第五章 局域网原理
学习目标：
1、 掌握掌握典型共享介质局域网Ethernet的基本工作原理
2、 了解交换局域网的基本工作原理。
3、了解令牌环网络及appletalk
本章重点：
l 局域网概念
l 以太网的基本原理
l 中继器、集线器、网桥
l 什么是交换式以太网
本章难点：
l CSMA／CD(Carrier Sense Multiple Access／Collision Detection，载波监听多
重访问冲突检测)的方式
讲授方式：面授
课时分配： 4
思考题：习题集五
讲授内容：
本章主要讨论网络的物理层到链路层的部分。物理层所要讨论的部分是设备的连接及其信号传输的方式，而链路层要说明的部分是介质访问控制(Me~umAccessControl，MAC)的方法。
5-1以太网的基本原理
一个以太网在网络设备之间传送数据，认为以太网是一种共享介质的技术，也就是说，所有的设备都与相同的传输介质或电缆相连接。
一、以太网最大的特性在于信号是以广播的方式传输。在网络上任一部计算机送出的信号，其他相连的计算机都会收到。在这种情况下，如果A传数据给B时应使用定址(Addressing)的方法来解决。
二、1、在数据中记录目的端与来源端的地址（mac地址），以决定数据的接收及响应对象，这就是所谓的定址(Addressing)。
注：mac地址是全球独一无二的。
2、数据在传输到介质之前，会划分为特定大小的数据单元，称为帧(frame)。
帧中除了要传输的数据外还加入一些控制用的数据，以提供管理的功能。
三、1、冲突：来自两台不同通信计算机的信号在同一时刻位于同一共享介质时，造成信号意义无法识别，这就是所谓的冲突。
2、以太网技术中，冲突是一个正常组成部分，但过度冲突会降低网络速度或者使网络停止运行。因此许多网络设计通过网络最小化和冲突本地化尽量避免冲突。
3、以太网中采用“介质访问控制”来避免冲突。
四、以太网是以CSMA／CD(Carrier Sense Multiple Access／Collision Detection，载波监听多
重访问冲突检测)的方式来进行介质访问控制，其目的是为了避免发生冲突。
CSMA/CD传输过程：见p84图5-6
总结：CSMA／CD属于竞争式(Contention)的网络访问方式。由于每一个工作站使用介质的权力相等，一旦有许多的工作站需要输出时，则看谁先送出信号，谁就能占用介质进行传输，因此也称为抢占式传输。
五、冲突域
冲突域：是帧送出时，会遭到冲突的范围。（网络内部，数据分组和发生冲突的区域称为冲突域，所有的共享介质环境都是冲突域，例：一条线路通过的电缆、收发器、接插面板、中继器、集线器与另一条线路相连。那么这些都是冲突域的一部分）
最小帧限制：在传输介质线路的最大距离F，信号在介质来回一次的时间，称为“来回时间”。
在送出帧后，必须持续检测一段“来回时间”，才能确定帧不会遭到冲突。
为避免在还未确定之前，帧就已经发送完毕而开始发送下一个帧，所以帧不能太小。
以太网帧的最小限制为64Bytes=512Bits。因此512Bits的最小帧限制，意味着必须
持续检测512BitTime，以10Mb／s来说，就是51．2 u s。
提示：请注意，51．2“s并非绝对，假设带宽为100 Mb／s，则512 Bit Time。5．12 u s其 限制的冲突范围会相对地缩小。
六、中继器、集线器、网桥
中继器、集线器只能对信号进行再生和重定，但是不能进行过滤，所以两者的使用相当于延长了冲突域，扩展了冲入范围。
网桥能过滤转送帧，所以能把局域网分成两个独立的冲突域。
七、全双工和半双工
以太网卡能否达到全双工的功能，除了双绞线的使用外，还得使用点对点的连接方式，实际上网卡是以连接交换机来达到全双工的功能。
5-2交换式以太网的原理
一、什么是交换式以太网?
