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1、YCF正版可修改PPT（中职）计算机网络技术第4章教学课件模块模块4计算机局域网技术计算机局域网技术任务任务1 认识局域网认识局域网4.1.1 局域网概述局域网概述4.1.2 局域网体系结构与标准局域网体系结构与标准4.1.3 介质访问控制方法与协议介质访问控制方法与协议任务任务2 组建最小局域网组建最小局域网4.2.1 两台计算机直接互联两台计算机直接互联4.2.2 安装与协议配置安装与协议配置4.2.3 两台计算机互相访问两台计算机互相访问下一页下一页模块模块4计算机局域网技术计算机局域网技术任务任务3 组建小型企业网组建小型企业网4.3.1 常见交换机品牌与选购常见交换机品牌与选购4.3
2、.2 虚拟局域网虚拟局域网4.3.3 虚拟局域网结构虚拟局域网结构4.3.4 交换机配置概述交换机配置概述任务任务4 网络故障诊断和维护命令网络故障诊断和维护命令4.4.1 网络故障诊断命令网络故障诊断命令4.4.2 网络故障诊断工具网络故障诊断工具4.4.3 常见网络故障处理常见网络故障处理下一页下一页上一页上一页模块模块4计算机局域网技术计算机局域网技术任务任务5 三层交换技术三层交换技术任务任务6 接入局域网接入局域网4.6.1 物理地址与逻辑地址物理地址与逻辑地址4.6.2 IP地址的结构、表示与分类地址的结构、表示与分类4.6.3 IP地址的配置地址的配置应用实践应用实践3 小型企业
3、局域网的组建小型企业局域网的组建应用实践应用实践4 快速以太网组网方法快速以太网组网方法上一页上一页任务任务1 认识局域网认识局域网4.1.1局域网概述局域网概述局域网是计算机网络的重要组成部分，是当今计算机网络技局域网是计算机网络的重要组成部分，是当今计算机网络技术应用与发展中非常活跃的一个领域。公司、企业、政府部术应用与发展中非常活跃的一个领域。公司、企业、政府部门乃至住宅小区内的计算机都在通过局域网连接起来，以达门乃至住宅小区内的计算机都在通过局域网连接起来，以达到资源共享、信息传递和数据通信的目的。而信息化进程的到资源共享、信息传递和数据通信的目的。而信息化进程的加快，更是刺激了通过局
4、域网进行网络互联需求的剧增。因加快，更是刺激了通过局域网进行网络互联需求的剧增。因此，理解和掌握局域网技术也就显得很重要。此，理解和掌握局域网技术也就显得很重要。局域网的发展始于局域网的发展始于20世纪世纪70年代，至今仍是网络发展中的年代，至今仍是网络发展中的一个活跃领域。到了一个活跃领域。到了20世纪世纪90年代，年代，LAN更是在速度、带更是在速度、带宽等指标方面有了更大进展，并且在宽等指标方面有了更大进展，并且在LAN的访问、服务、管的访问、服务、管理、安全和保密等方面部有了进一步的改善。理、安全和保密等方面部有了进一步的改善。下一页下一页返回返回任务任务1 认识局域网认识局域网例如，
5、例如，Ethernet技术从传输速率为技术从传输速率为10Mbps发展到发展到100Mbps的高速以太网，并继续提高至千兆位的高速以太网，并继续提高至千兆位(1000Mbps)以太网、万兆位以太网。以太网、万兆位以太网。能反映局域网特征的有网络拓扑结构、数据传输介质和介质能反映局域网特征的有网络拓扑结构、数据传输介质和介质访问控制方法访问控制方法3个方面。由这几个方面基本上可确定网络性能个方面。由这几个方面基本上可确定网络性能(网络的响应时间、吞吐量和利用率网络的响应时间、吞吐量和利用率)、数据传输类型和网络、数据传输类型和网络应用等。其中介质访问控制方法对网络特性有着重要的影响。应用等。其中
6、介质访问控制方法对网络特性有着重要的影响。1.局域网的特点局域网的特点一般来说，局域网具有以下特点。一般来说，局域网具有以下特点。(1)覆盖范围小。一般为数百米至数公里，如一所学校、一个覆盖范围小。一般为数百米至数公里，如一所学校、一个企业、一个工厂、一幢大楼，甚至是一个房间。企业、一个工厂、一幢大楼，甚至是一个房间。(2)数据传输速率高。通常为数据传输速率高。通常为10100 Mbps，目前速率高，目前速率高达达1Gbps的局域网也已经广泛使用，可交换各类数字和非数的局域网也已经广泛使用，可交换各类数字和非数字字(如语音、图像、视频等如语音、图像、视频等)信息。信息。下一页下一页返回返回上一
