第四章 计算机局域网络（LAN） Basic-Concept Ethernet Token－net FDDI LAN－LLC

1、Basic- Concept LAN Definition 、Attributes Categories of Networks Project 802 Topology Transmit technology

LAN Definition & Attributs 局域网是将分散在有限地理范围内（如一栋大楼，一个部门）的多台计算机通过传输媒体连接起来的通信网络，通过功能完善的网络协议和软件，实现计算机之间的相互通信和共享资源。 IEEE：局域网是允许中等地域内的众多独立设备通过中等速率的物理信道直接互连通信的数据通信系统。

Cont’d 网络覆盖范围小（25公里以内） 选用较高特性的传输媒体：高的传输速率和低的传输误码率 软件协议简化 媒体访问控制方法相对简单 不考虑路由选择 忽略OSI网络层

Categories of Networks 中 小 大 地域范围

Con’t －LAN

Cont’d－MAN

Cont’d－WAN

IEEE－Project 802 802.3 CSMA/CD 802.4 TOKEN/BUS 802.5 TOKEN/RING

Cont’d 传输媒体 双绞线 传输电缆 光纤

Topology

Cont’d－BUS

Cont’d－RING

Cont’d－star

Cont’d－star

Cont’d－star

2、Ethernet IEEE802.3 与 Ethernet帧格式的区别 CSMA/CD 冲突检测 冲突减少 以太网的发展

2、Ethernet－帧格式 以太网: 由DEC、Intel和Xerox三个公司1982年宣布 IEEE802.3: 由IEEE802委员会制定，滞后于以太网标准 两者的帧格式不同,以太网标准是当前事实上的标准

Cont’d－帧格式 如何区别 802.3长度小于0800

2、Ethernet－ CSMA/CD

Cont’d—CSMA/CD 1. CSMA/CD的含义是什么？ MA：多路访问：多个结点共享媒体，多个结点同时获取信息 减少冲突的概率，但无法彻底避免冲突（why？） 信道是否空闲的依据: 总线是否有电平的变化

Cont’d—CSMA/CD CD：冲突检测: 边说边听

2、Ethernet-冲突检测 冲突检测

Cont’d - 冲突检测（传统电缆） 帧长度要求 (最小长度发送时间>=2最远端端传输时间)

Cont’d - 冲突检测 这种情况是否存在冲突？ Impossible

Cont’d - 冲突检测（双绞线） 集线器下的冲突情形？ 交换机下的冲突情形？ 最小帧长度问题？

最小帧长度的计算 假设公共总线媒体长度为S，帧在媒体上的传播速度为0.7C（光速），网络的传输率（发送速率）为R（bps），Tphy为某站的物理层时延； 则有：碰撞槽时间=2S/0.7C+2Tphy      2S是因为要计算往返传输距离 所以：Lmin =（2S/0.7C+2Tphy ）×R

2、Ethernet-冲突减少 载波侦听能够减少冲突概率,但无法杜绝 当冲突产生后,端系统将重发数据帧,将引起更大的冲突,如何避免这种冲突? 二进制冲突退避算法

Cont’d-冲突减少 二进制指数退避算法： 退避时间计算：信号在媒体上的往返时间ⅹ随机数； 随机数(r)的取值范围依赖于冲突的次数(i)；0≤r＜2i 思路：错开重发时间，使之随失败次数增多而增加。

Cont’d-冲突减少 冲突次数 随机数（r）取值范围 1 21-1：（0，1） 2 22-1：（0，1，2，3） 10 210-1：（0，…… ，1023） K 向上层报错 ……

Cont’d-冲突减少 有错？ 高层有数据发送（LLC） 封装MAC帧 侦听媒体 媒体上有无数据？ 无 有 按策略退避 发送数据 未到 退避时间是否到？ 发送数据是否冲突？ 退避次数是否超过？ 通知LLC网络太忙 有 无 未到 已到 未超过 已超过 检测冲突 冲突 无冲突 发送成功 强化冲突 有错？

2、Ethernet-发展 共享式以太网( sharing Ethernet) 半双工模式 同一个冲突域（collision domain） 同一个广播域(boradcasting domain) 共享带宽 Single Domain

Cont’d-发展 交换式以太网( sharing Ethernet) 全双工模式 冲突域隔离（collision domain） 同一个广播域(boradcasting domain) 独享带宽

