第1章--局域网导入要点优秀PPT.ppt

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1、第1章 局域网Local Area Networks，局域网最主要的特点是：网络为一个单位所拥有，且地理范围和站点数目均有限。主要基于以太网技术的局域网和WLAN。局域网刚出时比广域网有更高的数据率和更低的误码率。局域网和小型计算机相比，具有一些主要优点：能便利地共享昂贵的外部设备、主机以及软件、数据。从一个站点可访问全网。便于系统的扩展和渐渐地演化，各设备的位置可敏捷调整和变更。提高了系统的牢靠性、可用性和残存性。局域网的拓扑 匹配电阻集线器干线耦合器总线网星形网树形网 环形网现在哪种最常用？媒体共享技术双绞线，同轴电缆，光纤，无线静态划分信道(不适合LAN)频分复用时分复用波分复用码分复用

2、 动态媒体接入限制（多点接入）随机接入，需解决冲突.CSMA/CD受控接入，如多点线路探询(polling)，或轮询。令牌环。LAN着重考虑如何共享通信媒体资源！传统以太网(10/100/1000Mb/s)1.两个标准 DIX即DEC、Intel和施乐Xerox公司的首字母。1980年9月，DEC公司，Intel公司和施乐公司联合发表了10Mb/s以太网规约的第一个版本DIX V1，1982年又修改为其次个版本（事实上也就是最终的版本），即DIX V2，成为世界上第一个局域网规约。数据链路层的两个子层 为了使数据链路层能更好地适应多种局域网标准(Taken-Ring)，802 委员会就将局域网

3、的数据链路层拆成两个子层：逻辑链路限制 LLC(Logical Link Control)子层媒体接入限制 MAC(Medium Access Control)子层。IEEE802标标准中准中为为什么要划分什么要划分逻辑逻辑链链路限制路限制LLC子子层层和媒体和媒体访问访问限制限制MAC子子层层?MAC 子层与物理层相关联，而LLC子层则完全独立出来，为高层供应服务，这样就实现了物理层和数据链路层的完全独立，解决了l SO制定的计算机网络 7 层参考模型（即OSI模型）中局域网物理层和数据链路层不能完全独立的问题。与接入到传输媒体有关的内容都放在 MAC子层，而 LLC 子层则与传输媒体无关，

4、不管接受何种协议的局域网对 LLC 子层来说都是透亮的.局域网对 LLC 子层是透亮的 局 域 网网络层物理层站点 1网络层物理层逻辑链路控制LLCLLC媒体接入控制MACMAC数据链路层站点 2LLC LLC 子层看不见子层看不见下面的局域网下面的局域网以后一般不考虑 LLC 子层 由于TCP/IP 体系常常运用的局域网是 DIX Ethernet V2 而不是 802.3 标准中的几种局域网，因此现在 802 委员会制定的逻辑链路限制子层 LLC（即 802.2 标准）的作用已经不大了。很多厂商生产的网卡上就仅装有 MAC 协议而没有 LLC 协议。2.网卡的作用 探讨：网卡在网联过程中的

5、作用？网络接口板又称为通信适配器(adapter)或网络接口卡 NIC(Network Interface Card)，或“网卡”。网卡的重要功能：进行串行/并行转换。对数据进行缓存。在计算机的操作系统安装设备驱动程序。实现以太网协议。CPU高速缓存存储器I/O 总线计算机至局域网网络接口卡（网卡）串行通信并行通信最初的以太网是将很多计算机都连接到一根总线上。当时认为这样的连接方法既简洁又牢靠，因为总线上没有有源器件。3.CSMA/CD 协议 B向 D发送数据 C D A E匹配电阻（用来吸取总线上传播的信号）匹配电阻不接受不接受不接受接受B只有 D 接受B 发送的数据以太网的广播方式发送 总

6、线上的每一个工作的计算机都能检测到 B 发送的数据信号。由于只有计算机 D 的地址与数据帧首部写入的地址一样，因此只有 D 才接收这个数据帧。其他全部的计算机（A,C 和 E）都检测到不是发送给它们的数据帧，因此就丢弃这个数据帧而不能够收下来。具有广播特性的总线上实现了一对一的通信。为了通信的简便以太网实行了两种重要的措施 接受较为敏捷的无连接的工作方式，即不必先建立连接就可以干脆发送数据。以太网对发送的数据帧不进行编号，也不要求对方发回确认。这样做的理由是局域网信道的质量很好，因信道质量产生差错的概率是很小的。以太网供应的服务 以太网供应的服务是不行靠的交付，即尽最大努力的交付。当目的站收到

