计算机网络
—— 局域网工作原理西安电子科技大学刘怀亮内容提要
1 局域网概述
2 局域网介质访问控制方式
3 局域网体系结构
4 局域网组网技术一、局域网
局域网 LAN(Local Area Network),是一种在有限的地理范围内将大量 PC机及各种设备互连一起实现数据传输和资源共享的计算机网络。
社会对信息资源的广泛需求及计算机技术的广泛普及，促进了局域网技术的迅猛发展。
在当今的计算机网络技术中，局域网技术已经占据了十分重要的地位。
本次课从介绍局域网的体系结构、协议标准及拓扑结构入手,详细讨论 CSMA/CD总线网、令牌环网及令牌总线网的媒体访问控制方法。
局域网的特点
区别于一般的广域网 (WAN),局域网 (LAN)具有以下特点：
(1)地理分布范围较小,一般为数百米至数公里。可覆盖一幢大楼、
一所校园或一个企业。
(2)数据传输速率高，一般为 1M-100Mbps，目前已出现速率高达
1000Mbps及万兆的局域网。可交换各类数字和非数字 (如语音、图象、视频等 )信息。
(3)误码率低。这是因为局域网通常采用短距离基带传输，可以使用高质量的传输介质，从而提高了数据传输质量。
(5)一般包含 OSI参考模型中的低三层功能，即涉及通信子网的内容。
由于内部大多采用共享信道的技术，所以局域网通常不单独设立网络层。
局域网的高层功能由具体的局域网操作系统来实现。
(6)协议简单、结构灵活、建网成本低、周期短、便于管理和扩充。
(7)局域网从技术上可分成五大类；一类是平时常说的局域网 LAN;另一类是采用电路交换技术的局域网,称计算机交换机 CBX(Computer
Branch eXchange)或 PBX(Private Branch eXchange);及基于交换技术的虚拟局域网；无线局域网；还有一类是新发展的高速局域网 HSLN(High
Speed Local Network)。
(8)介于 LAN和 WAN之间的是城市区域网 MAN(Metropolitan Area
Network)简称城域网。 MAN是一个覆盖整个城市的网络，但它使用 LAN的技术。
(9)局域网的特性主要涉及拓扑结构、传输介质和介质访问控制
(Medium Access Control,MAC)等三项技术问题，其中最重要的是介质访问控制方法。
拓扑
总线型
星型
环型
树型
……
前面已经做过介绍！
介质
有线
无线
有线网中包括双绞线、同轴电缆和光纤网 ……,
而无线网指用红外、微波作为传输介质的局域网。
在有线局域网中，又可分成基带网和宽带网。
介质访问控制
CSMA/CD法
令牌总路线方法
令牌环方法二、局域网介质访问控制方式
1 载波侦听多路访问 /冲突检测法
2 令牌环访问控制方式
3 令牌总线访问控制方式
1 载波侦听多路访问 /冲突检测法
载波侦听多路访问 /冲突检测法 （ CSMA/CD）
是一种适合于总线结构的具有信道检测功能的分布式介质访问控制方法。
用以解决多结点如何共享公用介质的问题。
在 Ethernet中,传送信息是以,包,为单位的,简称信包 。 在总线上如果某个工作站有信包要发送,它在向总线上发送信包之前,
先检测一下总线是,忙,还是,空闲,,如果检测的结果是,忙,,则发送站会随机延迟一段时间,再次去检测总线,若这时检测总线是,空闲,,这时就可以发送信包了 。
而且在信包的发送过程中,发送站还要检测其发到总线上的信包是否与其它站点的信包产生了冲突,当发送站一旦检测到产生冲突,
它就立即放弃本次发送,并向总线上发出一串干扰串 （ 发出干扰串的目的是让那些可能参与碰撞但尚未感知到冲突的结点,能够明显的感知,也就相当于增强冲突信号 ）,总线上的各站点收到此干扰串后,则放弃发送,
并且所有发生冲突的结点都将按一种退避算法等待一段随机的时间,然后重新竞争发送 。
CSMA/CD工作原理
CSMA/CD被称为,先听后讲,边听边讲,,工作过程如下：
（ 1） 先侦听信道,如果信道空闲则发送信息 。
（ 2） 如果信道忙,则继续侦听,直到信道空闲时立即发送 。
（ 3） 发送信息后进行冲突检测,如发生冲突,立即停止发送,并向总线上发出一串阻塞信号 （ 连续几个字节全 1）,通知总线上各站点冲突已发生,
使各站点重新开始侦听与竞争 。
（ 4） 已发出信息的各站点收到阻塞信号后,等待一段随机时间,重新进入侦听发送阶段 。