使用交换机来作集线器的以太网，称为交换式以太网。
二、独享贷款
1、 交换式以太网最明显的好处就是能独享带宽
2、 交换式以太网不会有冲突检测，所以也不会有冲突延迟，这样能更有效地使用带宽。
三、1、由于交换机能像网桥一样分隔出独立的冲突范围，因此可提供全双工的传输模式。
2、当网卡接通交换机或集线器时，会送出特定的信号，并判断送来的信号，以决定是否能提供全双工的传输模式，在交换机这一边也由网卡送来的信号来判断对方是否能接受全双工的模式，这就是自动协调。自动协调是为了保有向下兼容性，全双工的网卡万一只连接到集线器时，可改成半双工的模式。
5-3令牌环网络简介
令牌环(Token-Ring)网络是由IBM在1970年发展的局域网技术。后来IEEE将它小幅度修改即成为IEEE 802．5的标准。
一、令牌环网络拓扑
令牌环网络通常使用双绞线，起初是以环状拓扑的方式来布线。 原始版的令牌环网络中每一部计算机必须连接2条电路，一条用来接收前一部计算机的信号，而另一条则输出信号给下一部计算机，如此头尾相接成为一个环状的电路连接。
二、令牌传递
令牌环网络利用令牌传递(Token Passing)来进行介质访问控制。它的作法如下：
1．在令牌环网络中，每个工作站以固定的顺序，传递一个称为“令牌(Token)”的帧，收到此令牌的计算机，如果需要传输数据，则会检查令牌是否闲置。若为闲置则将数据填入令牌中，并设置为忙碌，接着将令牌传给下一部计算机。
2．由于令牌已经设置为忙，所以接下来的工作站只能将帧传给下一部计算机。一直传到
目的端时，目的端的计算机会将此令牌的内容复制下来，并设置令牌为已收到，并传
向下一部计算机。
3．当令牌绕了一圈回到原来的来源端时，来源端在知道数据己被接收后，会清除令牌中
的数据，接着将此令牌设置为闲置并传给下一部计算机，接下来的计算机又可以使用 这个令牌来发送它要发的数据。
令牌传递还能提供优先权的管理，具有较高优先等级的工作站能优先取得令牌。将各部计算机设置不同的优先等级，使因此，优先等级高的工作站能有较多的机会进行数据的传输。
三、令牌环网络的设备
令牌环网络可通过各种网络设备来扩充网络规模。以下介绍几种常用的设备：
1、多工作站访问单元
令牌环网络以MSAU(MulfiStafionAccessUnit，多工作站访问单元)作为集线器，连接网络上的计算机。MSAU实体连接方式为星型拓扑，但其内部电路仍是以环状拓扑运作。
2、网桥
网桥两端的令牌环网络，分别传递两个不同的令牌。当令牌中数据的目的端在网桥的另一端时，令牌中的数据会通过网桥转送到另一端的空闲令牌中，以传输到另一端的计算机。
3、交换机
令牌环网络交换机与以太网交换机相当类似，可将根据目的地址，直接将帧中继到目的端，让令牌不必逐一通过网络上的每一台计算机。
5-4AppleTaIk简介
AppleTalk是苹果(Apple)计算机公司在80年代初期所开发的通讯协议组合，其
主要目的是让局域网中的用户，能共享彼此的资源，包括文件、打印机等。
AppleTalk可架构在以太网、令牌环网络、FDDI网络或是苹果计算机专属的LocalTalk
网络上。
一、LocalTalk简介
1、 LocalTalk的设计主要是以便宜、简单为出发点。
2、 LocalTalk一般使用双绞线，拓扑则采取总线(Bus)的方式。
二、CSMA／CA
l 在LocalTalk中的介质访问方式使用CSMA／CA(CartierSenseMultipleAccess／Collision
Avoidance，载波检测多重访问肿突避免)，其运作方式说明如下：
1．当有帧需要送出时，需等介质上持续400 u s(1 u s=10*秒)都没有信号之后，再
等一小段随机时间。如果在这段时间中发现介质上有信号，则整个过程重头再来，反
之则送出“要求发送”信息包给目的端。
2．送出后如果在200 p s内收到目的端返回的“发送许可”信息包，则表示完成Hand．
shake(协调)的过程。Handshake成功后，会在200 u s内开始送出帧。如果Handshake失败，则重新同到步骤1。
l CSMAJCA利用Handshake来检测冲突。一旦Handshake成功，即可避免在传输帧时发生冲突。
l CSMA／CA使得网络的传输性能较差。但CSMA／CA所用的电路技术较为简单，因此可降低软件制造成本。
三、比较三种局域网
┏━━━━━━━━━┳━━━━━━┳━━━━━━━━┳━━━━━━━┓
┃ 局域网 ┃ 以太网 ┃ 令牌环网络 ┃ LoealTalk ┃
┣━━━━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━━━━┫
┃ 软件规格种类 ┃ 多 ┃ 少 ┃ 一种 ┃
┣━━━━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━━━━┫
┃ 设备成本 ┃ 由 ┃ 高 ┃ 低 ┃
┣━━━━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━━━━┫
┃ 优先权管理 ┃ 无 ┃ 有 ┃ 无 ┃
┣━━━━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━━━━┫
┃ 使用桥接 ┃ 可 ┃ 可 ┃ 不可 ┃
┣━━━━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━━━━┫
┃ 带宽的利用率 ┃ 中 ┃ 高 ┃ 低 ┃
┗━━━━━━━━━┻━━━━━━┻━━━━━━━━┻━━━━━━━┛