7、有差错的数据帧时就丢弃此帧，其他什么也不做。差错的订正由高层来确定。假如高层发觉丢失了一些数据而进行重传，但以太网并不知道这是一个重传的帧，而是当作一个新的数据帧来发送。还须要解决的问题最初的以太网是将很多计算机都连接到一根总线上。总线上只要有一个主机发送数据,信道资源就会被占用。所以同一个时候只允许一个主机发送数据，否则就会相互干扰，大家都无法正常发送数据。以太网必需接受一种特殊协议来协调。载波监听多点接入/碰撞检测CSMA/CDCSMA/CD 表示 Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection。“多点接入”表示很多计算机以多点

8、接入的方式连接在一根总线上。“载波监听”是指每一个站在发送数据之前先要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据，假如有，则短暂不要发送数据，以免发生碰撞。“载波”并非指频分复用FDM的载波。总线上并没有什么“载波”。因此，“载波监听”就是用电子技术检测总线上有没有其他计算机发送的电信号。碰撞检测“碰撞检测”就是计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小。当几个站同时在总线上发送数据时，总线上的信号电压摇摆值将会增大（相互叠加）。当一个站检测到的信号电压摇摆值超过确定的门限值时，就认为总线上至少有两个站同时在发送数据，表明产生了碰撞。所谓“碰撞”就是发生了冲突。因此“碰撞检测”也称为“冲突检测”

9、。问题：在以太网中发生了碰撞是否说明这时出现了某种故障？答：还不能这样看。以太网中发生碰撞是很正常的现象。发生碰撞只是表明在以太网上同时有两个或更多的站在发送数据。碰撞的结果是这些站所发送的数据都没有用了，都必需进行重传。以太网上发生碰撞的机会是多还是少，与以太网上的通信量强度有很大的关系。这并没有一个确定的定量的准则。很难说具有多大的碰撞次数就属于坏的以太网。检测到碰撞后在发生碰撞时，总线上传输的信号产生了严峻的失真，无法从中复原出有用的信息来。每一个正在发送数据的站，一旦发觉总线上出现了碰撞，就要马上停止发送，免得接着奢侈网络资源，然后等待一段随机时间后再次发送。电磁波在总线上的有限传播速

10、率的影响 当某个站监听到总线是空闲时，也可能总线并非真正是空闲的。A 向 B 发出的信息，要经过确定的时间后才能传送到 B。B 若在 A 发送的信息到达 B 之前发送自己的帧(因为这时 B 的载波监听检测不到 A 所发送的信息)，则必定要在某个时间和 A 发送的帧发生碰撞。碰撞的结果是两个帧都变得无用。重要特性运用 CSMA/CD 协议的以太网不能进行全双工通信而只能进行双向交替通信（半双工通信）。每个站在发送数据之后的一小段时间内，存在着遭遇碰撞的可能性。这种发送的不确定性使整个以太网的平均通信量远小于以太网的最高数据率。争用期最先发送数据帧的站，在发送数据帧后至多经过时间 2（两倍的端到端

11、来回时延）就可知道发送的数据帧是否遭遇了碰撞。以太网的端到端来回时延 2 称为争用期，或碰撞窗口。经过争用期这段时间还没有检测到碰撞，才能确定这次发送不会发生碰撞。争用期的长度 对于 10 Mb/s 以太网，在争用期内可发送512 bit，即 64 字节。以太网在发送数据时，若前 64 字节没有发生冲突，则后续的数据就不会发生冲突。最短有效帧长 假如发生冲突，就确定是在发送的前 64 字节之内。由于一检测到冲突就马上中止发送，这时已经发送出去的数据确定小于 64 字节。问题：是什么缘由使以太网有一个最小帧长和最大帧长？答：设置最小帧长是为了区分开噪声和因发生碰撞而异样中止的短帧。设置最大帧长是

12、为了保证个站都能公允竞争接入到以太网。因为假如某个站发送特长的数据帧，则其他的站就必需等待很长的时间才能发送数据。传统以太网的连接方法 传统以太网可运用的传输媒体有四种：铜缆（粗缆或细缆）铜线（双绞线）光缆四种不同的物理层。10BASE5粗缆10BASE2细缆10BASE-T双绞线10BASE-F光缆以太网媒体接入控制 MAC传输传输媒体媒体电电磁波在磁波在该该媒体中的媒体中的传传播速度播速度粗粗缆缆（同（同轴电轴电缆缆）0.77c(2.31 105 km/s)细缆细缆（同（同轴电轴电缆缆）0.65c(1.95 105 km/s)双双绞线绞线0.59c(1.77 105 km/s)光光纤纤0.