7、页上一页任务任务1 认识局域网认识局域网(3)误码率低。局域网通常采用短距离基带传输，可以使用高误码率低。局域网通常采用短距离基带传输，可以使用高质量的传输介质，从而提高数据传输质量，误码率一般为质量的传输介质，从而提高数据传输质量，误码率一般为10-1110-18。(4)以以PC为主体，包括终端及各种外设，网中一般不设中央为主体，包括终端及各种外设，网中一般不设中央主机系统。主机系统。(5)建网成本低、周期短。由于网络区域有限，所用通信线路建网成本低、周期短。由于网络区域有限，所用通信线路短，网络设备相对较少，从而降低了网络成本，缩短了建网短，网络设备相对较少，从而降低了网络成本，缩短了建网
8、周期。周期。(6)协议简单、结构灵活、便于管理和扩充。协议简单、结构灵活、便于管理和扩充。2.局域网的分类局域网的分类局域网可以按多种方法分类，常用的分类方法有以下几种。局域网可以按多种方法分类，常用的分类方法有以下几种。(1)按网络的拓扑结构划分，可将局域网分为总线型网、星型按网络的拓扑结构划分，可将局域网分为总线型网、星型网、环型网、树型网等。目前常用的是星型网和总线型网。网、环型网、树型网等。目前常用的是星型网和总线型网。下一页下一页返回返回上一页上一页任务任务1 认识局域网认识局域网(2)按线路中传输的信号形式划分，可将局域网分为基带网络按线路中传输的信号形式划分，可将局域网分为基带网
9、络和宽带网络。基带网络传输数字信号，信号占用整个频带，和宽带网络。基带网络传输数字信号，信号占用整个频带，传输距离较短传输距离较短;宽带网络传输模拟信号，传输距离较远，达几宽带网络传输模拟信号，传输距离较远，达几千米以上。目前使用最多的是基带网络。千米以上。目前使用最多的是基带网络。(3)按网络的传输介质划分，可分为双绞线网络、同轴电缆网按网络的传输介质划分，可分为双绞线网络、同轴电缆网络、光纤网络和无线局域网。目前使用较多的是双绞线网络络、光纤网络和无线局域网。目前使用较多的是双绞线网络和同轴电缆网络。和同轴电缆网络。(4)按网络的介质访问方式划分，可分为以太网、令牌环网和按网络的介质访问方
10、式划分，可分为以太网、令牌环网和令牌总线网。目前使用最多的是以太网。令牌总线网。目前使用最多的是以太网。4.1.2局域网体系结构与标准局域网体系结构与标准局域网络出现不久，其产品的数量和品种迅速增多。为了使局域网络出现不久，其产品的数量和品种迅速增多。为了使不同厂商生产的网络设备之间具有兼容性、互换性和互操作不同厂商生产的网络设备之间具有兼容性、互换性和互操作性，以便让用户更灵活地进行设备选型，国际标准化组织开性，以便让用户更灵活地进行设备选型，国际标准化组织开展了局域网的标准化工作。展了局域网的标准化工作。下一页下一页返回返回上一页上一页任务任务1 认识局域网认识局域网美国电气与电子工程师协
11、会美国电气与电子工程师协会IEEE(Institute of Electrical and Electronic Engineers)于于1980年年2月月成立了局域网络标准化委员会成立了局域网络标准化委员会(简称简称IEEE 802委员会委员会)，专，专门进行局域网标准的制定。经过多年的努力，门进行局域网标准的制定。经过多年的努力，IEEE 802委委员会公布了一系列标准，称为员会公布了一系列标准，称为IEEE 802标准。标准。1.局域网体系结构局域网体系结构按照按照IEEE 802标准，局域网体系结构由物理层、介质访问标准，局域网体系结构由物理层、介质访问控制子层控制子层(Media A
12、ccessControl,MAC)和逻辑链路控制和逻辑链路控制子层子层(Logical Link Control,LLC)的协议组成，这的协议组成，这3层仅层仅对应于对应于OSI参考模型的最低两层参考模型的最低两层:物理层和数据链路层。物理物理层和数据链路层。物理层功能与层功能与0 SI模型描述的功能基本一致。在数据链路层，由模型描述的功能基本一致。在数据链路层，由于局域网技术种类多种多样，很难定义所有的局域网都能采于局域网技术种类多种多样，很难定义所有的局域网都能采用的统一标准。用的统一标准。下一页下一页返回返回上一页上一页任务任务1 认识局域网认识局域网所以所以IEEE 802委员会把局域
