二、局域网
（一）计算机局域网
1.局域网简介
（1）局域网特点①局域网拓扑结构规则;②局域网协议简单;③局域网的可用传输介质较多;④范围有限，用户个数有限;⑤较高的数据传输速率;⑥低误码率。
（2）局域网分类①共享介质的LAN;这是最普通的一种，如以太网（即总线网）、环型网等;②线路交换的LAN;采用CBX。
（3）决定局域网特性的三个主要技术
①运输介质;
②拓扑结构;
③介质访问控制方法。其中，最为重要的是介质访问控制方法，它对网络特性起着十分重要的作用。
（4）局域网常用的介质访问控制方法;将传输介质的频带有效地分配给网上各站点的方法，称为介质访问控制方法。常用的局域网介质访问控制技术有:
①载波监听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）技术;
②令牌控制技术;
③令牌总线控制技术;
④光纤分布数据接口（FDDI）技术;
⑤分布式队列双总线（DQDB）控制技术。
（5）局域网常用拓扑结构①总线型拓扑;②环型拓扑;③星型拓扑。
2.IEEE802系列标准及局域网的协议结构
IEEE在1980年2月成立了LAN标准化委员会（简称为IEEE802委员会），专门从事LAN的协议制订，形成了一系列的标准，称为IEEE802系列标准，它已被国际标准化组织（ISO）采纳，作为LAN的国际标准系列，称为ISO802系列标准。ISO802.3是载波监听多路访问/冲突检测访问方法和物理层协议，ISO802.4是令牌总线访问方法和物理层协议，ISO820.5是令牌环访问方法和物理层协议，ISO802.6是关于城市区域网的标准，ISO802.7是时隙环访问方法和物理层协议。局域网和城市区域网络的参考模型（LAN&MAN/RM）与OSI/RM相比，OSI物理层和数据链路层功能在LAN和MAN模型中分为物理层、介质访问控制（MAC）子层和逻辑链路控制（LLC）子层等三层。LAN的多个设备共享公共传输介质，在设备之间传输数据之前，首先要解决由哪个设备占有介质的问题，所以数据链路层必须有介质访问控制功能。为了使数据帧的传送独立于所采用的物理介质和介质访问控制方法。IEEE802标准特意把LLC独立出来形成一个单独子层，使LLC子层与介质无关，MAC子层则依赖于依赖介质和拓扑结构。由于穿越局域网的链路只有一条，不需要设立路由选择和流量控制功能，因此，局域网中可以不单独设置网络层。当局限于一个局域网时，物理层和链路层功能完成报文分组转接的功能。而涉及网络互连时，报文分组就必须经过多条链路才能到达目的地，此时就必须专门设置一个层次来完成网络层的功能，这就是IEEE802标准中的网际层。
3.逻辑链路控制（LLC）子层
（1）服务访问点（SAP） 在参靠模型中，每个实体和另一系统的同等实体按协议进行通信。在一个系统中，上下层之间则通过接口进行通信，用服务访问点来定义接口。
（2）链路服务的类型 IEEE802规定两种类型的链路服务:①无连接LLC（类型1）;②面向连接LLC（类型2）。
（3）逻辑链路控制协议 IEEE802.2是在IEEE802系列协议中描述逻辑链路控制（LLC）子层的功能、特性和协议，描述LLC子层与网络层、MAC子层及LLC子层管理功能的界面服务规范。LLC协议与具体的局域网所采用的介质访问控制方法类型无关。IEEE802.2对LLC子层规定了三个界面的服务规范:
①网络层与LLC子层界面服务规范 两种服务方式———无连接的方式和面向连接的方式。两种操作———Ⅰ型操作和Ⅱ型操作
②LLC与MAC子层管理功能的界面服务规范 这一个界面服务规范说明了逻辑链路控制（LLC）子层对介质访问控制（MAC）子层的服务要求。LLC子层与LLC子层管理功能的界面服务规范有待进一步研究解决。
