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　　第四章　局域網

　　1、局域網是一種在有限的地理范圍內將大量PC機及各種設備互連在一起實現數據傳輸和資源共享的計算機網絡。如NOVELL網、IBM TOKEN RING網、3COM ETHER網、WINDOWS NT等。

　　相對于廣域網，局域網的特點：①地理范圍小；②數據傳輸速率高；③傳輸時延小、誤碼率低；4）以PC機為主體；⑤只涉及通信子網的內容，⑥協議簡單、結構靈活、建網成本低、周期短、便于管理和擴充。

　　局域網可分為三類：①平時的局域網（LAN）

　　②計算機交換機CBX（采用電路交換技術的局域網）

　?、鄹咚倬钟蚓W（HSLN）。

　　2、局域網的特性主要取決于拓撲結構、傳輸媒體、媒體訪問控制三類，其中最重要的是媒體訪問控制方法。

　　3、網絡拓撲結構對網絡性能影響很大，選擇網絡的拓撲結構時，首先要考慮采用何種媒體訪問控制方法，其次是性能、可靠性、成本、擴充靈活性、實現的難易程度以及傳輸媒體的長度等因素。

　　4、局域網采用的拓撲結構有總線、環形、星型三種。

　　總線網：采用分布式媒體訪問控制方法?？偩€網的缺點：主干故障會造成全網癱瘓，站點較多時，數據沖突增多造成低效率。總線網是用來實現局域網的最常用的拓撲結構，以太網就是它的最典型實例。總線拓撲網可采用兩種協議，一種是以太網采用的CSMA/CD，另一種是總線拓撲網與令牌環相結合的變形，在物理上是總線拓撲，邏輯上采用令牌環，兼有總線網和令牌環的優點。

　　環形網：采用分布式媒體訪問控制方法。優點：控制簡單、信道利用率高、通信電纜長度短、不存在數據沖突（相比較于總線網）、局域網應用比較廣泛。缺點是對節點接口和傳輸線路的要求比較高。典型實例：IBM令牌環網和劍橋環網，還有一種FDDI結構（采用光纖的高速令牌環網）。

　　星型網：采用集中式媒體訪問控制方法。優點：結構簡單、實現容易、信息延遲確定。缺點：通信電纜長、傳輸媒體不能共享。典型實例是計算機交換機CBX.

　　5、LAN中使用的傳輸方式有基帶和寬帶兩種?；鶐в糜跀底中盘杺鬏?，常用傳輸介質是雙絞線和同軸電纜。寬帶用于無線電頻率范圍內的模擬信號傳輸，常用同軸電纜。

　　6、基帶系統中，數字信號通常采用曼徹斯特編碼傳輸。

　　7、寬帶系統用于傳輸模擬信號，可用頻分多路復用技術（FDM），寬帶系統采用總線/樹形網拓撲結構，寬帶本質上是一種單方向傳輸的媒體，在物理上可用雙電纜和中分兩種不同的結構來實現輸入和輸出的通路。

　　8、常用的媒體訪問控制方法有三種：具有沖突檢測的載波監聽多路訪問CSMA/CD、控制令牌、時槽環。

　　具有沖突檢測的載波監聽多路訪問CSMA/CD采用隨機訪問和競爭技術，這種技術適用于總線拓撲結構網絡；控制令牌方法除了用于環形網拓撲結構之外，也可用于總線網拓撲結構。它是按照所有站點共同理解和遵守的規則，從一個站點到另一個站點傳遞控制令牌，一個站點只有當它占有令牌時，才能發送數據幀，發送完幀之后，再把令牌傳遞給下一個站點。其操作次序如下：①首先建立一個邏輯環，將所有站點同物理媒體相連，然后產生一個控制令牌；②控制令牌由一個站點沿著邏輯環順序向下一個站點傳遞；③等待發送幀的站點接收到控制令牌后，把要發送的幀利用物理媒體發送出去，然后再將控制令牌沿邏輯環傳遞給下一個節點。對于一個物理環，令牌的邏輯結構和物理環的結構是相同的，令牌傳遞的次序和站點連接的物理次序也是一致的。而對于總線網，邏輯環的次序不必和電纜上的站點連接次序相對應，所有站點沒有必要按照邏輯環連接。