13、网的数据链路层划分为两个子委员会把局域网的数据链路层划分为两个子层层:LLC和和MAC。将局域网中与接入各种控制介质有关的问题。将局域网中与接入各种控制介质有关的问题都放在都放在MAC子层解决，子层解决，MAC子层的存在则屏蔽了不同物理子层的存在则屏蔽了不同物理链路种类的差异性。更具体地说，链路种类的差异性。更具体地说，MAC子层的主要功能是数子层的主要功能是数据帧的封装、卸装，帧的寻址和识别，实现和维护据帧的封装、卸装，帧的寻址和识别，实现和维护MAC协议、协议、比特的差错控制等，其中关键是规定站点何时可以使用通信比特的差错控制等，其中关键是规定站点何时可以使用通信介质。介质。MAC子层协议
14、依赖于各自的物理层。子层协议依赖于各自的物理层。LLC子层的主要子层的主要功能包括建立和释放数据链路层的逻辑连接功能包括建立和释放数据链路层的逻辑连接;屏蔽屏蔽MAC子层子层的差异，提供高层的接口的差异，提供高层的接口;对帧进行编号，实现差错控制和确对帧进行编号，实现差错控制和确认等。认等。局域网参考模型局域网参考模型,IEEE 802标准与标准与OSI模型的对应关系如模型的对应关系如图图4-1所示。所示。1)物理层物理层局域网的物理层是和局域网的物理层是和OSI七层模型的物理层功能相当的，主七层模型的物理层功能相当的，主要涉及局域网物理链路上原始比特流的传送，定义局域网物要涉及局域网物理链路
15、上原始比特流的传送，定义局域网物理层的机械、电气、规程和功能特性。理层的机械、电气、规程和功能特性。下一页下一页返回返回上一页上一页任务任务1 认识局域网认识局域网如信号的传输与接收、同步序列的产生和删除，物理连接的如信号的传输与接收、同步序列的产生和删除，物理连接的建立、维护、拆除等。建立、维护、拆除等。物理层还规定了局域网所使用的信号、编码、传输介质、拓物理层还规定了局域网所使用的信号、编码、传输介质、拓扑结构和传输速率。例如，信号编码可以采用曼彻斯特编码，扑结构和传输速率。例如，信号编码可以采用曼彻斯特编码，传输介质可采用双绞线、同轴电缆、光缆甚至是无线传输介传输介质可采用双绞线、同轴电
16、缆、光缆甚至是无线传输介质，拓扑结构则支持总线型、星形、环形、树形和星形环等，质，拓扑结构则支持总线型、星形、环形、树形和星形环等，可提供多种不同的数据传输率。物理层由物理介质相关设备可提供多种不同的数据传输率。物理层由物理介质相关设备(PMD)、物理介质连接设备、物理介质连接设备(PMA)、连接单元接口、连接单元接口(AUI、物理、物理信号信号(PS)四个部分组成。四个部分组成。2)数据链路层数据链路层局域网的数据链路层分为逻辑链路控制和介质访问控制两个局域网的数据链路层分为逻辑链路控制和介质访问控制两个功能子层。功能子层。其中，其中，MAC子层负责介质访问控制机制的实现，即处理局域子层负责
17、介质访问控制机制的实现，即处理局域网中各节点对共享通信网中各节点对共享通信下一页下一页返回返回上一页上一页任务任务1 认识局域网认识局域网介质的争用问题，不同类型的局域网通常使用不同的介质访介质的争用问题，不同类型的局域网通常使用不同的介质访问控制协议，另外问控制协议，另外MAC子层还涉及局域网中的物理寻址子层还涉及局域网中的物理寻址;而而LLC子层负责屏蔽掉子层负责屏蔽掉MAC子层的不同实现，将其变成统一的子层的不同实现，将其变成统一的LLC界面，从而向网络层提供一致的服务，界面，从而向网络层提供一致的服务，LLC子层向网络子层向网络层提供的服务通过其与网络层之间的逻辑接口实现，这些逻层提供
18、的服务通过其与网络层之间的逻辑接口实现，这些逻辑接口又被称为服务访问点辑接口又被称为服务访问点(Service Access Point,SAP)。这样的局域网体系结构不仅使这样的局域网体系结构不仅使IEEE 802标准更具有可扩充标准更具有可扩充性，有利于其将来接纳新的介质访问控制方法和新的局域网性，有利于其将来接纳新的介质访问控制方法和新的局域网技术，同时也不会使局域网技术的发展或变革影响到网络层。技术，同时也不会使局域网技术的发展或变革影响到网络层。尽管将局域网的数据链路层分成了尽管将局域网的数据链路层分成了LLC和和MAC两个子层，但两个子层，但这两个子层都要参与数据的封装和拆封过程，
19、这两个子层都要参与数据的封装和拆封过程，下一页下一页返回返回上一页上一页任务任务1 认识局域网认识局域网而不是只由其中某一个子层来完成数据链路层帧的封装及拆而不是只由其中某一个子层来完成数据链路层帧的封装及拆封。在发送方，网络层下来的数据分组首先要加上封。在发送方，网络层下来的数据分组首先要加上DSAP(Destination Service Access Point，目的服务接入点，目的服务接入点),SSAP(Source Service Access Point，源服务接入点，源服务接入点)等控等控制信息，在制信息，在LLC子层被封装成子层被封装成LLC帧，然后由帧，然后由LLC子层将其子
