4、介质访问控制子层
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计算机网络第三章2
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FDMA 的优点：相互之间不会产生干扰 用户较少且数量大致固定，每个用户的业务量都较大时（如在
电话交换网中） 缺点：频道资源的浪费
用户数较多且数量经常变化，业务量具有突发性
存在问题： • 实际用户数少于已经划分的频道数时，造成频道资源的浪费； • 当网络中的频道已经分配完毕，即使已经被分配到频道的用户
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纯ALOHA和时隙ALOHA的性能比较
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三、多路访问协议
ALOHA 载波检测多路访问协议 无冲突的协议 有限竞争协议 无线LAN协议
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ALOHA协议
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载波检测多路访问协议CSMA（Carrier Sense
CSMA/CD的状态周期：由传输周期、竞争周期和空闲周期交织而成。
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CSMA/CD的要点
如果两个站点在时刻t0发送数据，它们需要多长时间才 能意识到已经发生冲突了？－－即一个站点在开始传送 数据之后多长时间，才可以认为它已经“抓住”电缆了？
站点从开始传送至检测到冲突，所需的最长时间等于信号在相 距最远的两个站之间的来回传输时间（2τ）。
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t=0 A
1 km
t A 检测到发生碰撞
碰撞
t = 2
B 检测到发生碰撞
B B 发送数据
t= t=
单程端到端
传播时延记为
t=0 A
1 km
t A 检测到发生碰撞
碰撞
t = 2
介质访问控制子层
第五章介质访问控制子层5.1 概述计算机网络由通信子网和资源子网组成。
根据通信子网的结构不同，又可将计算机网络分为两类：采用点到点连接的网络和采用广播信道的网络。
在广播网中就必须解决信道的合理分配问题。
将传输介质的信道有效地分配给网上各站点的用户的方法称为介质访问控制协议。
网络的介质访问控制协议包括两个方面的内容：（1）确定网络中每个站点能够将信息送到通信介质上去的特定时刻。
（2）如何对公用通信介质的存取和利用加以控制。
一个好的介质访问控制协议应该是简单的，能有效利用信道,公平的，还应是坚固的。
介质访问控制协议属于数据链路层的子层，称作介质访问控制MAC(medium access control)子层。
5.2 随机访问方式随机访问方式是总线拓扑中常用的介质存取控制方法。
它的工作原理是：不预先规定发送时间，也不预先建立各站点发送信息的先后顺序，任何站点，在准备好要发送的信息后，就自行决定向外发送的时刻，因此，各站点的发送时间是完全随机的。
这种方法要解决的主要问题是冲突，即在一个站点发送过程中，又有另一个站点进行发送，以致造成信息被破坏的情况。
随机访问控制方式有多种不同的控制方案，就是针对如何尽量避免冲突，以及出现冲突后如何处理等问题而建立的。
下面，我们研究几种有代表性的随机访问控制方法。
5.2.1 ALOHA 协议首先使用随机访问方式进行通信的是70年代美国夏威夷大学的ALOHA系统。
本节讨论两种版本的ALOHA：纯ALOHA和分隙ALOHA。
纯ALOHA的基本思想是：任何站点只要有信息待发，就可在任意时刻发送。
因此，产生冲突而使冲突帧受到破坏的可能性很大。
理论分析证明，纯ALOHA信道的利用率最好为18%。
分隙ALOHA：在该方法中，把时间分为离散时间段，每段时间对应一帧，要求所有站点都配备以同步时钟，用来指示每一时间片的起点，各站点要发送信息时，不能随到随发，而要等到下一个时隙的开始时才传送；这样，连续的纯ALOHA就变成了离散的分隙ALOHA，从而使冲突危险区减少为原来的一半。
计算机网络 第5章_介质访问控制子层---第二次课
B 发送数据 B
TB
A 检测 到冲突
TJ t
信 道 占 用 时 间
B 也能够检测到冲突，并立即停止发送数据帧，接 着就发送干扰信号。这里为了简单起见，只画出 A 发送干扰信号的情况。
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随机延迟重发
？ 问 题 ？
考虑这样的一种情形：当某站正在发送数据时，另外 两个站有数据要发送。这两个站进行载波监听，发现总 线忙，于是就等待；当它们发现总线变为空闲时，就立 即发送自己的数据。但这必然再次发生碰撞；经检测发 现了碰撞，就停止发送。然后再重新发送，……，这样 下去，一直不能发送成功。
