傳輸與接入考試計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)

  10.2  計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)
  10.2.1  計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)
  1．計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)的技術(shù)特點(diǎn)
  計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)LAN產(chǎn)生于20世紀(jì)60年代末。20世紀(jì)70年代出現(xiàn)了一些實(shí)驗(yàn)性的網(wǎng)絡(luò)，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(huì)信息化的發(fā)展，計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)技術(shù)得到很大的進(jìn)步，其應(yīng)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(jī)關(guān)、公司、校園、軍營(yíng)、工廠等有限范圍內(nèi)的計(jì)算機(jī)、終端與各類信息處理設(shè)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(zhì)量數(shù)據(jù)傳輸環(huán)境；
  (3) 局域網(wǎng)一般屬于一個(gè)單位所有，易于建立、維護(hù)和擴(kuò)展。
  決定局域網(wǎng)特性的主要技術(shù)要素是網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、傳輸介質(zhì)與介質(zhì)訪問控制方法。
  2．計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)的參考模型
  美國(guó)電氣和電子工程師學(xué)會(huì)IEEE 802課題小組為計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)制定了許多標(biāo)準(zhǔn)，大部分得到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織的認(rèn)可。
  IEEE 802標(biāo)準(zhǔn)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(luò)層的接口服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)互連有關(guān)的高層功能。要注意的是，按OSI的觀點(diǎn)，有關(guān)傳輸介質(zhì)的規(guī)格和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的說明，應(yīng)比物理層還低，但對(duì)局域網(wǎng)來說這兩者卻至關(guān)重要，因而在IEEE 802模型中，包含了對(duì)兩者詳細(xì)的規(guī)定，圖10.2是局域網(wǎng)參考模型與OSI參考模型的對(duì)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(gè)子層，媒介接入控制MAC和邏輯鏈路控制LLC。物理媒介、介質(zhì)訪問控制方法等對(duì)網(wǎng)絡(luò)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(guān)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(jìn)行發(fā)送，接收時(shí)進(jìn)行相反的過程；
  (2) 實(shí)現(xiàn)和維護(hù)MAC協(xié)議；
  (3) 比特差錯(cuò)檢測(cè)。
  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(cuò)控制；
  (4) 給幀加上序號(hào)。
  3．IEEE 802標(biāo)準(zhǔn)
  IEEE 802 標(biāo)準(zhǔn)包括以下主要部分:
  (1)  IEEE 802.1 概述、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)互連，以及網(wǎng)絡(luò)管理和性能測(cè)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(jiǎn)寫。其主要技術(shù)指標(biāo)是：網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錇榄h(huán)形布局，基帶網(wǎng)，數(shù)據(jù)傳送速率為4 Mb/s，采用單個(gè)令牌(或雙令牌)的令牌傳遞方法。 環(huán)型網(wǎng)絡(luò)的主要特點(diǎn)是只有一條環(huán)路，信息單向沿環(huán)流動(dòng)，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(biāo)記，是一個(gè)1位或幾位二進(jìn)制數(shù)組成的碼。舉例來說，如果令牌是一個(gè)字節(jié)的二進(jìn)制數(shù)“11111111"，則該令牌沿環(huán)形網(wǎng)依次向每個(gè)節(jié)點(diǎn)傳遞，只有獲得令牌的節(jié)點(diǎn)才有權(quán)利發(fā)送信包。令牌有“忙”和“空”兩個(gè)狀態(tài)?！?1111111”為空令牌狀態(tài)。當(dāng)一個(gè)工作站準(zhǔn)備發(fā)送報(bào)文信息時(shí)，首先要等待令牌的到來，當(dāng)檢測(cè)到一個(gè)經(jīng)過它的令牌為空令牌時(shí)，即以“幀”為單位發(fā)送信息，并將令牌置為“忙”(“00000000”)標(biāo)志附在信息尾部向下一站發(fā)送。下一站用按位轉(zhuǎn)發(fā)的方式轉(zhuǎn)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(shí)檢測(cè)經(jīng)過本站的信包，當(dāng)查到信包指定的地址與本站地址相符時(shí)，則一面拷貝全部信息，一面繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)該信息包。環(huán)上的幀信息繞網(wǎng)一周，由源發(fā)送點(diǎn)予以收回。按這種方式工作，發(fā)送權(quán)一直在源站點(diǎn)控制之下，只有發(fā)送信包的源站點(diǎn)放棄發(fā)送權(quán)，把Token置“空”后，其他站點(diǎn)得到令牌才有機(jī)會(huì)發(fā)送自己的信息。
  令牌方式在輕負(fù)載時(shí)，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(fù)載環(huán)路中，令牌以“循環(huán)”方式工作，故效率較高，各站機(jī)會(huì)均等。令牌環(huán)的主要優(yōu)點(diǎn)在于它提供的訪問方式是可調(diào)整的，它可提供優(yōu)先權(quán)服務(wù)，具有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性。其主要缺點(diǎn)在于它需有令牌維護(hù)要求，避免令牌丟失或令牌重復(fù)，故這種方式控制電路較為復(fù)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(jiǎn)寫。這種方式主要用于總線型或樹型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中。1976年美國(guó)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(luò)的優(yōu)點(diǎn)，在物理總線結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)令牌傳遞控制方法，從而構(gòu)成一個(gè)邏輯環(huán)路。此方式也是目前微機(jī)局域中的主流介質(zhì)訪問控制方式。
  ARCNet網(wǎng)絡(luò)把總線或樹型傳輸介質(zhì)上的各工作站形成一個(gè)邏輯上的環(huán)，即將各工作站置于一個(gè)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(gè)站點(diǎn)中設(shè)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)寄存器NID，初始地址為本站點(diǎn)地址。網(wǎng)絡(luò)工作前，要對(duì)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(hào)N開始向其后繼站發(fā)送“令牌”信包，目的站號(hào)為N+1，若在規(guī)定時(shí)間內(nèi)收到肯定的信號(hào)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(hào)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(hào)放入本站的NID中，從而形成了一個(gè)封閉邏輯環(huán)路，經(jīng)過一遍輪詢過程，網(wǎng)絡(luò)各站標(biāo)識(shí)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(gè)站點(diǎn)都可以“聽到”其他站點(diǎn)發(fā)出的信息，所以令牌傳遞時(shí)都要加上目的地址，明確指出下一個(gè)將要接收令牌的站點(diǎn)。令牌總線避免沖突的方法是，除了當(dāng)時(shí)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(diǎn)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(zhì)的飽和而穩(wěn)定下來，但并不下降；各工作站不需要檢測(cè)沖突，故信號(hào)電壓容許較大的動(dòng)態(tài)范圍，連網(wǎng)距離較遠(yuǎn)；有一定實(shí)時(shí)性，在工業(yè)控制中得到了廣泛應(yīng)用，如MAP網(wǎng)用的就是寬帶令牌總線。其主要缺點(diǎn)在于其復(fù)雜性和時(shí)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(guó)際認(rèn)可，并形成IEEE 802計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。

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