第3章 局域网技术
主要内容:1、局域网定义和特性
2、各种流行的局域网技术
3、高速局域网技术
4、基于交换的局域网技术
5、无线局域网技术及城域网技术
一、局域网定义和特性
局域网(Local Area Network)即LAN:将小区域内的各种通信设备互联在一起的通信网络。
1、局域网三个特性:(1)高数据速率在0.1-100Mbps(2)短距离0.1-25Km(3)低误码率10-8-10-11。
2、决定局域网特性的三个技术:(1)用以传输数据的介质(2)用以连接各种设备的拓扑结构(3)用以共享资源的介质控制方法。
3、设计一个好的介质访问控制协议三个基本目标:(1)协议要简单(2)获得有效的通道利用率(3)对网上各站点用户的公平合理。
二、以太网Ethernet IEEE802.3
以太网是一种总路线型局域网，采用载波监听多路访问/冲突检测CSMA/CD介质访问控制方法。
1、载波监听多路访问
CSMA的控制方案:(1)一个站要发送，首先需要监听总线，以决定介质上是否存在其他站的发送信号。(2)如果介质是空闲的，则可以发送。(3)如果介质忙，则等待一段间隔后再重试。
坚持退避算法:
(1)非坚持CSMA:假如介质是空闲的，则发送;假如介质是忙的，等待一段时间，重复第一步。利用随机的重传时间来减少冲突的概率，缺点:是即使有几个站有数据发送，介质仍然可能牌空闲状态，介质的利用率较低。
(2)1-坚持CSMA:假如介质是空闲的，则发送;假如介质是忙的，继续监听，直到介质空闲，立即发送;假如冲突发生，则等待一段随机时间，重复第一步。缺点:假如有两个或两个以上的站点有数据要发送，冲突就不可避免的。
(3)P-坚持CSMA:假如介质是空闲的，则以P的概率发送，而以(1-P)的概率延迟一个时间单位，时间单位等于最大的传播延迟时间;假如介质是忙的，继续监听，直到介质空闲，重复第一步;假如发送被延迟一个时间单位，则重复第一步。
2、载波监听多路访问/冲突检测
这种协议广泛运用在局域网内，每个帧发送期间，同时有检测冲突的能力，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经发生，这样通道的容量不致因白白传送已经损坏的帧而浪费。
冲突检测的时间:对基带总线，等于任意两个站之间最大的传播延迟的两倍;对于宽带总线，冲突检测时间等于任意两个站之间最大传播延迟时间的四倍。
3、二进制退避算法:
(1)对每个帧，当第一次发生冲突时，设置参量为L=2;
(2)退避间隔取1-L个时间片中的一个随机数，1个时间片等于2a;
(3)当帧重复发生一次冲突时，则将参量L加倍;
(4)设置一个最大重传次数，则不再重传，并报告出错。
二、标记环网Toke Ring IEEE802.5
1、标记的工作过程:
标记环网又称权标网，这种介质访问使用一个标记沿着环循环，当各站都没有帧发送时，标记的形式为01111111，称空标记。当一个站要发送帧时，需要等待空标记通过，然后将它改为忙标记011111110。并紧跟着忙标记，把数据发送到环上。由于标记是忙状态，所以其他站不能发送帧，必须等待。发送的帧在环上循环一周后再回到发送站，将该帧从环上移去。同时将忙标记改为空标记，传至后面的站，使之获得发送帧的许可权。
2、环上长度用位计算，其公式为:存在环上的位数等于传播延迟(5μs/km)×发送介质长度×数据速率+中继器延迟。对于1km长、1Mbps速率、20个站点，存在于环上的位数为25位。
3、站点接收帧的过程:当帧通过站时，该站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，同时将帧送回至环上;如地址不符合，则简单地将数据重新送入环。
4、优先级策略
标记环网上的各个站点可以成不同的优先级，采用分布式高度算法实现。控制帧的格式如下:P优先级、T空忙、M监视位、预约位
三、光纤分布式数据接口FDDI ISO9314
1、FDDI和标记环介质访问控制标准接近，有以下几点好处:
(1)标记环协议在重负载条件下，运行效率很高，因此FDDI可得到同样的效率。
(2)使用相似的帧格式，全球不同速率的环网互连，在后面网络互加这一章将要讨论这个问题
(3)已经熟悉IEEE802.5的人很容易了解FDDI
(4)已经积累了IEEE802.5的实践经验，特别是将它做集成电路片的经济，用于FDDI系统和元件的制造。
2、FDDI技术
(1)数据编码:用有光脉冲表示为1，没有光能量表示为0。FDDI采用一种全新的编码技术，称为4B/5B。每次对四位数据进行编码，每四位数据编码成五位符号，用光的存在和没有来代表五位符号中每一位是1还是0。这种编码使效率提高为80%。为了得到信号同步，采用了二级编码的方法，先按4B/5B编码，然后再用一种称为倒相的不归零制编码NRZI，其原理类似于差分编码。
(2)时钟偏移: FDDI分布式时钟方案，每个站有独立的时钟和弹性缓冲器。进入站点缓冲器的数据时钟是按照输入信号的时钟确定的，但是，从缓冲器输出的信号时钟是根据站的时钟确定的，这种方案使环中中继器的数目不受时钟偏移因素的限制。
3、FDDI帧格式:
由此可知:FDDI MAC帧和IEEE802.5的帧十分相似，不同之处包括:FDDI帧含有前文，对高数据率下时钟同步十分重要;允许在网内使用16位和48位地址，比IEEE802.5更加灵活;控制帧也有不同。
4、FDDI协议
FDDI和IEEE802.5的两个主要区别:
(1)FDDI协议规定发送站发送完帧后，立即发送一幅新的标记帧，而IEEE802.5规定当发送出去的帧的前沿回送至发送站时，才发送新的标记帧。
(2)容量分配方案不同，两者都可采用单个标记形式，对环上各站点提供同等公平的访问权，也可优先分配给某些站点。IEEE802.5使用优先级和预约方案。
5、为了同时满足两种通信类型的要求，FDDI定义了同步和异步两种通信类型，定义一个目标标记循环时间TTRT，每个站点都存在有同样的一个TTRT值。
