局域网的特点
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发布时间：2022-03-28 11:25
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时间：2022-03-28 12:55
局域网的特点:
为一个单位所有,范围小,数目有限
局域网的优点:
使用方便,便于扩展,可靠性强
局域网的传输媒体:
双绞线,同轴电缆,光纤
局域网的拓朴结构:
星形网,环形网,总线网,树形网
总线形
由单根电缆组成,该电缆连接网络中所有节点
仅仅只能支持一种信道;因此,每个节点共享总线的全部容量.
在每个总线形网络的末端都有一个5 0欧姆的称为终结器的电阻器.终结器的作用是在信号到达目的地后终止信号.
优点:简单;便宜
缺点:
不能较好地扩展,增加更多的节点时,网络的性能将下降
难以识别出错误发生的具体位置,所以当网络发生问题时,解决问题就很困难.
具有较差的容错能力,总线上的某个中断或缺陷将影响整个网络
每个节点与两个最近的节点相连接以使整个网络形成一个环状,数据绕着环向一个方向发送(单向的).
每个工作站接收并响应发送给它的数据包,然后将其他数据包转发到环中的下一个工作站.
一个环形网没有"终止端",数据在它们的目的地停止继续发送,因而环形网络不需要终结器.
单个发生故障的工作站可能使整个网络瘫痪
环形
网络中的每个节点通过一个*设备,如集线器连接在一起.
任何单根电线只连接两个设备(如一个工作站和一个集线器).因此,电缆问题最多影响两个节点.
设备如工作站或打印机将数据发送到集线器,再由集线器将数据转发到包含目标节点的网络段.
发生故障的单个电缆或工作站不会使星形网络瘫痪.但一个集线器的失败将导致一个局域网段的瘫痪.
易于扩展
星形
将网络中的设备分割成层.一个层仅是对网络设备进行逻辑分割.
一个层次混合拓扑结构使用层将设备按照它们的优先权或功能进行分割.
一个层次拓扑结构可以有许多层,并可以连接不同类型的简单拓扑结构.
对不同的组进行带宽隔离的能力,易于增加或隔绝不同的网络组,易于与不同的网络类型互连
树状结构(层次结构)
5.1 局域网:拓朴结构
总线网
环形网
树形网
星形网
集线器
匹配电阻
干线耦合器
5.2 局域网的体系结构
IEEE802参考模型:
1,LAN只是一个计算机通信网,不存在路由选择问题,因此局域网可以不要网络层.
2,局域网的种类繁多,其媒体接入控制的方法也各不相同,远远不像广域网那样简单.为了使局域网中的数据链路层不致过于复杂,就应当将局域网的数据链路层划分为两个子层,即:媒体接入控制或媒体访问控制MAC(Medium Access Control)子层和逻辑链路控制LLC(Logical Link Control)子层,而网络的服务访问点SAP则在LLC子层与高层的交界面上.
3,IEEE802参考模型(包括对传输媒体和拓扑结构的规格说明)
5.2 局域网的体系结构
5.2 局域网的体系结构
4,物理层的主要功能:
信号的编码与译码,
前同步位的产生与去除,
比特的传输与接收
5,MAC层的主要功能:与接入各种传输媒体有关的问题都放在该层
发送时:将上层交下来的数据封装成帧进行发送(接收时进行相反的过程,将帧拆卸);
实现和维护MAC协议;
比特差错检测;
寻址
5.2 局域网的体系结构:参考模型
6,LLC层的主要功能:数据链路层中与媒体接入无关的部分都集中在逻辑链路控制LLC子层
建立和释放数据链路层的逻辑连接;
提供与高层的接口;
差错控制;
给帧加上序号
7,IEEE802系列协议
·802.1--概述,体系结构和网络互连,以及网络管理和性能测量.
·802.2--逻辑链路控制.它提供OSI的数据链路层两个子层中上面一个子层的功能.逻辑链路控制是高层协议与任何一种局域网MAC子层的接口.
·802.3--CSMA/CD.它定义了CSMA/CD总线网的MAC子层和物理层的规范.
·802.4--令牌总线网.它定义了令牌传递总线网的MAC子层和物理层的规范.
5.2 局域网的体系结构:参考模型
·802.5--令牌环形网.它定义了令牌传递环形网的MAC子层和物理层的规范.
·802.6--城域网.它定义了城域网的MAC子层和物理层的规范.