CSMA/CD发送过程可描述如下图所示 。
站点要求发送有载波？
发送一帧信息有冲突？ 发出阻塞信号 冲突 > 1 6？
延时处理放弃发送另作处理一次发送结束图4,3 C S M A / C D 发送过程流程图
Y
N
Y
N
N
Y
图 CSMA/CD发送过程流程图在 CSMA/CD的传输控制方式中,冲突要经过最长多少时间会被检测出来？ 我们通过下图来说明此问题 。
CSMA/CD的冲突检测所需时间 （ a ） T0 时刻
（ c ） T0+a 时刻 （ d ） T0+2a 时刻
（ b ） T0+ a- ε 时刻
A
A
A
A
N
N
N
N
由此可以得出以下结论：检测冲突的时间等于总线上最远的两个站点之间,端到端延迟时间的两倍 （ 即 2a） 。 这种 CSMA/CD冲突检测,
对发送站所发送的信包 （ 即数据帧 ） 长度有一定的要求,例如在
10Mb/s的数据速率其数据帧长度的最小值不能小于 64字节 （ 如所发送的信息不足时,可加以填充 ） 。 因为 CSMA/CD工作原理要求当发送站一边发送数据,一边进行冲突检测,若检测到冲突则立即中止发送,
然后推迟一段时间,再发送 。 如果所发送的帧长度太短,发送站还没来得及检测冲突就已经发送完了,那么就无法进行冲突检测了 。
CSMA按其算法的不同存在以下三种方式：
（ 1）非 -坚持 CSMA
（ 2） P-坚持 CSMA
（ 3） 1-坚持 CSMA
2 令牌环访问控制方式
令牌环是一种适用于环形网络的分布式介质访问控制方式,已由 IEEE802委员会建议成为局域网控制协议标准之一,即 IEEE802.5标准 。
在令牌环网中，令牌也叫通行证，它具有特殊的格式和标记。令牌有,忙（ Busy）,和
,空闲（ Free）,两种状态。
环网的拓扑结构是所有结点串行连接而形成的一个封闭环路 。
环网的一般工作原理环路上的某个站点要发送信息 （ 以下简称发送站 ）,它仅需要把信息往它的下游站点发送即可 。
下游站点收到信息以后,要进行地址识别,以判断该信息是否是发送给本地主机的,如果不是发送给本地主机,则该站点把信息继续转发给它的后继站点；如果是发送给本地主机,则该站点会将此信息复制送给本地主机,另外,
该站接收了信息以后,对已接收信息是继续转发还是终止该信包的传送是由环控制策略决定的 。
由环网的工作原理可以看出,当某一站点发送信包以后,在环路上的每个站点都可以接收到这个信包,而只有与该信包目的地址相同的工作站才会接收该信包,其它站点是不会接收该信包的 。
另外还可以看出,整个环形信道是由传输介质和中继器构成的,只要将信包送至环路,信包就会在中继转发器之间和传输介质上循环传送,直至到达目的地站点为止,并按照一定的策略将其取下 。
令牌环令牌环技术是在环路上设置一个令牌,当所有的站点都空闲时,令牌就不停地在环网上转 。
当某一个站点有信包要发送,它必须等到令牌经过它时 （ 注意：此时经过的令牌必须是一个空令牌 ）,相当于该站点得到了环网的使用权限,这时该站点把这个空令牌设置成满令牌,并开始发送信包 。
此时环上便没有了令牌,所有想发送信息的站点必须等待,这个信包在环路上绕行一周又会重新回到发送站,并被发送站从环上卸载下来,同时发送站会向环上插入一个新的空令牌 。
一旦新的空令牌插入到环中,下游有数据发送的站点就可获得它并传输数据 。
令牌环主要优点是它提供对传输介质访问的灵活控制 。 而且在负载很重的情况下,这种令牌环的控制策略是高效和公平的 。 它的主要缺点一个是在轻负载的情况下,由于传输信包前必须要等待一个空令牌的到来,这样造成了一些低效率,另一个是需要对令牌进行维护,一旦令牌丢失,环网便不能再运行,所以在环路上要设置一个站点作为环上的监控站点,来保证环上有且仅有一个令牌 。
8.5.2 令牌环工作原理
3 令牌总线 访问控制方式令牌总线型网络的产生比较总线型网络 （ 以太网络 ） 和令牌环型网络可以看出：
以太网络 的结构简单,在站点数量少时,传输速度较快 。 但由于采用 CSMA/CD控制策略,以竞争方式随机访问传输介质,肯定会有冲突发生,且冲突信包要重新发送,当站点超过一定数量时,网络的性能会因重发数据次数的增加而急剧下降 。
令牌传递环网 中,无论结点数的多少,都需要等待令牌空闲时才能进行通信 。 由于采取按位转发方式,加之对令牌的控制,
