二、局域網

　　（一）計算機局域網

　　1.局域網簡介
　　
　　（1）局域網特點①局域網拓撲結構規則;②局域網協議簡單;③局域網的可用傳輸介質較多;④范圍有限，用戶個數有限;⑤較高的數據傳輸速率;⑥低誤碼率。

　　（2）局域網分類①共享介質的LAN;這是最普通的一種，如以太網（即總線網）、環型網等;②線路交換的LAN;采用CBX。

　　（3）決定局域網特性的三個主要技術

　　①運輸介質;
　　
　　②拓撲結構;

　　③介質訪問控制方法。其中，最為重要的是介質訪問控制方法，它對網絡特性起著十分重要的作用。

　　（4）局域網常用的介質訪問控制方法;將傳輸介質的頻帶有效地分配給網上各站點的方法，稱為介質訪問控制方法。常用的局域網介質訪問控制技術有:

　　①載波監聽多路訪問/沖突檢測（CSMA/CD）技術;

　　②令牌控制技術;
　　
　　③令牌總線控制技術;

　　④光纖分布數據接口（FDDI）技術;

　　⑤分布式隊列雙總線（DQDB）控制技術。

　　（5）局域網常用拓撲結構①總線型拓撲;②環型拓撲;③星型拓撲。

　　2.IEEE802系列標準及局域網的協議結構

　　IEEE在1980年2月成立了LAN標準化委員會（簡稱為IEEE802委員會），專門從事LAN的協議制訂，形成了一系列的標準，稱為IEEE802系列標準，它已被國際標準化組織（ISO）采納，作為LAN的國際標準系列，稱為ISO802系列標準。ISO802.3是載波監聽多路訪問/沖突檢測訪問方法和物理層協議，ISO802.4是令牌總線訪問方法和物理層協議，ISO820.5是令牌環訪問方法和物理層協議，ISO802.6是關于城市區域網的標準，ISO802.7是時隙環訪問方法和物理層協議。局域網和城市區域網絡的參考模型（LAN&MAN/RM）與OSI/RM相比，OSI物理層和數據鏈路層功能在LAN和MAN模型中分為物理層、介質訪問控制（MAC）子層和邏輯鏈路控制（LLC）子層等三層。LAN的多個設備共享公共傳輸介質，在設備之間傳輸數據之前，首先要解決由哪個設備占有介質的問題，所以數據鏈路層必須有介質訪問控制功能。為了使數據幀的傳送獨立于所采用的物理介質和介質訪問控制方法。IEEE802標準特意把LLC獨立出來形成一個單獨子層，使LLC子層與介質無關，MAC子層則依賴于依賴介質和拓撲結構。由于穿越局域網的鏈路只有一條，不需要設立路由選擇和流量控制功能，因此，局域網中可以不單獨設置網絡層。當局限于一個局域網時，物理層和鏈路層功能完成報文分組轉接的功能。而涉及網絡互連時，報文分組就必須經過多條鏈路才能到達目的地，此時就必須專門設置一個層次來完成網絡層的功能，這就是IEEE802標準中的網際層。

　　3.邏輯鏈路控制（LLC）子層

　　（1）服務訪問點（SAP） 在參靠模型中，每個實體和另一系統的同等實體按協議進行通信。在一個系統中，上下層之間則通過接口進行通信，用服務訪問點來定義接口。

　　（2）鏈路服務的類型 IEEE802規定兩種類型的鏈路服務:①無連接LLC（類型1）;②面向連接LLC（類型2）。
　　
　　（3）邏輯鏈路控制協議 IEEE802.2是在IEEE802系列協議中描述邏輯鏈路控制（LLC）子層的功能、特性和協議，描述LLC子層與網絡層、MAC子層及LLC子層管理功能的界面服務規范。LLC協議與具體的局域網所采用的介質訪問控制方法類型無關。IEEE802.2對LLC子層規定了三個界面的服務規范:

　　①網絡層與LLC子層界面服務規范 兩種服務方式———無連接的方式和面向連接的方式。兩種操作———Ⅰ型操作和Ⅱ型操作

　　②LLC與MAC子層管理功能的界面服務規范 這一個界面服務規范說明了邏輯鏈路控制（LLC）子層對介質訪問控制（MAC）子層的服務要求。LLC子層與LLC子層管理功能的界面服務規范有待進一步研究解決。

