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通信网络的分类,网络的地理范围
– 广域网
– 局域网
– 城域网
广域网：
– 覆盖较广的地理区域
– 穿过公共设施，一般会利用公共电信公司提供的线路
– 包含有相当数量的互连起来的交换节点。
第 3章 共享信道的传统局域网后页 退出前页局域网的特点
覆盖范围小，通常为一座大楼或一组楼群
通常为某个组织单独拥有，即该组织拥有组成某个局域网的所有互连设备，而组成广域网相当一部分的网络资源可能属于其他组织
– 选择局域网必须谨慎，因为这可能需要一笔不小的投资 (与拨号上网或广域网中专线费用相比 )用于建网和维护
– 局域网的网络管理责任完全由用户自己负责。
局域网的数据传输速率一般要比广域网高得多后页 退出前页城域网的特点
城域网：
– 覆盖于局域网和城域网之间的区域：整个城市的范围
– 它实际上不过是一个更大范围的局域网系统，
一般采取和局域网相似的技术。
– 可以支持数据和语音的传输后页 退出前页媒体访问控制协议
网络链路
– 点到点链路：链路的两端各有一个发送者和接受者，如 PPP和 HDLC协议
– 广播链路：
多个发送和接收站点连接到同一个共享广播信道上，任何一个站点发送帧，其他所有站点都会收到该帧。
决定广播链路中信道分配的协议属于数据链路层，
称为媒体访问控制 MAC协议。
后页 退出前页共享媒体的访问控制技术
访问控制采用的方式
– 集中式：选取出一个控制器，只有它可以授权访问网络。当一个节点要传输时，它必须首先得到该控制器的允许。
– 分布式：所有站点使用相应的媒体访问控制机制来决定站点传输的顺序。
– 优缺点：
集中方式中每个站点的访问控制逻辑相当简单，
避免了站点间分布协议所带来的问题。
单点故障：所有的控制都是通过一个中心的控制点来进行的后页 退出前页共享媒体的访问控制技术
怎样控制对共享媒体的访问
– 同步机制：整个信道带宽被分割成许多部分，
每一部分被分配给某一个站点。如电路交换中的频分多路时分多路技术
– 异步机制：考虑到 LAN与 MAN中每个站点的传输无法预知，常采用异步机制以动态分配信道
包括时间片轮转、预约和竞争等后页 退出前页
MAC：异步机制
时间片轮转：每个节点按一定的顺序得到传输时间片。
– 在轮到发送时站点可以选择是否进行传输，如果要进行传送，站点所传输的时间不能超过该时间片。
– 站点的逻辑顺序的控制可采用集中式或分布式。轮询就是一种集中式的控制方式。
预约：媒体访问时间被分成一些时槽。
– 一个节点在要传输时，可以为即将到来的传输预约一些时槽。
– 预约可以是集中式或分布式的。
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MAC：异步机制（续）
竞争：没有相应的机制来决定该由谁来传输
– 所有节点都展开竞争以获取对共享媒体的访问权。
– 竞争机制是分布式的。
– 易于实现，并且在低负荷和中等负荷时竞争机制的性能还不错，只是在重负荷下，有些竞争机制的性能会急剧下降。
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ALOHA协议
基本思想：
– 只要一个站点想要传输信息帧，它就把信息帧传输出去。然后它听一段时间，如果在信息来回传播的最大延迟时间（两倍于相距最远的两个站点之间传递信息的时间 〕 再加上一小段固定的时间内收到了确认，传输成功；
否则，传输站点重发信息帧。如果在发了好几次后仍得不到确认，就只好放弃。
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ALOHA协议的效率
假设,
– 无限多个用户产生的新帧服从普阿松分布,平均每帧时产生 S个新帧
– 每个站点每帧时发送的帧服从普阿松分布,平均每帧时发送 G个帧
吞吐率 S应该是负载 G与帧传送成功的概率，即 S＝ GP0。
其中 P0是发送的帧不会发生冲突的概率。
任一帧时内生成 K帧的概率服从普阿松分布,
两个帧时内产生的帧数平均为 2G，在整个冲突危险区内无任何其他帧产生的概率为
G＝ 0.5时，吞吐率 S最大，其值为 ≈ 0.18
t0+t
与阴影帧的开始碰撞与阴影帧的开始碰撞
t
t0+2t t0+3tt0
冲突危险区时间阴影帧的冲突危险区
GeP 20
GGeS 2
!keGkP Gkr
eS 2
1?
