局域網原理與技術

筆記目錄點這裏：南郵計算機專業基礎

局域網概述

局域網是指將分散在一個局部地理範圍的多臺計算機通過傳輸媒體連接起來的通信網絡。
網絡覆蓋的區域相對較小。
傳輸速率高，誤碼率低。
傳輸質量高。
局域網具有專用性質。
局域網大多采用廣播方式傳輸數據。

局域網的相關標準（IEEE 802、LLC、 MAC）

IEEE 802 標準 中將局域網的數據鏈路層定義了兩個子層，即邏輯鏈路控制LLC（Logical Link Control）子層和媒體訪問控制MAC（Medium Access control）子層。

重點總結

局域網具有傳輸速率高，誤碼率低的特點
採用廣播方式傳輸數據，不需要考慮路由選擇
邏輯鏈路控制子層和媒體訪問控制子層

局域網的技術特性（傳輸媒體、傳輸技術、網絡拓撲、媒體訪問控制方法）

傳輸媒體：指用於連接網絡設備的介質類型，常用的有雙絞線、同軸電纜、光纖，以及微波、紅外線和激光等無線傳輸媒體。
傳輸技術：指藉助傳輸媒體進行數據通信的技術，常用的有基帶傳輸和寬帶傳輸（頻帶傳輸）兩種。
網絡拓撲：物理結構和形狀
媒體訪問控制方法：指多臺計算機對傳輸媒體的訪問控制方法

傳輸媒體（有線媒體、無線媒體）

局域網的傳輸媒體包括：

有線媒體
- 同軸電纜
- 雙絞線
- 光纖
無線媒體
- 微波
- 紅外線
- 激光

10BASE-2（細同軸電纜）

10 代表傳播速率爲10Mbps
Base 代表 基帶傳輸
2 表示最大延伸距離接近200米，200米內不需要轉接器

10BASE-5（粗同軸電纜）

10 代表傳播速率爲10Mbps
Base 代表 基帶傳輸
5 表示最大延伸距離接近500米，500米內不需要轉接器

10BASE-T（雙絞線以太網）

10 代表傳播速率爲10Mbps
Base 代表 基帶傳輸
T 代表雙絞線

傳輸技術（基帶傳輸、頻帶傳輸）

基帶傳輸
頻帶傳輸

局域網中通常採用基帶傳輸技術。

網絡拓撲（星型、總線型、環型、樹型）

局域網的典型拓撲結構

媒體訪問控制方法（信道劃分、輪詢、隨機訪問）

基於信道劃分的媒體訪問控制

基於輪詢的媒體訪問控制

令牌總線網
令牌環網

基於隨機訪問的媒體訪問控制

ALOHA
時隙ALOHA
1 - 持續CSMA
1 指的是站點一旦偵聽到信道空閒，其發送數據的概率爲100%。這種協議中，因站點發送數據前先偵聽信道，減少了對前面發送數據的站的衝突，其性能較純ALOHA和時隙ALOHA要好
非持續CSMA
與 1 - 持續CSMA相比，該協議降低了站點間衝突概率，具有較高的信道利用率，但增大了發送延時。
p - 持續CSMA
站點在發送數據之前，首先偵聽信道，如果信道空閒，就以概率p傳送，而以概率q＝1－p把該次發送推遲到下一時隙。若發生衝突，則等待一隨機時間後重新開始。

以太網技術

以太網概述

Ethernet，1975年由 Xerox 公司的 Metcalfe 提出。
1980年，DEC、Intel 和 Xerox 聯手推出 DIX Ethernet 1.0 標準。
DIX Ethernet 2.0 標準與 IEEE 802.3 標準只有很小的區別（幀格式中兩個字節的定義有小區別）。

總線型網絡拓撲結構簡單，一般採用分佈式隨機競爭介質訪問控制方式。
以集線器爲中心的以太網，在物理上呈星形拓撲，在邏輯上仍然屬於總線式。

兩個需要解決的問題，總線式廣播信道中：
（1）如何實現計算機之間一對一的通信？
（2）如何協調多臺計算機對總線傳輸媒體的訪問控制問題？

重點總結

以太網的隨機競爭介質訪問控制方式
集線器連接以太網：物理上星形，邏輯上屬於總線式
局域網中兩個關鍵技術問題
（1）廣播信道實現一對一通信
（2）總線傳輸媒體的訪問控制

MAC地址與幀格式（48位、單播幀、廣播幀、多播幀）

命令行裏輸入 ipconfig：可以看到 MAC 地址。

“發往本站的幀” 包括以下三種幀：

單播（unicast）幀（一對一）
廣播（broadcast）幀（一對全體）
多播（multicast）幀（一對多）

Wireshark（網絡封包分析軟件）

Wireshark 是網絡封包分析軟件。

主要特點：

軟件開源，沒有版權問題；
捕獲信息，實時查看；
存儲捕獲信息靈活，不受容量限制；
支持協議豐富，兼容常見抓包軟件。

以太網工作原理（CSMA/CD、徵用期、有效幀長）

CSMA/CD具體含義

多點接入
載波監聽
衝突檢測

爭用期（2τ）

將總線式局域網的端到端往返時延稱爲爭用期，也稱爲衝突窗口
從開始發送數據時刻起，在 0~2τ 時間內，存在着衝突的可能
而經過 2τ 時間之後，如果還沒有發生衝突，則局域網上其它計算機都能感知到總線上有數據在傳輸
提供了設計總線式局域網中最小有效幀長的計算依據。

有效幀長

局域網的最小有效幀長不能小於爭用期內傳輸的比特數。
以太網中的最大幀長。

【例題】最短有效幀長

小結：

【例題】CSMA/CD 綜合題

概念挺難理解的…但是題目是真的很簡單。。不要怕。。

（1）
最長時間的情況就相當於 A 的數據已經快到 B 了，B 才發出數據，此時產生衝突，A 想知道至少得等 B 的數據傳到 A，因此總時間接近 2τ。
最短時間的情況相當於 A 和 B 同時出發，在中點相遇，產生衝突，那麼 A 的數據到 B、B 的數據到 A 應該是同時可以到達的，因此總時間爲 1τ。

（2）這個公式要記住，參數根據題意調整即可。