解决这一问题，需要采用 所谓的退避算法。
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退避算法
二进制指数类型退避算法 (truncated binary exponential type)
这样做是为了减小 再 次发生碰撞的概率。
——就是让发生碰撞的站在停止发送数据后，不是立即再发送 数据，而是推迟（这叫做退避）一个随机时间才能再发送数据。 具体做法是： （1）确定基本退避时间，一般是取为争用期2 τ 。 （2）定义参数k，它等于重传次数，但k不超过10 (k 10) ，即 k=min(重传次数，10)。 （3）从离散整数集合[0,1,2,…,(2 k-1)]中随机地取出一个数，记为r。 重传所需的时延就是r倍的基本退避时间。 （4）当重传达16次仍不能成功时，则丢弃该帧，并向高层报告。
公司：Cisco 3Com IBM 00-00-0c 00-20-AF 08-00-5A Novell 00-00-1B 00-60-8C 00-00-D8
29
网卡上的硬件地址
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。
1A-24-F6-54-1B-0E 00-00-A2-A4-2C-02
介质访问控制子层概要
02 60 8C 82 24 28 02 60 8C 02 24 20 00 81 F0 F0 DA 3A 0E 00 FF EF 16 00 00 00 00 00 6B 16 19 01 FF 53 4D 42 2D 00 00 01 00 06 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 08 18 04 00 94 06 07 00 2E 3F 00 09 00 01 FF EE 13 00 00 85 00 00 00 EE CA 3C 00 00 FF AF 12 00 06 06 00 00 6D 18 00 00 EA 3A 00 00 FF 00 00 00 01 00 00 08 6A 00 12 FF
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讨论
双绞线已能用于数据传输速率为100Mb/s、1Gb/s 的 高速局域网中； 在局部范围内的中、高速局域网中使用双绞线，在 远距离传输中使用光纤，在有移动结点的局域网中采 用无线技术的趋势已经明朗。
2024年10月21日星期一
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5.1.4 IEEE 802参考模型
IEEE 802 标准所描述的局域网参考模型与OSI参 考模型的关系 ：
802.10 可互操作的局域网安全
802.1 体系结构与网络互联
802.2 逻辑链路控制子层
802.3 CSMA/CD
802.4 令牌总线
802.5 令牌环
802.6 城域网
802.9 语音与 数据综合 局域网
802.11 无线
局域网
2024年10月21日星期一
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5.2 Ethernet局域网
5.2.1 Ethernet的发展
IBM
08-00-5A
典型的Ethernet地址 ：
计算机网络 局域网参考模型
计算机网络局域网参考模型20世纪80年代初期，美国电气和电子工程师协会（Institute of Electrical and Electronics Engineers）成立了IEEE 802委员会，他根据局域网自身的特征，并在参考开放式系统互联参考模型（OSI/RM）后，提出了局域网的参考模型（LAN/RM），从而制定出局域网的体系结构。
按照IEEE 802标准，局域网的体系结构由物理层（Physical layer）、介质访问控制子层（Medium Access Control Sublayer，MAC）和逻辑链路控制子层（Logical Link Control Sublayer，LLC）三个层次构成。
在这三个层次中，其物理层（Physical layer）对应OSI/RM参考模型中的物理层，介质访问控制子层（MAC）与逻辑链路控制子层（LLC）共同对应OSI/RM参考模型中的数据链路层，其对应关系如图7-1所示。
OSI参考模型局域网参考模型图7-1 局域网参考模型与OSI/RM间的关系在OSI参考模型中，物理层的作用是处理机械、电气、功能和规程等方面的特性，确保在通信信道上二进制位信号的正确传输。
其主要功能包括信号的编码与解码，同步前导码的生成与去除，二进制位信号的发送与接收，错误校验（CRC校验），提供建立、维护和断开物理连接的物理设施等功能。
局域网参考模型的物理层与OSI参考模型中的物理层相对应，它包括以下功能：●信号的编码与解码。
●前导码的生成与去除（前导码只用于接收同步数据）。
●比特的发送与接收。