③LLC协议数据单元（PDU）的结构 LLC层采用单独格式的帧，然后嵌入相应的MAC帧中。DSAP地址字段包含一个字节，其中7位实际地址，1位为地址类型标志，用来标识DSAP地址为单个地址或组地址。SSAP地址字段也包含一个字节，其中7位实际地址，1位为命令/响应标志位，用来识别LLC PDU是命令或响应。定义DSAP字段中全“1”是全局地址。地址在LLC和MAC帧中是分开的。LLC PDU中的控制字段是效仿HDLC平衡模式制定的，具有相似的格式和功能。带编号的信息传输帧以捎带的方式作回答响应，P/F置1，用以指示控制和发送终止。监视帧用来作响应和流控，SS域用以指示三个命令:接收准备好（RR）、接收未准备好（RNR）和拒收（REJ）。RR帧在N（R）中指示希望下一次接收的帧的编号，用在捎带响应的场合。RNR与RR一样作为响应，同时还要求发送站立即终止发送。REJ用以指示编号为N（R）帧被拒收，必须重新发送。无编号帧（U-格式PDU）用于无编号信息传输和控制信息传输。
4.总线网的介质访问控制策略
总线网是一种多点共享式网络。这种结构将所有的设备都直接连到同一条物理信道上，该信道负责任何两个设备之间的全部数据传送。因此称信道是以多路访问方式进行操作的。站点以帧的形式发送数据，帧的头部含有目的地址和源点的地址，帧通过信道的传输是广播式的。用这种操作方法，在信道上可能有两个或更多的设备在同一瞬间都发送帧，从而在信道上造成帧的重叠而出现差错，这种现象称为冲突。
（1）随机访问型协议 总线网最常用的介质访问控制层协议是带冲突检测的载波监听多路访问协议（CSMA/CD）。这种协议属于随机访问型，或者称争用型协议。也就是说，为了在一个多点共享的通信媒体上进行数据交换，不是采取有控制的方式解决发信次序问题，而是让各个站以随机的方式发送信息，争用通信介质。
（2）载波监听多路访问（CSMA） 纯ALOHA策略及其改进策略中，最大的问题是发送时的盲目性。载波监听多路访问（CSMA）的技术，也叫做先听后说（LBT）。希望传输的站首先对介质进行监听，以确定是否有别的站在传输。如果介质空闲，该站可以传输，否则，该站将避让一段时间后再尝试。需要有一种退避算法来决定退让时间。常用的有3种算法。
①非坚持CSMA
②坚持型CSMA又称为1坚持型CSMA。
③P坚持型CSMA
（3）载波监听多路访问冲突检测（CSMA/CD） 在CSMA中，由于通道的传播延迟，当两个站点监听到总线上没有存在信号而发送帧时，仍会发生冲突。即使冲突已发生，仍在将已破坏的帧发送完，使总线的利用率降低。一种CSMA的改进方案是站点在传输时间继续监听介质，一旦检测到冲突，就立即停止发送，并向总线上发一串阻塞信号，通知总线上各站冲突已发生。这样通道容量不致因白白传送已受损的帧而浪费，从而提高总线的利用率。这就称作载波监听多路访问/冲突检测协议，简写为CSMA/CD，这种协议已广泛应用于局域网中。
5.环型网的介质访问控制策略
环型网的介质访问控制策略一般可分为3种，即令牌控制策略构成令牌环;时隙控制策略构成开槽环;寄存器插入技术构成寄存器插入环。
（1）令牌环（Token Ring）介质访问控制 IEEE802.5标准规定了令牌环的介质访问控制子层和物理层的协议数据单元格式和协议。
①令牌环工作原理 令牌环由一组用传输介质串联成一个环的站点组成。在网上的信息将从一个站至下一个站地运行。所寻址的目的站在信息经过时拷贝此信息，最后由发送该信息的站从环上撤除此信息。这种介质访问使用一个沿着环循环的令牌，当各站都没有帧发送，令牌的形式为空令牌。希望发送帧的站必须等待，直到它检测到一个空令牌的到来，将空令牌改为忙令牌。该站紧接着忙令牌的后面，传输一个数据帧，此时在环上没有空令牌，因而其它希望发送数据帧的站必须等待。发送的帧沿环循环一周后再回到发送站，并被发送站将该帧从环上移去，同时忙令牌改为空令牌，传至后面的站，使之获得发送帧的许可权。接收帧的过程是当帧经过站时，该站环接口将帧的目的地址和本站的地址相比较，如地址相符合，则将帧放入接收缓冲器，再输入站，同时环接口将帧转发至环上。如地址不符合，则环接口仅做帧的转发工作。