　　③LLC協議數據單元（PDU）的結構 LLC層采用單獨格式的幀，然后嵌入相應的MAC幀中。DSAP地址字段包含一個字節，其中7位實際地址，1位為地址類型標志，用來標識DSAP地址為單個地址或組地址。SSAP地址字段也包含一個字節，其中7位實際地址，1位為命令/響應標志位，用來識別LLC PDU是命令或響應。定義DSAP字段中全“1”是全局地址。地址在LLC和MAC幀中是分開的。LLC PDU中的控制字段是效仿HDLC平衡模式制定的，具有相似的格式和功能。帶編號的信息傳輸幀以捎帶的方式作回答響應，P/F置1，用以指示控制和發送終止。監視幀用來作響應和流控，SS域用以指示三個命令:接收準備好（RR）、接收未準備好（RNR）和拒收（REJ）。RR幀在N（R）中指示希望下一次接收的幀的編號，用在捎帶響應的場合。RNR與RR一樣作為響應，同時還要求發送站立即終止發送。REJ用以指示編號為N（R）幀被拒收，必須重新發送。無編號幀（U-格式PDU）用于無編號信息傳輸和控制信息傳輸。

　　4.總線網的介質訪問控制策略
　　
　　總線網是一種多點共享式網絡。這種結構將所有的設備都直接連到同一條物理信道上，該信道負責任何兩個設備之間的全部數據傳送。因此稱信道是以多路訪問方式進行操作的。站點以幀的形式發送數據，幀的頭部含有目的地址和源點的地址，幀通過信道的傳輸是廣播式的。用這種操作方法，在信道上可能有兩個或更多的設備在同一瞬間都發送幀，從而在信道上造成幀的重疊而出現差錯，這種現象稱為沖突。

　　（1）隨機訪問型協議 總線網最常用的介質訪問控制層協議是帶沖突檢測的載波監聽多路訪問協議（CSMA/CD）。這種協議屬于隨機訪問型，或者稱爭用型協議。也就是說，為了在一個多點共享的通信媒體上進行數據交換，不是采取有控制的方式解決發信次序問題，而是讓各個站以隨機的方式發送信息，爭用通信介質。

　　（2）載波監聽多路訪問（CSMA） 純ALOHA策略及其改進策略中，最大的問題是發送時的盲目性。載波監聽多路訪問（CSMA）的技術，也叫做先聽后說（LBT）。希望傳輸的站首先對介質進行監聽，以確定是否有別的站在傳輸。如果介質空閑，該站可以傳輸，否則，該站將避讓一段時間后再嘗試。需要有一種退避算法來決定退讓時間。常用的有3種算法。

　　①非堅持CSMA

　　②堅持型CSMA又稱為1堅持型CSMA。

　　③P堅持型CSMA

　　（3）載波監聽多路訪問沖突檢測（CSMA/CD） 在CSMA中，由于通道的傳播延遲，當兩個站點監聽到總線上沒有存在信號而發送幀時，仍會發生沖突。即使沖突已發生，仍在將已破壞的幀發送完，使總線的利用率降低。一種CSMA的改進方案是站點在傳輸時間繼續監聽介質，一旦檢測到沖突，就立即停止發送，并向總線上發一串阻塞信號，通知總線上各站沖突已發生。這樣通道容量不致因白白傳送已受損的幀而浪費，從而提高總線的利用率。這就稱作載波監聽多路訪問/沖突檢測協議，簡寫為CSMA/CD，這種協議已廣泛應用于局域網中。

　　5.環型網的介質訪問控制策略

　　環型網的介質訪問控制策略一般可分為3種，即令牌控制策略構成令牌環;時隙控制策略構成開槽環;寄存器插入技術構成寄存器插入環。

　　（1）令牌環（Token Ring）介質訪問控制 IEEE802.5標準規定了令牌環的介質訪問控制子層和物理層的協議數據單元格式和協議。

　　①令牌環工作原理 令牌環由一組用傳輸介質串聯成一個環的站點組成。在網上的信息將從一個站至下一個站地運行。所尋址的目的站在信息經過時拷貝此信息，最后由發送該信息的站從環上撤除此信息。這種介質訪問使用一個沿著環循環的令牌，當各站都沒有幀發送，令牌的形式為空令牌。希望發送幀的站必須等待，直到它檢測到一個空令牌的到來，將空令牌改為忙令牌。該站緊接著忙令牌的后面，傳輸一個數據幀，此時在環上沒有空令牌，因而其它希望發送數據幀的站必須等待。發送的幀沿環循環一周后再回到發送站，并被發送站將該幀從環上移去，同時忙令牌改為空令牌，傳至后面的站，使之獲得發送幀的許可權。接收幀的過程是當幀經過站時，該站環接口將幀的目的地址和本站的地址相比較，如地址相符合，則將幀放入接收緩沖器，再輸入站，同時環接口將幀轉發至環上。如地址不符合，則環接口僅做幀的轉發工作。