在OSI/RM参考模型中，数据链路层的功能较简单，它负责把数据从一个节点可靠地传送到相邻的节点。
在局域网中，由于多个站点共享传输介质，因此在节点之间传输数据之前要处理好由哪个设备使用传输介质的问题，所以数据链路层要有介质访问控制功能。
又因为存在介质的多样性，所以必须提供多种介质访问控制方法。
介质访问控制
问控制协议：
拓扑结构： 工作原理： Token Bus 在物理总系线上建立逻辑环。 逻辑环上，令牌是站点可以发送数据的必要条件。 令牌在逻辑环中按地址的递减顺序传送到下一站点。 从物理上看，含DA的令牌帧广播到BUS上，所有站点按DA = 本站地址判断收否。 特点： 无冲突，令牌环的信息帧长度可按需而定。 顺序接收Fairness (公平性），站点等待Token的时间是确知的。 （需限定每个站发送帧的最大值） 因检测冲突需要填充信息位（不允许小于46字节）
介质访问控制(medium access control)简称MAC。 是解决当局域网中共用信道的使用产生竞争时，如何分配信道的使用权问题 局域网的数据链路层分为逻辑链路层LLC和介质访问控制MAC两个子层。 MAC属于局域网数据链路层下的一个子层。局域网中目前广泛采用的两种介质访问控制方法，分别是： 1 争用型介质访问控制，又称随机型的介质访问控制协议，如CSMA/CD方式。 2 确定型介质访问控制，又称有序的访问控制协议，如Token(令牌）方式 CSMA/CD工作原理 在CSMA中，由于信道传播时延的存在，即使通信双方的站点都没有侦听到载波信号，在发送数据时仍可能会发生冲突，因为他们可能会在检测到介质空闲时同时发送数据，致使冲突发生。尽管CSMA可以发现冲突，但它并没有先知的冲突检测和阻止功能，致使冲突发生频繁。 一种CSMA的改进方案是使发送站点在传输过程中仍继续侦听介质，以检测是否存在冲突。如果两个站点都在某一时间检测到信道是空闲的，并且同时开始传送数据，则它们几乎立刻就会检测到有冲突发生。如果发生冲突，信道上可以检测到超过发送站点本身发送的载波信号幅度的电磁波，由此判断出冲突的存在。一旦检测到冲突，发送站点就立即停止发送，并向总线上发一串阻塞信号，用以通知总线上通信的对方站点，快速地终止被破坏的帧，可以节省时间和带宽。这种方案就是本节要介绍的CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection，载波侦听多路访问/冲突检测协议），已广泛应用于局域网中。 所谓载波侦听（Carrier Sense），意思是网络上各个工作站在发送数据前都要确认总线上有没有数据传输。若有数据传输（称总线为忙），则不发送数据；若无数据传输（称总线为空），立即发送准备好的数据。 所谓多路访问（Multiple Access），意思是网络上所有工作站收发数据共同使用同一条总线，且发送数据是广播式的。 所谓冲突（Collision），意思是若网上有两个或两个以上工作站同时发送数据，在总线上就会产生信号的混合，这样哪个工作站都辨别不出真正的数据是什么。这种情况称为数据冲突，又称为碰撞。 为了减少冲突发生后的影响，工作站在发送数据过程中还要不停地检测自己发送的数据，看有没有在传输过程中与其他工作站的数据发生冲突，这就是冲突检测（Collision Detected）。 1．CSMA/CD冲突检测原理 CSMA/CD是标准以太网、快速以太网和千兆以太网中统一采用的介质争用处理协议（但在万兆以太网中，由于采用的是全双工通信，所以不再采用这一协议）。之所以称之为"载波侦听"（"载波"就是承载信号的电磁波），而不是称之为"介质侦听"，那是因为如果介质上正在有载波存在，则证明介质处于忙的状态（因为信号或者数据不是直接传输的，而是通过电磁载波进行的）；如果没有载波存在，则介质是空闲状态。也就是通过载波的检测，可以得知介质的状态，而不能直接来侦听介质本身得出其空闲状态。 【说明】其实这里侦听的应该是"信道"，而不是"介质"本身，因为在一条传输介质中，可能包含有多条信道，用于不同的传输链路。 前面说了，CSMA/CD相对CSMA来说的进步就是具有冲突检测功能，随之问题就来了，CSMA/CD是如何检测冲突呢？ CSMA/CD的工作原理可以用以下几句话来概括： 先听后说，边听边说。 一旦冲突，立即停说。 等待时机，然后再说。 这里的"听"即监听、检测之意；"说"即发送数据之意。具体的检测原理描述如下： （1）当一个站点想要发送数据的时候，它检测网络查看是否有其他站点正在传输，即侦听信道是否空闲。 （2）如果信道忙，则等待，直到信道空闲；如果信道空闲，站点就准备好要发送的数据。 （3）在发送数据的同时，站点继续侦听网络，确信没有其他站点在同时传输数据才继续传输数据。因为有可能两个或多个站点都同时检测到网络空闲然后几乎在同一时刻开始传输数据。如果两个或多个站点同时发送数据，就会产生冲突。若无冲突则继续发送，直到发完全部数据。 （4）若有冲突，则立即停止发送数据，但是要发送一个加强冲突的JAM（阻塞）信号，以便使网络上所有工作站都知道网上发生了冲突，然后，等待一个预定的随机时间，且在总线为空闲时，再重新发送未发完的数据。 CSMA/CD控制方式的优点是：原理比较简单，技术上易实现，网络中各工作站处于平等地位，不需集中控制，不提供优先级控制。但在网络负载增大时，发送时间增长，发送效率急剧下降 令牌访问控制工作原理 令牌访问控制方法可分为令牌环访问控制和令牌总线访问控制两类。目前已较少采用令牌总线访问控制。 下面介绍令牌环访问控制原理。
