局域网知识
一、局域网的特点：局域网络是包含低三层功能的通信网络。连接到局域网的数据通信设备是广义的，包括计算机、终端、各种外设等。其覆盖的地理范围可以是一个建筑物、一个校园或者大至几十公里直径的区域。
二、局域网的典型特性高数据速率（0．1～100Mbps）短距离（0．1～25km）低误码率（10-8～1O-11）
三、局域网分类局域网LAN，是最普遍的一种局域网计算机交换机（CBX或PABX），这是采用线路交换的局域网
四、局域网主要技术传输媒体。拓朴结构。媒体访问控制方法（MAC）。
其中最重要是媒体访问控制方法，它对网络特性起着十分重要的作用。将传输媒体的频带有
效地分配给网上各站点的方法，称为媒体访问控制协议。
在LAN和WAN之间是城市区域网MAN（Metropolitan Area Network），MAN是一个覆盖整个城市的网络
，但它使用LAN的技术。针对这一目标在IEEE803.6中定义了一种分布式队列双总线DQDB的标准（Distributed Queue Dual Bus）。
五、本章主要内容：局域网的选择。局域网参考模型。逻辑键路控制协议。CSMA/CD媒体访问控制。令牌环媒体访问控制。NOVELL网络。
局域网的选择
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在描述不同类型LAN的结构和操作之前，首先要了解选择LAN必须考虑的有关课题，
这些课题的有关内容可用关系图概括，如图6.1所示。下面将详细讨论各个课题。
一、局域网的拓扑
局域网常用的拓扑有三种，星型、环型和总线／树型，有关网络拓朴的概念已在第一章中作了介绍，
本节针对局域网的拓扑适用范围作一些说明。
星型拓扑局域网的典型实例就是计算机交换机CBX。
环型拓扑局域网的典型实例便是光纤分布数据接口FDD1。
总线／树型拓扑是用来实现LAN的最通用的拓扑，并且在LAN中使用两种传输技术：基带和宽带。采用
数字信号传输的基带，可以使用双绞线或同轴电缆。采用无线电频率范围内的模拟信号传输的宽带，使用
同轴电缆。表6.1说明这两种传输技术的差别。
二、传输媒体:本节着重说明局域网中适宜的传输媒体
1．基带系统
使用数字信号传输的LAN定义为基带LAN，数字信号以曼彻斯特编码的电压脉冲形式加到链路上，媒体的整个频谱用于构成信号，因此，不能采用频分多路复用FDM传输，其传输是双向的，媒体上任意一点加入的信号沿两个方向传输到其端点，在那里被吸收. 数字信号传输要求用总线形拓扑，数字信号不易传过树型拓朴所要求的分裂器和连接器。基带系统只能
延伸有限的距离，最多约一公里，这是由于信号的衰减引起脉冲模糊和信号减弱以致无法实现更大距离上的通信。
基带总线LAN的常见形式采用同轴电缆，大部分是用特殊的50Ω电缆，而不是标准的
CATV 75Ω电缆，这是因为对于数字信号，，50Ω电缆受到来自接头插入容抗的反射不那么强，而且对低频
电磁噪声有较好的抗干扰性。
最简单的基带同轴电缆LAN是由一段无分支的同轴电缆构成，两端接有防反射的端接
器（是一个终端阻抗器），推荐的最大长度为500米。站点通过接头接入主电缆，任何两接头间的距离为2.5
米的整数倍，这是为了保证来自相邻接头的反射在相位上不致于叠加，推荐的最多接头数目为100个。每个接
头包括一个收发机，它含有发送和接收用的电子线路。
为了延伸网络的长度，可以采用转发器。转发器由组合在一起的两个收发机组成，连到不同的两段同轴
电缆上。转发器在两段电缆间，向两个方向传送数字信号，在信号通过时，将信号放大和复原。因而，转发
器对于系统的其余部分来说是透明的。由于它不做缓冲存储操作，所以并没有将这一段与另一段隔开，因此
如果不同段上的两个站同时发送的话，它们的分组将互相干扰（冲突）。为了避免多路径的干扰，在任何两
个站之间只允许有一条包含分段和转发器的路径。802标准中，在任何两个站之间的路径中最多只允许四个转
发器，这就将有效的电缆长度延伸到2.5km。图6．3是一个具有3个分段和两个转发器的基带系统例子。
双绞线基带LAN用于低成本、低性能要求的场合，安装容易，往往限制在1km的长度以
内，数据速率为1Mbps～10Mbps。用超五类双绞线可达100Mbps。