·802.7--宽带技术.
·802.8--光纤技术.
·802.9--综合话音数据局域网.
·802.10--可互操作的局域网的安全.
·802.11--无线局域网.
·802,12--新型高速局域网(100 Mb/s).
现在IEEE的标准802.1～802.6已成为ISO的国际标准ISO8802-1～8802-6.
5.2 局域网的体系结构:协议数据单元
高层数据
LLC数据
LLC首部
MAC数据
MAC首部
MAC尾部
LLC PDU
MAC PDU
5.2 局域网的体系结构:LLC
逻辑链路控制子层的服务访问点 (SAP)
网络中的寻址分两步:
用MAC帧中的地址(物理地址)找到主机
用LLC帧中的地址(SAP地址)找到要通信的进程
LLC的复用功能
多个SAP可以复用一个数据链路:LLC的复用功能
一个SAP在一个时间只能为一个用户使用
物理层
MAC
LLC
(1)
(2)
(3)
物理层
MAC
LLC
(1)
物理层
MAC
LLC
(1)
(2)
主机A
主机C
主机B
X
Y
Z
5.2 局域网的体系结构:LLC
LLC子层所提供的服务
LLC1,不确认的无连接服务,特别适用于广播和多播
LLC2,面向连接的服务,局域网中不常用
LLC3,带确认的无连接服务,令牌总线网中
LLC PDU的帧格式
SSAP
信息Info
控制 C
DSAP
I/G
DSAP 值
C/R
SSAP 值
5.2 局域网的体系结构:MAC
媒体访问控制MAC子层
名字指出我们所要寻找的那个资源,地址指出那个资源在何处,路由告诉我们如何到达该处
网卡地址,也叫物理地址,也叫硬件地址,它实际是名字,由6个字节构成IEEE分配前3个字节,厂家分配后3个字节
网卡认为发往本站的帧
单播的帧
广播的帧
多播的帧
5.2两种不同的MAC帧格式
目的地址
源地址
长度/类型
DSAP
SSAP
数 据
FCS
控制
DSAP
SSAP
数 据
控制
IP数据报
目的地址
源地址
数 据
FCS
IP数据报
长度/类型
字节
6
6
2
1
1
1
43~1497
4
1
1
1
字节
6
6
2
4
IP层
LLC层
MAC层
IP层
MAC层
46~1500
802.2LLC帧
802.3MAC帧
当长度/类型字段表示长度时
8字节
10101010… 10101010 10101011
7字节
1字节
以太网V2 MAC帧
物理层
帧开始定界符
前同步码
5.3 IEEE802.3标准:CSMA/CD
一,CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Confliction Detection)
1,是LAN中对共享信道的一种随机接入技术.
2,实现思想:若A要发送帧,首先监听信道是否空闲,若不空闲,则延迟一段时间再监听,若信道空闲,则抢占信道,发送数据,一边发送,一边接收(自己发送的数据),以检查是否与其它站冲突,若冲突,则放弃此数据帧的发送.
3,三种实现技术(信道不空时如何处理)
非坚持策略:一旦监听到信道忙,不再坚持听下去,而是根据协议的算法延迟一个随机时间后再监听.缺点:可能在再次监听之前信道已空闲了.
1坚持策略:若信道不空,继续监听,直到信道为空则立即抢占.缺点:大家同时抢占,冲突增多.
P坚持策略:当信道不空时,继续监听,空时以概率P发送数据,以概率1-p延迟一段时间,重新监听信道.缺点:p太难选.
5.3 IEEE802.3标准:CSMA/CD(续)
4,一种实用的决定重发帧所需时延的退避算法:截断二进制指数类型
思想:A,从离散的整数集合[0,1,… ,2k-1]中随机取一个数,设为r,k=Min[重发次数,10];
B,重发时延是r倍的基本退避时间(事先确定)
C,若重发16次不成功,丢弃该帧,向上层报告.
5,小结:先听后发,边发边听,冲突回避,延迟重发.
二,802.3LAN概述
1,是一种基带总线LAN,最初由Xerox公司的PARC于1975年研制成功,称为以太网.
5.3 IEEE802.3标准:CSMA/CD(续)
2,以太网中常用的传输介质
A)介质及相关规定:
粗同轴电缆:单根长<=500m(10mm)
细同轴电缆:单根长<=185m(5mm)
B)介质长度受限原因:信号沿总线传播时会产生衰减,若太长,衰减会影响载波监听和冲突检测的正常工作.若实际网络需要更长总线,需使用中继器放大.