20、层将其交给交给MAC子层，加上子层，加上MAC子层相关的控制信息后被封装成子层相关的控制信息后被封装成MAC帧，最后由帧，最后由MAC子层交给局域网的物理层完成物理传子层交给局域网的物理层完成物理传输。在接收方，则首先将物理的原始比特流还原成输。在接收方，则首先将物理的原始比特流还原成MAC帧，帧，在在MAC子层完成帧检测和拆封后变成子层完成帧检测和拆封后变成LLC帧交给帧交给LLC子层，子层，LLC子层完成相应的帧检验和拆封工作将其还原成网络层的子层完成相应的帧检验和拆封工作将其还原成网络层的分组上交给网络层。分组上交给网络层。总之，局域网的总之，局域网的LLC子层和子层和MAC子层共同完成
21、类似于子层共同完成类似于OSI模模型中的数据链路层功能，只是考虑到局域网的共享介质环境，型中的数据链路层功能，只是考虑到局域网的共享介质环境，在数据链路层的实现上增加了介质访问控制机制。在数据链路层的实现上增加了介质访问控制机制。下一页下一页返回返回上一页上一页任务任务1 认识局域网认识局域网2.IEEE 802局域网标准局域网标准1980年年2月月IEEE成立了专门负责制定局域网标准的成立了专门负责制定局域网标准的IEEE 802委员会。该委员会开发了一系列局域网委员会。该委员会开发了一系列局域网(LAN)和城域网和城域网(MAN)标准，最广泛使用的标准是以太网标准，最广泛使用的标准是以太网
22、(Ethernet)家族、令家族、令牌环、无线局域网，虚拟网等。牌环、无线局域网，虚拟网等。IEEE 802委员会于委员会于1984年公布了五项标准年公布了五项标准IEEE 802.1-IEEE 802.5，随着局域，随着局域网技术的迅速发展，新的局域网标准不断被推出，最新的吉网技术的迅速发展，新的局域网标准不断被推出，最新的吉位以太网技术目前也已标准化。位以太网技术目前也已标准化。IEEE 802标准仅包含标准仅包含OSI参考模型的物理层和数据链路层参考模型的物理层和数据链路层协议，其他较高层次的协议目前还没有制定，一般会参考使协议，其他较高层次的协议目前还没有制定，一般会参考使用用OSI和
23、其他的相应标准和其他的相应标准(如如TCP/IP)o IEEE 802已增加已增加到十几个分委员会，各分委员会的结构关系及其制定的局域到十几个分委员会，各分委员会的结构关系及其制定的局域网标准如网标准如图图4-2所示。所示。IEEE 802为局域网制定了一系列标准，主要有如下几种。为局域网制定了一系列标准，主要有如下几种。IEEE 802.1:描述局域网体系结构以及寻址、网络管理描述局域网体系结构以及寻址、网络管理和网络互联和网络互联(1997)。下一页下一页返回返回上一页上一页任务任务1 认识局域网认识局域网IEEE 802.1 G:远程远程 MAC传输媒体访问控制传输媒体访问控制)桥接桥接
24、(1998)。规定本地规定本地MAC网桥操作远程网桥的方法。网桥操作远程网桥的方法。IEEE 802.1 H:在局域网中以太网在局域网中以太网2.0版版MAC桥接桥接(1997)。IEEE 802.1 Q:虚拟局域网虚拟局域网(1998)。IEEE 802.2:定义了逻辑链路控制定义了逻辑链路控制(LLCM子层的功能与服子层的功能与服务务(1998)。IEEE 802.3:描述带冲突检测的载波监听多路访问描述带冲突检测的载波监听多路访问(CSMA/CD)的访问方法和物理层规范的访问方法和物理层规范(1998)。IEEE 802.3ab:描述描述1000 Base-T访问控制方法和物理访问控制方
25、法和物理层技术规范层技术规范(1999)。IEEE 802.Sac:描述描述ULAN的帧扩展的帧扩展(1998)。IEEE 802.3ad:描述多重链接分段的聚合协议描述多重链接分段的聚合协议(Aggregation of Multiple Link Segments)(2000)。下一页下一页返回返回上一页上一页任务任务1 认识局域网认识局域网IEEE 802.3i:描述描述10Bas。-T访问控制方法和物理层技访问控制方法和物理层技术规范。术规范。IEEE 802.3u:描述描述100Bas。-T访问控制方法和物理层访问控制方法和物理层技术规范。技术规范。IEEE 802.3z:描述描述1