　　時槽環只適用于環形網的媒體控制訪問，這種方法對每個節點預先安排一個特定的時間段，每個節點只能在時槽內傳輸數據。時槽環采用集中控制方式。

　　在時槽環媒體訪問控制方法中，每個站點每次只能傳送一個幀，若想要傳送另一個幀，則首先必須釋放前一幀所用的時槽，這種對環的訪問方法體現了公平性。時槽環的優點是：①結構簡單②節點間相互干擾少③可靠性高。時槽環的缺點是：①需要一個特定的監控站節點②由于繞環一周時間內每個站點只能占有一個時槽環，若某站點發送的數據較長要占用多個時槽，而此時環上只有該站點有數據要發送，則許多時槽都是空時槽③40位的時槽只能攜帶16位的數據，開銷大、效率較低。

　　9、局域網的參考模型。

　　局域網是一個通信網，只涉及到相當于OSI/RM通信子網的功能。由于內部大多采用共享信道的技術，所以局域網通常不單獨設立網絡層。

　　OSI/RM的數據鏈路層的功能，在局域網參考模型中被分成：媒體訪問控制MAC、邏輯鏈路控制LLC兩個子層。

　　LLC子層中規定了無確認無連接、有確認無連接和面向連接三種類型的鏈路服務。

　　10、IEEE802標準。

　　IEEE802在1980年二月成立了局域網標準化與委員會（簡稱IEEE802委員會），專門從事局域網的協議制定，形成了一系列的標準，稱為IEEE802標準。

　　IEEE802.1是局域網的體系結構、網絡管理和網絡互連協議。

　　IEEE802.2集中了數據鏈路層中與媒體無關的LLC協議。主要的MAC協議有：①IEEE802.3載波監聽多路訪問/沖突檢測CSMA/CD訪問方法和物理層協議；IEEE802.4令牌總線訪問方法和物理層協議；IEEE802.5令牌環訪問方法和物理協議；④IEEE802.6關于城域網的分布式隊列雙總線DQDB的標準等。

　　IEEE802標準定義了LLC子層和MAC子層的幀格式。

　　LLC的鏈路只有異步平衡方式（ABM），而不用正常響應方式（NRM）和異步響應方式（ARM）。IEEE802.2標準定義的LLC幀格式也分為信息幀、監控幀和編號幀三類。

　　11、CSMA/CD是一種用爭用的方法來決定對媒體的訪問權的協議，它只適用于邏輯上屬于總線拓撲結構的網絡?？偩€爭用技術可分為載波監聽多路訪問CSMA和具有沖突檢測的載波監聽多路訪問CSMA/CD兩大類。載波監聽多路訪問CSMA的技術也稱作先聽后說LBT（Listen Before Talk），如媒體空閑，該站點便可傳輸數據，否則，該站點將避讓一段時間后再作嘗試。

　　常用的退避算法有：非堅持算法、1-堅持算法、P-堅持算法。

　　1）非堅持算法：①如空閑，立即發送②如忙，等待一個隨機重發延遲后，再重復①步驟。缺點：利用率低。

　　2）1-堅持算法：①如空閑，立即發送②如忙，繼續監聽，直至空閑，立即發送③如有沖突（一段時間內未收到肯定的回復），則等待隨機量時間后，重復①②步驟。優點：避免了媒體利用率損失，缺點：兩個及兩個以上的站要發送，則沖突不可避免。

　　3）P-堅持算法：①如空閑，則以P的概率發送，而以1-P的概率延遲一個時間單位，一個時間單位通常等于最大傳播時延的兩倍②延遲一個時間單位后，再重復A步驟③如忙，繼續監聽直至媒體空閑并重復A步驟。P-堅持算法是一種既能象非堅持算法那樣減少沖突，又能象1-堅持算法那樣減少媒體空閑時間的折中方案，問題在于如何選擇P的有效值，這考慮到避免重負載下系統處于的不穩定狀態。N個站，選擇適當的P值使NP<1，當P值選的過小時，媒體利用率就會大大降低。

