10.2  計算機局域網(wǎng)
  10.2.1  計算機局域網(wǎng)體系結構
  1．計算機局域網(wǎng)的技術特點
  計算機局域網(wǎng)LAN產(chǎn)生于20世紀60年代末。20世紀70年代出現(xiàn)了一些實驗性的網(wǎng)絡，到80年代，局域網(wǎng)的產(chǎn)品已經(jīng)大量涌現(xiàn)，其典型代表就是Ethernet。近年來，隨著社會信息化的發(fā)展，計算機局域網(wǎng)技術得到很大的進步，其應用范圍也越來越廣。
  (1) 局域網(wǎng)覆蓋有限的地理范圍，它適用于機關、公司、校園、軍營、工廠等有限范圍內(nèi)的計算機、終端與各類信息處理設備連網(wǎng)的需求；
  (2) 局域網(wǎng)具有較高的數(shù)據(jù)傳輸速率(10～100 Mb/s)、低誤碼率(<10-8)的高質量數(shù)據(jù)傳輸環(huán)境；
  (3) 局域網(wǎng)一般屬于一個單位所有，易于建立、維護和擴展。
  決定局域網(wǎng)特性的主要技術要素是網(wǎng)絡拓撲結構、傳輸介質與介質訪問控制方法。
  2．計算機局域網(wǎng)的參考模型
  美國電氣和電子工程師學會IEEE 802課題小組為計算機局域網(wǎng)制定了許多標準，大部分得到國際標準化組織的認可。
  IEEE 802標準遵循ISO/OSI參考模型的原則，確定最低兩層——物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的功能以及與網(wǎng)絡層的接口服務、網(wǎng)絡互連有關的高層功能。要注意的是，按OSI的觀點，有關傳輸介質的規(guī)格和網(wǎng)絡拓撲結構的說明，應比物理層還低，但對局域網(wǎng)來說這兩者卻至關重要，因而在IEEE 802模型中，包含了對兩者詳細的規(guī)定，圖10.2是局域網(wǎng)參考模型與OSI參考模型的對比。

  局域網(wǎng)參考模型只用到OSI參考模型的最低兩層：物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。數(shù)據(jù)鏈路層分為兩個子層，媒介接入控制MAC和邏輯鏈路控制LLC。物理媒介、介質訪問控制方法等對網(wǎng)絡層的影響在MAC子層已完全隱蔽起來了。數(shù)據(jù)鏈路層與媒介接入無關的部分都集中在邏輯鏈路控制LLC子層。
  MAC子層主要有如下功能：
  (1) 將上層來的數(shù)據(jù)封裝成幀進行發(fā)送，接收時進行相反的過程；
  (2) 實現(xiàn)和維護MAC協(xié)議；
  (3) 比特差錯檢測。
  LLC子層主要有如下功能：
  (1) 建立和釋放數(shù)據(jù)鏈路層的邏輯連接；
  (2) 提供與高層的接口；
  (3) 差錯控制；
  (4) 給幀加上序號。
  3．IEEE 802標準
  IEEE 802 標準包括以下主要部分:
  (1)  IEEE 802.1 概述、系統(tǒng)結構和網(wǎng)絡互連，以及網(wǎng)絡管理和性能測量。
  (2)  IEEE 802.2 邏輯鏈路控制。這是高層協(xié)議與任何一種局域網(wǎng)MAC子層的接口。
  (3)  IEEE 802.3 CSMA/CD。定義CSMA/CD總線網(wǎng)的MAC子層和物理層的規(guī)約。
  (4)  IEEE 802.4 令牌總線網(wǎng)。定義令牌傳遞總線網(wǎng)的MAC子層和物理層的規(guī)約。
  (5)  IEEE 802.5 令牌環(huán)形網(wǎng)。定義令牌傳遞環(huán)形網(wǎng)的MAC子層和物理層的規(guī)約。
  (6)  IEEE 802.11 無線局域網(wǎng)。
  4．令牌環(huán)訪問控制法(Token Ring )
  Token Ring是令牌通行環(huán)(Token Passing Ring)的簡寫。其主要技術指標是：網(wǎng)絡拓撲為環(huán)形布局，基帶網(wǎng)，數(shù)據(jù)傳送速率為4 Mb/s，采用單個令牌(或雙令牌)的令牌傳遞方法。 環(huán)型網(wǎng)絡的主要特點是只有一條環(huán)路，信息單向沿環(huán)流動，無路徑選擇問題。
  令牌(Token)也叫通行證，它具有特殊的格式和標記，是一個1位或幾位二進制數(shù)組成的碼。舉例來說，如果令牌是一個字節(jié)的二進制數(shù)“11111111"，則該令牌沿環(huán)形網(wǎng)依次向每個節(jié)點傳遞，只有獲得令牌的節(jié)點才有權利發(fā)送信包。令牌有“忙”和“空”兩個狀態(tài)。“11111111”為空令牌狀態(tài)。當一個工作站準備發(fā)送報文信息時，首先要等待令牌的到來，當檢測到一個經(jīng)過它的令牌為空令牌時，即以“幀”為單位發(fā)送信息，并將令牌置為“忙”(“00000000”)標志附在信息尾部向下一站發(fā)送。下一站用按位轉發(fā)的方式轉發(fā)經(jīng)過本站但又不屬于由本站接收的信息。由于環(huán)中已經(jīng)沒有空閑令牌，因此其他希望發(fā)送的工作站必須等待。
  接收過程：每一站隨時檢測經(jīng)過本站的信包，當查到信包指定的地址與本站地址相符時，則一面拷貝全部信息，一面繼續(xù)轉發(fā)該信息包。環(huán)上的幀信息繞網(wǎng)一周，由源發(fā)送點予以收回。按這種方式工作，發(fā)送權一直在源站點控制之下，只有發(fā)送信包的源站點放棄發(fā)送權，把Token置“空”后，其他站點得到令牌才有機會發(fā)送自己的信息。
  令牌方式在輕負載時，由于發(fā)送信息之前必須等待令牌，加上規(guī)定由源站收回信息，大約有50%的環(huán)路在傳送無用信息，所以效率較低。然而在重負載環(huán)路中，令牌以“循環(huán)”方式工作，故效率較高，各站機會均等。令牌環(huán)的主要優(yōu)點在于它提供的訪問方式是可調整的，它可提供優(yōu)先權服務，具有很強的實時性。其主要缺點在于它需有令牌維護要求，避免令牌丟失或令牌重復，故這種方式控制電路較為復雜。