13、66c(1.98 105 km/s)铜缆或铜线连接到以太网的示意图 主机箱主机箱主机箱双绞线集线器BNC T 型接头收发器电缆网卡插入式分接头MAUMDI爱护外层外导体屏蔽层内导体收发器DB-15连接器BNC 连接器插口RJ-45插头以太网的最大作用距离 250 m750 m500 m500 m500 m50 m50 m50 m网段 1转发器网段 2网段 3转发器转发器转发器网卡的功能 数据的封装与解封 发送时将上一层交下来的数据加上首部和尾部，成为以太网的帧。接收时将以太网的帧剥去首部和尾部，然后送交上一层。链路管理 主要是 CSMA/CD等协议的实现。编码与译码 即曼彻斯特编码与译码。星形

14、网 10/100 BASE-T 不用电缆而运用无屏蔽双绞线。每个站须要用两对双绞线，分别用于发送和接收。在星形网的中心则增加了一种牢靠性特别高的设备，叫做集线器(hub)/交换机等。中心设备中运用了大规模集成电路芯片，因此这样的硬件设备的牢靠性已大大提高了。以太网在局域网中的统治地位BASE-T 的通信距离稍短，每个站到集线器的距离不超过 100 m(或90M)。这种 10/100/1000 Mb/s 速率的无屏蔽双绞线星形网的出现，既降低了成本，又提高了牢靠性。以太网的信道利用率 探讨：以太网的信道利用率 如何计算?以太网的信道利用率 我们假定：总线上共有 N 个站，每个站发送帧的概率都是

15、p。争用期长度为 2，即端到端传播时延的两倍。检测到碰撞后不发送干扰信号。帧长为 L(bit)，数据发送速率为 C(b/s)，因而帧的发送时间为 L/C=T0(s)。探讨：数据的传送速度要考虑吗？以太网的信道利用率 一个帧从起先发送，经碰撞后再重传数次，到发送成功且信道转为空闲(即再经过时间 使得信道上无信号在传播)时为止，共需平均时间为 Tav。发 送 成 功 争用期 争用期 争用期 222T0t占用期 争用期的平均个数 NR 发送一帧所需的平均时间 Tav以太网的信道利用率（续）令 A 为某个站发送成功的概率，则 A=P某个站发送成功=Np(1 p)N 1 明显，某个站发送失败的概率为 1

16、 A。因此，P争用期为 j 个=P发送 j 次失败但下一次成功 =(1 A)jA (按j+1次算)争用期的平均个数等于帧重发的次数 NR：以太网的信道利用率（续）求出以太网的信道利用率（它又称为归一化吞吐量）为：这里参数 a 是总线的单程传播时延与帧的发送时延之比。考虑到 T0 是帧长 L 与数据的发送速率 C之比，于是参数 a 可写为：参数 a 可以很简洁地和时延带宽积联系起来 探讨1:在一个采有CSMA/CD协议的网络中,传输介质是一根电缆,传输速率为1Gps.若要求最远的两个站点之间的距离加50m,则该网络的的最小数据帧长度应至少增加或削减多少才能保证网络的正常工作.?传输速率R=1G,速度为v=C*0.7,帧长度为L=65535,距离为S其中,增加的时间为:探讨2:对网络性能进行评估时,若某个1000M以太网的端到端时延为 10ms,TCP的发送窗口大小为65535字节,则该网络理论上可能达到的最大吞吐量是多少Mbps?对于1000M网络,传输时间远小于端到端的时延,可以忽视传输时间,端到端的时间为10ms*2=20ms,每20ms可以发送一个窗口的通信量,则每秒可以发送50次(1S=1000ms),第一章还有什么问题?