后页 退出前页分槽（ Slotted） ALOHA
信道上的时间被分成离散的时间间隔即时槽，
其大小相当于帧的传输时间。所有的站点的时钟保持同步。站点只有在时槽开始时才能传输数据。
只有那些都在同一个时槽开始进行传输的帧才有可能冲突，可能发生冲突危险区比 ALOHA
降低了一半,
等式对 G求导，当 G＝ 1时，吞吐率 S为最大值
1/e，约为 0.368，因此信道的最大利用率提高到 37％
GGeS
后页 退出前页载波监听多路访问 CSMA
ALOHA 和分槽 ALOHA都没有利用到无线分组网和局域网的一个主要特性，那就是与帧的传输时间相比，传播时间是很短的：当一个站点发送帧后，别的站点马上就会知道。
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CSMA机制：也称为先听先说（ LBT）
– 想要传输的站点首先听一听媒体上是否有其他站点在传输（载波监听 〕 。如果媒体忙，
它必须等待。如果媒体空闲，则可传输。
– 两个或多个站点还是有可能同时开始传输，
这时就会产生冲突。考虑到这种情况，发送站点在发送完后要等待一段时间（要把来回传输的最大时间和发送确认的站点竞争信道的时间考虑在内）以等待确认，如果没有收到确认，发送站点认为发生了冲突，就重发该帧。
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CSMA：坚持算法
当发现媒体忙时，站点该怎么办？
– 非坚持 CSMA
基本思想：
1,若媒体空闲就传输；否则，转到第 2步
2,若媒体忙，等待一段随机的重传延迟时间，
重复第 1步
缺点：如果多个站点同时会浪费部分信道容量后页 退出前页
CSMA：坚持算法（续）
1-坚持 CSMA协议
– 基本思想：
1,若媒体空闲就传输；否则，转到第 2步。
2,若媒体忙则继续监听，直到检测到信道空闲然后立即传输。
3,如有冲突，则等待一段随机的时间重复第 1步。
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P-坚持协议：
若媒体空闲，以概率 P传输，以概率 (1-
P)延迟一个时间单位。该时间单位通常等于最大的传播延迟的两倍。
若媒体忙，继续监听直到信道空闲并重复第 1步。
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若传输延迟了一个时间单位，则重复第 1步。
假设 n个站点有帧要传输，而此时已经有一个帧正在传输。在该帧被传输完后，将要开始传输的站点数等于准备传输的站点数乘以传输概率，也就是
nP，因此为了能够在重负载下 的性能要求 nP<1，这使得在低负载下的效率非常低下后页 退出前页以太网,CSMA/CD
载波监听多路访问 /冲突检测
CSMA/CD
– 载波监听：站点能监测到链路是忙还是空闲，
– 冲突检测：站点在传输的同时监听链路，
从而能够监测到站点所传输的帧与别的站点传输的帧之间发生冲突的情形后页 退出前页
– 基本算法：
–若媒体空闲，传输；否则，转第 2步。
若媒体忙，一直监听直到信道空闲然后立即传输。
若在传输中监听到冲突，发出一个短小的人为干扰信号让所有的站点都知道发生了冲突并停止传输。
发完人为干扰信号，等待一段随机的时间，
再次试图传输（从第 1步开始重复 〕 。
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CSMA/CD：冲突监测
CSMA/CD有一条 非常重要的原则：帧必须足够长以使冲突能在帧传输完毕前被检测到后页 退出前页
A B
( a ) A 在时刻 t 发送一帧
A B
( b) A 发送的帧在时刻 t +d 到达 B
A B
( c ) B 在时刻 t +d 开始发送，与 A 的帧冲突
A B
( d) B 和 A 冲突后的帧在时刻 t +2d 到达 A
CS M A/ CD 的冲突检测的最坏情况后页 退出前页
CSMA/CD：二进制指数退避
CSMA/CD采用 1坚持方式，遇到冲突后采用二进制指数退避技术：