拓扑结构： 工作原理： Token Bus 在物理总系线上建立逻辑环。 逻辑环上，令牌是站点可以发送数据的必要条件。 令牌在逻辑环中按地址的递减顺序传送到下一站点。 从物理上看，含DA的令牌帧广播到BUS上，所有站点按DA = 本站地址判断收否。 特点： 无冲突，令牌环的信息帧长度可按需而定。 顺序接收Fairness (公平性），站点等待Token的时间是确知的。 （需限定每个站发送帧的最大值） 因检测冲突需要填充信息位（不允许小于46字节）
介质访问控制(medium access control)简称MAC。 是解决当局域网中共用信道的使用产生竞争时，如何分配信道的使用权问题 局域网的数据链路层分为逻辑链路层LLC和介质访问控制MAC两个子层。 MAC属于局域网数据链路层下的一个子层。局域网中目前广泛采用的两种介质访问控制方法，分别是： 1 争用型介质访问控制，又称随机型的介质访问控制协议，如CSMA/CD方式。 2 确定型介质访问控制，又称有序的访问控制协议，如Token(令牌）方式 CSMA/CD工作原理 在CSMA中，由于信道传播时延的存在，即使通信双方的站点都没有侦听到载波信号，在发送数据时仍可能会发生冲突，因为他们可能会在检测到介质空闲时同时发送数据，致使冲突发生。尽管CSMA可以发现冲突，但它并没有先知的冲突检测和阻止功能，致使冲突发生频繁。 一种CSMA的改进方案是使发送站点在传输过程中仍继续侦听介质，以检测是否存在冲突。如果两个站点都在某一时间检测到信道是空闲的，并且同时开始传送数据，则它们几乎立刻就会检测到有冲突发生。如果发生冲突，信道上可以检测到超过发送站点本身发送的载波信号幅度的电磁波，由此判断出冲突的存在。一旦检测到冲突，发送站点就立即停止发送，并向总线上发一串阻塞信号，用以通知总线上通信的对方站点，快速地终止被破坏的帧，可以节省时间和带宽。这种方案就是本节要介绍的CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection，载波侦听多路访问/冲突检测协议），已广泛应用于局域网中。 所谓载波侦听（Carrier Sense），意思是网络上各个工作站在发送数据前都要确认总线上有没有数据传输。若有数据传输（称总线为忙），则不发送数据；若无数据传输（称总线为空），立即发送准备好的数据。 所谓多路访问（Multiple Access），意思是网络上所有工作站收发数据共同使用同一条总线，且发送数据是广播式的。 所谓冲突（Collision），意思是若网上有两个或两个以上工作站同时发送数据，在总线上就会产生信号的混合，这样哪个工作站都辨别不出真正的数据是什么。这种情况称为数据冲突，又称为碰撞。 为了减少冲突发生后的影响，工作站在发送数据过程中还要不停地检测自己发送的数据，看有没有在传输过程中与其他工作站的数据发生冲突，这就是冲突检测（Collision Detected）。 1．CSMA/CD冲突检测原理 CSMA/CD是标准以太网、快速以太网和千兆以太网中统一采用的介质争用处理协议（但在万兆以太网中，由于采用的是全双工通信，所以不再采用这一协议）。之所以称之为"载波侦听"（"载波"就是承载信号的电磁波），而不是称之为"介质侦听"，那是因为如果介质上正在有载波存在，则证明介质处于忙的状态（因为信号或者数据不是直接传输的，而是通过电磁载波进行的）；如果没有载波存在，则介质是空闲状态。也就是通过载波的检测，可以得知介质的状态，而不能直接来侦听介质本身得出其空闲状态。 【说明】其实这里侦听的应该是"信道"，而不是"介质"本身，因为在一条传输介质中，可能包含有多条信道，用于不同的传输链路。 前面说了，CSMA/CD相对CSMA来说的进步就是具有冲突检测功能，随之问题就来了，CSMA/CD是如何检测冲突呢？ CSMA/CD的工作原理可以用以下几句话来概括： 先听后说，边听边说。 一旦冲突，立即停说。 等待时机，然后再说。 这里的"听"即监听、检测之意；"说"即发送数据之意。具体的检测原理描述如下： （1）当一个站点想要发送数据的时候，它检测网络查看是否有其他站点正在传输，即侦听信道是否空闲。 （2）如果信道忙，则等待，直到信道空闲；如果信道空闲，站点就准备好要发送的数据。 （3）在发送数据的同时，站点继续侦听网络，确信没有其他站点在同时传输数据才继续传输数据。因为有可能两个或多个站点都同时检测到网络空闲然后几乎在同一时刻开始传输数据。如果两个或多个站点同时发送数据，就会产生冲突。若无冲突则继续发送，直到发完全部数据。 （4）若有冲突，则立即停止发送数据，但是要发送一个加强冲突的JAM（阻塞）信号，以便使网络上所有工作站都知道网上发生了冲突，然后，等待一个预定的随机时间，且在总线为空闲时，再重新发送未发完的数据。 CSMA/CD控制方式的优点是：原理比较简单，技术上易实现，网络中各工作站处于平等地位，不需集中控制，不提供优先级控制。但在网络负载增大时，发送时间增长，发送效率急剧下降 令牌访问控制工作原理 令牌访问控制方法可分为令牌环访问控制和令牌总线访问控制两类。目前已较少采用令牌总线访问控制。 下面介绍令牌环访问控制原理。
