第3章 局域網技術
主要內容:1、局域網定義和特性
2、各種流行的局域網技術
3、高速局域網技術
4、基于交換的局域網技術
5、無線局域網技術及城域網技術
一、局域網定義和特性
局域網(Local Area Network)即LAN:將小區域內的各種通信設備互聯在一起的通信網絡。
1、局域網三個特性:(1)高數據速率在0.1-100Mbps(2)短距離0.1-25Km(3)低誤碼率10-8-10-11。
2、決定局域網特性的三個技術:(1)用以傳輸數據的介質(2)用以連接各種設備的拓撲結構(3)用以共享資源的介質控制方法。
3、設計一個好的介質訪問控制協議三個基本目標:(1)協議要簡單(2)獲得有效的通道利用率(3)對網上各站點用戶的公平合理。
二、以太網Ethernet IEEE802.3
以太網是一種總路線型局域網，采用載波監聽多路訪問/沖突檢測CSMA/CD介質訪問控制方法。
1、載波監聽多路訪問
CSMA的控制方案:(1)一個站要發送，首先需要監聽總線，以決定介質上是否存在其他站的發送信號。(2)如果介質是空閑的，則可以發送。(3)如果介質忙，則等待一段間隔后再重試。
堅持退避算法:
(1)非堅持CSMA:假如介質是空閑的，則發送;假如介質是忙的，等待一段時間，重復第一步。利用隨機的重傳時間來減少沖突的概率，缺點:是即使有幾個站有數據發送，介質仍然可能牌空閑狀態，介質的利用率較低。
(2)1-堅持CSMA:假如介質是空閑的，則發送;假如介質是忙的，繼續監聽，直到介質空閑，立即發送;假如沖突發生，則等待一段隨機時間，重復第一步。缺點:假如有兩個或兩個以上的站點有數據要發送，沖突就不可避免的。
(3)P-堅持CSMA:假如介質是空閑的，則以P的概率發送，而以(1-P)的概率延遲一個時間單位，時間單位等于最大的傳播延遲時間;假如介質是忙的，繼續監聽，直到介質空閑，重復第一步;假如發送被延遲一個時間單位，則重復第一步。
2、載波監聽多路訪問/沖突檢測
這種協議廣泛運用在局域網內，每個幀發送期間，同時有檢測沖突的能力，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經發生，這樣通道的容量不致因白白傳送已經損壞的幀而浪費。
沖突檢測的時間:對基帶總線，等于任意兩個站之間最大的傳播延遲的兩倍;對于寬帶總線，沖突檢測時間等于任意兩個站之間最大傳播延遲時間的四倍。
3、二進制退避算法:
(1)對每個幀，當第一次發生沖突時，設置參量為L=2;
(2)退避間隔取1-L個時間片中的一個隨機數，1個時間片等于2a;
(3)當幀重復發生一次沖突時，則將參量L加倍;
(4)設置一個最大重傳次數，則不再重傳，并報告出錯。
二、標記環網Toke Ring IEEE802.5
1、標記的工作過程:
標記環網又稱權標網，這種介質訪問使用一個標記沿著環循環，當各站都沒有幀發送時，標記的形式為01111111，稱空標記。當一個站要發送幀時，需要等待空標記通過，然后將它改為忙標記011111110。并緊跟著忙標記，把數據發送到環上。由于標記是忙狀態，所以其他站不能發送幀，必須等待。發送的幀在環上循環一周后再回到發送站，將該幀從環上移去。同時將忙標記改為空標記，傳至后面的站，使之獲得發送幀的許可權。
2、環上長度用位計算，其公式為:存在環上的位數等于傳播延遲(5μs/km)×發送介質長度×數據速率+中繼器延遲。對于1km長、1Mbps速率、20個站點，存在于環上的位數為25位。
3、站點接收幀的過程:當幀通過站時，該站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，同時將幀送回至環上;如地址不符合，則簡單地將數據重新送入環。
4、優先級策略
標記環網上的各個站點可以成不同的優先級，采用分布式高度算法實現。控制幀的格式如下:P優先級、T空忙、M監視位、預約位
三、光纖分布式數據接口FDDI ISO9314
1、FDDI和標記環介質訪問控制標準接近，有以下幾點好處:
(1)標記環協議在重負載條件下，運行效率很高，因此FDDI可得到同樣的效率。
(2)使用相似的幀格式，全球不同速率的環網互連，在后面網絡互加這一章將要討論這個問題
(3)已經熟悉IEEE802.5的人很容易了解FDDI
(4)已經積累了IEEE802.5的實踐經驗，特別是將它做集成電路片的經濟，用于FDDI系統和元件的制造。
2、FDDI技術
(1)數據編碼:用有光脈沖表示為1，沒有光能量表示為0。FDDI采用一種全新的編碼技術，稱為4B/5B。每次對四位數據進行編碼，每四位數據編碼成五位符號，用光的存在和沒有來代表五位符號中每一位是1還是0。這種編碼使效率提高為80%。為了得到信號同步，采用了二級編碼的方法，先按4B/5B編碼，然后再用一種稱為倒相的不歸零制編碼NRZI，其原理類似于差分編碼。
(2)時鐘偏移: FDDI分布式時鐘方案，每個站有獨立的時鐘和彈性緩沖器。進入站點緩沖器的數據時鐘是按照輸入信號的時鐘確定的，但是，從緩沖器輸出的信號時鐘是根據站的時鐘確定的，這種方案使環中中繼器的數目不受時鐘偏移因素的限制。
3、FDDI幀格式:
由此可知:FDDI MAC幀和IEEE802.5的幀十分相似，不同之處包括:FDDI幀含有前文，對高數據率下時鐘同步十分重要;允許在網內使用16位和48位地址，比IEEE802.5更加靈活;控制幀也有不同。
4、FDDI協議
FDDI和IEEE802.5的兩個主要區別:
(1)FDDI協議規定發送站發送完幀后，立即發送一幅新的標記幀，而IEEE802.5規定當發送出去的幀的前沿回送至發送站時，才發送新的標記幀。
(2)容量分配方案不同，兩者都可采用單個標記形式，對環上各站點提供同等公平的訪問權，也可優先分配給某些站點。IEEE802.5使用優先級和預約方案。
5、為了同時滿足兩種通信類型的要求，FDDI定義了同步和異步兩種通信類型，定義一個目標標記循環時間TTRT，每個站點都存在有同樣的一個TTRT值。
