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第四章 局域网 主要内容： 了解局域网的基本概念、特点和应用 了解局域网体系结构和IEEE802标准 了解局域网的资源共享和工作模式 掌握常用局域网的介质访问控制原理及应用 掌握以太网的组成、特点及应用 4.1 局域网概述 4.2 局域网拓扑结构和传输介质 4.3 局域网技术 信道分配 多路访问协议 4.4 局域网的IEEE 802系列标准 IEEE 802.3 和 Ethernet IEEE 802.5： Token Ring 令牌环 几种局域网的比较 逻辑链路控制LLC 4.5 Ethernet网 4.6 交换式局域网 4.7 虚拟局域网 4.1 局域网概述（1） 局域网产生的原因 80年代，微型机发展迅速，彼此需要相互通信（近距离），共享资源； 功能分布：分布式计算，分布式数据库 定义 局域网是一种将小区域内的各种通信设备互连在一起的通信网络。 局域网的三个属性 局域网是一种通信网络 通信设备是广义的 在一个小区域内 4.1 局域网概述（2） 局域网的基本特点 高数据传输率（10 ~ 1000 Mbps） 短距离（0.1 ~ 10 km） 低出错率（10-8 ~ 10-11） ……….. 4.2 局域网拓扑结构和传输介质 局域网拓扑结构 星型结构 环型结构 总线型结构 树型结构 传输介质 双绞线 基带同轴电缆 光纤 无线 4.3 局域网技术（1） 信道分配 计算机网络可以分成两类 使用点到点连接的网络 —— 广域网 使用广播信道（多路访问信道，随机访问信道）的网络——局域网 关键问题：如何解决对信道争用 解决信道争用的协议称为介质访问控制协议 MAC（Medium Access Control），是数据链路层协议的一部分。 信道分配方法有两种 静态分配 频分多路复用 FDM 原理：将频带平均分配给每个要参与通信的用户； 优点：适合于用户较少，数目基本固定，各用户通信量都较大的情况； 缺点：无法灵活地适应站点数及其通信量的变化。 4.3 局域网技术（2） 时分多路复用 TDM 原理：每个用户拥有固定的信道传送时槽； 优点：适合于用户较少，数目基本固定，各用户的通信量都较大的情况； 缺点：无法灵活地适应站点数及其通信量的变化。 动态分配 信道分配模型的五个基本假设： 站点模型：每个站点是独立的，并以统计固定的速率产生帧，一帧产生后到被发送走之前，站点被封锁； 单信道假设：所有的通信都是通过单一的信道来完成的，各个站点都可以从信道上收发信息； 冲突假设：若两帧同时发出，会相互重叠，结果使信号无法辨认，称为冲突。所有的站点都能检测到冲突，冲突帧必须重发； 连续时间和时间分槽（确定何时发送）； 载波监听和非载波监听（确定能否发送）。 4.3 局域网技术（3） 多路访问协议 定义：控制多个用户共用一条信道的协议 ALOHA协议 70年代，Norman Abramson设计了ALOHA协议 目的：解决信道的动态分配，基本思想可用于任何无协调关系的用户争用单一共享信道使用权的系统； 分类：纯ALOHA协议和分槽ALOHA协议 纯ALOHA协议 基本思想：用户有数据要发送时，可以直接发至信道；然后监听信道看是否产生冲突，若产生冲突，则等待一段随机的时间重发; 4.3 局域网技术（4） 多用户共享单一信道，并由此产生冲突，这样的系统称为竞争系统； 信道效率 假设：帧长固定，无限个用户，按泊松分布产生新帧，平均每个帧时（frame time）产生S帧（0 S 1）；发生冲突重传，新旧帧共传k次，遵从泊松分布，平均每个帧时产生G帧； 吞吐率 S = GP0，P0为发送一帧不受冲突影响的概率； 冲突危险区，Fig. 4-2 一个帧时内产生k帧的概率：Pr[k] = 两个帧时平均 产生2G个帧，在冲突危险区内无其它帧产生的概率为： P0 = e-2G，所以 S = Ge-2G； 效率：信道利用率只有18.4%. 4.3 局域网技术（5） 分槽ALOHA协议 基本思想：把信道时间分成离散的时间槽，槽长为一个帧所需的发送时间。每个站点只能在时槽开始时才允许发送。其他过程与纯ALOHA协议相同。 信道效率 冲突危险区是纯ALOHA的一半，所以P0 = e-G，S = Ge-G； 与纯ALOHA协议相比，降低了产生冲突的概率，信道利用率最高为36.8%。 4.3 局域网技术（6） 载波监听多路访问协议CSMA（Carrier Sense Multiple Access Protocols） 载波监听（Carrier Sense） 站点在为发送帧而访问传输信道之前，首先监听信道有无载波，若有载波，说明已有用户在使用信道，则不发送帧以避免冲突。 多路访问（Mul