4-3介质访问控制子层(受控多点接入)
因为全部站点旳旁路继电器都集中在一种地方， 这就处理了一般环形网不便于维护管理旳缺陷。 当然，这么做旳缺陷是会使整个网络旳布线长 度增长。
FDDI网络
光纤分布式数据接口FDDI（Fiber Distributed Data Interface）是以光纤为 传播介质旳局域网原则
FDDI采用双环构造 FDDI采用令牌传递旳访问控制协议 FDDI网络技术规范
需求优先级协议
各工作站有数据要发时，要向集线器发出祈求。每个 祈求都标有优先级别。一般旳数据为低优先级，而对 时间敏感旳多媒体应用旳数据（如话音、活动图像） 则可定为高优先级。集线器使用一种循环仲裁过程来 管理网络旳结点。它对各结点旳祈求连续进行迅速旳 循环扫描，检验来自各结点旳服务祈求。集线器维持 两个指针：高优先级指针和低优先级指针。高优先级 旳祈求可在低优先级祈求之前优先接入网络，因而可 确保对时间敏感旳某些应用提供所需旳实时服务。集 线器接受输入旳数据帧并只将其导向具有匹配目旳地 址旳端口，从而提供了固有旳网络数据安全性。
传递轮询
传递轮询与轮叫轮询旳比较如下：
传递轮询旳帧时延总是不大于一样条件下旳 轮叫轮询旳时延。
站间旳距离越大，传递轮询旳效果就比轮叫 轮询旳越好。
站间距离较小且通信量较大时，传递轮询带 来旳好处就不太明显。
传递轮询系统虽然具有较轮叫轮询更小旳帧 等待时延，但因为实现起来技术上比较复杂， 代价也较高，所以在目前实用旳轮询系统中， 主要还是使用轮叫轮询。
这种措施是使用两个数据传播方向相反 旳环路。在正常情况下，只有一种方向 旳环路在工作。这个工作旳环路叫做主 环，而另一种不工作旳环路叫做次环。 当环路出现故障时，不论是链路或站点 出故障，FDDI可自动重新配置，同步开 启次环工作，使整个网络不致瘫痪 。
FDDI网络
光纤分布式数据接口FDDI（Fiber Distributed Data Interface）是以光纤为 传播介质旳局域网原则
FDDI采用双环构造 FDDI采用令牌传递旳访问控制协议 FDDI网络技术规范
需求优先级协议
各工作站有数据要发时，要向集线器发出祈求。每个 祈求都标有优先级别。一般旳数据为低优先级，而对 时间敏感旳多媒体应用旳数据（如话音、活动图像） 则可定为高优先级。集线器使用一种循环仲裁过程来 管理网络旳结点。它对各结点旳祈求连续进行迅速旳 循环扫描，检验来自各结点旳服务祈求。集线器维持 两个指针：高优先级指针和低优先级指针。高优先级 旳祈求可在低优先级祈求之前优先接入网络，因而可 确保对时间敏感旳某些应用提供所需旳实时服务。集 线器接受输入旳数据帧并只将其导向具有匹配目旳地 址旳端口，从而提供了固有旳网络数据安全性。
传递轮询
传递轮询与轮叫轮询旳比较如下：
传递轮询旳帧时延总是不大于一样条件下旳 轮叫轮询旳时延。
站间旳距离越大，传递轮询旳效果就比轮叫 轮询旳越好。
站间距离较小且通信量较大时，传递轮询带 来旳好处就不太明显。
传递轮询系统虽然具有较轮叫轮询更小旳帧 等待时延，但因为实现起来技术上比较复杂， 代价也较高，所以在目前实用旳轮询系统中， 主要还是使用轮叫轮询。
这种措施是使用两个数据传播方向相反 旳环路。在正常情况下，只有一种方向 旳环路在工作。这个工作旳环路叫做主 环，而另一种不工作旳环路叫做次环。 当环路出现故障时，不论是链路或站点 出故障，FDDI可自动重新配置，同步开 启次环工作，使整个网络不致瘫痪 。
第3章 局域网技术
检测到“闲”令牌，将它置为“忙”的状态，然后在该令牌后面 传送数据。当所传数据被目的节点计算机接收后，数据被从网中
除去，令牌被重新置为“闲”。
1.介质访问控制技术
（3） 令牌环网
令牌环网络是上世纪80年代中期由IBM开发出，很长一段时间是 IBM的网络标准，被所有IBM生产的计算机支持。令牌环可以用网桥 或路由器连接其他网路。令牌环网络在实际应用中确确实实是“环” 形网络，只不过由于使用所谓多站接入单元的设备，可以实现星形的 布线。 令牌环网的缺点是需要维护令牌，一旦失去令牌就无法工作，需要 选择专门的节点监视和管理令牌。
种在不采用传统电缆线的同时，提供传统有线局域网的所有功能 的无线网络。
(2) 802.11系列标准
无线局域网的标准是IEEE 802.11系列，目前已定义了多个不 同的标准，会使用不同的频谱，所支援的最高传输速度也会不同， 更不保证兼容。不同的802.11工作的OSI层次不尽相 同，其对应 关系如图3-7所示。
2.3 高速以太网
（1）百兆以太网
1.100BASE-TX 2.100BASE-FX 3.100BASE-T4
（2） 吉比特以太网
1. 1000BASE-X 2. 1000BASE-T(图3-4所示)。