– 时间被分成离散的时槽，其长度等于在传输媒体上来回传输的时间,802.3标准规定为 512比特时间。
– 第一次冲突产生后，每个站点等待 0或 1个时槽后尝试重新发送。
– i次冲突后，等待的时槽数从 0～ 2i-1中随机选出
– 如果冲突的次数达到 10次后，随机等待的最大时槽数固定为 1023。在 16次冲突后，站点放弃传输，并报告一个错误。
后页 退出前页以太网帧格式
每个帧所能携带的用户数据最长为 1500字节，
同时以太网限制每个帧中从源地址字段结束到检验和字段开始的长度最小为 46字节，如果用户数据不够，则通过填充来满足限制，即最小帧长为 512比特后页 退出前页前导 目的地址 源地址 类型 检验和 数据
64 48 48 16 32 0~ 46
填充
(a ) DI X 帧格式
0~ 150 0
前导 目的地址 源地址 长度 检验和 数据
64 48 48 16 32 0~ 46
填充
(b) I E E E 802,3 帧格式
0~ 150 0
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IEEE 802.3标准
IEEE 802.3对于各种以太网技术采用了一个非常简洁有效的命名策略,<数据速率
><信号方式 ><网段最大长度 >
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10BASE5 10BASE2 10BASE-T 10BROAD36 10BASE-FP
传输媒体同轴电缆
(50ohm)
同轴电缆
(50ohm)
非屏蔽双铰线同轴电缆
(75ohm)
850nm光纤对编码技术基带
(曼彻斯特码 )
基带
(曼彻斯特码 )
基带
(曼彻斯特码 ) 宽带(DPSK) 曼彻斯特 /on-off
拓扑 总线 总线 星型 总线 /树型 星型最大网段长度 (m) 500 185 100 1800 500
每网段的结点数 100 30 -- -- 33
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IEEE 802.3标准（续）
常用传输媒体
– 以太网最早的传输媒体是粗缆 10Base5
– 10Base2常称为细缆，站点通过 BNC连接器组成 T型接口,10Base5和 10Base2都采用总线拓扑
– 10BaseT规范指定了一个星型拓扑，它是目前最为广泛使用的以太网技术。所有站点通过两对非屏蔽双绞线连接到一个集线器上
– 10Broad36：宽带同轴电缆
– 10BaseF：光纤媒体后页 退出前页
IEEE 802.3标准（续）
以太网设备：
– 收发器（ Transceiver）：站点与以太网媒体的接口设备，通过收发器进行发送和接收
– 转发器（ repeater）：用来连接两段电缆以扩展以太网覆盖的范围，从它连接的电缆上收到的数字信号经过放大后转发给连接的另一条电缆中，即转发器工作在物理层。常常用于 10Base5/10Base2中。
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– 集线器（ Hub）：实际上是一个多口的转发器，当从一条线路上接收到信号时，集线器会向其他线路转发。相比简单的转发器来说，
Hub具有一些网络管理功能，比如隔离出故障的站点。常用于 10Base%中 。
后页 退出前页以太网布线原则
5-4-3原则：以太网规划中应该遵循的规则，从而保证以太网能够正常工作。
5指任意两个站点间最多有 5个以太网网段,4
指任意两个站点间最多有 4个转发器,3表示任意两个站点间最多有 3个网段有站点相连，也就是说如果两个站点间有 5个以太网网段，并不是所有的网段都可以连接站点，有些网段只是用来扩展网络的距离。
通信网络的分类,网络的地理范围
– 广域网
– 局域网
– 城域网
广域网：
– 覆盖较广的地理区域
– 穿过公共设施，一般会利用公共电信公司提供的线路
– 包含有相当数量的互连起来的交换节点。