3,以太网其它规定
(1)任意两个站之间最多可以有三个同轴电缆段
(2)对粗缆,最大作用距离:2.5km
对细缆,最大作用距离:1km
(3)一个网上最大站数为1024,每个同轴电缆段最多只能安装100个站.
(4)表示方法
5.3 IEEE802.3标准:CSMA/CD(续)
10BASE5 粗缆标准,10表示数据传输速率为10Mb/s,BASE表示传输的是基带信号,5表示每一段电缆的最大长度为500米.
10BASE2 细缆标准, 10表示数据传输速率为10Mb/s,BASE表示传输的是基带信号,2表示每一段电缆的最大长度为200米.
4,一般采用电缆直接与网卡相连,网卡的功能:
数据的封将与解封,发送时,把LLCPDU加上首,尾部成为MAC帧,接收时相反;
链路管理:主要是CSMA/CD的实现
编码与译码
5.4 非主流局域网:令牌环
IEEE802.5标准:令牌环,主要硬件有干线耦合器
拓朴结构:
收听方式:
发送方式:
耦合器的两种工作方式:
5.4 非主流局域网:令牌环
收听方式:
收下并转发从环路输入的比特流,1比特的延迟,但也起到了信号放大的作用
不停地监视以下两种特殊的比特组合
本站的地址,一旦发现是本站地址,由收听状态进入接收状态
令牌,当一个站要发送数据时,必须先截获令牌,将令牌的独特标志改为信息标志,并由收听状态进入发送状态.
延迟
5.4 非主流局域网:令牌环
发送方式:
数据以帧为单位从一个耦合器的环路输出端发送到下一个耦合器的环路输入端.
只能有一个站处在发送方式
数据帧到达目的站后,目的站一方面复制该数据帖,另一方面,继续转发.
数据帧回到源站后,不再转发,源站检查数据帧之后,生成一新令牌
(a)C有数据帧要给A
(b)该数据帧不是发给B的
(c)A留下对该数据做一备份
(c)C收回返回的数据帧
5.4 非主流局域网:令牌环
5.4 非主流局域网:令牌环
令牌环网的评价:
缺点:当环路上接入的站数较多时,即使只有两个站进行通信,也要等待令牌的到来.
优点:在重载时也可以高效率地工作
一个比特的物理长度:当令牌环上所有的站都处于空闲状态时,环路本身必须有足够的时延以容纳一个完整的令牌在环上循环
快速以太网的出现使得令牌环网在市场上的份额小
5.4 非主流局域网:令牌总线
IEEE802.4标准:令牌总线局域网
在物理上是一个总线网,逻辑上是一个令牌环
接入方便,可靠性高,无冲突,发送时延有确定的上限值
令牌的传递顺序可以不按照站的物理位置,但协议要复杂一些
5.4 三种局域网的比较
802.3:发送延迟的不确定,不适合于实时应用,当负载很重时,冲突增多,效率下降,不便于使用光纤
802.4:负载轻时,要等待令牌的到来,使用高可靠的电视电缆,TDM,很难用光纤实现
802.5:采用了集中式管理,可靠性差,负载轻时,要等待令牌的到来,重载时,效率和吞吐量都很高
三种局域网不兼容,以太网在市场上已经占据了绝对优势
5.5 局域网的扩展
转发器
集线器(Hub)
好处:
1,不同单位可以相互通信
2,扩大了计算机间的距离
缺点:
1,产生了更大的共同的冲突域
2,不同单位不能使用不同的以太网技术
hub
hub
hub
hub
数据库研究室
应用软件研究室
网络研究室
5.5 局域网的扩展: Bridge
网桥:
1,工作在链路层
2,它根据收到MAC帧的目的地址进行转发
3,具有过滤帧功能:收到一个帧时,不是向所有端口转发此帧,而是先检查此帧的目的MAC地址,再确定将该帧转发到哪一个端口.
内部结构:如下图所示
5.5 局域网的扩展: Bridge
2
5
2
6
2
4
1
3
1
2
1
1
端口
站地址
站表
网桥协议
实体
端口管理
软件
端口1
缓存
端口2
网桥
1
2
3
4
5
6
工作过程:从端口接收帧,每收到一帧,先暂存在缓存中.若未出错,且目的站MAC地址属另一网段,查找转发表,送往对应端口转发出去.若出错,丢弃该帧.