Cont’d-发展 性能发展 10Gbps交换 1000Mbps交换 100Mbps交换 100Mbps共享 10Mbps交换

Cont’d-发展 速率发展 1980 1985 1990 1995 2000 2005 100000M 10000M 1000M 100M 10M

3、Token Network Token网的提出 CSMA/CD：无序地使用总线——竞争 Token：有序地访问共享媒体 令牌：结点获得媒体使用权的标志 Token－Bus（IEEE802.4)和Token－Ring（IEEE802.5)

Cont’d－Token-Bus

Cont’d－Token-Bus 工作原理 拓扑：总线方式，所有结点附接于总线逻辑环路：结点之间通过有序传递令牌（特定比特模式）来分配各结点对共享型总线的访问权利，形成闭合的逻辑环路 半双工操作方式: 只有获得令牌的结点才能发送信息，其它结点只能接收信息，或者被动地发送信息（在拥有令牌的结点要求下，发送信息） 为了保证逻辑闭合环路的形成，每个结点都动态地维护着一个连接表，该表记录着本结点在环路中的前继、后继和本结点的地址，每个结点根据后继地址确定下一占有令牌的结点。

Cont’d－Token-Bus 42 56 35 4 21 连接表：前继，后继，本地地址； 逻辑环路以地址递减的次序构成； 接到令牌的结点及时填充/修改连接表中的前继地址。 42 56 35 4 21 56,35,42 4,42,56 42,21,35 21,56,4 35,4,21 令牌

Cont’d－Token-Bus 前导码（P），用于收发同步； 帧开始标志（SD），曼彻斯特编码非数据位， LH0LH000； 帧控制字段（FC），帧的类型，包括令牌等； 数据字段（DATA），取值依赖于帧控制字段（FC）； 帧校验序列（FCS），对SD和ED之间的所有字段进行CRC； 帧结束标志（ED），曼彻斯特编码非数据位，LH1LH1IE

Cont’d－Token-Bus 帧控制字段（FC）取值 取值 名称 说 明 00 H 要求令牌 Claim 01 H 用于新结点加入环路 请求后继1 用于新结点加入环路 02 H 请求后继2 用于新结点加入环路，确定后继 03 H 探询后继 当后继退出环路时，确定后继的后继； 04 H 解决冲突 当多个结点响应请求后继时，予以确定后继 08 H 令牌 用作令牌 0C H 置后继 寻找新的后继

Cont’d－Token-Bus Token的操作 Token维护 Token的传递？ Token丢失处理？ MULTI-Token处理？ 环路重构 新节点加入 节点撤出

Cont’d－Token-Bus 令牌传递 拥有令牌的结点，执行环路维护工作，传递令牌给后继结点； 监听媒体是否有合法帧传递（后继结点获得令牌，并工作）； 有合法帧传输，OK； 否则超时未监听到合法帧传输，执行一次令牌重传； 如仍然未监听到合法帧传输（原后继结点已撤出环路）； 开始寻找后继和环路重构过程。 发送“探询后继”帧，(含原后继结点的地址)， 原后继结点的后继结点用“置后继帧”予以响应； 双方修改连接表，传递令牌，恢复正常工作。

Cont’d－Token-Bus 结点撤出环路 方法1：结点可以在任意时刻、不采取任何动作地撤出环路。 该结点的前继会自动开始寻找新后继的过程(令牌维护）； 方法2：指定时刻退出环路。 希望撤出环路的结点仅在收到令牌之后， 用“置后继帧”，将其后继结点地址告诉前继结点，并传递令牌，撤出环路。 获得令牌的结点将及时更新其前继。

Cont’d－Token-Bus 工作过程 上层有数据待发 初始化 组装MAC帧 倾听媒体 错？ 接收帧 具有本地址的令牌？ Y N 发送帧，环路维护，若无数据传输则传递令牌给后继。 本结点收的数据？ N Y 丢弃该帧 复制并提交高层

Cont’d－Token-Bus ? 令牌总线网的特点 令牌传递, 使所有结点可对媒体进行公平和有序地访问； 可传输多种类型的帧，无最小帧长的限制(数据字段 data>=0)，控制方式复杂； 整个网络具有最小的传输延时。无数据可传输的结点，仍然需要处理令牌的传递和进行环路维护工作； 可以估算整个网络具有的最大发送延时。帧长度、最大令牌占有时间和入网的结点个数之后，可以估算出每个结点的最大发送延时； 令牌总线网适合具有一定实时性要求的环境。 ?

