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。
5、LLC協議的型和類
LLC為服務訪問點間的數據通信定義了兩種操作:Ⅰ型操作，LLC間交換PDU不需要建立數據鏈路連接，這些PDU不被確認，也沒有流量控制和差錯恢復。
Ⅱ型操作，兩個LLC間交換帶信息的PDU之間，必須先建立數據鏈路連接，正常的通信包括，從源LLC到目的LLC發送帶有信息的PDU，它由相反方向上的PDU所確認。
LLC的類型:第1類型，LLC只支持Ⅰ型操作;第2類型，LLC既支持Ⅰ型操作，也支持Ⅱ型操作。
6、LLC協議的元素
控制字段的三種格式:帶編號的信息幀傳輸、帶編號的監視幀傳輸、無編號控制傳輸、無編號信息傳輸。
帶編號的信息幀傳輸和帶編號的監視幀傳輸只能用于Ⅱ型操作。
無編號控制傳輸和無編號信息傳輸可用于Ⅰ型或Ⅱ型操作，但不能同時用。
信息幀用來發送數據，監視幀用來作回答響應和流控。
六、CSMA/CD介質訪問控制協議
1、MAC服務規范三種原語
MA-DATA.request 、MA-DATA.indication、MA-DATA.confirm
2、介質訪問控制的幀結構
CSMA/CD的MAC幀由8個字段組成:前導碼;幀起始定界符SFD;幀的源和目的地址DA、SA;表示信息字段長度的字段;邏輯連接控制幀LLC;填充的字段PAD;幀檢驗序列字段FCS。
前導碼:包含7個字節，每個字節為10101010，它用于使PLS電路和收到的幀定時達到穩態同步。
幀起始定界符:字段是10101011序列，它緊跟在前導碼后，表示一幅幀的開始。幀檢驗序列:發送和接收算法兩者都使用循環冗余檢驗(CRC)來產生FCS字段的CRC值。
3、介質訪問控制方法
IEEE802.3標準提供了介質訪問控制子層的功能說明，有兩個主要的功能:數據封裝(發送和接收)，完成成幀(幀定界、幀同步)、編址(源和目的地址處理)、差錯檢測(物理介質傳輸差錯的檢測);介質訪問管理，完成介質分配避免沖突和解決爭用處理沖突。
七、標記環介質訪問控制協議
標記環局域網協議標準包括四個部分:邏輯鏈路控制LLC、介質訪問控制MAC、物理層PHY和傳輸介質。
1、IEEE802.5規定了后面三個部分的標準。LLC和MAC等效于OSI的第二層(數據鏈路層)，PHY相當于OSI的第一層(物理層)。LLC使用MAC子層的服務，提供網絡層的服務，MAC控制介質訪問，PHY負責和物理介質接口。
2、介質訪問控制幀結構
標記環有兩個基本格式:標記和幀。在IEEE802.5中幀的傳輸是從最高位開始一位一位發送，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發送的，這一點對于不同協議的局域網互連時要進行轉換。
3、介質訪問控制方法
(1)幀發送:對環中物理介質的訪問系采用沿環傳遞一個標記的方法來控制。取得標記的站具有發送一幀或一系列幀的機會。
(2)標記發送:在完成幀發送后，該站就要查看本站地址是否在SA字段中返回，若未查看到，則該站就發送填充，否則就發送標記。標記發送后，該站仍留在發送狀態，起到該站發送的所有的幀從環上移去為止。
(3)幀接收:若幀的類型比特表示為MAC幀，則控制比特由環上所有的站進行解釋。如果幀的DA字段與站的單地址、相關組地址或廣播地址匹配，則把FC、DA、SA、INFO以及FS字段拷貝入接收緩沖區中，并隨后轉送至適當子層。
(4)優先權操作:訪問控制字段中的優先權比特PPP和預約比特RRR配合工作，使環中服務優先權與環上準備發送的PDU最高優先級匹配。
