传输与接入考试计算机局域网体系结构

  10.2  计算机局域网
  10.2.1  计算机局域网体系结构
  1．计算机局域网的技术特点
  计算机局域网LAN产生于20世纪60年代末。20世纪70年代出现了一些实验性的网络，到80年代，局域网的产品已经大量涌现，其典型代表就是Ethernet。近年来，随着社会信息化的发展，计算机局域网技术得到很大的进步，其应用范围也越来越广。
  (1) 局域网覆盖有限的地理范围，它适用于机关、公司、校园、军营、工厂等有限范围内的计算机、终端与各类信息处理设备连网的需求；
  (2) 局域网具有较高的数据传输速率(10～100 Mb/s)、低误码率(<10-8)的高质量数据传输环境；
  (3) 局域网一般属于一个单位所有，易于建立、维护和扩展。
  决定局域网特性的主要技术要素是网络拓扑结构、传输介质与介质访问控制方法。
  2．计算机局域网的参考模型
  美国电气和电子工程师学会IEEE 802课题小组为计算机局域网制定了许多标准，大部分得到国际标准化组织的认可。
  IEEE 802标准遵循ISO/OSI参考模型的原则，确定最低两层——物理层和数据链路层的功能以及与网络层的接口服务、网络互连有关的高层功能。要注意的是，按OSI的观点，有关传输介质的规格和网络拓扑结构的说明，应比物理层还低，但对局域网来说这两者却至关重要，因而在IEEE 802模型中，包含了对两者详细的规定，图10.2是局域网参考模型与OSI参考模型的对比。

  局域网参考模型只用到OSI参考模型的最低两层：物理层和数据链路层。数据链路层分为两个子层，媒介接入控制MAC和逻辑链路控制LLC。物理媒介、介质访问控制方法等对网络层的影响在MAC子层已完全隐蔽起来了。数据链路层与媒介接入无关的部分都集中在逻辑链路控制LLC子层。
  MAC子层主要有如下功能：
  (1) 将上层来的数据封装成帧进行发送，接收时进行相反的过程；
  (2) 实现和维护MAC协议；
  (3) 比特差错检测。
  LLC子层主要有如下功能：
  (1) 建立和释放数据链路层的逻辑连接；
  (2) 提供与高层的接口；
  (3) 差错控制；
  (4) 给帧加上序号。
  3．IEEE 802标准
  IEEE 802 标准包括以下主要部分:
  (1)  IEEE 802.1 概述、系统结构和网络互连，以及网络管理和性能测量。
  (2)  IEEE 802.2 逻辑链路控制。这是高层协议与任何一种局域网MAC子层的接口。
  (3)  IEEE 802.3 CSMA/CD。定义CSMA/CD总线网的MAC子层和物理层的规约。
  (4)  IEEE 802.4 令牌总线网。定义令牌传递总线网的MAC子层和物理层的规约。
  (5)  IEEE 802.5 令牌环形网。定义令牌传递环形网的MAC子层和物理层的规约。
  (6)  IEEE 802.11 无线局域网。
  4．令牌环访问控制法(Token Ring )
  Token Ring是令牌通行环(Token Passing Ring)的简写。其主要技术指标是：网络拓扑为环形布局，基带网，数据传送速率为4 Mb/s，采用单个令牌(或双令牌)的令牌传递方法。 环型网络的主要特点是只有一条环路，信息单向沿环流动，无路径选择问题。
  令牌(Token)也叫通行证，它具有特殊的格式和标记，是一个1位或几位二进制数组成的码。举例来说，如果令牌是一个字节的二进制数“11111111"，则该令牌沿环形网依次向每个节点传递，只有获得令牌的节点才有权利发送信包。令牌有“忙”和“空”两个状态。“11111111”为空令牌状态。当一个工作站准备发送报文信息时，首先要等待令牌的到来，当检测到一个经过它的令牌为空令牌时，即以“帧”为单位发送信息，并将令牌置为“忙”(“00000000”)标志附在信息尾部向下一站发送。下一站用按位转发的方式转发经过本站但又不属于由本站接收的信息。由于环中已经没有空闲令牌，因此其他希望发送的工作站必须等待。
  接收过程：每一站随时检测经过本站的信包，当查到信包指定的地址与本站地址相符时，则一面拷贝全部信息，一面继续转发该信息包。环上的帧信息绕网一周，由源发送点予以收回。按这种方式工作，发送权一直在源站点控制之下，只有发送信包的源站点放弃发送权，把Token置“空”后，其他站点得到令牌才有机会发送自己的信息。
  令牌方式在轻负载时，由于发送信息之前必须等待令牌，加上规定由源站收回信息，大约有50%的环路在传送无用信息，所以效率较低。然而在重负载环路中，令牌以“循环”方式工作，故效率较高，各站机会均等。令牌环的主要优点在于它提供的访问方式是可调整的，它可提供优先权服务，具有很强的实时性。其主要缺点在于它需有令牌维护要求，避免令牌丢失或令牌重复，故这种方式控制电路较为复杂。

  5．令牌总线访问控制法(Token Bus)
  Token Bus是令牌通行总线(Token Passing Bus)的简写。这种方式主要用于总线型或树型网络结构中。1976年美国Data Point公司研制成功的ARCNet (Attached Resource Computer)综合了令牌传递方式和总线网络的优点，在物理总线结构中实现令牌传递控制方法，从而构成一个逻辑环路。此方式也是目前微机局域中的主流介质访问控制方式。
  ARCNet网络把总线或树型传输介质上的各工作站形成一个逻辑上的环，即将各工作站置于一个顺序的序列内(例如可按照接口地址的大小排列)。方法可以是在每个站点中设一个网络节点标识寄存器NID，初始地址为本站点地址。网络工作前，要对系统初始化，以形成逻辑环路。其主要过程是：网中最大站号N开始向其后继站发送“令牌”信包，目的站号为N+1，若在规定时间内收到肯定的信号ACK，则N+1站连入环路，否则继续向下询问(该网中最大站号为N=255，N+1后变为0，然后N+1又等于1，2，3，…)，凡是给予肯定回答的站都可连入环路并将给予肯定回答的后继站号放入本站的NID中，从而形成了一个封闭逻辑环路，经过一遍轮询过程，网络各站标识寄存器NID中存放的都是其相邻的下游站地址。
  逻辑环形成后，令牌的逻辑中的控制方法类似于Token Ring。在Token Bus中，信息是按双向传送的，每个站点都可以“听到”其他站点发出的信息，所以令牌传递时都要加上目的地址，明确指出下一个将要接收令牌的站点。令牌总线避免冲突的方法是，除了当时得到令牌的工作站之外，所有的工作站只收不发，只有收到令牌后才能开始发送。
  Token Bus方式的最大优点是具有极好的吞吐能力，且吞吐量随数据传输速率的增高而增加并随介质的饱和而稳定下来，但并不下降；各工作站不需要检测冲突，故信号电压容许较大的动态范围，连网距离较远；有一定实时性，在工业控制中得到了广泛应用，如MAP网用的就是宽带令牌总线。其主要缺点在于其复杂性和时间开销较大，工作站可能必须等待多次无效的令牌传送后才能获得令牌。
  上述两种访问控制法已得到国际认可，并形成IEEE 802计算机局域网标准。

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