(3) 十吉比特以太网 (4) 高速以太网的宽带接入(图3-5所示)。
2.以太网
吉比特链路 百兆比特链路
1.介质访问控制技术
1.3 CSMA/CA
（1） CSMA/CA概述 （2） CSMA/CA的工作原理
（3） CSMA/CA与CSMA/CD的区别
1. 概念区别
2. 传输介质不同
3. 检测方式不同
2.以太网
2.1 以太网概述
除去，令牌被重新置为“闲”。
1.介质访问控制技术
（3） 令牌环网
令牌环网络是上世纪80年代中期由IBM开发出，很长一段时间是 IBM的网络标准，被所有IBM生产的计算机支持。令牌环可以用网桥 或路由器连接其他网路。令牌环网络在实际应用中确确实实是“环” 形网络，只不过由于使用所谓多站接入单元的设备，可以实现星形的 布线。 令牌环网的缺点是需要维护令牌，一旦失去令牌就无法工作，需要 选择专门的节点监视和管理令牌。
种在不采用传统电缆线的同时，提供传统有线局域网的所有功能 的无线网络。
(2) 802.11系列标准
无线局域网的标准是IEEE 802.11系列，目前已定义了多个不 同的标准，会使用不同的频谱，所支援的最高传输速度也会不同， 更不保证兼容。不同的802.11工作的OSI层次不尽相 同，其对应 关系如图3-7所示。
2.3 高速以太网
（1）百兆以太网
1.100BASE-TX 2.100BASE-FX 3.100BASE-T4
（2） 吉比特以太网
1. 1000BASE-X 2. 1000BASE-T(图3-4所示)。
(3) 十吉比特以太网 (4) 高速以太网的宽带接入(图3-5所示)。
2.以太网
吉比特链路 百兆比特链路
1.介质访问控制技术
1.3 CSMA/CA
（1） CSMA/CA概述 （2） CSMA/CA的工作原理
（3） CSMA/CA与CSMA/CD的区别
1. 概念区别
2. 传输介质不同
3. 检测方式不同
2.以太网
2.1 以太网概述
计算机网络技术基础课后习题答案
CH1 答案一．填空题1．通信2．实现资源共享3．局域网广域网4．资源子网通信子网二．选择题DDBBCCA三．简答题1．答：所谓计算机网络，就是指以能够相互共享资源的方式互连起来的自治计算机系统的集合。
2．答：计算机网络技术的开展大致可以分为四个阶段。
第一阶段计算机网络的开展是从20世纪50年代中期至20世纪60年代末期，计算机技术与通信技术初步结合，形成了计算机网络的雏形。
此时的计算机网络，是指以单台计算机为中心的远程联机系统。
第二阶段是从20世纪60年代末期至20世纪70年代中后期，计算机网络完成了计算机网络体系结构与协议的研究，形成了初级计算机网络。
第三阶段是从20世纪70年代初期至20世纪90年代中期。
国际标准化组织〔ISO〕提出了开放系统互联〔OSI〕参考模型，从而促进了符合国际标准化的计算机网络技术的开展。
第四阶段是从20世纪90年代开始。
这个阶段最富有挑战性的话题是互联网应用技术、无线网络技术、对等网技术与网络平安技术。
3．网络的拓扑结构主要主要有：星型拓扑、总线型拓扑、环型拓扑、树型拓扑结构、网状型拓扑结构。
〔1〕星型拓扑优点：控制简单、故障诊断和隔离容易、效劳方便；缺点：电缆需量大和安装工作量大；中心结点的负担较重，容易形成瓶颈；各结点的分布处理能力较低。
〔2〕树型拓扑优点：易于扩展、故障隔离较容易；缺点是各个结点对根的依赖性太大，如果根结点发生故障，那么整个网络都不能正常工作。
〔3〕总线型拓扑的优点如下：总线结构所需要的电缆数量少；总线结构简单，又是无源工作，有较高的可靠性；易于扩充，增加或减少用户比拟方便。
总线型拓扑的缺点如下：总线的传输距离有限，通信范围受到限制。
故障诊断和隔离较困难。
总线型网络中所有设备共享总线这一条传输信道，因此存在信道争用问题，〔4〕环型拓扑的优点如下：拓扑结构简单，传输延时确定。
电缆长度短。
环型拓扑网络所需的电缆长度和总线型拓扑网络相似，比星型拓扑网络所需的电缆短。
介质访问子层
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Ethernet结点数据发送 流程
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长度字段 帧的最小长度为64字节，最大长度为1518字节。
LLC数据字段 LLC数据字段是帧的数据字段，长度最小为46个字节，少于46
个字节，需要填充。
帧校验字段 采用32位的CRC校验 校验的范围是：目的地址、源地址、长度、LLC数据等字段。
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3.Ethernet接收
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CSMA/CD发送流程经典概括：
先听后发 边听边发 冲突停止 延迟重发
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载波侦听
检查是否已经有结点利用总线在发送数据。
v(t)
1 0