监视占用部分时间,故在结点数少时,其传输速度低于以太网,
但结点数量增多,网络性能不会象以太网那样急剧下降 。
综合令牌传递方式和总线网络的优点,在物理总线结构中实现令牌传递控制方法,构成逻辑环路,这就是 IEEE802.4的令牌总线介质访问控制技术 。
令牌总线访问控制方式
令牌总线访问控制方式 （ Token-Bus） 是在综合了 CSMA/CD访问控制方式和令牌环访问控制方式的优点基础上形成的一种介质访问控制方式 。
令牌总线的工作原理在令牌总线中,总线上的所有站点构成 逻辑环 。 也就是说所有站点都按次序分配到一个逻辑地址,每个工作站都知道在其之前和在其之后的站点标识,第一个站点的前继是最后一个网络站点的标识,而且物理上的位置与其逻辑地址无关 。
一个叫做令牌的控制帧规定了访问的权利 。 总线上的每一个工作站如有数据要发送,必须要得到令牌以后才能发送,
即拥有令牌的站点被允许在指定的一段时间里访问传输介质 。 该站点能传输一个或多个帧,还能探询其它站点并接收响应 。 当该站完成自己的工作,或是时间用完了,它要将令牌交给逻辑位置上紧接在它后面的那个站点,那个站点由此得到允许数据发送权 。
所以,常规操作包括数据传输和令牌传输 。
A
前－E
后－B
C
前－无后－无
E
前－D
后－A
B
前－A
后－D
D
前－B
后－E
B U S
图 总线结构中的令牌环
令牌总线控制方式主要用于总线型或树型网络结构中。该方式是在物理总线上建立一个逻辑环。
如图所示，一个总线结构网络，如果指定每一个站点在逻辑上相互连接的前后地址，就可构成一个逻辑环。如图中 A→B→D→E→A （ C站点没有连入令牌总线中）。
令牌总线特点
（ 1） 不会产生冲突令牌总线中,只有收到令牌的站点才能将信息发送到总线上,这样就不会象 CSMA/CD介质访问方式那样,使总线产生冲突 。 故令牌总线信息帧长度完全由发送信息的长短决定,没有最小分组长度要求 。 对于
CSMA/CD访问控制,为使最远的站点也能检测到冲突,需在实际的信息长度后加填充位,以满足最小长度要求 。
（ 2） 站点有公平的访问权获得令牌的站点,若有信息要发送即发送信息,之后将令牌传给下一站点；若没有信息发送,则立即将令牌传递到下一站点 。 由于站点是按初始化顺序依次接收到令牌,所以各站点都有公平的访问权 。
（ 3） 每个站传输前的等待访问时间是可确定的当全部站点都有信息发送时,等待取得令牌和发送信息的时间应等于全部令牌传送时间和发送时间之总和 。 若只有一个站点要发送信息,
则最坏情况下等待时间只是令牌传递全部时间之和 。
三、局域网体系结构
1 局域网参考模型
2 IEEE802标准
1 局域网参考模型
结 合 局 域 网 自 身 特 点,参考 OSI/RM,
IEEE802提出了局域网体系结构的参考模型
（ LAN/RM）,它与 OSI/RM的对应关系如图所示 。
物 理 层应 用 层表 示 层会 话 层传 输 层网 络 层数 据 链 路 层物 理 层媒 体 接 入 控 制 M A C
逻 辑 链 路 控 制 L L C
O S I 参 考 模 型 I E E E 8 0 2 参 考 模 型服 务 访 问 点 S A P
I E E E 8 0 2
参 考 模 型的 范 围
LAN/RM中物理层和数据链路层的功能如下：
（ 1）物理层
（ 2）数据链路层
① 介质访问控制层 MAC
② 逻辑链路控制层 LLC
2 IEEE802标准
IEEE802为局域网 LAN内的数字设备提供了一套连接的标准，后来又扩大到城域网 MAN。这些标准分别是：
(书上 101页）
IEEE802.1A
IEEE802.1B
IEEE802.2
IEEE802.3
IEEE802.4
IEEE802.5
IEEE802.6
IEEE802.7
IEEE802.8
IEEE802.9
IEEE802.10
IEEE802.11
IEEE802.12
此标准将数据链路层分为逻辑链路控制子层和媒体访问控制子层。
8 0 2,1 网 际 互 连
8 0 2,2 逻 辑 链 路 控 制物 理 层 物 理 层物 理 层物 理 层
8 0 2,3
媒 体 访 问
8 0 2,6
媒 体 访 问
8 0 2,5
媒 体 访 问
8 0 2,4
媒 体 访 问
8
0
2
.
1
寻址管理
8
0
2
.