②令牌的维护a.令牌丢失的处理 由于网络实际运行情况比较复杂，可能会出现令牌丢失问题，这将导致整个网络的瘫痪。为解决这一问题，可采用两个策略:集中式检测法和分布式检测法。集中式检测就是指定一个站为主动令牌管理站。该管理站通过采用一超时机制来检测令牌丢失情况，该超时值比最长的帧为完成全遍历该环所需的时间还要长一些。如果在这一时间内没有检测到令牌，就认为该令牌已经丢失。分布式检测就是在每个站设置一个时间，当站有数据发送且等待的时间超过限定值，则认为令牌丢失。为恢复令牌，特定管理站将清除环上的任何残余数据并发出一空令牌。b.忙令牌死循环的避免 如果一个忙令牌没有站点负责释放，就将导致整个网络的瘫痪。当忙令牌第一次经过管理站时，管理站将“管理比特”置为“1”;若管理站检测到一忙令牌的管理位已经为“1”，则认为该忙令牌已经绕环一周仍没有被释放，则由管理站强制将它释放。
③优点和缺点优点:a.控制简单;b.不可能产生冲突;c.拿到空令牌后可发送不同长度的数据;d.接收站可对发送站采用自动应答。e.可设优先级，使具有较高优先级的站优先得到令牌。主要缺点:a.需令牌操作;b.唯一令牌，且数据帧返回源点，故效率不高。
④令牌环帧格式 在IEEE802.5标准中，帧的传输是从最高位开始一位一位地发送，而IEEE802.3和IEEE802.4正好相反，帧的传输是从最低位开始一位一位地发送的。令牌环有两基本的帧;令牌帧和数据帧。
⑤优先级控制的方法 优先级控制的方法，包括优先级的预约、优先发送的实现及优先级的复原等内容。早期令牌环型网的典型实例是美国贝尔实验室70年代初设计的Newhall环型网。该网的信息传送为分布式控制，但设立了一个管理站负责初始化、同步和信息丢失检查等。故该网有集中管理的成分，但仍属于分布式环型网。目前，IBM公司的令牌环型网也有不小的市场。
（2）开槽环（Sloted Ring）介质访问控制 开槽环又称为时槽（隙）环（Time-Slot Ring），时槽环只用于环型网的控制访问。源站点在启动一个帧发送之后，要等到该帧绕环一周，它就重新标记该时槽为空，并等待阅读时槽尾部的响应位，以确定是否应重发该帧。由于采用了响应位，就不需要独立的响应帧。
（3）寄存器插入环介质访问控制 寄存器插入法的提出，是综合以上两种方法的优点，信包长度是可变的，并且环路同时允许有几个信包在传输。它的基本思想是:网中的任意环接口，要利用移位寄存器的作用，在环路上流动的多信包间随时插入并发送一个新包，且包的长度是有限可变的。这样，各结点的环接口均同时而独立地进行操作，具有较高的独立性。但是这种方法的优点是以环接口的硬件复杂性为代价的。在每一环接口中有两个移位寄存器，延迟缓存和输出缓存。当这个通信站要发送数据时，它先把数据帧送入输出缓存，等待机会。数据帧长度可以变化，但以不超出输出缓存器的长度为限。在环网启动时，各接口的转换开关都连接延迟缓存一端，而输入指针位置在延迟缓存最右端，表示缓存内容为“空”，延迟为“零”。当上游有数据传来时，进入延迟缓存。指定的目的地址为本站，就可将此数据帧传送至本站的主机;同时将该数据转发至下一个结点。当一个完整的数据帧转发完毕时，接口要检查:
①在输出缓存中是否有数据帧等待发送;
②延迟缓存中的空位长度是否比等待的数据帧长。如果这两个条件满足，本站就可以发送数据。这时，接口中的转换开关改接输出缓存，随着环网的节拍将数据帧发送出去。与此同时，上游来的数据帧存入延迟缓存。当输出缓存中的内容全部发出后，转换开发立即返回原来状态，转发来自上游的数据帧。这种技术采用完全分布式的方法控制介质的访问，确保来自各站的数据帧不会碰撞。它既防止了任何站垄断环通信介质，又可以根据环网负载自动调节各个站发送数据的速率。寄存器插入技术的最大优点是环的利用率高，和令牌环一样，它允许可变长的帧;和时槽环一样，在环上可同时有几帧传送。这样，它有效地利用了带宽。它的主要问题是有可能因帧的地址出差错，造成无限循环，必须有删除这些循环帧的清除机构。同时，接口的硬件线路比较复杂。