　　②令牌的維護a.令牌丟失的處理 由于網絡實際運行情況比較復雜，可能會出現令牌丟失問題，這將導致整個網絡的癱瘓。為解決這一問題，可采用兩個策略:集中式檢測法和分布式檢測法。集中式檢測就是指定一個站為主動令牌管理站。該管理站通過采用一超時機制來檢測令牌丟失情況，該超時值比最長的幀為完成全遍歷該環所需的時間還要長一些。如果在這一時間內沒有檢測到令牌，就認為該令牌已經丟失。分布式檢測就是在每個站設置一個時間，當站有數據發送且等待的時間超過限定值，則認為令牌丟失。為恢復令牌，特定管理站將清除環上的任何殘余數據并發出一空令牌。b.忙令牌死循環的避免 如果一個忙令牌沒有站點負責釋放，就將導致整個網絡的癱瘓。當忙令牌第一次經過管理站時，管理站將“管理比特”置為“1”;若管理站檢測到一忙令牌的管理位已經為“1”，則認為該忙令牌已經繞環一周仍沒有被釋放，則由管理站強制將它釋放。

　　③優點和缺點優點:a.控制簡單;b.不可能產生沖突;c.拿到空令牌后可發送不同長度的數據;d.接收站可對發送站采用自動應答。e.可設優先級，使具有較高優先級的站優先得到令牌。主要缺點:a.需令牌操作;b.唯一令牌，且數據幀返回源點，故效率不高。

　　④令牌環幀格式 在IEEE802.5標準中，幀的傳輸是從最高位開始一位一位地發送，而IEEE802.3和IEEE802.4正好相反，幀的傳輸是從最低位開始一位一位地發送的。令牌環有兩基本的幀;令牌幀和數據幀。

　　⑤優先級控制的方法 優先級控制的方法，包括優先級的預約、優先發送的實現及優先級的復原等內容。早期令牌環型網的典型實例是美國貝爾實驗室70年代初設計的Newhall環型網。該網的信息傳送為分布式控制，但設立了一個管理站負責初始化、同步和信息丟失檢查等。故該網有集中管理的成分，但仍屬于分布式環型網。目前，IBM公司的令牌環型網也有不小的市場。

　　（2）開槽環（Sloted Ring）介質訪問控制 開槽環又稱為時槽（隙）環（Time-Slot Ring），時槽環只用于環型網的控制訪問。源站點在啟動一個幀發送之后，要等到該幀繞環一周，它就重新標記該時槽為空，并等待閱讀時槽尾部的響應位，以確定是否應重發該幀。由于采用了響應位，就不需要獨立的響應幀。

　　（3）寄存器插入環介質訪問控制 寄存器插入法的提出，是綜合以上兩種方法的優點，信包長度是可變的，并且環路同時允許有幾個信包在傳輸。它的基本思想是:網中的任意環接口，要利用移位寄存器的作用，在環路上流動的多信包間隨時插入并發送一個新包，且包的長度是有限可變的。這樣，各結點的環接口均同時而獨立地進行操作，具有較高的獨立性。但是這種方法的優點是以環接口的硬件復雜性為代價的。在每一環接口中有兩個移位寄存器，延遲緩存和輸出緩存。當這個通信站要發送數據時，它先把數據幀送入輸出緩存，等待機會。數據幀長度可以變化，但以不超出輸出緩存器的長度為限。在環網啟動時，各接口的轉換開關都連接延遲緩存一端，而輸入指針位置在延遲緩存最右端，表示緩存內容為“空”，延遲為“零”。當上游有數據傳來時，進入延遲緩存。指定的目的地址為本站，就可將此數據幀傳送至本站的主機;同時將該數據轉發至下一個結點。當一個完整的數據幀轉發完畢時，接口要檢查:

　　①在輸出緩存中是否有數據幀等待發送;

　　②延遲緩存中的空位長度是否比等待的數據幀長。如果這兩個條件滿足，本站就可以發送數據。這時，接口中的轉換開關改接輸出緩存，隨著環網的節拍將數據幀發送出去。與此同時，上游來的數據幀存入延遲緩存。當輸出緩存中的內容全部發出后，轉換開發立即返回原來狀態，轉發來自上游的數據幀。這種技術采用完全分布式的方法控制介質的訪問，確保來自各站的數據幀不會碰撞。它既防止了任何站壟斷環通信介質，又可以根據環網負載自動調節各個站發送數據的速率。寄存器插入技術的最大優點是環的利用率高，和令牌環一樣，它允許可變長的幀;和時槽環一樣，在環上可同時有幾幀傳送。這樣，它有效地利用了帶寬。它的主要問題是有可能因幀的地址出差錯，造成無限循環，必須有刪除這些循環幀的清除機構。同時，接口的硬件線路比較復雜。