第 3章 共享信道的传统局域网后页 退出前页局域网的特点
覆盖范围小，通常为一座大楼或一组楼群
通常为某个组织单独拥有，即该组织拥有组成某个局域网的所有互连设备，而组成广域网相当一部分的网络资源可能属于其他组织
– 选择局域网必须谨慎，因为这可能需要一笔不小的投资 (与拨号上网或广域网中专线费用相比 )用于建网和维护
– 局域网的网络管理责任完全由用户自己负责。
局域网的数据传输速率一般要比广域网高得多后页 退出前页城域网的特点
城域网：
– 覆盖于局域网和城域网之间的区域：整个城市的范围
– 它实际上不过是一个更大范围的局域网系统，
一般采取和局域网相似的技术。
– 可以支持数据和语音的传输后页 退出前页媒体访问控制协议
网络链路
– 点到点链路：链路的两端各有一个发送者和接受者，如 PPP和 HDLC协议
– 广播链路：
多个发送和接收站点连接到同一个共享广播信道上，任何一个站点发送帧，其他所有站点都会收到该帧。
决定广播链路中信道分配的协议属于数据链路层，
称为媒体访问控制 MAC协议。
后页 退出前页共享媒体的访问控制技术
访问控制采用的方式
– 集中式：选取出一个控制器，只有它可以授权访问网络。当一个节点要传输时，它必须首先得到该控制器的允许。
– 分布式：所有站点使用相应的媒体访问控制机制来决定站点传输的顺序。
– 优缺点：
集中方式中每个站点的访问控制逻辑相当简单，
避免了站点间分布协议所带来的问题。
单点故障：所有的控制都是通过一个中心的控制点来进行的后页 退出前页共享媒体的访问控制技术
怎样控制对共享媒体的访问
– 同步机制：整个信道带宽被分割成许多部分，
每一部分被分配给某一个站点。如电路交换中的频分多路时分多路技术
– 异步机制：考虑到 LAN与 MAN中每个站点的传输无法预知，常采用异步机制以动态分配信道
包括时间片轮转、预约和竞争等后页 退出前页
MAC：异步机制
时间片轮转：每个节点按一定的顺序得到传输时间片。
– 在轮到发送时站点可以选择是否进行传输，如果要进行传送，站点所传输的时间不能超过该时间片。
– 站点的逻辑顺序的控制可采用集中式或分布式。轮询就是一种集中式的控制方式。
预约：媒体访问时间被分成一些时槽。
– 一个节点在要传输时，可以为即将到来的传输预约一些时槽。
– 预约可以是集中式或分布式的。
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MAC：异步机制（续）
竞争：没有相应的机制来决定该由谁来传输
– 所有节点都展开竞争以获取对共享媒体的访问权。
– 竞争机制是分布式的。
– 易于实现，并且在低负荷和中等负荷时竞争机制的性能还不错，只是在重负荷下，有些竞争机制的性能会急剧下降。
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ALOHA协议
基本思想：
– 只要一个站点想要传输信息帧，它就把信息帧传输出去。然后它听一段时间，如果在信息来回传播的最大延迟时间（两倍于相距最远的两个站点之间传递信息的时间 〕 再加上一小段固定的时间内收到了确认，传输成功；
否则，传输站点重发信息帧。如果在发了好几次后仍得不到确认，就只好放弃。
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ALOHA协议的效率
假设,
– 无限多个用户产生的新帧服从普阿松分布,平均每帧时产生 S个新帧
– 每个站点每帧时发送的帧服从普阿松分布,平均每帧时发送 G个帧
吞吐率 S应该是负载 G与帧传送成功的概率，即 S＝ GP0。
其中 P0是发送的帧不会发生冲突的概率。
任一帧时内生成 K帧的概率服从普阿松分布,
两个帧时内产生的帧数平均为 2G，在整个冲突危险区内无任何其他帧产生的概率为
G＝ 0.5时，吞吐率 S最大，其值为 ≈ 0.18
t0+t
与阴影帧的开始碰撞与阴影帧的开始碰撞
t
t0+2t t0+3tt0
冲突危险区时间阴影帧的冲突危险区
GeP 20
GGeS 2
!keGkP Gkr
eS 2
1?