6.令牌总线介质访问控制策略
IEEE802.4标准就是提出了令牌总线的介质访问控制技术。它规定了令牌总线介质访问控制（MAC）子层、物理（PHY）层所使用的格式和协议。
（1）令牌总线的工作原理 令牌总线介质访问别控制是将物理总线上的站站构成一个逻辑环，即物理连线上是总线型的，但在逻辑上却是一种环形结构。每一个站都在一个有序列中被指定一个逻辑位置，而序列中最后一个成员又跟着第一个成员，每个站都知道在它之前和在它之后的站的标识。和令牌一样，站点只有取得令牌，才能发送帧，而令牌在逻辑环上依次传递。在正常运行时，当站点做完该做的工作或者时间终了时，它将令牌传递给逻辑序列中的下一个站。从逻辑上看，令牌是按地址的递减顺序传送至下一个站点，但从物理上看，带有目的地址的令牌帧广播到总线上所有的站点，当目的站识别出符合它的地址，即把该令牌帧接收。应该指出，总线上站的实际顺序与逻辑顺序并无关系。
（2）令牌总线的特点①不可能产生冲突 只有收到空令牌帧的站点才能将信息帧送到总线上，不可能产生冲突。由于不可能产生冲突，令牌总线的信息帧长度只需根据要传送的信息长度来确定，也没有最小分组长度的要求。而对于CSMA/CD访问机制，为了使最远距离的站点也能检测到冲突，有时需要在实际的信息长度后加填充位，以满足最小信息长度的要求。②站点有公平的访问权 由于站点接收到令牌的过程是顺序依次进行的，因此对所有站点都有公平的访问权。③每个站传输之前必须等待的时间总量总是‘确定’的 这是因为每个站发送帧的最大长度可以加以限制。最坏的情况下，等待取得令牌和发送报文的时间应该等于全部令牌传送时间和报文发送时间的总和。另一方面，如果只有一个站点有报文要发送，则最坏情况下，等待时间只是全部令牌传递时间之总和，而平均等待时间是它的一半。
（3）令牌总线的操作 令牌总线方案要求较多的操作，至少有下列一些功能必须执行。
①环初始化即生成一个顺序访问的次序。
②令牌传递算法。
③站插入环算法 必须周期性地给未加入环的站点以机会，将它们插入到逻辑环的适当位置中。
④站退出环算法。
⑤故障处理 网络可能出现错误，这包括令牌丢失引起断环、重复地址、产生多个令牌等。
（4）令牌总线的介质访问控制方法 逻辑环上的每个站由三个地址决定它的位置，即本站地址T、前趋地址P，和后继地址N。前趋地址P和后继地址N，可以动态地设置和保持。
7.光纤分布数据接口（FDDI）
光纤分布数据接口（Fiber Distributed Data Interface———FDDI）是用于高速局域网的介质访问控制标准，拓扑结构为环型，和IEEE802.5十分接近，只是由于采用光纤作为传输介质，数据传输率很高，因而将标准做了一些修改。
（1）FDDI的数据编码 FDDI采用范围大、允许高数据负荷、允许实时及优先级访问、拓扑为双环结构等特点，故FDDI具有高速、可靠、大容量及传输距远等优良性能。从几公里直至几百公里范围内，它既可作为末端局域网使用，又能在大的范围内作为干网使用，实现数据、语音等的综合服务。
8.分布式队列双总线（DQDB）的工作原理
分布式队列双总线（Distribted Queue Dual Bus———DQDB）是IEEE802.6所定义的一个标准，用于城市区域网（MAN）。城市区域网就地理范围来说，介于广域网（WAN）和局域网（LAN）之间，但采用LAN技术。一个典型的MAN是一些互连的DQDB子网组成，这些子网通过多站口或双端口的网桥（Bridge）、路由器（Router）和网关（Gateway）互连成一个MAN。DQDB能够用来提供高速数据、声音和图像的变换、转发和集中，也能够用来互连LAN、主机、工作站和PBX。这是一个能支持集成通信的分布式多路访问的网络。
9.无线局域网