  5．令牌總線訪問控制法(Token Bus)
  Token Bus是令牌通行總線(Token Passing Bus)的簡寫。這種方式主要用于總線型或樹型網(wǎng)絡結構中。1976年美國Data Point公司研制成功的ARCNet (Attached Resource Computer)綜合了令牌傳遞方式和總線網(wǎng)絡的優(yōu)點，在物理總線結構中實現(xiàn)令牌傳遞控制方法，從而構成一個邏輯環(huán)路。此方式也是目前微機局域中的主流介質訪問控制方式。
  ARCNet網(wǎng)絡把總線或樹型傳輸介質上的各工作站形成一個邏輯上的環(huán)，即將各工作站置于一個順序的序列內(nèi)(例如可按照接口地址的大小排列)。方法可以是在每個站點中設一個網(wǎng)絡節(jié)點標識寄存器NID，初始地址為本站點地址。網(wǎng)絡工作前，要對系統(tǒng)初始化，以形成邏輯環(huán)路。其主要過程是：網(wǎng)中最大站號N開始向其后繼站發(fā)送“令牌”信包，目的站號為N+1，若在規(guī)定時間內(nèi)收到肯定的信號ACK，則N+1站連入環(huán)路，否則繼續(xù)向下詢問(該網(wǎng)中最大站號為N=255，N+1后變?yōu)?，然后N+1又等于1，2，3，…)，凡是給予肯定回答的站都可連入環(huán)路并將給予肯定回答的后繼站號放入本站的NID中，從而形成了一個封閉邏輯環(huán)路，經(jīng)過一遍輪詢過程，網(wǎng)絡各站標識寄存器NID中存放的都是其相鄰的下游站地址。
  邏輯環(huán)形成后，令牌的邏輯中的控制方法類似于Token Ring。在Token Bus中，信息是按雙向傳送的，每個站點都可以“聽到”其他站點發(fā)出的信息，所以令牌傳遞時都要加上目的地址，明確指出下一個將要接收令牌的站點。令牌總線避免沖突的方法是，除了當時得到令牌的工作站之外，所有的工作站只收不發(fā)，只有收到令牌后才能開始發(fā)送。
  Token Bus方式的最大優(yōu)點是具有極好的吞吐能力，且吞吐量隨數(shù)據(jù)傳輸速率的增高而增加并隨介質的飽和而穩(wěn)定下來，但并不下降；各工作站不需要檢測沖突，故信號電壓容許較大的動態(tài)范圍，連網(wǎng)距離較遠；有一定實時性，在工業(yè)控制中得到了廣泛應用，如MAP網(wǎng)用的就是寬帶令牌總線。其主要缺點在于其復雜性和時間開銷較大，工作站可能必須等待多次無效的令牌傳送后才能獲得令牌。
  上述兩種訪問控制法已得到國際認可，并形成IEEE 802計算機局域網(wǎng)標準。

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