后页 退出前页分槽（ Slotted） ALOHA
信道上的时间被分成离散的时间间隔即时槽，
其大小相当于帧的传输时间。所有的站点的时钟保持同步。站点只有在时槽开始时才能传输数据。
只有那些都在同一个时槽开始进行传输的帧才有可能冲突，可能发生冲突危险区比 ALOHA
降低了一半,
等式对 G求导，当 G＝ 1时，吞吐率 S为最大值
1/e，约为 0.368，因此信道的最大利用率提高到 37％
GGeS
后页 退出前页载波监听多路访问 CSMA
ALOHA 和分槽 ALOHA都没有利用到无线分组网和局域网的一个主要特性，那就是与帧的传输时间相比，传播时间是很短的：当一个站点发送帧后，别的站点马上就会知道。
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CSMA机制：也称为先听先说（ LBT）
– 想要传输的站点首先听一听媒体上是否有其他站点在传输（载波监听 〕 。如果媒体忙，
它必须等待。如果媒体空闲，则可传输。
– 两个或多个站点还是有可能同时开始传输，
这时就会产生冲突。考虑到这种情况，发送站点在发送完后要等待一段时间（要把来回传输的最大时间和发送确认的站点竞争信道的时间考虑在内）以等待确认，如果没有收到确认，发送站点认为发生了冲突，就重发该帧。
后页 退出前页
CSMA：坚持算法
当发现媒体忙时，站点该怎么办？
– 非坚持 CSMA
基本思想：
1,若媒体空闲就传输；否则，转到第 2步
2,若媒体忙，等待一段随机的重传延迟时间，
重复第 1步
缺点：如果多个站点同时会浪费部分信道容量后页 退出前页
CSMA：坚持算法（续）
1-坚持 CSMA协议
– 基本思想：
1,若媒体空闲就传输；否则，转到第 2步。
2,若媒体忙则继续监听，直到检测到信道空闲然后立即传输。
3,如有冲突，则等待一段随机的时间重复第 1步。
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P-坚持协议：
若媒体空闲，以概率 P传输，以概率 (1-
P)延迟一个时间单位。该时间单位通常等于最大的传播延迟的两倍。
若媒体忙，继续监听直到信道空闲并重复第 1步。
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若传输延迟了一个时间单位，则重复第 1步。
假设 n个站点有帧要传输，而此时已经有一个帧正在传输。在该帧被传输完后，将要开始传输的站点数等于准备传输的站点数乘以传输概率，也就是
nP，因此为了能够在重负载下 的性能要求 nP<1，这使得在低负载下的效率非常低下后页 退出前页以太网,CSMA/CD
载波监听多路访问 /冲突检测
CSMA/CD
– 载波监听：站点能监测到链路是忙还是空闲，
– 冲突检测：站点在传输的同时监听链路，
从而能够监测到站点所传输的帧与别的站点传输的帧之间发生冲突的情形后页 退出前页
– 基本算法：
–若媒体空闲，传输；否则，转第 2步。
若媒体忙，一直监听直到信道空闲然后立即传输。
若在传输中监听到冲突，发出一个短小的人为干扰信号让所有的站点都知道发生了冲突并停止传输。
发完人为干扰信号，等待一段随机的时间，
再次试图传输（从第 1步开始重复 〕 。
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CSMA/CD：冲突监测
CSMA/CD有一条 非常重要的原则：帧必须足够长以使冲突能在帧传输完毕前被检测到后页 退出前页
A B
( a ) A 在时刻 t 发送一帧
A B
( b) A 发送的帧在时刻 t +d 到达 B
A B
( c ) B 在时刻 t +d 开始发送，与 A 的帧冲突
A B
( d) B 和 A 冲突后的帧在时刻 t +2d 到达 A
CS M A/ CD 的冲突检测的最坏情况后页 退出前页
CSMA/CD：二进制指数退避
CSMA/CD采用 1坚持方式，遇到冲突后采用二进制指数退避技术：