整个过程由端口管理软件和网桥协议实体完成.
5.5 局域网的扩展: Bridge
好处:
过滤通信量:可以使LAN各网段成为隔离的冲突域,减轻了扩展的LAN上的负荷和帧平均时延.
扩大物理范围,增加了整个LAN上的工作站的最大数目.
互联不同物理层,不同MAC层和不同速率的局域网
提高可靠性:出故障时,只影响个别网段.
缺点:
增加了时延:对接收的帧先存储和查表,再转发.
无流量控制:负荷重时,缓存可能不够用,可能帧丢失.
耗费时间:连接不同MAC子层LAN时,转发一个帧之前,必须修改帧的某些字段的内容以适合另一个MAC子层要求.
有时还会产生广播风暴:传播过多的广播信息时产生网络拥塞.
5.5 局域网的扩展: Bridge
透明网桥:
1,特点:由各网桥自己来决定路由选择,而LAN上各站都不管路由选择.
所谓"透明"是指LAN上的每个站并不知道所发送的帧将经过哪几个网桥,而网桥对各站来说是看不见的.
2,处理帧的过程及站表的建立:当网桥收到一个帧时,应当决定是丢弃此帧,还是转发此由帧,若转发此帧,应决定转发到哪个LAN段,这种决定根据网桥中的站表.
处理帧的过程
5.5 局域网的扩展: Bridge
1,从端口x收到无差错的帧(如有差错即丢弃),在站表中查找目的站MAC地址.
2,如有,则查找出到此MAC地址应当走的端口d,转3,否则转4.
3,若到这个MAC地址去的端口d=x,则丢弃此帧(不需要经过网桥转发).否则从端口d转发此帧.转5.
4,向网桥除x以外的所有端口转发此帧(这样做可保证找到目的站).
5,若源站不在站表中,则将源站MAC地址加入到站表,登记该帧进入网桥的端口号,设置计时器,转7.若源站在站表中,执行6.
6,更新计时器.
7,等待新的数据帧.转1.
站表建立
在上述过程中,网桥在站表中登记三个信息:
(1)站地址:收到的帧的源MAC地址;
(2)端口:收到的帧进入该网桥的端口号;
(3)时间:收到的帧进入该网桥的时间.
原理:若网桥现在能从端口x收到从源地址A发来的帧,则以后就可以从端口x将一个帧转发到目的地址A.
5.5 局域网的扩展: Bridge
例:设网桥2的站表是空的,若网桥2收到一个从802.5网转发来的帧,其源站是A,于是,网桥2就推论出:只要以后收到发给站A的帧,就将此帧向802.5网转发,于是将目的站为A的地址和相应的转发端口(即刚收到此帧的端口)登记在站表中.
网桥1
网桥2
802.5
802.3
802.4
A
B
E
F
C
D
G
H
K
5.5 局域网的扩展: Bridge
源站选路网桥(由发送站的源站负责路由选择)
1,前提:源站选路网桥假定了每一个站在发送帧时都已清楚地知道发往各个目的站的路由,因而在发送帧时将详细的路由信息放在帧的首部中.
2,确定路由:
A,源站以广播的方式向欲通信的目的站发送一个发现帧,作为探测之用.
B,发现帧在整个扩展的LAN中沿所有可能的路由传送,在传送过程中,每个发现帧都记录它所经过的路由;
C,发现帧到达目的站后,再沿原路返回源站;
D,源站得到这些路由后,从所有可能的路由中选择一个最佳的路径,以后凡从这个源站向该目的站发送的帧的首部,都携带源站所确定的这一路由信息.
透明网桥和源站选路网桥的比较
5.5 局域网的扩展: Bridge
网络规模大时,最佳路由计算量庞大,甚至无法计算
站表登记某个站的路由信息时,要在该站发送一个帧以后
可以利用最佳路由
一般用的不是最佳路由
必须由人工进行管理(否则产生兜圈子现象
完全不需要管理
不透明,主机必须知道网桥的标识及连接在哪一个网段上
对主机完全透明
面向连接
无连接,每一个帧地选择路由
源站选路网桥
透明网桥LAN,资源共享，数据传输