26、000 Bas。-X访问控制方法和物理访问控制方法和物理层技术规范。层技术规范。IEEE 802.Sae:描述描述10(Bas。-X访问控制方法和物理访问控制方法和物理层技术规范。层技术规范。IEEE 802.4:描述描述Token-Bus访问控制方法和物理层访问控制方法和物理层技术规范。技术规范。IEEE 802.5:描述描述Token-Rin;访问控制方法和物理层访问控制方法和物理层技术规范技术规范(1997)。IEEE 802.St:描述描述100Mbps高速标记环访问方法高速标记环访问方法(2000下一页下一页返回返回上一页上一页任务任务1 认识局域网认识局域网 IEEE 802.6:
27、描述城域网描述城域网(MAN)访问控制方法和物理层技访问控制方法和物理层技术规范术规范(1994)。1995年又附加了年又附加了MAN的的DQDB(分布式排分布式排列双总线列双总线)子网上面向连接的服务协议。子网上面向连接的服务协议。IEEE 802.7:描述宽带网访问控制方法和物理层技术规描述宽带网访问控制方法和物理层技术规范。范。IEEE 802.8:描述描述FDDI(光纤分布式数据接口光纤分布式数据接口)访问控制访问控制方法和物理层技术规范。方法和物理层技术规范。IEEE 802.9:描述综合语音、数据局域网技术描述综合语音、数据局域网技术(1996)。IEEE 802.10:描述局域网
28、网络安全标准描述局域网网络安全标准(1998)。IEEE 802.11:描述无线局域网访问控制方法和物理层描述无线局域网访问控制方法和物理层技术规范技术规范(1999)。IEEE 802.12:描述描述100VG-AnyLAN访问控制方法和访问控制方法和物理层技术规范。物理层技术规范。下一页下一页返回返回上一页上一页任务任务1 认识局域网认识局域网IEEE 802.14:描述利用描述利用CATV(有线电视有线电视)宽带通信的标宽带通信的标准准(1998)。IEEE 802.15:描述无线局域网描述无线局域网(Wireless Personal Area Network,WPAN)。IEEE 8
29、02.16:描述宽带无线访问标准描述宽带无线访问标准(Broadband Wireless Access Standards)。图图4-2描述了描述了802标准的内部关系。标准的内部关系。从从图图4-2可以看出，可以看出，IEEE 802标准实际上是一个由一系列标准实际上是一个由一系列协议组成的标准体系。随着局域网技术的发展，该体系在不协议组成的标准体系。随着局域网技术的发展，该体系在不断地增加新的标准和协议，如基于断地增加新的标准和协议，如基于802.3的家族就随着以太的家族就随着以太网技术的发展出现了许多新的成员。网技术的发展出现了许多新的成员。4.1.3介质访问控制方法与协议介质访问控制
30、方法与协议所谓介质访问控制方法就是传输介质的访问方法，也可以称所谓介质访问控制方法就是传输介质的访问方法，也可以称为网络的控制方法，是指网络中各节点之间的信息传输如何为网络的控制方法，是指网络中各节点之间的信息传输如何控制。局部网络的拓扑结构对网络的控制方法有较大的影响。控制。局部网络的拓扑结构对网络的控制方法有较大的影响。下一页下一页返回返回上一页上一页任务任务1 认识局域网认识局域网如如图图4-3所示的总线型局部网络，连接在总线上的各节点彼所示的总线型局部网络，连接在总线上的各节点彼此之间如何共享总线介质、通路如何分配，以及各节点之间此之间如何共享总线介质、通路如何分配，以及各节点之间如何
31、传递信息如何传递信息(如如A节点与节点与C节点通信时，节点通信时，B节点能否与节点能否与C节点节点通信通信)等，都必须制定一个控制策略，以决定在某一段时间内等，都必须制定一个控制策略，以决定在某一段时间内允许哪个节点占用总线发送信息，确保各节点之间能正常发允许哪个节点占用总线发送信息，确保各节点之间能正常发送和接收信息，这就是介质访问控制方法要解决的问题。送和接收信息，这就是介质访问控制方法要解决的问题。局部网络的访问控制方法很多，其分类方法也很多，从控制局部网络的访问控制方法很多，其分类方法也很多，从控制方式方面来看，可分为集中式控制和分布式控制两大类。方式方面来看，可分为集中式控制和分布式