1
体系结构网 际 互 连逻 辑 链 路 控 制 L L C
媒 体 访 问 控 制 M A C
物 理 层四,局域网组网技术
1 以太网
2 快速以太网
3 千兆位以太网
4 令牌环网络
5 FDDI光纤环网
6 ATM局域网
7 交换式以太网
8 虚拟局域网
9 无线局域网下次课内容城域网
1 以太网
以太网（ Ethernet）是由美国 Xerox公司和
Stanford大学联合开发并于 1975年提出的，目的是为了把办公室工作站与昂贵的计算机资源连接起来，
以便能从工作站上分享计算机资源和其他硬件设备。
1983年 IEEE802委员会公布的 802.3局域网络协议
（ CSMA/CD）,基本上和 Ethernet技术规范一致,于是,Ethernet技术规范成为世界上第一个局域网的工业标准 。
Ethernet的主要技术规范：
拓扑结构：总线型 。
介质访问控制方式,CSMA/CD。
传输速率,10Mbps。
传输介质：同轴电缆 （ 50Ω ） 或双绞线 。
最大工作站数,1024个 。
最大传输距离,2.5km（ 采用中继器 ） 。
报文长度,64~1518 Byte（ 不计报文前的同步序列 ） 。
以太网组网方法
（ 1）细缆以太网（ 10BASE-2）
10BASE-2以太网采用 0.2英寸 50Ω 的同轴电缆作为传输介质,传输速率为 10Mbps。 10BASE-2使用网卡自带的内部收发器 （ MAU） 和 BNC接口,采用
T形接头就可将两端的工作站通过细缆连接起来,
组网开销低,连接方便 。
（ 2）双绞线以太网（ 10BASE-T）
10BASE-T以太网是使用非屏蔽双绞线电缆来连接的传输速率为 10Mbps的以太网。
图 10BASE-2以太网连接图 10BASE-T以太网连接
局域网技术的一大突破是使用非屏蔽双绞线 UTP的 10BASE-T标准的出现。
10BASE-T标准的广泛应用导致结构化布线技术的出现，使得使用 UTP的 以太网 遍布全球。
2 快速以太网
快速以太网 （ 100BASE-T） 简介
100BASE-T组网方法
快速以太网的拓扑结构快速以太网（ 100BASE-T）简介
快速以太网是在传统以太网基础上发展的,
因此它不仅保持相同的以太帧格式,而且还保留了用于以太网的 CSMA/CD介质访问控制方式 。
由于快速以太网的速率比普通以太网提高了 10倍,所以快速以太网中的桥接器,路由器和交换机都与普通以太网不同,它们具有更快的速度和更小的延时 。
100BASE-T与 10BASE-T的比较见下表
100BASE-T组网方法图 两极交换机快速以太网组网图
3 千兆位以太网
1．以太网向千兆位以太网的升级方法
2．千兆位以太网的物理层连接
3．千兆位以太网的应用
1．以太网向千兆位以太网的升级方法
（ 1）交换机到交换机链路的升级
（ 2）交换机到服务器链路的升级
（ 3）快速以太网骨干网的升级
（ 4）共享式 FDDI骨干网的升级
（ 5）高性能工作站的升级介质物理介质相关子层物理介质附件子层换极器
1 0 0 M b p s
介质独立接口调解子层
1 0 0 M b p s
介质物理介质相关子层物理介质附件子层换极器
1 0 0 0 M b p s
介质独立接口调解子层
1 0 0 0 M b p s
介质访问控制层逻辑链路控制层高 层物理层数据链路层网络层传输层会话层表示层应用层
O S I / R M
图4,1 1 I E E E 8 0 2,3 Z 千兆位以太网的结构模型图 4-10 IEEE802.3Z 千兆以太网的结构模型
2．千兆位以太网的物理层连接
（ 1） 光缆介质上的长波和短波激光
（ 2） 150欧姆均衡屏蔽同轴电缆
（ 1000BaseCX）
（ 3）千兆位以太网接口载体 （ GBIC）
3．千兆位以太网的应用图 4-11 千兆位以太网与多个交换机的连接原理图 4-12 可用于校园网的多层千兆位交换环境返回本节
4.4.4 令牌环网络
令牌环网络 （ Token-Ring） 系统在 1985年由 IBM公司率先推出 。 令牌环网的拓扑结构为环形,采用专用的令牌环介质访问控制方式,传输介质为屏蔽双绞线 （ STP）,非屏蔽双绞线 （ UTP） 或者光纤,传输速率为 4Mbps或者
16Mbps。
令牌环网络系统遵循 IEEE802.2和 IEEE802.5标准,在传输效率,实时性,地理范围等网络性能上都优于采用
CSMA/CD介质访问控制方式的以太网 。
令牌环网络的覆盖范围没有限制，但站点数却受到一定限制。使用 STP时可连接 2～ 260台设备，而使用 UTP时只能连接 2～ 72台设备。令牌环网络的原理图如图 4-13所示。