2．宽带系统
在LAN范围内，宽带是指采用模拟信号技术。因而可用频分多路复用FDM传输技术，即
把电缆的频道分成多个信道或频段，这些模拟载波信号工作在高频范围（通常为10～400MHz）。宽带系统可
以采用总线和树型拓扑结构，可以达到比基带大得多的传输距离（达几十公里），这是因为携带数字数据的
模拟信号，在噪声和衰减损害数据之前，可以传播较长的距离。
宽带同基带一样，系统中的站点是通过接头接入电缆。然而，与基带不同的是宽带本质上是一种单方向的媒体，加到媒体上的信号只能沿一个方向传播。这是因为要制作能在两个方向上传递同一频率信号的放大器是不可能的。这种单向性质，意味着只有在发送站的“下游”的那些站才可以收到它的信号。 由此可见，需有两条数据路径，这些路径在网络的端头处接在一起。对于总线拓扑，端头就是总线的一端
对于树形拓扑，端头是有分枝的树根。所有站沿一条路径（入径）向端头传输，在端头接收到的信号，沿
另一条数据路径（出径）离开端头传输，所有的站在出径上接收。物理上，可用两种不同的构造来实现输入和输出的通路。
在双电缆构造中，入径和出径是分开的电缆，而端头只是两者问的一个无源连接装置。每个站以相同的频率发送和接收 在分叉构造中，入径和出径是同一电缆上的不同频率。双向放大器传送较低频率的人径和较高频率的出径。端头包含一种称为频率转换器的装置，将入径频率转换为出径频率。端头上的频率转换器可以是模拟或数字装置。模拟装置只要把信号转换成一个新的频率并重发。数字装置则在端头恢复数字数据，然后在新的频率上重发净化了的数据。有一种“中分”(midsplit)系统，在300MHz的频谱中，将5到116MHz作为入径，而168到300MHz作为出径（如图6．4（b）所示）。
三、媒体访问控制方法
当两个站点经过星型网建立信道时，由交换机确保这两个端点在呼叫期间专用该传输信道。而在环型或总线型拓扑中，只有一条物理传输通道连接所有的设备。因此，连到网络的所有设备必须遵循一定的规则，才能确保传输媒体的访问和使用。常用的媒体访问控制方法有：具有冲突检测的载波监听多路访问（CSMA／CD）、控制令牌（Control Token）以及时槽环（Sloited Ring）三种技术。
1、具有冲突检测的载波监听多路访问
具有冲突检测的载波监听多路访问（CSMA／CD）技术只用于总线型网络拓朴结构，这种结构将所有的设备都直接连到同一条物理信道上，该信道负责任何两个设备之间的全部数据传送。因此称信道是以多路访问方式进行操作的。站点以帧的形式发送数据，帧的头部含有目的地和源点的地址，帧通过信道的传输是广播传输。所有连接在信道上的设备随时都能检测到该帧。当目地站点检测到目的地址为本站地址的帧时，就继续阅读帧中包含的数据，并按定义的链路协议给源站点返回一个响应。用这种操作方法，在信道上可能有两个或更多的设备在同一瞬间都发送帧，从而在信道上造成帧的重叠，而出现差错，这种现象称为冲突，
6．5所示。
为减少这种冲突，源站点在发送帧之前，首先监听信道是否忙，如监听到信道上有载波信号，则推迟发送，直到信道恢复到安静（空闲）为止。这种方法称为载波监听多路访问（CSMA）。对于传播时延远小于传输时延的网络，CSMA能降低冲突次数，并减少冲突时间；而对于传播时延远大于传输时延的网络，CSMA就变得毫无价值，此外，还要采用边发送边监听的技术，因为监听到干扰信号，就表示检测到冲突，于是就立即停止发送。为了确保冲突的其它站点知道发生了冲突，首先在短时间里坚持连续发送一串阻塞（Jam）码，卷入冲突的站点则继续等待一随机时间，然后准备重发受到冲突影响的帧，这种具有冲突检测的CSMA称为CSMA／CD技术，它对发生冲突的传输能迅速发现并立即停止发送，因此能明显减少冲突次数和冲突时间。有关CSMA／CD技术的具体实现在6．4节中将会详细讨论。
2．控制令牌
