差错，但延迟加大特点：减少了传输中的差错，但延迟加大交换式以太网交换式以太网2.5 交换式局域网与虚拟局域网（交换式局域网与虚拟局域网（5）652.5 交换式局域网与虚拟局域网（交换式局域网与虚拟局域网（6）Figure. A simple example of single switch66Figure. A simple example of multi-switch2.5 交换式局域网与虚拟局域网（交换式局域网与虚拟局域网（7）672.5 交换式局域网与虚拟局域网（交换式局域网与虚拟局域网（8）2.5.2虚拟局域网虚拟局域网虚拟局域网的概念虚拟局域网的概念虚拟局域网是指用软件的方法，把网
51、络中的结点组合成逻辑上虚拟局域网是指用软件的方法，把网络中的结点组合成逻辑上的工作群体。这些结点可处在不同的网段或子网中的工作群体。这些结点可处在不同的网段或子网中虚拟局域网是建立在交换技术之上的虚拟局域网是建立在交换技术之上的虚拟局域网的实现方法虚拟局域网的实现方法基于端口规则的虚拟局域网：组合交换机上的端口进而形成逻基于端口规则的虚拟局域网：组合交换机上的端口进而形成逻辑上的工作群体辑上的工作群体基于基于MAC地址的虚拟局域网：在交换机上定义每个地址的虚拟局域网：在交换机上定义每个MAC地址地址并对其进行组合并对其进行组合按网络层地址划分虚拟局域网按网络层地址划分虚拟局域网基于协议规则的虚
52、拟局域网基于协议规则的虚拟局域网682.5 交换式局域网与虚拟局域网（交换式局域网与虚拟局域网（9）虚拟局域网的特点虚拟局域网的特点安全性好安全性好可以实现组与组之间的隔离，适合不同的保密需求可以实现组与组之间的隔离，适合不同的保密需求不同网段的同组结点之间的通讯可通过网桥或路由器进行不同网段的同组结点之间的通讯可通过网桥或路由器进行转发和过滤转发和过滤便于管理：使得工作组的组成与结点的物理位置无便于管理：使得工作组的组成与结点的物理位置无关关可以隔离冲突可以隔离冲突692.6.1光纤分布式数据接口光纤分布式数据接口FDDI（Fiber Distributed Data Interface）F
53、DDI的基本结构的基本结构采用两个信息流向相反的环结构，一个主环，采用两个信息流向相反的环结构，一个主环，另一个副环另一个副环在正常情况下，各个站点使用主环传送数据在正常情况下，各个站点使用主环传送数据当某段链路发生故障时，故障链路两端的站点当某段链路发生故障时，故障链路两端的站点就重新配置，使主环与副环形成一个闭合的环就重新配置，使主环与副环形成一个闭合的环Fig. 4-452.6 高速局域网技术（高速局域网技术（1）702.6 高速局域网技术（高速局域网技术（2）71FDDI的工作原理的工作原理（与令牌环的差别）（与令牌环的差别）截获令牌即可发送数据截获令牌即可发送数据数据发送完毕或规定的
54、时间用完立即释放令牌数据发送完毕或规定的时间用完立即释放令牌环路上可同时有多个站点发出的数据帧在流动环路上可同时有多个站点发出的数据帧在流动站点的主要操作站点的主要操作传递令牌，若无数据传输，各站点转发令牌传递令牌，若无数据传输，各站点转发令牌发送数据，若有数据传输则截获令牌，发送数据帧，发发送数据，若有数据传输则截获令牌，发送数据帧，发送完毕立即释放令牌送完毕立即释放令牌转发数据帧，若非本机的数据帧则转发数据帧转发数据帧，若非本机的数据帧则转发数据帧接受数据帧，若为本机的数据帧则复制帧然后转发接受数据帧，若为本机的数据帧则复制帧然后转发清除数据帧，发现为本机发送的帧则回收，停止转发清除数据帧
55、，发现为本机发送的帧则回收，停止转发2.6 高速局域网技术（高速局域网技术（3）72特征特征使用多模光纤作为传输介质使用多模光纤作为传输介质MAC协议与协议与 Token Ring 类似类似100M的速率的速率采用采用4B5B编码方法编码方法32中组合中的中组合中的16种表示数据，种表示数据，3种表示定界符，种表示定界符，2种种表示控制，表示控制，3种表示硬件信号，种表示硬件信号，8种保留。种保留。最大距离最大距离200公里，最多公里，最多1000个站点个站点可靠性高，安全性好可靠性高，安全性好通常作为连接通常作为连接LAN的主干网络的主干网络可以动态分配传输能力可以动态分配传输能力2.6 高
56、速局域网技术（高速局域网技术（4）73FDDI定义了两类站：定义了两类站：A类站连接双环，类站连接双环，B类站连接单环。类站连接单环。为提高信道利用率，站点发完数据后立即产生新令牌，为提高信道利用率，站点发完数据后立即产生新令牌，环上可能同时存在多个帧；环上可能同时存在多个帧；帧格式帧格式2.6 高速局域网技术（高速局域网技术（5）742.6 高速局域网技术（高速局域网技术（5）752.6.2快速以太网（快速以太网（Fast Ethernet）标准标准1995年，年，IEEE通过通过802.3u标准，实际上是标准，实际上是802.3的一个补充。原有的帧格式、接口、规程不变，只的一个补充。原有的
