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第4章 介质访问控制技术与局域网 第一讲 介质访问控制技术 第二讲 局域网的参考模型及协议 第三讲 以太网 第四讲 网络互连设备 第五讲 虚拟和高速局域网 局域网的特点 特点： 地理分布范围较小； 误码率低，一般在10-11-10-8以下； 以PC机为主体，数据传输速率高 类别： 普遍应用的局部区域网LAN 采用电路交换技术的局域网，称计算机交换机CBX（Computer Branch Exchange）或专门小交换机 PBX（Private Branch Exchange） 新发展的高速局域网HSLN（High Speed Local Network） 常用的拓扑结构：总线型、环型、星型 局域网体系结构 数据链路层： 介质访问控制子层MAC （Media Access Control）数据的封装与解封，包括成帧、寻址和错误检测；介质访问管理，包括介质分配和冲突解决 逻辑链路控制子层LLC （Logical Link Control）向高层提供一个或多个访问点LSAP，用于同网络层通信的逻辑接口，主要执行OSI基本数据链路协议的大部分功能和网络层的部分功能，如帧的收发、差错控制、流量控制、帧同步. MAC子层功能 MAC（Media Access Control，介质访问控制）是一种控制使用通信介质的机制，它是数据链路层协议的一部分。下图是MAC子层功能结构图 信道分配 介质访问子层的中心论题是相互竞争的用户之间如何分配一个单独的广播信道 1、静态分配：只要一个用户得到了信道就不会和别的用户冲突。(用户数据流量具有突发性和间歇性) 2、动态分配：称为多路访问或多点接入，指多个用户共用一条线路，而信道并非是在用户通信时固定分配给用户，这样的系统又称为竞争系统。动态分配方法又可以分为：随机访问，典型ALOHA协议、CSMA协议 ；受控访问，典型令牌网竞争系统和集中控制的多点线路轮询 信道动态分配中的5个关键假设 站模型：站独立，以恒定速率产生帧，每个站只有一个程序 单信道假设(核心) 冲突假设：两个帧同时传送，就会冲突，所有站点能检测到，冲突帧需重发 发送时间 连续时间 时隙 载波检测 有载波侦听 无载波侦听 4.1 介质访问控制技术 4.1.1 争用协议 纯ALOHA协议 分槽ALOHA协议 CSMA/CD协议 1. 纯ALOHA协议 用户有数据要发送时，可以直接发至信道，若在规定时间内收到应答，表示发送成功，否则重发。 重发策略：发送数据后侦听信道是否产生冲突，若产生冲突，则等待一段随机的时间重发，直到发送成功为止，如下图所示。 3. 载波侦听多路访问协议CSMA 载波侦听（Carrier Sense）：站点在发送帧之前，首先侦听信道有无载波，若有载波，说明已有用户在使用信道，则不发送帧以避免冲突。三种方式： 坚持型CSMA（1-persistent CSMA） 非坚持型CSMA（nonpersistent CSMA） p-坚持型CSMA（p-persistent CSMA） 五种多路访问协议性能比较 以上五种多路访问方法的信道利用率和载荷曲 线的比较见下图。 4. 带冲突检测的载波侦听多路访问协议CSMA/CD 引入原因 当两个帧发生冲突时，两个被损坏帧继续传送毫无意义，而且信道无法被其他站点使用，对于有限的信道来讲，这是很大的浪费。如果站点边发送边监听，并在监听到冲突之后立即停止发送，可以提高信道的利用率，因此产生了CSMA/CD 原理 站点使用CSMA协议进行数据发送； 在发送期间如果检测到冲突，立即终止发送，并发出一个瞬间干扰信号，使所有的站点都知道发生了冲突； 在发出干扰信号后，等待一段随机时间，再重复上述过程 二进制指数退避算法 二进制指数退避算法—确定等待的随机时间 当站点发生第1次冲突,等待0~21-1个时间片。 当站点发生第2次冲突,等待0~22-1个时间片。 依此类推，当站点发生第n次冲突，在n≤10时，等待0~2n –1个时间片；n≥10后，等待0~210个时间片 当站点发生冲突的次数达到第16次时，将放弃该数据帧的发送 4.1.2 令牌环介质访问控制技术 产生原因 环实际上并不是一个广播介质，而是不同的点到点链路组成的环，点到点链路有很多技术优势； 各个站点是公平的，获得信道的时间有上限，避免冲突发生； IBM选择Token Ring作为它的LAN技术。 令牌环的结构 环长的计算 令牌帧和数据帧的格式 令牌环介质访问控制协议 令牌环的操作与维护 1. 令牌环的结构 由一系列环接口和这些接口间的点到点链路构成的闭合环路，各站点通过环接口连到网上。 环接口的两种操作模式 侦听模式