控制令牌是另一种传输媒体访问控制方法。它是按照所有站点共同理解和遵守的规则，可以从一个站点到另一个站点传递控制令牌，一个站点只有当它占有令牌时，才能发送数据帧，发完帧之后，即把令牌传递给下一个站点，其操作次序如下：首先建立逻辑环，将所有站点同物理媒体相连，然后产生一个控制令牌。 令牌由一个站点沿逻辑环传递到另一个站点，直到等待发送帧的那个站点接收。 该站点把要发送的帧利用物理媒体发送出去，然后将控制令牌沿逻辑环传递给下一站点。 控制令牌方法除了用于环型网拓扑结构之外，也可以用于总线网拓扑结构，这两类结构建立的逻辑环，分别如图6.6（a）和（b）所示；对于一个物理环，令牌传递的逻辑结构和物理环的结构是相同的，令牌传递的次序和站点连接的物理次序也是一致的。然而对于图6.6（b)所示的总线网，逻辑环次序则不必和电缆上的站点连接次序相对应。并且，对于总线网上的令牌访问方法，所有站点没有必要均按逻辑环连接。例如图6.6（b）中，H站并不是逻辑环的一部分，这意味着H站永远拿不到令牌，因此只能以接收方式工作。令牌访问方式的另一特点是可以把令牌和优先权联系起来，可以允许较高优先权的帧首先发送。
3．时槽环
时糟环只用于环形网的控制访问。这种方法首先由环中被称为监控站的特定节点起动环，并产生一个固定位数的二进制数字比特串。这个比特串不停地绕环从一个站点到另一个站点传递。当一个站点收到这一串二进制数时，由站点的接口阅读，并将其传送到环的下一个站点，如此循环下去。监控站确保总有一个固定的比特数绕环传送，而不考虑组成环的站点数目。整个环配置有若干个固定的时槽数，每个时槽由一串比特组成，并且能携带一个固定尺寸的信息帧。时槽帧的格式如图6.7（a）所示。
起始时，由监控站将每个时槽开头的满／空（Full／Empty）位置于空状态。当某个站点想要发送帧时，
首先等待，直至监测到一个空时槽后，将时槽置为满，并将帧的内容插入时槽中，同时在帧的头部插入目的地址和源地址，并将帧尾部的两个响应位全置为1，然后发送该时槽帧，使它绕物理环从一个站点至下一个站点传送。环中每个站对任何置满的时槽头部的目的地址进行检测，如果检测到是自己的地址，则认为该时槽的帧是要接受的帧，它就从时槽中阅读该帧数据内容，同时通过环将它转发。阅读该帧内容后，修改时槽尾部的一对响应位，表明它己读过该帧。如果目的地站点忙或者拒收，则响应位作相应的标记，或保留不作改变。源站点在起动一个帧发送之后，要等到该帧绕环一周，由于每个站均知道环上时槽总数，由环接口对时槽转发计数可知道所发帧的到来。之后，源站点一收到发送该帧所用时槽的第一个比特时，它就重新标记该时槽为空，并等待阅读时槽尾部的响应位，以确定是否应舍弃已被发送的该帧拷贝，或者重发该帧。由于采
用了响应位，就不需要独立的响应帧。
监控站传递位是由监控站用来监测各个站点发送的帧是否有差错或站点有无故障。该位由源站点在发送帧时置“0”。当满时槽在环接口上转发时，由监控站对每一•个满时槽的该位（M）置“1”。如果监控站往其转发某个满时槽时，测得监控站传递位（M）已被置为1，就认为源站点有故障，就将该帧的满／空位置为空，并释放时槽。监控站把经过它的帧拷贝保留下来，如果同一个帧多次经过，它就认为该帧有错，监控站就删除该帧，重新产生一个新的空时槽。时槽尾部的两个控制位是提供给DTE高层协议使用的，在媒体访间控制层没有意义。
需特别指出，对于时槽环媒体访问方法，每个站点每次只能传送一个帧，并在想要传送另一个帧之前，
首先必须释放传输前一帧所有的时槽。由此可见，对环的访问体现出公平性，并被各个互连的站点所共享。
时槽环的主要缺点如下：
（1）为保持基本环结构而需要一个特定的监控站节点。
（2）一个完整的链路层帧通常需要多个时槽传送，因为每个时槽只能携带16位有用数据，而总长40位，故开销大，效率较低。
（3）在绕环一周时间内，每站只能发一帧信息，如只有上一个站点有多帧信息要发送，则许多时糟是空循环 时槽环的主要优点是结构简单，节点间相互干扰少、可靠性高。
对于前面所述的令牌环，一旦某个站点得到控制令牌，就可以把包括多个字节的信息帧作为一个整体进行发送，所以效率较高。
四、IEEE 802系列标准和ISO8802系列标准
局域网LAN最初开始发展时，提出了许多不同类型的网络产品，但这些网络产品一般只能用于特定厂商的计算机或工作站之间的互连，称这类LAN为闭合系统。为了改变这种情况，一些国家的标准化组织制定了一组能被共同接受的LAN标准。首先由IEEE制定了IEEE802系列标准。现已被ISO采纳，作为国际标准ISO8802系列标准。在这些标准中，根据LAN的多种类型，规定了各自的拓扑结构、媒体访问控制方法、帧的格式和操作。