– 时间被分成离散的时槽，其长度等于在传输媒体上来回传输的时间,802.3标准规定为 512比特时间。
– 第一次冲突产生后，每个站点等待 0或 1个时槽后尝试重新发送。
– i次冲突后，等待的时槽数从 0～ 2i-1中随机选出
– 如果冲突的次数达到 10次后，随机等待的最大时槽数固定为 1023。在 16次冲突后，站点放弃传输，并报告一个错误。
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每个帧所能携带的用户数据最长为 1500字节，
同时以太网限制每个帧中从源地址字段结束到检验和字段开始的长度最小为 46字节，如果用户数据不够，则通过填充来满足限制，即最小帧长为 512比特后页 退出前页前导 目的地址 源地址 类型 检验和 数据
64 48 48 16 32 0~ 46
填充
(a ) DI X 帧格式
0~ 150 0
前导 目的地址 源地址 长度 检验和 数据
64 48 48 16 32 0~ 46
填充
(b) I E E E 802,3 帧格式
0~ 150 0
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IEEE 802.3标准
IEEE 802.3对于各种以太网技术采用了一个非常简洁有效的命名策略,<数据速率
><信号方式 ><网段最大长度 >
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10BASE5 10BASE2 10BASE-T 10BROAD36 10BASE-FP
传输媒体同轴电缆
(50ohm)
同轴电缆
(50ohm)
非屏蔽双铰线同轴电缆
(75ohm)
850nm光纤对编码技术基带
(曼彻斯特码 )
基带
(曼彻斯特码 )
基带
(曼彻斯特码 ) 宽带(DPSK) 曼彻斯特 /on-off
拓扑 总线 总线 星型 总线 /树型 星型最大网段长度 (m) 500 185 100 1800 500
每网段的结点数 100 30 -- -- 33
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IEEE 802.3标准（续）
常用传输媒体
– 以太网最早的传输媒体是粗缆 10Base5
– 10Base2常称为细缆，站点通过 BNC连接器组成 T型接口,10Base5和 10Base2都采用总线拓扑
– 10BaseT规范指定了一个星型拓扑，它是目前最为广泛使用的以太网技术。所有站点通过两对非屏蔽双绞线连接到一个集线器上
– 10Broad36：宽带同轴电缆
– 10BaseF：光纤媒体后页 退出前页
IEEE 802.3标准（续）
以太网设备：
– 收发器（ Transceiver）：站点与以太网媒体的接口设备，通过收发器进行发送和接收
– 转发器（ repeater）：用来连接两段电缆以扩展以太网覆盖的范围，从它连接的电缆上收到的数字信号经过放大后转发给连接的另一条电缆中，即转发器工作在物理层。常常用于 10Base5/10Base2中。
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– 集线器（ Hub）：实际上是一个多口的转发器，当从一条线路上接收到信号时，集线器会向其他线路转发。相比简单的转发器来说，
Hub具有一些网络管理功能，比如隔离出故障的站点。常用于 10Base%中 。
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5-4-3原则：以太网规划中应该遵循的规则，从而保证以太网能够正常工作。
5指任意两个站点间最多有 5个以太网网段,4
指任意两个站点间最多有 4个转发器,3表示任意两个站点间最多有 3个网段有站点相连，也就是说如果两个站点间有 5个以太网网段，并不是所有的网段都可以连接站点，有些网段只是用来扩展网络的距离。