Cont’d－Token-Ring 标准－IEEE802.5 物理拓扑形式－Ring 编码－差分曼彻斯特码 速率－4－16Mbps 媒体访问方法－Token+Priority

Cont’d－Token-Ring

Cont’d－Token-Ring

Cont’d－Token-Ring

Cont’d－Token-Ring T的传递与Token-Bus 区别？

Cont’d－Token-Ring 帧格式

Cont’d－Token-Ring 访问控制字段（AC）： Pr/Rr：本帧优先级和预定（请求）优先级； T：令牌标识，T＝0（令牌帧）； M：监视位，监控器填写，发送结点置0，监控器 置1； 监控器重收M=1帧（发送结点故障）时，负责撤帧，并重新产生令牌。 Pr（3） T（1） M（1） Rr（3）

Cont’d－Token-Ring 帧控制字段（FC）：格式为“FFzzzzzz”， FF：FF=10，管理帧； FF=01，数据帧； 帧状态标志（FS）：格式为“ACxxACxx”，帧收取状况， A：地址确认位，发方复位，收方置位，帧地址正确； C：信息复制位，发方复位，收方置位，帧已被正确复制； xx：保留未用。

Cont’d－Token-Ring Pm为本地节点优先级

Cont’d－Token 思考： IEEE802.4和IEEE802.5区别 环的形成 帧格式 AC 令牌的获取 优先级的引入

4、FDDI ANSI X3T9.5委员会制定FDDI标准 速率：1000Mbps 物理拓扑 编码 媒体访问控制 主备份双环自愈网络 4b／5b－NRZI 媒体访问控制 定时令牌协议

4、FDDI－Cont’d 物理拓扑 MAC B A M C 主环 副环 结点4 结点3 结点1 结点2

4、FDDI－Cont’d 节点故障 MAC B A M C 主环 副环 结点4 结点3 结点1 结点2 结点故障

4、FDDI－Cont’d 线路故障 MAC B A 结点1 结点3 M A C A B M A C B A 副环 A B 主环 线路故障； 结点4

4、FDDI－Cont’d 环操作

4、FDDI－Cont’d 帧格式－类似于IEEE802.4

4、FDDI－Cont’d 定时令牌协议 TTRT（Target Token Rotation Timer）：令牌循环时间，在环初始化时形成一个统一的令牌循环时间，其值包括令牌从发起节点出发，环上各站传送令牌时间、发送同步帧、异步帧和环道的延迟时间。 TRT（Token Rotation Timer）：令牌循环定时器，环节点对两次接受令牌之间的时间进行计时，作为THT的初值。 THT（Token Holding Timer）：令牌保持计时器，它的初值由TRT设置，并以保持的值开始计时，在THT<TTRT时间内可发送异步帧，用于控制工作站发送异步帧的数量。

4、FDDI－Cont’d TTRT is a token rotating estimate time for all nodes Each node has its own TRT and THT TRT is a token rotating practical time for one node THT is a timer to compute hold token time When token received, THT=TRT,TRT=0 The aim is : If THT<TTRT then Send syn.&asyn. Packets else send syn. Packets only

4、FDDI－Cont’d 实例 环的初始化 TTRT＝14 假设发送帧个数 就是时间 每个节点发送两个 同步帧 竞争－TTRT 启动令牌 MAC B A M C 主环 副环 结点4 结点3 结点1 结点2

4、FDDI－Cont’d 实例（续） 假定 刚开始时 所有节点的TRT=0， 节点1首先获得Token，然后节点2、节点3、节点4.

4、FDDI－Cont’d FDDI 令牌环 光纤/双绞线 屏蔽双绞线 传输媒体 100Mbps 4Mbps／16Mbps 传输速率 4b/5b编码／NRZI 差分曼彻斯特编码 传输编码 令牌传递 控制方式 一个 令牌个数 发送后产生令牌 回收后产生令牌 令牌产生 多个帧 一个帧 环路帧数 定时令牌 优先级预约 令牌协议 属性

5、LLC

5、LLC 8 0 2 . 2 逻 辑 链 路 控 制 LLC 网 络 层 物 理 层 8 0 2 . 1 寻 址 及 网 际 互 连 管 8 0 2 . 1 寻 址 及 网 际 互 连 管 理 及 体 系 结 构 802.9 MAC 物理层 …… 数据链路层 802.7 802.5 802.4 802.3

5、LLC LLC(逻辑链路控制)子层 原因：媒体访问控制（MAC）技术构成局域网的主要内容，不同的媒体访问控制技术具有不同的协议和不同帧格式； LLC的目的：屏蔽不同MAC技术，向高层提供统一服务和接口；

本章小结 局域网 CDMA/CD FDDI Token－Bus Token－Ring