网卡干线耦合器站点图4,1 4 T o k e n - R i n g 网络原理图干线耦合器环路输入 环路输出接收缓冲区 发送缓冲区站点图4,1 5 干线耦合器原理图 4-13 令牌环网络原理图 图 4-14 干线耦合器原理图 4-15 IBM令牌环网络的连接返回本节
4.4.5 FDDI光纤环网
FDDI,即光纤分布式数据接口,是以光纤传输介质的 局域 网标 准,由 美国 国家 标 准协 会 ANSI
X3T9.5委员会制定 。
FDDI采用主、副双环结构，主环进行正常的数据传输，副环为冗余的备用环。
1,FDDI网的网络拓扑结构
2,FDDI介质访问控制方式
3,FDDI的组网
1,FDDI网的网络拓扑结构
FDDI的网络拓扑结构属于星形,环形结构,
如图 4-16所示 。
图
4-
16F
DD
I
的网络拓扑结构
2,FDDI介质访问控制方式
FDDI 所 采 用 的 介 质 访 问 控 制 方 式 与
IEEE802.5标准中的对应部分相似 。 所不同的是 802.5中采用的是单数据帧访问方式；而在
FDDI中则采用多数据帧访问方式,即允许在环路中同时存在着多个数据帧,可提高信道利用率 。
3,FDDI的组网
一个 FDDI一般包括光纤、工作站、集线器和网卡等部分 。
在 FDDI 上 所连 接 的工 作站 有双 附接 站
（ DAS） 和单附接站 （ SAS） 两类 。
凡是要直接连接到 FDDI网上的设备，都应配置 FDDI网卡。 FDDI网卡分为双附接网卡和单附接网卡两种。
返回本节
—— 局域网工作原理西安电子科技大学刘怀亮内容提要
1 局域网概述
2 局域网介质访问控制方式
3 局域网体系结构
4 局域网组网技术一、局域网
局域网 LAN(Local Area Network),是一种在有限的地理范围内将大量 PC机及各种设备互连一起实现数据传输和资源共享的计算机网络。
社会对信息资源的广泛需求及计算机技术的广泛普及，促进了局域网技术的迅猛发展。
在当今的计算机网络技术中，局域网技术已经占据了十分重要的地位。
本次课从介绍局域网的体系结构、协议标准及拓扑结构入手,详细讨论 CSMA/CD总线网、令牌环网及令牌总线网的媒体访问控制方法。
局域网的特点
区别于一般的广域网 (WAN),局域网 (LAN)具有以下特点：
(1)地理分布范围较小,一般为数百米至数公里。可覆盖一幢大楼、
一所校园或一个企业。
(2)数据传输速率高，一般为 1M-100Mbps，目前已出现速率高达
1000Mbps及万兆的局域网。可交换各类数字和非数字 (如语音、图象、视频等 )信息。
(3)误码率低。这是因为局域网通常采用短距离基带传输，可以使用高质量的传输介质，从而提高了数据传输质量。
(5)一般包含 OSI参考模型中的低三层功能，即涉及通信子网的内容。
由于内部大多采用共享信道的技术，所以局域网通常不单独设立网络层。
局域网的高层功能由具体的局域网操作系统来实现。
(6)协议简单、结构灵活、建网成本低、周期短、便于管理和扩充。
(7)局域网从技术上可分成五大类；一类是平时常说的局域网 LAN;另一类是采用电路交换技术的局域网,称计算机交换机 CBX(Computer
Branch eXchange)或 PBX(Private Branch eXchange);及基于交换技术的虚拟局域网；无线局域网；还有一类是新发展的高速局域网 HSLN(High
Speed Local Network)。
(8)介于 LAN和 WAN之间的是城市区域网 MAN(Metropolitan Area
Network)简称城域网。 MAN是一个覆盖整个城市的网络，但它使用 LAN的技术。
(9)局域网的特性主要涉及拓扑结构、传输介质和介质访问控制
(Medium Access Control,MAC)等三项技术问题，其中最重要的是介质访问控制方法。
拓扑
总线型
星型
环型
树型
……
前面已经做过介绍！
介质
有线
无线
有线网中包括双绞线、同轴电缆和光纤网 ……,
而无线网指用红外、微波作为传输介质的局域网。
在有线局域网中，又可分成基带网和宽带网。
介质访问控制
CSMA/CD法
令牌总路线方法
令牌环方法二、局域网介质访问控制方式
1 载波侦听多路访问 /冲突检测法
2 令牌环访问控制方式
3 令牌总线访问控制方式
1 载波侦听多路访问 /冲突检测法
载波侦听多路访问 /冲突检测法 （ CSMA/CD）
是一种适合于总线结构的具有信道检测功能的分布式介质访问控制方法。
用以解决多结点如何共享公用介质的问题。
在 Ethernet中,传送信息是以,包,为单位的,简称信包 。 在总线上如果某个工作站有信包要发送,它在向总线上发送信包之前,
先检测一下总线是,忙,还是,空闲,,如果检测的结果是,忙,,则发送站会随机延迟一段时间,再次去检测总线,若这时检测总线是,空闲,,这时就可以发送信包了 。
