第4章局域网技术及网络组建

服务器是整个网络系统的核心，它为网络用户提供服务并管理 整个网络。根据服务器在网络中所承担的任务和所提供的功能不 同，服务器可分为文件服务器、打印服务器和通信服务器。通常 我们要求服务器具有较高的性能，包括较快的数据处理速度、较 大的内存和较大容量的磁盘等。
工作站
工作站是网络各用户的工作场所，用户通过它可以与网络交换 信息，共享网络资源。工作站通过网卡、传输介质以及通信设备 连接到网络服务器，且仅对操作该工作站的用户提供服务。
3. 总线型（Bus）
所有的结点都通过网络适配器直接连接到一条作为公共传输介质的 总线上，总线可以是同轴电缆、双绞线，也可以是光纤。如图4-7所 示：
图4-7 总线型网络结构示意图
总线型网络采用广播通信方式，即任何一个结点发送的信号都可以 沿着介质传播，而且能被网络上其他所有结点所接收，但在同一时间 内，只允许一个结点发送数据。
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4.4 局域网体系结构与IEEE 802标准
4.4.1 局域网参考模型
IEEE 802标准遵循ISO/OSI参考模型的原则，主要解决最低两层 （即物理层和数据链路层）的功能以及与网络层的接口服务。 IEEE802参考模型中不再设立网络层，它与ISO/OSI参考模型的对应 关系如图4-8所示：
4.3.3 介质访问控制方法
1. 什么是介质访问控制
介质访问控制，是指控制网上各工作站在适当的情况下发送数据， 并在发送数据的过程中，及时发现问题以及出现问题后妥善处理问 题的一整套管理方法。介质访问控制技术的优劣将对局域网的总体 性能产生决定性的影响。
2. 常用的媒体访问控制方法 CSMA/CD（带有碰撞检测的载波侦听多路访问） Token Ring（令牌环） Token Bus（令牌总线）

D
D
D
D
令牌
A
C
B 节点A截获令牌,并准
备发送数据
A
C
B 节点A将数据发送到
节点C
A
C
B 数据循环一周后,节点
A将其收回
A
C
B 产生新的令牌,发送到
环路中
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Token Ring的特点
由于每个节点不是随机的争用信道，不会出现冲 突，因此称它是一种确定型的介质访问控制方法， 而且每个节点发送数据的延迟时间可以确定。
10Leabharlann 拓扑结构 ——总线型拓扑结构
所有的节点都通过网络适配器直接连接到一 条作为公共传输介质的总线上，总线可以是 同轴电缆、双绞线、或者是使用光纤；
总线上任何一个节点发出的信息都沿着总线 传输，而其他节点都能接收到该信息，但在 同一时间内，只允许一个节点发送数据；
由于总线作为公共传输介质为多个节点共享， 就有可能出现同一时刻有两个或两个以上节 点利用总线发送数据的情况，因此会出现 “冲突”；
当目的节点检测到该数据帧的目的地址（MAC地址）为 本节点地址时，就继续接收该帧中包含的数据，同时给源 节点返回一个响应。当有两个或更多的节点在同一时间都 发送了数据，在信道上就造成了帧的重叠，导致冲突出现。 为了克服这种冲突，在总线LAN中常采用CSMA/CD协议， 即带有冲突检测的载波侦听多路访问协议，它是一种随机 争用型的介质访问控制方法。
服务器的集中化 提供服务器的集群，便于管理，提高安全性；
文件的大小日益增加 要求更高的网络带宽；
网络用户和工作站数目的日益增加
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克服传统以太网的问题
传统以太网中的一些问题
传统以太网使用共享介质，虽然总线带宽为10Mbps， 但网络节点增多时，网络的负荷加重，冲突和重发增 加，网络效率下降、传输延时增加，造成总线带宽为 30~40%；

从信道的一端到另 一端的传播延迟
检测冲突最多需要2τ的时间
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4.2.4 二进制指数退避算法(1/2)
算法思想：当一个站点经历重复碰撞时，它应退避一个更长的时 间以补偿网络的额外负载。
算法过程：
在一次冲突发生后，时间被分割成离散的时槽。 时槽长度= 2τ 对于10M以太网，时槽的长度被设置为512位时间，即为 51.2μs。
4）所有结点收到干扰信号后，都停止传输，并等待一 个随机产生的时间间隙后重发（重复第1）步）。
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4.2.3 以太网MAC子层协议 (6/7)
CSMA和CSMA/CD两种协议在发生冲突时所浪费的时 间情况
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4.2.3 以太网MAC子层协议 (7/7)
CSMA/CD中一个站点用于检测冲突所需要的最大时间
异步机制分为三种：时间片轮转、预约和竞争。
在时间片轮转中，每个结点按照一定的时间顺序得 到传输时间片。在该时间片轮到某一个站点时，站 点可以选择是否进行传输。如果要进行传输，传输 的时间不能超过该时间片的长度。当该站点放弃传 输机会或者完成传输后，时间片被传递给下一个逻 辑站点。令牌环和令牌总线中的令牌传递（Token Passing）方法采用的就是时间片轮转机制。
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4.2.4 二进制指数退避算法 (2/2)
一般而言，n次冲突后，等待的时槽数从0～ 2n-1中随机选出。但在达到10次冲突后，等 待的最大时槽数固定为1023，以后不再增加 了。在16次冲突后，站点放弃传输，并报告 一个错误。
这种退避算法带来一个不良后果：没有遇到过 或遇到冲突次数少的站点比等待时间更长的站 点更有机会得到媒体的访问权。
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4．1 局域网的主要特点与组成
图 4-3
带中继器的基带系统
IEEE 802标准中，任何两个站点之间最多允许有4个中继器， 从而将有效的电缆长度延伸到2.5km。 双绞线基带LAN用于低成本和低性能要求的场合，但 限制在1km以内，数据速率为1Mbps-10Mbps。
4．1 局域网的主要特点与组成



CSMA/CD的代价在于监听冲突所花费的时间。 在CSMA/CD算法中，一旦检测到冲突并发完阻塞 信号后，需要等待一个随机时间 ，然后再使用 CSMA方法试图传输，采用二进制指数退避算法， 其规则如下： (1)对每个数据帧，当第一次发生冲突时，设臵一 个参量L=2；(2)退避间隔取1到L个时间片中的一 个随机数，1个小时片等于两站之间的最大传播时 延的两倍；(3)当数据帧再次发生冲突，由将参量 L加倍；(4)设臵一个最大重传次数，超过该次数， 则不再重传，并报告出错。 IEEE 802.3采用的是二进制指数退避和1-坚持算 法的CSMA/CD介质访问控制方法。

只有获得令牌的站点才有权发送数据帧， 完成数据发送后立即释放令牌以供其它站 点使用。由于环路中只有一个令牌，因此 任何时刻至多只有一个站点发送数据，不 会产生冲突。而且，令牌环上各站点均有 相同的机会公平地获取令牌。
4．2 以太网介质访问控制方法


4．2．2 令牌环介质访问控制 2、令牌环的操作过程
4．2．1 CSMA/CD介质访问控制方法 1、 载波监听多路访问CSMA 载波监听多路访问CSMA的技术。要传输数 据的站点首先对介质上有无载波进行监听， 以确定是否有别的站点在传输数据。如果 介质空闲，该站点便可传输数据；否则， 该站点将避让一段时间后再做尝试