总线忙
t 总线空闲
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冲突检测：比较法和编码违例判决法
V1(t) V2(t) V1(t)+V2(t)
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6.4 高速局域网
传统共享式局域网的缺点
传统的局域网技术是建立在“共享介质”的基础上，典型的介 质访问控制方法是CSMS/CD、Token Ring、Token Bus； 介质访问控制方法用来保证每个结点都能够“公平”地使用公 共传输介质； 每个结点平均能分配到的带宽随着结点数的不断增加而急剧减 少； 网络通信负荷加重时，冲突和重发现象将大量发生，网络效率 将会下降，网络传输延迟将会增长，网络服务质量将会下降。
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802．6 802．7
802．8 802．9 802．10 802．11 802．12
宽带技术(Broad band Technic)
光纤技术 (Fiber Optic Technic) 语音和数据集成技术(Integrated Voice &Data) 局域网络安全技术(LAN Security ) 无线局域网络(Wireless LAN) 采用优先级的100Mbps网络(100VG-AnyLAN )
时间
– 连续(continuous time) – 分片(slotted time)
载波侦听(carrier sense)
– 站在使用信道以前，可以检测到信道是否正被使用。
5
第二节 多路访问协议
6 9/10/2013
ALOHA 随机访问协议
想说就说 1、纯ALOHA 协议 2、分隙ALOHA 协议
3 9/10/2013
静态分配
FDM，频分多路复用 TDM，时分多路复用 CDMA，码分多址
4 9/10/2013
动态分配
站模型（station model)：
– 各站相互独立并以固定的速率产生数据帧
单信道(single channel) 冲突(collision)
– 两帧同时发送，会使结果信号难以辨认，叫做冲突
背板带宽:2.4Gbps 支持24口 平均100Mbps 支持的MAC地址数量:2K（可通过Hub扩展端 口连接2048台计算机。） 可堆叠（并联）与级联（串联）： 虚拟局域网 可网管
交换器并行交换
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以太网交换机：
100M 服务器 100M 服务器
100M
100M
10/100M
10/100M
10/100M
第四节数据链路层设备
32 9/10/2013
网桥：
连接不同类型的数据链路层 – 在同一个LLC下 – 连接不同的MAC 将一个局域网分割成多个子网 – 可使部门内的网络流量不占用骨干网带宽。 – 可使每一工作站访问任一有权访问的网络资源。 – 减少了每一网络的规模，提高了网络性能和可管 理性。
N（R） N（R）
N（S）=发送器发送序号 N（R）=发送器接收信号 S=监视功能位 M=修改功能位
P/F=探询位—命令LLC PDU传送 终结位—响应LLC PDU传送 X=保留位，且设置为0
26 9/10/2013
LLC PDU控制字段格式
IEEE 802.5标准：令牌环 Token Ring
该算法的出发点是，只要用户有信息要发送，就不能让介 质空闲着，以保持较高的信道吞吐量。
11 9/10/2013
非坚持CSMA
1-坚持CSMA算法的目的是让介质的空闲时间最少，然而如果两 个或两个以上的用户监听到介质忙状态，它们都在等待，一旦介 质变空闲就立即发送，这样介质一旦变空，就必然产生冲突。非 坚持CSMA算法的出发点则是解决这种冲突，让等待发送的站点 在时间上分开，其算法如下： （1）假如介质是空闲的，则立即发送。 （2）假如介质是忙的，继续监听直到介质空闲，然后等待一段 随机时间，重复第一步。 非坚持CSMA算法可以减少冲突的出现。然而，介质由忙变为空 时，而处于等待一段随机时间的站点由于时间未到，则只能让介 质空闲。
信息传输命令/响应 0 （I-格式PDU） 监视命令/响应 1 （S-格式PDU） 无编号命令/响应 1 （U-格式PDU）
1 2 3 4
控制
数据
协议数据单元结构
5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
N（S） 0 S S 1 M M X X X X P/F M M M
P/F P/F
16 9/10/2013
LAN协议和OSI的比较
OSI协议层次 应用层 表示层 会话层 传输层 LAN协议层次 网络层 服务访问点 逻辑链路控制子层 数据链路层 介质访问控制子层 物理层 物理层
17 9/10/2013
IEEE 802 标准
IEEE 802委员会隶属于IEEE，802委员会成立于 1980年2月，故命名为802。该委员会的目的是 制定局域网的各层协议及接口标准。