　　6.令牌總線介質訪問控制策略

　　IEEE802.4標準就是提出了令牌總線的介質訪問控制技術。它規定了令牌總線介質訪問控制（MAC）子層、物理（PHY）層所使用的格式和協議。

　　（1）令牌總線的工作原理 令牌總線介質訪問別控制是將物理總線上的站站構成一個邏輯環，即物理連線上是總線型的，但在邏輯上卻是一種環形結構。每一個站都在一個有序列中被指定一個邏輯位置，而序列中最后一個成員又跟著第一個成員，每個站都知道在它之前和在它之后的站的標識。和令牌一樣，站點只有取得令牌，才能發送幀，而令牌在邏輯環上依次傳遞。在正常運行時，當站點做完該做的工作或者時間終了時，它將令牌傳遞給邏輯序列中的下一個站。從邏輯上看，令牌是按地址的遞減順序傳送至下一個站點，但從物理上看，帶有目的地址的令牌幀廣播到總線上所有的站點，當目的站識別出符合它的地址，即把該令牌幀接收。應該指出，總線上站的實際順序與邏輯順序并無關系。

　　（2）令牌總線的特點①不可能產生沖突 只有收到空令牌幀的站點才能將信息幀送到總線上，不可能產生沖突。由于不可能產生沖突，令牌總線的信息幀長度只需根據要傳送的信息長度來確定，也沒有最小分組長度的要求。而對于CSMA/CD訪問機制，為了使最遠距離的站點也能檢測到沖突，有時需要在實際的信息長度后加填充位，以滿足最小信息長度的要求。②站點有公平的訪問權 由于站點接收到令牌的過程是順序依次進行的，因此對所有站點都有公平的訪問權。③每個站傳輸之前必須等待的時間總量總是‘確定’的 這是因為每個站發送幀的最大長度可以加以限制。最壞的情況下，等待取得令牌和發送報文的時間應該等于全部令牌傳送時間和報文發送時間的總和。另一方面，如果只有一個站點有報文要發送，則最壞情況下，等待時間只是全部令牌傳遞時間之總和，而平均等待時間是它的一半。

　　（3）令牌總線的操作 令牌總線方案要求較多的操作，至少有下列一些功能必須執行。

　　①環初始化即生成一個順序訪問的次序。

　　②令牌傳遞算法。

　　③站插入環算法 必須周期性地給未加入環的站點以機會，將它們插入到邏輯環的適當位置中。

　　④站退出環算法。

　　⑤故障處理 網絡可能出現錯誤，這包括令牌丟失引起斷環、重復地址、產生多個令牌等。

　　（4）令牌總線的介質訪問控制方法 邏輯環上的每個站由三個地址決定它的位置，即本站地址T、前趨地址P，和后繼地址N。前趨地址P和后繼地址N，可以動態地設置和保持。

　　7.光纖分布數據接口（FDDI）

　　光纖分布數據接口（Fiber Distributed Data Interface———FDDI）是用于高速局域網的介質訪問控制標準，拓撲結構為環型，和IEEE802.5十分接近，只是由于采用光纖作為傳輸介質，數據傳輸率很高，因而將標準做了一些修改。

　　（1）FDDI的數據編碼 FDDI采用范圍大、允許高數據負荷、允許實時及優先級訪問、拓撲為雙環結構等特點，故FDDI具有高速、可靠、大容量及傳輸距遠等優良性能。從幾公里直至幾百公里范圍內，它既可作為末端局域網使用，又能在大的范圍內作為干網使用，實現數據、語音等的綜合服務。

　　8.分布式隊列雙總線（DQDB）的工作原理

　　分布式隊列雙總線（Distribted Queue Dual Bus———DQDB）是IEEE802.6所定義的一個標準，用于城市區域網（MAN）。城市區域網就地理范圍來說，介于廣域網（WAN）和局域網（LAN）之間，但采用LAN技術。一個典型的MAN是一些互連的DQDB子網組成，這些子網通過多站口或雙端口的網橋（Bridge）、路由器（Router）和網關（Gateway）互連成一個MAN。DQDB能夠用來提供高速數據、聲音和圖像的變換、轉發和集中，也能夠用來互連LAN、主機、工作站和PBX。這是一個能支持集成通信的分布式多路訪問的網絡。