（1）简介 无线局域网（Wireless Local Area Network———WLAN）就是在互连的设备之间采用无线通信方式的局域网。在无线网络中，各结点之间的无线通信可以有两种方式来实现。最常用的是类似于AM或FM无线广播系统，当然具体所采用的调制技术会不同。另一种是用光来通信，类似于红外光遥控器系统。由于光系统中的干扰不同于无线广播系统的干扰，错误检查和纠正的机制也不同，有一些技术仍在探讨中。目前的无线局域网大都采用无线广播技术。
（2）扩频技术 扩频技术即扩展频谱（Spread Spectrum）技术，缩写为SS技术。它是把待传的数据信号用数字编码技术扩展为很宽的频带信号，其所占用带宽远大于传输信号所需带宽（数千倍），并用待传信号和扩频码信号一起调制载波。这样，数据信号就像经喷雾器喷出的水雾一样均匀地分布于很宽的频带上，而每个频段上分配的功率又微乎其微，这样就不会对其它无线电信号产生干扰，也不易受到干扰，而数据保密性又好，是目前国际上无线通信领域倍受瞩目的一项技术。SS技术由于不对其它无线电信号带来干扰，故无需向无线电管制委员会申请专用频率许可证，这也是它的一个优势。与短波/超短波数据通信相比，其传输速率、抗干扰能力、保密性及频率许可证等方面则高出许多。目前的扩频无线调制解调器设备已允许计算机、网桥、路由器、话音/数据复用器、PBX和视频CODEC等设备的连接。
（3）组网形式 目前无线局域网的组网形式常用以下四种:①全无线网;②无线工作站接入有线网;③在有线网中接入无线网中继器;④两个有线网以无线方式相连。
10.网络操作系统（NOS）
（1）简介 网络操作系统软件可以平等地分布在所有网络结点上，也可以将主要软件驻留在某个中心结点上。将前者分布式NOS称对等式网络操作系统，例如:Netware Lite;而将后者称为集中式的网络操作系统，并将该中心结点称为服务器，服务器上的网络操作系统可对各种网络资源进行管理。同时，将使用这些资源的应用微机称为用户工作站（或客户机）。其实，客户机和服务器都是针对服务而言的，利用服务的应用称为客户;为其它应用提供服务的应用或系统称为服务器。集中式操作系统的典型例子就是Netware。网络操作系统还必须有相应的安全性措施，否则是不能实用的。这些安全性包括:帐号限制、时间限制、磁盘空间限制、用户口令、用户权限、文件和目录的属性等。
（2）网络操作系统对资源的管理方法①磁盘的共享，把磁盘上的目录划分为公用和私用两种。②打印机的共享。打印机的共享采用假脱机的方法，将文件和数据送入服务器进行打印排队，构成打印队列。打印队列中的打印作业按一定调度算法送至相应打印机打印。③文件访问。④对资源访问的控制是通过权限和文件本身的属性来实现的。只有当文件本身允许某种访问并且该用户有此权限的情况下，此次访问才能成功。
（3）对等式网络操作系统Peer-to Peer 与以服务器为中心的集中式网络操作系统相比，对等式网络操作系统是一种非常富有吸引力的廉价的替代方案。对于一些小规模的网络而言，它们所有的要求无外乎是文件共享、打印机共享和有限的一些应用的共享。此时，廉价而又简单的对等式网络操作系统也许就是解决这类问题的最佳方案。对等式的网络操作系统的优点:
①对等式网络操作系统投资低，易于安装和维护;
②任何一台DOS结点都可以设置成对等式网络的服务器 这可用来实现用户间文件的快速共享。而大多数集中式网络操作系统的服务器都要求事先对硬盘进行特殊的准备工作，这台服务器无法同时进行DOS操作。
③无须采用一台计算机作为专用服务器。对等式网络操作系统的局限性:与以服务器为中心的集中式网络操作系统相比，对等式网络操作系统也有明显的局限性。
a如果网络结点数比较多，它就会变得无法进行管理，因为用户可以将其工作站设置成服务器。若用户太多，他们就会花费异乎寻常的工作时间来管理和维护服务器。
b随着应用单位的不断发展，就会要求扩大网络规格。网络结点较多时，投资往往超过集中式的网络操作系统。因为对等式网络的单个工作站成本往往比集中式网络高，只在小规模时在价格方面才占有优势 。
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