　　12、如果發生沖突，信道上可以檢測到超過發送站點本身發送的載波信號的幅度，由此判斷出沖突的存在。

　　13、從一個站點開始發送數據到另一個站點開始接收數據，即載波信號從一端傳播到另一端所需要的時間，稱為信號傳播時延。

　　信號傳播時延（μs）=兩站點間的距離（m）÷信號傳播速度（200m/μs）

　　在最壞的情況下，對于基帶這CSMA/CD來說，檢測出一個沖突的時間等于任意兩站之間最大傳播時延的兩倍。

　　14、數據幀從一個站點開始發送，到該數據幀發送完畢所需的時間稱為數據傳輸時延，數據傳輸時延也表示一個接收站點開始接收數據幀，到該數據幀接收完畢所需的時間。

　　數據傳輸時延（s）=數據幀長度（bit）÷數據傳輸速率（bps）

　　不考慮中繼器引入的延時，數據幀從一個站點開始發送，到該數據幀被另一個站點全部接收所需的總時間，等于數據傳輸時延與信號傳播時延之和。

　　15、數據幀的傳輸時延至少要兩倍與傳輸時延。

　　因為：信號傳播時延（μs）= 兩站點間的距離（m）÷信號傳播速度（200m/μs），并且：數據傳輸時延 （s）=數據幀長度（bit）÷數據傳輸速率（bps）。所以：CSMA/CD總線網中最短幀長的計算公式為：最短數據幀長（bit）/數據傳輸速率（Mbps）=2*（兩站點間的最大距離（m）/200m/μs）注意單位要統一。

　　16、因為寬帶CSMA/CD是單向傳輸，所以其數據幀的傳輸時延至少四倍于傳輸時延。

　　17、CSMA/CD算法中，檢測沖突并發完阻塞信號后，為了降低再次沖突的概率，需要等待一個隨機時間，然后再用CSMA方法試圖傳輸。它采用一種稱為二進制指數退避的算法，二進制指數退避算法是按照后進先出LIFO的次序控制的。

　　18、IEEE802.3就是采用二進制指數退避和1-堅持算法的CSMA/CD媒體訪問控制方法，這種方法的優點是低負荷時，要發送數據幀的站點能立即發送，重負荷時，仍然能保持系統穩定運行。由于信號的衰減，為了保證檢測到沖突信號，CSMA/CD總線網限制一般無分支電纜的最大長度為500米。

　　19、IEEE802.3是一個使用CSMA/CD媒體訪問控制方法的局域網標準，它對應于OSI/RM的最低兩層（物理層和數據鏈路層）。它從邏輯上可分為兩大部分：一部分由LLC子層和MAC子層組成；另一部分實現物理層的功能。

　　20、IEEE802.3MAC子層的功能說明內容有數據封裝、介質訪問管理。

　　21、令牌環的結構。令牌環在物理上是由一系列接口和這些接口間的點-點鏈路構成的閉合環，各站點通過環接口連到網上。

　　令牌環的操作過程：①網絡空閑時，只有一個令牌在環路上繞行；②當一個站點要發送數據時，必須等待并獲得一個令牌，將令牌的標志位置為“1”，隨后便發送數據；③環路中的每個站點邊轉發數據，邊檢查數據幀中的目的地址，如果是本站點的地址，便讀取其中所攜帶的數據；④數據幀繞環一周返回時，發送站將其從環路上撤銷，同時根據返回的有關信息確定數據有無差錯。如果有錯則重發存于緩沖區的待確認幀，否則釋放緩沖區中的待確認幀；⑤發送站點完成數據發送后，重新產生一個令牌傳至下一個站點，以使其他站點獲得發送數據幀的許可權。

　　22、環長的比特度量。環的長度往往折算成比特數來度量。以比特度量的環長反映環上能容納的比特容量。

　　環的比特長度=信號傳播時延×數據傳輸速率+接口延遲位數因為：信號傳播時延=站點距離/信號傳播速度（200m/μs），所以：環的比特長度=環長×（1/200m/μs）×數據傳輸速率+接口延遲位數=環長×0.005μs/m×數據傳輸速率+接口延遲位數=環長×5μs/Km×數據傳輸速率+接口延遲位數。

　　舉例：令牌環媒體長度10Km，數據傳輸速率4Mbps，環路共有50個站點，則：環的比特長度=10Km×5μs/Km×4Mbps+50×1=10Km×0.000005s/Km×4×1000000bps+50×1=10×5×4+50×1=250（bit）

　　23、令牌丟失和數據幀無法撤銷是環網上最嚴重的兩種差錯，解決方法可以指定一個站點作為主動令牌管理站。令牌丟失處理方法：超時機制，超時值比最長的幀完全遍歷環路的時間長一些，當超時的時候，便認為令牌丟失。數據幀無法撤銷處理方法：管理站在經過的任何一個數據幀上設其監控位為“1”，如果發現經過的幀的監控為已經被置為“1”，則認為站點未能清除自己所發出的數據幀。