32、控制两大类。所谓集中式控制，是指网络中有一个单独的集中控制器或有所谓集中式控制，是指网络中有一个单独的集中控制器或有一个具有控制整个网络的节点，由它控制各节点的通信。而一个具有控制整个网络的节点，由它控制各节点的通信。而分布式控制则是指网络中没有专门的集中控制器，也没有具分布式控制则是指网络中没有专门的集中控制器，也没有具有控制整个网络的节点，网络中所有节点都处于平等地位。有控制整个网络的节点，网络中所有节点都处于平等地位。因此，在分布式控制中，各节点之间的通信是由各节点自身因此，在分布式控制中，各节点之间的通信是由各节点自身控制的。集中式与分布式控制相比，分布式控制应用较集中控制的。集中式与
33、分布式控制相比，分布式控制应用较集中式控制广泛。例如，目前在总线型和环型局域网中，基本上式控制广泛。例如，目前在总线型和环型局域网中，基本上都采用分布式控制方法。对于分布式控制方法较常用的有带都采用分布式控制方法。对于分布式控制方法较常用的有带有碰撞检测的载波侦听多点访问有碰撞检测的载波侦听多点访问(CSMA/下一页下一页返回返回上一页上一页任务任务1 认识局域网认识局域网CD)法、令牌法、令牌(也称许可证或通行标志也称许可证或通行标志)(Token Passing)控控制法、时隙制法、时隙(Time Slot)控制法和寄存器延迟插入法控制法和寄存器延迟插入法(Buffer Insertion
34、)。从占用传输介质的机会方面来看，访问控制方法可以分为确从占用传输介质的机会方面来看，访问控制方法可以分为确定性访问控制方法和随机访问控制方法。随机访问控制大多定性访问控制方法和随机访问控制方法。随机访问控制大多用于总线型局部网络中，如用于总线型局部网络中，如CSMA/CD技术就属于随机访问技术就属于随机访问控制法。控制法。1.CSMA/CDCSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect)，即载波监听多路访问，即载波监听多路访问/冲突冲突检测技术，是一种适用于总线型结构的分布式介质访问控制检测技术，是一种适用于总线型结构的分布式介质
35、访问控制方法，在国内外广为流行。方法，在国内外广为流行。CSMA/CD是一种争用协议，网络中的每个站点都争用同一是一种争用协议，网络中的每个站点都争用同一个信道，都能独立决定是否发送信息，如果有两个以上的站个信道，都能独立决定是否发送信息，如果有两个以上的站点同时发送信息就会产生冲突。点同时发送信息就会产生冲突。下一页下一页返回返回上一页上一页任务任务1 认识局域网认识局域网如如图图4-4所示，网络中的计算机所示，网络中的计算机A和计算机和计算机B同时向计算机同时向计算机D传送数据，结果发生了冲突。一旦发生冲突，同时发送的所传送数据，结果发生了冲突。一旦发生冲突，同时发送的所有信息都会出错，本
36、次发送将宣告失败。每个站点必须有能有信息都会出错，本次发送将宣告失败。每个站点必须有能力判断冲突是否发生，如果发生冲突，则应等待随机时间间力判断冲突是否发生，如果发生冲突，则应等待随机时间间隔后重发，以免再次发生冲突。这种协议在轻负载时，只要隔后重发，以免再次发生冲突。这种协议在轻负载时，只要介质空闲，发送站就能立即发送信息。在重负载时，仍能保介质空闲，发送站就能立即发送信息。在重负载时，仍能保持系统的稳定。由于在介质上传输的信号有衰减，为了能够持系统的稳定。由于在介质上传输的信号有衰减，为了能够正确地检测出冲突信号，一般要限制网络连接的最大电缆段正确地检测出冲突信号，一般要限制网络连接的最大
37、电缆段长度。长度。1)CSMA/CD的发送过程的发送过程CSMA/CD的发送流程可以概括为的发送流程可以概括为“先听后发，边听边发，先听后发，边听边发，冲突停止，延迟重发冲突停止，延迟重发”16个字。个字。图图4-5是是CSMA/CD的发送的发送工作流程。工作流程。在在CSMA/CD方式中，发送站检测通信信道中的载波信号。方式中，发送站检测通信信道中的载波信号。如果检测到载波信号，则说明没有其他站在发送数据，或者如果检测到载波信号，则说明没有其他站在发送数据，或者信道上没有数据，该站可以发送信道上没有数据，该站可以发送;否则，否则，下一页下一页返回返回上一页上一页任务任务1 认识局域网认识局域