　　9.無線局域網

　　（1）簡介 無線局域網（Wireless Local Area Network———WLAN）就是在互連的設備之間采用無線通信方式的局域網。在無線網絡中，各結點之間的無線通信可以有兩種方式來實現。最常用的是類似于AM或FM無線廣播系統，當然具體所采用的調制技術會不同。另一種是用光來通信，類似于紅外光遙控器系統。由于光系統中的干擾不同于無線廣播系統的干擾，錯誤檢查和糾正的機制也不同，有一些技術仍在探討中。目前的無線局域網大都采用無線廣播技術。

　　（2）擴頻技術 擴頻技術即擴展頻譜（Spread Spectrum）技術，縮寫為SS技術。它是把待傳的數據信號用數字編碼技術擴展為很寬的頻帶信號，其所占用帶寬遠大于傳輸信號所需帶寬（數千倍），并用待傳信號和擴頻碼信號一起調制載波。這樣，數據信號就像經噴霧器噴出的水霧一樣均勻地分布于很寬的頻帶上，而每個頻段上分配的功率又微乎其微，這樣就不會對其它無線電信號產生干擾，也不易受到干擾，而數據保密性又好，是目前國際上無線通信領域倍受矚目的一項技術。SS技術由于不對其它無線電信號帶來干擾，故無需向無線電管制委員會申請專用頻率許可證，這也是它的一個優勢。與短波/超短波數據通信相比，其傳輸速率、抗干擾能力、保密性及頻率許可證等方面則高出許多。目前的擴頻無線調制解調器設備已允許計算機、網橋、路由器、話音/數據復用器、PBX和視頻CODEC等設備的連接。

　　（3）組網形式 目前無線局域網的組網形式常用以下四種:①全無線網;②無線工作站接入有線網;③在有線網中接入無線網中繼器;④兩個有線網以無線方式相連。

　　10.網絡操作系統（NOS）

　　（1）簡介 網絡操作系統軟件可以平等地分布在所有網絡結點上，也可以將主要軟件駐留在某個中心結點上。將前者分布式NOS稱對等式網絡操作系統，例如:Netware Lite;而將后者稱為集中式的網絡操作系統，并將該中心結點稱為服務器，服務器上的網絡操作系統可對各種網絡資源進行管理。同時，將使用這些資源的應用微機稱為用戶工作站（或客戶機）。其實，客戶機和服務器都是針對服務而言的，利用服務的應用稱為客戶;為其它應用提供服務的應用或系統稱為服務器。集中式操作系統的典型例子就是Netware。網絡操作系統還必須有相應的安全性措施，否則是不能實用的。這些安全性包括:帳號限制、時間限制、磁盤空間限制、用戶口令、用戶權限、文件和目錄的屬性等。

　　（2）網絡操作系統對資源的管理方法①磁盤的共享，把磁盤上的目錄劃分為公用和私用兩種。②打印機的共享。打印機的共享采用假脫機的方法，將文件和數據送入服務器進行打印排隊，構成打印隊列。打印隊列中的打印作業按一定調度算法送至相應打印機打印。③文件訪問。④對資源訪問的控制是通過權限和文件本身的屬性來實現的。只有當文件本身允許某種訪問并且該用戶有此權限的情況下，此次訪問才能成功。
　
　　（3）對等式網絡操作系統Peer-to Peer 與以服務器為中心的集中式網絡操作系統相比，對等式網絡操作系統是一種非常富有吸引力的廉價的替代方案。對于一些小規模的網絡而言，它們所有的要求無外乎是文件共享、打印機共享和有限的一些應用的共享。此時，廉價而又簡單的對等式網絡操作系統也許就是解決這類問題的最佳方案。對等式的網絡操作系統的優點:

　　①對等式網絡操作系統投資低，易于安裝和維護;

　　②任何一臺DOS結點都可以設置成對等式網絡的服務器 這可用來實現用戶間文件的快速共享。而大多數集中式網絡操作系統的服務器都要求事先對硬盤進行特殊的準備工作，這臺服務器無法同時進行DOS操作。

　　③無須采用一臺計算機作為專用服務器。對等式網絡操作系統的局限性:與以服務器為中心的集中式網絡操作系統相比，對等式網絡操作系統也有明顯的局限性。

　　a如果網絡結點數比較多，它就會變得無法進行管理，因為用戶可以將其工作站設置成服務器。若用戶太多，他們就會花費異乎尋常的工作時間來管理和維護服務器。

　　b隨著應用單位的不斷發展，就會要求擴大網絡規格。網絡結點較多時，投資往往超過集中式的網絡操作系統。因為對等式網絡的單個工作站成本往往比集中式網絡高，只在小規模時在價格方面才占有優勢 。

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