而且在信包的发送过程中,发送站还要检测其发到总线上的信包是否与其它站点的信包产生了冲突,当发送站一旦检测到产生冲突,
它就立即放弃本次发送,并向总线上发出一串干扰串 （ 发出干扰串的目的是让那些可能参与碰撞但尚未感知到冲突的结点,能够明显的感知,也就相当于增强冲突信号 ）,总线上的各站点收到此干扰串后,则放弃发送,
并且所有发生冲突的结点都将按一种退避算法等待一段随机的时间,然后重新竞争发送 。
CSMA/CD工作原理
CSMA/CD被称为,先听后讲,边听边讲,,工作过程如下：
（ 1） 先侦听信道,如果信道空闲则发送信息 。
（ 2） 如果信道忙,则继续侦听,直到信道空闲时立即发送 。
（ 3） 发送信息后进行冲突检测,如发生冲突,立即停止发送,并向总线上发出一串阻塞信号 （ 连续几个字节全 1）,通知总线上各站点冲突已发生,
使各站点重新开始侦听与竞争 。
（ 4） 已发出信息的各站点收到阻塞信号后,等待一段随机时间,重新进入侦听发送阶段 。
CSMA/CD发送过程可描述如下图所示 。
站点要求发送有载波？
发送一帧信息有冲突？ 发出阻塞信号 冲突 > 1 6？
延时处理放弃发送另作处理一次发送结束图4,3 C S M A / C D 发送过程流程图
Y
N
Y
N
N
Y
图 CSMA/CD发送过程流程图在 CSMA/CD的传输控制方式中,冲突要经过最长多少时间会被检测出来？ 我们通过下图来说明此问题 。
CSMA/CD的冲突检测所需时间 （ a ） T0 时刻
（ c ） T0+a 时刻 （ d ） T0+2a 时刻
（ b ） T0+ a- ε 时刻
A
A
A
A
N
N
N
N
由此可以得出以下结论：检测冲突的时间等于总线上最远的两个站点之间,端到端延迟时间的两倍 （ 即 2a） 。 这种 CSMA/CD冲突检测,
对发送站所发送的信包 （ 即数据帧 ） 长度有一定的要求,例如在
10Mb/s的数据速率其数据帧长度的最小值不能小于 64字节 （ 如所发送的信息不足时,可加以填充 ） 。 因为 CSMA/CD工作原理要求当发送站一边发送数据,一边进行冲突检测,若检测到冲突则立即中止发送,
然后推迟一段时间,再发送 。 如果所发送的帧长度太短,发送站还没来得及检测冲突就已经发送完了,那么就无法进行冲突检测了 。
CSMA按其算法的不同存在以下三种方式：
（ 1）非 -坚持 CSMA
（ 2） P-坚持 CSMA
（ 3） 1-坚持 CSMA
2 令牌环访问控制方式
令牌环是一种适用于环形网络的分布式介质访问控制方式,已由 IEEE802委员会建议成为局域网控制协议标准之一,即 IEEE802.5标准 。
在令牌环网中，令牌也叫通行证，它具有特殊的格式和标记。令牌有,忙（ Busy）,和
,空闲（ Free）,两种状态。
环网的拓扑结构是所有结点串行连接而形成的一个封闭环路 。
环网的一般工作原理环路上的某个站点要发送信息 （ 以下简称发送站 ）,它仅需要把信息往它的下游站点发送即可 。
下游站点收到信息以后,要进行地址识别,以判断该信息是否是发送给本地主机的,如果不是发送给本地主机,则该站点把信息继续转发给它的后继站点；如果是发送给本地主机,则该站点会将此信息复制送给本地主机,另外,
该站接收了信息以后,对已接收信息是继续转发还是终止该信包的传送是由环控制策略决定的 。
由环网的工作原理可以看出,当某一站点发送信包以后,在环路上的每个站点都可以接收到这个信包,而只有与该信包目的地址相同的工作站才会接收该信包,其它站点是不会接收该信包的 。
另外还可以看出,整个环形信道是由传输介质和中继器构成的,只要将信包送至环路,信包就会在中继转发器之间和传输介质上循环传送,直至到达目的地站点为止,并按照一定的策略将其取下 。
令牌环令牌环技术是在环路上设置一个令牌,当所有的站点都空闲时,令牌就不停地在环网上转 。
当某一个站点有信包要发送,它必须等到令牌经过它时 （ 注意：此时经过的令牌必须是一个空令牌 ）,相当于该站点得到了环网的使用权限,这时该站点把这个空令牌设置成满令牌,并开始发送信包 。
此时环上便没有了令牌,所有想发送信息的站点必须等待,这个信包在环路上绕行一周又会重新回到发送站,并被发送站从环上卸载下来,同时发送站会向环上插入一个新的空令牌 。
一旦新的空令牌插入到环中,下游有数据发送的站点就可获得它并传输数据 。
令牌环主要优点是它提供对传输介质访问的灵活控制 。 而且在负载很重的情况下,这种令牌环的控制策略是高效和公平的 。 它的主要缺点一个是在轻负载的情况下,由于传输信包前必须要等待一个空令牌的到来,这样造成了一些低效率,另一个是需要对令牌进行维护,一旦令牌丢失,环网便不能再运行,所以在环路上要设置一个站点作为环上的监控站点,来保证环上有且仅有一个令牌 。
8.5.2 令牌环工作原理