最大网段 长度
拓扑结构
பைடு நூலகம்
500m 总线型
500，1000或 2000m
星型 单模或多模光 缆 ST 外接或NIC中 5
介质
连接器 介质挂接 方法 最多网 段数
50Ω，粗缆
NIC-DB-15 MAU栓接电 缆 5
50Ω，细缆
BNC 外接或NIC 中 5
100Ω，UTP
RJ45 外接或NIC 5
22 9/10/2013
15 9/10/2013
局域网（LAN）
LAN是一个广播网，由于LAN没有路由选择，所以 不需要单独设置网络层。因此，局域网的参考模型 仅对应OSI参考模型的最低两层。 根据LAN的特点，把数据链路层分成逻辑链路控制 子层(Logic Link Control)和介质访问控制子层(Media Access Control)，这种划分主要是为了把与硬件有关 的和无关的两部分数据链路层功能分开。
IEEE 802标准与OSI-RM的关联关系
19 9/10/2013
协议
802．1 802．2 802．3 802．4 802．5 定义高层接口。
内
容
逻辑链路控制(Logical Link Control ,LLC) CSMA/CD及物理规程（以太网） 令牌总线(Token-Bus)网络及物理规程 令牌环(Token-Ring)网络及物理规程 城市区域网络(MAN)及物理规程，后改名为DQDB
IEEE 802.3电缆
10BASE 100BASE100BASE100BASE100BASE -T -TX -T2 -T4 -TX
IEEE标 802.3I 准 编码方 曼彻斯 法 特 要求的 3、4或 电缆 5类 UTP 要求的 2 线对数 距离 100m
802.3u
802.3y
802.3u 8B/6T
33
网桥：连接不同类型的数据链路层
B
HUB
工作组
. . .
. . .
B
HUB
SERVER
34
以太网交换机：分割子网
并行
交换器并行交换
35
以太网交换机：
端口
– 数量：8口，16口，24口 – 速率：10Mbps,10/100Mbps, 10/100/1000Mbps – 自适应
D
29 9/10/2013
IEEE 802.5标准：令牌环 Token Ring
B
数据
A
空闲令牌
C
发送者回收自己发送 的帧并产生闲令牌
D
30 9/10/2013
IEEE 802.6标准：令牌总线 Token Bus
H E D
F
G
A
F B
C
令牌总线(Token Bus)介质访问的逻辑环
31 9/10/2013
24 9/10/2013
数据链路功能的实现
1-8字节 1字节 2-6字节 2-6字节 2字节 前导码 帧起止定界符 目的地址 源地址 数据字段长度 LLC数据 64-1500字节 填充 4字节 0 帧校验序列 7
25 9/10/2013
从 上 向 下 先 发 送
数据链路功能的实现
DSAP SSAP LLC
20
IEEE 802.3标准及以太网
IEEE
802.3标准适用于1-持续CSMA/CD局域网。 以太网(Ethernet ):是构成802.3的基础，是802.3 的一个特定产品。 网络拓扑：总线型、星型、树形
21 9/10/2013
IEEE 802.3电缆
10BASE-5 10BASE-2 185m 总线型 10BASE-F 10BASE-T 100m 星型
18 9/10/2013
应用层 表示层 会话层 传输层 802.2 逻辑链路控制(LLC) 网络层 802.1 参考文件
数 据 链 路 层 物理层
802.3 802.5 802.6 802.4 CSMA/CD 令牌总线 令牌环 都市网 访问方式 访问方式 访问方式 访问方式
物理规范 物理规范 物理规范 物理规范
7 9/10/2013
纯ALOHA 协议
8 9/10/2013
分隙ALOHA 协议
9 9/10/2013
载波侦听多路访问协议 CarrierSenseMultipleAccess,CSMA
先听后说 1-坚持CSMA 非坚持CSMA P 坚持CSMA
10 9/10/2013
1-坚持CSMA
1-坚持CSMA退避算法分三步： （1）假如介质是空闲的，则立即发送。 （2）假如介质是忙的，继续监听直到介质空闲，则立即发 送。 （3）假如冲突发生，则等待一段随机时间，重复第一步。
13 9/10/2013
有冲突检测的多路访问协议 CSMA/CD
CSMA虽然可以减少冲突，但总是 不能避免冲突。由冲突检测来发现 冲突，提高介质利用率。 算法：先听后说，边听边说 当发现冲突时， 先加强冲突，后退避重发。
14 9/10/2013
第三节 介质访问控制子层实例
局域网与IEEE 802 标准
100M
100M
10M
10M
10M
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802.3u 4B/5B
4B/5B PAM5x5
5类UTP 3、4或5 3、4或5 单模或多 或STP 类UTP 类UTP 模光纤 2 100m 2 100m 4 2
100m 150/412/2 000m 23
9/10/2013