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。
5、LLC协议的型和类
LLC为服务访问点间的数据通信定义了两种操作:Ⅰ型操作，LLC间交换PDU不需要建立数据链路连接，这些PDU不被确认，也没有流量控制和差错恢复。
Ⅱ型操作，两个LLC间交换带信息的PDU之间，必须先建立数据链路连接，正常的通信包括，从源LLC到目的LLC发送带有信息的PDU，它由相反方向上的PDU所确认。
LLC的类型:第1类型，LLC只支持Ⅰ型操作;第2类型，LLC既支持Ⅰ型操作，也支持Ⅱ型操作。
6、LLC协议的元素
控制字段的三种格式:带编号的信息帧传输、带编号的监视帧传输、无编号控制传输、无编号信息传输。
带编号的信息帧传输和带编号的监视帧传输只能用于Ⅱ型操作。
无编号控制传输和无编号信息传输可用于Ⅰ型或Ⅱ型操作，但不能同时用。
信息帧用来发送数据，监视帧用来作回答响应和流控。
六、CSMA/CD介质访问控制协议
1、MAC服务规范三种原语
MA-DATA.request 、MA-DATA.indication、MA-DATA.confirm
2、介质访问控制的帧结构
CSMA/CD的MAC帧由8个字段组成:前导码;帧起始定界符SFD;帧的源和目的地址DA、SA;表示信息字段长度的字段;逻辑连接控制帧LLC;填充的字段PAD;帧检验序列字段FCS。
前导码:包含7个字节，每个字节为10101010，它用于使PLS电路和收到的帧定时达到稳态同步。
帧起始定界符:字段是10101011序列，它紧跟在前导码后，表示一幅帧的开始。帧检验序列:发送和接收算法两者都使用循环冗余检验(CRC)来产生FCS字段的CRC值。
3、介质访问控制方法
IEEE802.3标准提供了介质访问控制子层的功能说明，有两个主要的功能:数据封装(发送和接收)，完成成帧(帧定界、帧同步)、编址(源和目的地址处理)、差错检测(物理介质传输差错的检测);介质访问管理，完成介质分配避免冲突和解决争用处理冲突。
七、标记环介质访问控制协议
标记环局域网协议标准包括四个部分:逻辑链路控制LLC、介质访问控制MAC、物理层PHY和传输介质。
1、IEEE802.5规定了后面三个部分的标准。LLC和MAC等效于OSI的第二层(数据链路层)，PHY相当于OSI的第一层(物理层)。LLC使用MAC子层的服务，提供网络层的服务，MAC控制介质访问，PHY负责和物理介质接口。
2、介质访问控制帧结构
标记环有两个基本格式:标记和帧。在IEEE802.5中帧的传输是从最高位开始一位一位发送，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发送的，这一点对于不同协议的局域网互连时要进行转换。
3、介质访问控制方法
(1)帧发送:对环中物理介质的访问系采用沿环传递一个标记的方法来控制。取得标记的站具有发送一帧或一系列帧的机会。
(2)标记发送:在完成帧发送后，该站就要查看本站地址是否在SA字段中返回，若未查看到，则该站就发送填充，否则就发送标记。标记发送后，该站仍留在发送状态，起到该站发送的所有的帧从环上移去为止。
(3)帧接收:若帧的类型比特表示为MAC帧，则控制比特由环上所有的站进行解释。如果帧的DA字段与站的单地址、相关组地址或广播地址匹配，则把FC、DA、SA、INFO以及FS字段拷贝入接收缓冲区中，并随后转送至适当子层。
(4)优先权操作:访问控制字段中的优先权比特PPP和预约比特RRR配合工作，使环中服务优先权与环上准备发送的PDU最高优先级匹配。