3 令牌总线 访问控制方式令牌总线型网络的产生比较总线型网络 （ 以太网络 ） 和令牌环型网络可以看出：
以太网络 的结构简单,在站点数量少时,传输速度较快 。 但由于采用 CSMA/CD控制策略,以竞争方式随机访问传输介质,肯定会有冲突发生,且冲突信包要重新发送,当站点超过一定数量时,网络的性能会因重发数据次数的增加而急剧下降 。
令牌传递环网 中,无论结点数的多少,都需要等待令牌空闲时才能进行通信 。 由于采取按位转发方式,加之对令牌的控制,
监视占用部分时间,故在结点数少时,其传输速度低于以太网,
但结点数量增多,网络性能不会象以太网那样急剧下降 。
综合令牌传递方式和总线网络的优点,在物理总线结构中实现令牌传递控制方法,构成逻辑环路,这就是 IEEE802.4的令牌总线介质访问控制技术 。
令牌总线访问控制方式
令牌总线访问控制方式 （ Token-Bus） 是在综合了 CSMA/CD访问控制方式和令牌环访问控制方式的优点基础上形成的一种介质访问控制方式 。
令牌总线的工作原理在令牌总线中,总线上的所有站点构成 逻辑环 。 也就是说所有站点都按次序分配到一个逻辑地址,每个工作站都知道在其之前和在其之后的站点标识,第一个站点的前继是最后一个网络站点的标识,而且物理上的位置与其逻辑地址无关 。
一个叫做令牌的控制帧规定了访问的权利 。 总线上的每一个工作站如有数据要发送,必须要得到令牌以后才能发送,
即拥有令牌的站点被允许在指定的一段时间里访问传输介质 。 该站点能传输一个或多个帧,还能探询其它站点并接收响应 。 当该站完成自己的工作,或是时间用完了,它要将令牌交给逻辑位置上紧接在它后面的那个站点,那个站点由此得到允许数据发送权 。
所以,常规操作包括数据传输和令牌传输 。
A
前－E
后－B
C
前－无后－无
E
前－D
后－A
B
前－A
后－D
D
前－B
后－E
B U S
图 总线结构中的令牌环
令牌总线控制方式主要用于总线型或树型网络结构中。该方式是在物理总线上建立一个逻辑环。
如图所示，一个总线结构网络，如果指定每一个站点在逻辑上相互连接的前后地址，就可构成一个逻辑环。如图中 A→B→D→E→A （ C站点没有连入令牌总线中）。
令牌总线特点
（ 1） 不会产生冲突令牌总线中,只有收到令牌的站点才能将信息发送到总线上,这样就不会象 CSMA/CD介质访问方式那样,使总线产生冲突 。 故令牌总线信息帧长度完全由发送信息的长短决定,没有最小分组长度要求 。 对于
CSMA/CD访问控制,为使最远的站点也能检测到冲突,需在实际的信息长度后加填充位,以满足最小长度要求 。
（ 2） 站点有公平的访问权获得令牌的站点,若有信息要发送即发送信息,之后将令牌传给下一站点；若没有信息发送,则立即将令牌传递到下一站点 。 由于站点是按初始化顺序依次接收到令牌,所以各站点都有公平的访问权 。
（ 3） 每个站传输前的等待访问时间是可确定的当全部站点都有信息发送时,等待取得令牌和发送信息的时间应等于全部令牌传送时间和发送时间之总和 。 若只有一个站点要发送信息,
则最坏情况下等待时间只是令牌传递全部时间之和 。
三、局域网体系结构
1 局域网参考模型
2 IEEE802标准
1 局域网参考模型
结 合 局 域 网 自 身 特 点,参考 OSI/RM,
IEEE802提出了局域网体系结构的参考模型
（ LAN/RM）,它与 OSI/RM的对应关系如图所示 。
物 理 层应 用 层表 示 层会 话 层传 输 层网 络 层数 据 链 路 层物 理 层媒 体 接 入 控 制 M A C
逻 辑 链 路 控 制 L L C
O S I 参 考 模 型 I E E E 8 0 2 参 考 模 型服 务 访 问 点 S A P
I E E E 8 0 2
参 考 模 型的 范 围
LAN/RM中物理层和数据链路层的功能如下：
（ 1）物理层
（ 2）数据链路层
① 介质访问控制层 MAC
② 逻辑链路控制层 LLC
2 IEEE802标准
IEEE802为局域网 LAN内的数字设备提供了一套连接的标准，后来又扩大到城域网 MAN。这些标准分别是：
(书上 101页）
IEEE802.1A
IEEE802.1B
IEEE802.2
IEEE802.3
IEEE802.4
IEEE802.5
IEEE802.6
IEEE802.7
IEEE802.8
IEEE802.9
IEEE802.10
IEEE802.11
IEEE802.12
此标准将数据链路层分为逻辑链路控制子层和媒体访问控制子层。
8 0 2,1 网 际 互 连
8 0 2,2 逻 辑 链 路 控 制物 理 层 物 理 层物 理 层物 理 层
8 0 2,3
媒 体 访 问
8 0 2,6
媒 体 访 问
8 0 2,5
媒 体 访 问
8 0 2,4
媒 体 访 问
8
0
2
.
1
寻址管理
8
0
2
.