　　24、令牌環的特點：①令牌環網在輕負荷時，由于存在等待令牌時間，故效率較低，但在重負荷時，對各站公平訪問而且效率較高；②為確保數據的透明傳輸，可在數據段采用比特插入法和違法編碼法；③采用發送站點從環上收回幀的策略，具有對發送站點自動應答的功能，同時具有廣播特性，即多站點接收同一數據幀；④令牌環的通信量可以加以調節，方法一：允許收到令牌時傳輸不同量數據，方法二：設置優先權使優先權高的先得到令牌。

　　25、IEEE802.5令牌環的MAC幀有兩種格式：令牌幀和數據幀。這兩種幀都有起始定界符SD和結束定界符ED，他們中各有四位采用曼徹斯特編碼中的違法碼（高-高，低-低），實現數據的透明傳輸。

　　26、令牌環局域網協議包括四部分：邏輯鏈路控制（LLC）、媒體訪問控制（MAC）、物理層（PHY）、傳輸媒體。IEEE802.5規定了后面三個部分的標準。

　　27、令牌環的媒體訪問控制功能包括：幀發送、令牌發送、幀接收、優先操作權

　　28、FDDI以光纖作為傳輸體，它的邏輯拓撲結構是一個邏輯計數循環環，它的物理拓撲結構可以是環形、帶樹形的環或帶星形的環。

　　FDDI數據傳輸速率達100Mbps，采用4B/5B編碼，要求信道媒體的信號傳輸速率達到125Mbaud.FDDI網最大環路長度為200KM，最多可有1，000個物理連接。

　　FDDI的數據編碼。FDDI采用了一種新的編碼技術（稱為4B/5B編碼），這種編碼技術的效率為80%.為了得到信號同步，采用二級編碼的方法，即先按4B/5B編碼，然后再按倒相的不歸零制（NRZI）編碼。

　　FDDI的組成。1982年ANSI的X3T9.5委員會提出并在以后陸續制定了由物理層（PHY）、物理層媒體依賴（PMD）、媒體訪問控制（MAC）三部分組成的基本FDDI.FDDI的物理層分為兩個子層：①物理媒體依賴（PMD），它在FDDI網絡的節點之間提供點到點的數字基帶通信；②物理層協議（PHY），它提供PMD與數據鏈路層之間的連接。

　　29、局域網操作系統的定義：在局域網低層所提供的數據傳輸能力的基礎上，為高層網絡用戶提供共享資源管理和其它網絡服務功能的局域網系統軟件。

　　局域網操作系統可以分為兩類：面向任務型局域網操作系統和通用型局域網操作系統。通用型局網操作系統又分為變形系統和基礎型系統兩類。面向任務型局域網操作系統是為某一種特殊網絡應用要求而設計的，通用型局域網操作系統的提供基本的網絡和功能，以支持各個領域應用的要求。變形系統是以原單機操作系統為基礎，通過增加網絡服務功能構成的局域網操作系統，基礎級系統是以計算機裸機的硬件為基礎，根據網絡服務的特殊要求，直接利用計算機硬件和少量軟件資源進行設計的局域網操作系統。

　　局域網操作系統經歷了從對等結構向非對等結構演變的過程。

　?、賹Φ冉Y構局域網操作系統的優點是：結構簡單，網絡中任意兩個節點均可直接通信，其缺點是：每臺聯網計算機既是服務器又是工作站，節點要承擔較重的通信管理、網絡資源管理和網絡服務管理等工作。對等結構局域網操作系統支持的網絡系統一般規模都比較小。②非對等結構局域網操作系統的設計思想是將節點計算機分為網絡服務器和網絡工作站兩類。典型實例是：Novell Netware，（Microsoft）Windows NT Server，（Microsoft）LAN Manger，（IBM）LAN Server.局域網操作系統的基本服務功能：①文件服務。文件服務是局域網操作系統中最重要、最基本的網絡服務功能；②打印服務。

　　③數據庫服務。

　　④通信服務。

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　　30、Novell公司開發的Novell Netware網絡操作系統是一個可使PC機網絡取代小型機系統的多任務網絡操作系統，它開創了“工作站/服務器”的結構。

　　Novell Netware 由文件服務器軟件、工作站軟件、網橋軟件等組成。其中文件服務器軟件和工作站軟件是建網必不可少的軟件。

　　另外還有UNIX、WINDOWS NT、WINDOWS XP