57、帧格式、接口、规程不变，只是将比特时间从是将比特时间从100ns缩短为缩短为10ns。对对10 Mbps 802.3 LAN的改进的改进一种方法是改进一种方法是改进10Base-5 或或 10Base-2，采用采用CSMA/CD，最大电缆长度减为最大电缆长度减为1/10，未被采纳；，未被采纳；另一种方法是改进另一种方法是改进10Base-T，使用使用HUB，被采纳。被采纳。2.6 高速局域网技术（高速局域网技术（6）7677100Base-T4使用使用4对对 ISO/IEC 11801定义的定义的 3、4、5类平衡双绞类平衡双绞线线;3类非屏蔽双绞线（类非屏蔽双绞线（UTP），），使用使用25
58、MHz的信号的信号（802.3使用使用20MHz的信号，由于使用的信号，由于使用Manchester编编码，波特率码，波特率=2*比特率）；比特率）；4对双绞线，对双绞线，1对对 to the hub，1对对 from the hub，另另外外2对根据数据传输方向变换；对根据数据传输方向变换；8B6T（8 bits map to 6 trits）编码，使用三进制信号编码，使用三进制信号（ternary signals），），1对双绞线的比特率为对双绞线的比特率为25 * 8/6 = 33.3 Mbps，正向正向100M，反向反向33.3M；Figure2.6 高速局域网技术（高速局域网技术（7
59、）78100Base-TX使用使用2对对5类平衡双绞线或类平衡双绞线或150 屏蔽平衡电缆屏蔽平衡电缆，1对对 to the hub，1对对 from the hub，全双工；全双工；5类双绞线使用类双绞线使用125 MHz的信号；的信号；4B5B编码，编码，5个时钟周期发送个时钟周期发送4个比特，物理层与个比特，物理层与FDDI兼容，比特率为兼容，比特率为 125 * 4/5 = 100 Mbps；100Base-FX使用使用2根多模光纤，全双工根多模光纤，全双工100Base-T4 和和 100Base-TX 统称统称 100Base-T2.6 高速局域网技术（高速局域网技术（8）792.
60、6.3千兆以太网（千兆以太网（Gigabit Ethernet）标准：标准：802.3zGigabit Ethernet 使用扩展的使用扩展的 802.3 MAC 子层接口，通过子层接口，通过GMII（Gigabit Media Independent Interface）与物理层相连；与物理层相连；物理层实体：物理层实体：1000BASE-LX, 1000BASE-SX, 1000BASE-CX, 1000BASE-T.1000BASE-X（包括包括1000BASE-SX, 1000BASE-LX, 和和 1000BASE-CX）物理层物理层标准符合标准符合 ANSI X3.230-1994
61、 (Fibre Channel) FC-0 和和 FC-1，采用采用8B/10B编码；编码；1000BASE-T 采用采用4B/5B编码；编码；2.6 高速局域网技术（高速局域网技术（9）80在一个冲突域内，只允许一个在一个冲突域内，只允许一个repeater帧格式帧格式Figure 31Appends extension bits to the first (or only) frame of a burst if it is less than slotTime bits in length when in half duplex mode.2.6 高速局域网技术（高速局域网技术（10）8
62、12.6 高速局域网技术（高速局域网技术（11）822.7 客户客户/服务器模式（服务器模式（1）2.7.1 网络计算模式的发展网络计算模式的发展集中式的计算模式集中式的计算模式所有的资源及计算均集中在主机上所有的资源及计算均集中在主机上资源共享模式资源共享模式工作站具有一定的计算能力，服务器上存放共享的工作站具有一定的计算能力，服务器上存放共享的软件和数据软件和数据客户客户/服务器模式服务器模式客户端和服务器端协同工作客户端和服务器端协同工作三层客户三层客户/服务器模式服务器模式832.7.2 C/S模式的特点模式的特点2.7 客户客户/服务器模式（服务器模式（2）842.7 客户客户/服务器模式（服务器模式（3）2.7.3 三层客户三层客户/服务器模式服务器模式85