38、网说明信道上有数据，等待一定时间后再次试探，直到能够发说明信道上有数据，等待一定时间后再次试探，直到能够发送数据为止。送数据为止。当信号在电缆中传送时，每个站都能检测到。所有的站均检当信号在电缆中传送时，每个站都能检测到。所有的站均检查数据帧中的地址字段，并依此判断是接收该帧还是忽略该查数据帧中的地址字段，并依此判断是接收该帧还是忽略该帧。帧。由于数据在网中的传输需要时间，某些位置靠后的站就侦听由于数据在网中的传输需要时间，某些位置靠后的站就侦听不到任何消息，而此时信道中又确实有信号传送，因此就会不到任何消息，而此时信道中又确实有信号传送，因此就会发生冲突。这时就用到了冲突检测，每个发送站同时
39、侦听自发生冲突。这时就用到了冲突检测，每个发送站同时侦听自己的信号。如果该信号出现错误，发送站再发送一个干扰信己的信号。如果该信号出现错误，发送站再发送一个干扰信息加强冲突。任何站侦听到干扰信号后，均停止一段时间再息加强冲突。任何站侦听到干扰信号后，均停止一段时间再去试探，这一时间由网卡中的算法来决定。去试探，这一时间由网卡中的算法来决定。2)CSMA/CD的接收过程的接收过程在接收过程中，以太网中的各节点同样需要监测信道的状态。在接收过程中，以太网中的各节点同样需要监测信道的状态。如果发现信号畸变，则说明信道中有两个或多个节点同时发如果发现信号畸变，则说明信道中有两个或多个节点同时发送数据，
40、有冲突发生，这时必须停止接收，并将接收到的数送数据，有冲突发生，这时必须停止接收，并将接收到的数据丢弃。据丢弃。下一页下一页返回返回上一页上一页任务任务1 认识局域网认识局域网如果在整个接收过程中没有发生冲突，则接收节点在收到一如果在整个接收过程中没有发生冲突，则接收节点在收到一个完整的数据后，可对数据进行接收处理。个完整的数据后，可对数据进行接收处理。图图4-6是是CSMA/CD的接收工作流程。的接收工作流程。3)CSMA/CD方法的优缺点方法的优缺点(1)每个节点都处于平等地位去竞争传输介质，实现的算法简每个节点都处于平等地位去竞争传输介质，实现的算法简单单;网络维护方便，增删节点容易。网
41、络维护方便，增删节点容易。(2)负载较少负载较少(节点少或信息发送不频繁节点少或信息发送不频繁)时，要发送信息的节时，要发送信息的节点可以立即获得对介质的访问权，执行发送操作，效率较高。点可以立即获得对介质的访问权，执行发送操作，效率较高。(3)不具有某些场合要求的优先权。不具有某些场合要求的优先权。(4)负载重时，容易出现冲突，使传输效率和有效带宽大为降负载重时，容易出现冲突，使传输效率和有效带宽大为降低低;不确定的等待时间和延迟可能在过程控制应用中产生严重不确定的等待时间和延迟可能在过程控制应用中产生严重问题。问题。在正常情况下，以太网的网络利用率在在正常情况下，以太网的网络利用率在30%
42、40%的范围的范围内是正常的。内是正常的。下一页下一页返回返回上一页上一页任务任务1 认识局域网认识局域网当网络利用率提高到约当网络利用率提高到约80%时，冲突的数量就会导致网络运时，冲突的数量就会导致网络运行速度明显下降，在极端的情况下，网络上的信息会拥挤到行速度明显下降，在极端的情况下，网络上的信息会拥挤到使网络几乎处于无休止的争用状态之中，最后的结果就是网使网络几乎处于无休止的争用状态之中，最后的结果就是网络崩溃。由于网络上传输的信息量很大时会造成网络运行速络崩溃。由于网络上传输的信息量很大时会造成网络运行速度下降，所以在扩充网络时应注意限制网段规模，通常的做度下降，所以在扩充网络时应注
43、意限制网段规模，通常的做法是用交换机或路由器把一个大的网络分割成若干较小的网法是用交换机或路由器把一个大的网络分割成若干较小的网段段(子网子网)。2.令牌环访问控制方法令牌环访问控制方法1)概述概述Token Ring是令牌传送环是令牌传送环(Token Passing Ring)的简写。的简写。令牌环网最早起源于令牌环网最早起源于IBM于于1985年推出的环形基带网络。年推出的环形基带网络。IEEE 802.5标准定义了标准定义了令牌环网的国际规范。令牌环网的国际规范。令牌环网在物理层提供令牌环网在物理层提供4 Mbps和和16Mbps两种传输速率两种传输速率;支持支持STP/UTP双绞线和
44、光纤作为传输介质，但较多的是采双绞线和光纤作为传输介质，但较多的是采用用STP。下一页下一页返回返回上一页上一页任务任务1 认识局域网认识局域网令牌环介质访问控制方法，是通过在环形网上传输令牌的方令牌环介质访问控制方法，是通过在环形网上传输令牌的方式来实现对介质的访问控制的。只有当令牌传送至环中某节式来实现对介质的访问控制的。只有当令牌传送至环中某节点时，它才能利用环路发送或接收信息。点时，它才能利用环路发送或接收信息。2)令牌环网的构建令牌环网的构建构建构建Token Ring网络时，需要网络时，需要Token Ring网卡、网卡、Token Ring集线器和传输介质等。集线器和传输介质等。