1
体系结构网 际 互 连逻 辑 链 路 控 制 L L C
媒 体 访 问 控 制 M A C
物 理 层四,局域网组网技术
1 以太网
2 快速以太网
3 千兆位以太网
4 令牌环网络
5 FDDI光纤环网
6 ATM局域网
7 交换式以太网
8 虚拟局域网
9 无线局域网下次课内容城域网
1 以太网
以太网（ Ethernet）是由美国 Xerox公司和
Stanford大学联合开发并于 1975年提出的，目的是为了把办公室工作站与昂贵的计算机资源连接起来，
以便能从工作站上分享计算机资源和其他硬件设备。
1983年 IEEE802委员会公布的 802.3局域网络协议
（ CSMA/CD）,基本上和 Ethernet技术规范一致,于是,Ethernet技术规范成为世界上第一个局域网的工业标准 。
Ethernet的主要技术规范：
拓扑结构：总线型 。
介质访问控制方式,CSMA/CD。
传输速率,10Mbps。
传输介质：同轴电缆 （ 50Ω ） 或双绞线 。
最大工作站数,1024个 。
最大传输距离,2.5km（ 采用中继器 ） 。
报文长度,64~1518 Byte（ 不计报文前的同步序列 ） 。
以太网组网方法
（ 1）细缆以太网（ 10BASE-2）
10BASE-2以太网采用 0.2英寸 50Ω 的同轴电缆作为传输介质,传输速率为 10Mbps。 10BASE-2使用网卡自带的内部收发器 （ MAU） 和 BNC接口,采用
T形接头就可将两端的工作站通过细缆连接起来,
组网开销低,连接方便 。
（ 2）双绞线以太网（ 10BASE-T）
10BASE-T以太网是使用非屏蔽双绞线电缆来连接的传输速率为 10Mbps的以太网。
图 10BASE-2以太网连接图 10BASE-T以太网连接
局域网技术的一大突破是使用非屏蔽双绞线 UTP的 10BASE-T标准的出现。
10BASE-T标准的广泛应用导致结构化布线技术的出现，使得使用 UTP的 以太网 遍布全球。
2 快速以太网
快速以太网 （ 100BASE-T） 简介
100BASE-T组网方法
快速以太网的拓扑结构快速以太网（ 100BASE-T）简介
快速以太网是在传统以太网基础上发展的,
因此它不仅保持相同的以太帧格式,而且还保留了用于以太网的 CSMA/CD介质访问控制方式 。
由于快速以太网的速率比普通以太网提高了 10倍,所以快速以太网中的桥接器,路由器和交换机都与普通以太网不同,它们具有更快的速度和更小的延时 。
100BASE-T与 10BASE-T的比较见下表
100BASE-T组网方法图 两极交换机快速以太网组网图
3 千兆位以太网
1．以太网向千兆位以太网的升级方法
2．千兆位以太网的物理层连接
3．千兆位以太网的应用
1．以太网向千兆位以太网的升级方法
（ 1）交换机到交换机链路的升级
（ 2）交换机到服务器链路的升级
（ 3）快速以太网骨干网的升级
（ 4）共享式 FDDI骨干网的升级
（ 5）高性能工作站的升级介质物理介质相关子层物理介质附件子层换极器
1 0 0 M b p s
介质独立接口调解子层
1 0 0 M b p s
介质物理介质相关子层物理介质附件子层换极器
1 0 0 0 M b p s
介质独立接口调解子层
1 0 0 0 M b p s
介质访问控制层逻辑链路控制层高 层物理层数据链路层网络层传输层会话层表示层应用层
O S I / R M
图4,1 1 I E E E 8 0 2,3 Z 千兆位以太网的结构模型图 4-10 IEEE802.3Z 千兆以太网的结构模型
2．千兆位以太网的物理层连接
（ 1） 光缆介质上的长波和短波激光
（ 2） 150欧姆均衡屏蔽同轴电缆
（ 1000BaseCX）
（ 3）千兆位以太网接口载体 （ GBIC）
3．千兆位以太网的应用图 4-11 千兆位以太网与多个交换机的连接原理图 4-12 可用于校园网的多层千兆位交换环境返回本节
4.4.4 令牌环网络
令牌环网络 （ Token-Ring） 系统在 1985年由 IBM公司率先推出 。 令牌环网的拓扑结构为环形,采用专用的令牌环介质访问控制方式,传输介质为屏蔽双绞线 （ STP）,非屏蔽双绞线 （ UTP） 或者光纤,传输速率为 4Mbps或者
16Mbps。
令牌环网络系统遵循 IEEE802.2和 IEEE802.5标准,在传输效率,实时性,地理范围等网络性能上都优于采用
CSMA/CD介质访问控制方式的以太网 。
令牌环网络的覆盖范围没有限制，但站点数却受到一定限制。使用 STP时可连接 2～ 260台设备，而使用 UTP时只能连接 2～ 72台设备。令牌环网络的原理图如图 4-13所示。
网卡干线耦合器站点图4,1 4 T o k e n - R i n g 网络原理图干线耦合器环路输入 环路输出接收缓冲区 发送缓冲区站点图4,1 5 干线耦合器原理图 4-13 令牌环网络原理图 图 4-14 干线耦合器原理图 4-15 IBM令牌环网络的连接返回本节
4.4.5 FDDI光纤环网
FDDI,即光纤分布式数据接口,是以光纤传输介质的 局域 网标 准,由 美国 国家 标 准协 会 ANSI
X3T9.5委员会制定 。
FDDI采用主、副双环结构，主环进行正常的数据传输，副环为冗余的备用环。
1,FDDI网的网络拓扑结构
2,FDDI介质访问控制方式
3,FDDI的组网
1,FDDI网的网络拓扑结构
FDDI的网络拓扑结构属于星形,环形结构,
如图 4-16所示 。
图
4-
16F
DD
I
的网络拓扑结构
2,FDDI介质访问控制方式
FDDI 所 采 用 的 介 质 访 问 控 制 方 式 与
IEEE802.5标准中的对应部分相似 。 所不同的是 802.5中采用的是单数据帧访问方式；而在
FDDI中则采用多数据帧访问方式,即允许在环路中同时存在着多个数据帧,可提高信道利用率 。
3,FDDI的组网
一个 FDDI一般包括光纤、工作站、集线器和网卡等部分 。
在 FDDI 上 所连 接 的工 作站 有双 附接 站
（ DAS） 和单附接站 （ SAS） 两类 。
凡是要直接连接到 FDDI网上的设备，都应配置 FDDI网卡。 FDDI网卡分为双附接网卡和单附接网卡两种。
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