45、图图4-7给出了一个给出了一个Token Ring组网的示例。其物理拓扑在外表上为星形结构，组网的示例。其物理拓扑在外表上为星形结构，星形拓扑的中心是一个被称为介质访问单元星形拓扑的中心是一个被称为介质访问单元(Media Access Unit,MAU)的集线器装置，的集线器装置，MAU有增强信号的功能，它可有增强信号的功能，它可以将前一个节点的信号增强后再送至下一个节点，以稳定信以将前一个节点的信号增强后再送至下一个节点，以稳定信号在网络中的传输。从号在网络中的传输。从图图4-7中也可以看出，从中也可以看出，从MAU的内的内部看，令牌环网集线器上的每个端口实际上是用电缆连在一部看，令牌环网
46、集线器上的每个端口实际上是用电缆连在一起的，即当各节点与令牌环网集线器连接起来后，就形成了起的，即当各节点与令牌环网集线器连接起来后，就形成了一个电气网环。所以人们认为一个电气网环。所以人们认为Token Rind采用的仍是一个采用的仍是一个物理环的结构。物理环的结构。下一页下一页返回返回上一页上一页任务任务1 认识局域网认识局域网集线器可以拥有集线器可以拥有4,8,12或或16个连接端口，另外还加上两个个连接端口，另外还加上两个名为入环名为入环(Ring-In,RI和出环和出环(Ring-Out,RO)的专用端口。的专用端口。如果要建立的环网节点数大于集线器的端口数，则使用集线如果要建立的环
47、网节点数大于集线器的端口数，则使用集线器上的器上的RI和和RO端口进行集线器的互联以扩大网络规模。有端口进行集线器的互联以扩大网络规模。有些集线器如些集线器如MSAU(Multi-Station Access Units)具具有容错功能，即当某个网卡出现故障时，这种集线器可以从有容错功能，即当某个网卡出现故障时，这种集线器可以从环中将该故障节点删除，并仍维护原来的环路，从而可以隔环中将该故障节点删除，并仍维护原来的环路，从而可以隔离故障节点。离故障节点。令牌环网在令牌环网在MAC子层采用令牌传送的介质访问控制方法，所子层采用令牌传送的介质访问控制方法，所以在令牌环网中有两种以在令牌环网中有两种
48、MAC层的帧，即令牌帧和数据层的帧，即令牌帧和数据/命令命令帧。帧。3)令牌环网的工作原理令牌环网的工作原理令牌环网利用一种称之为令牌环网利用一种称之为“令牌令牌(Token)”的短帧来选择拥有的短帧来选择拥有传输介质的节点，只有拥有令牌的节点才有权发送信息。令传输介质的节点，只有拥有令牌的节点才有权发送信息。令牌平时不停地在环路上流动，当一个节点有数据要发送时，牌平时不停地在环路上流动，当一个节点有数据要发送时，必须等到令牌出现在本节点时截获它，必须等到令牌出现在本节点时截获它，下一页下一页返回返回上一页上一页任务任务1 认识局域网认识局域网即将令牌的独特标志转变为信息帧的标志即将令牌的独特
49、标志转变为信息帧的标志(或称把闲令牌置为或称把闲令牌置为忙令牌忙令牌)，然后将所要发送的信息附上之后发送出去。由于令，然后将所要发送的信息附上之后发送出去。由于令牌环网采用的是单令牌策略，环路上只能有一个令牌存在，牌环网采用的是单令牌策略，环路上只能有一个令牌存在，只要有一个节点发送信息，环路上只要有一个节点发送信息，环路上就不会再有空闲的令牌流动。采取这样的策略，可以保证任就不会再有空闲的令牌流动。采取这样的策略，可以保证任一时刻环路上只能有一个发送节点，因此不会出现像以太网一时刻环路上只能有一个发送节点，因此不会出现像以太网那样的竞争局面，环网不会因发生冲突而降低效率，所以说那样的竞争局面
50、，环网不会因发生冲突而降低效率，所以说令牌环网的一个很大优点就是在重载时可以高效率地工作。令牌环网的一个很大优点就是在重载时可以高效率地工作。在环上传输的信息逐个节点不断向前传输，一直到达目的节在环上传输的信息逐个节点不断向前传输，一直到达目的节点。目的节点一方面复制这个帧点。目的节点一方面复制这个帧(即收下这个帧即收下这个帧)，另一方面，另一方面还要将此信息帧转发给下一个节点还要将此信息帧转发给下一个节点(并在其后附上已接收标志并在其后附上已接收标志)。信息在环路上转了一圈后，最后又必然会回到发送数据的。信息在环路上转了一圈后，最后又必然会回到发送数据的源节点，信息回到源节点后，源节点对返回