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局域网技术的6个关键要素

【摘要】:这些都是局域网得以普及应用的重要因素。所谓“介质访问控制”,即在结点传输数据之前,首先要解决获得介质使用权的问题,以避免冲突。

局域网作为计算机网络技术的一个重要分支,具有其自身的特殊性。这些特殊性往往是局域网的关键技术,应重点关注。

1.局域网数据传输方式

因为局域网结点间距离短,所以可以采用适合数字信号的数字线路直接进行基带数据传输而无须调制,因而设备简单,传输成本低。这些都是局域网得以普及应用的重要因素。基带传输意味着不能采用频分复用的方式使用信道,而只能采用时分复用方式分时地使用信道。

2.局域网技术关键要素

决定局域网技术的三个关键要素是:物理传输介质、网络拓扑结构、介质访问控制方法。

(1)物理传输介质。

不同传输介质的物理连接特性决定了局域网的拓扑结构。例如:双绞线适合于点对点设备的连接,形成星形网络拓扑结构;同轴电缆适于连接成总线形拓扑结构;光纤既适合于连接成环形拓扑结构,又适合于星形拓扑结构,但不适合于总线拓扑结构,等等。另外,不同的传输介质也决定了网络可能达到的数据传输速率。

(2)网络拓扑结构。

局域网由于在一个局部地理范围内,覆盖范围有限,所以很容易规划构成简洁、规则的拓扑结构,这一点是与广域网最重要的区别,它决定了局域网技术的特殊性。由于拓扑结构简单,所以最初的局域网本着降低信道成本的思想,采用简单的共享信道连接各设备进行通信(即多点接入技术或多址访问技术),如传统局域网最早采用总线形和环形拓扑结构,而不采用网状拓扑结构。后来随着传输介质和设备的发展出现了星形和树形拓扑结构。

不同的传输介质构成网络的拓扑结构不同,不同的拓扑结构又决定着各站点接入方式和网络中信号的流通方式,对于不同的拓扑结构必须采用不同的介质访问控制方式。

(3)介质访问控制方法。

局域网介质访问控制的主要目的是实现网络传输信道的合理分配。

对于采用多点接入共享公共传输介质通信方式的局域网,信道对于各结点是共享的,任何一个物理信道在某一时间段内只能为一个结点服务传输数据。这就产生了如何合理分配和使用信道的问题,既要充分利用信道资源,又不致发生各站点间的互相冲突。这需要有一种仲裁机制来控制各站使用介质的方式,即解决信道共享与独占之间的矛盾。为解决这一问题,局域网的数据链路层必须设有介质访问控制功能。所谓“介质访问控制”,即在结点传输数据之前,首先要解决获得介质使用权的问题,以避免冲突。这与广域网数据链路层一般采用点对点连接的情况是不同的,点对点连接的专用信道一般不存在介质访问控制问题。

以上三个技术要素在很大程度上决定了局域网工作方式、传输数据的类型、网络的响应时间、吞吐量和利用率,以及网络应用等各种网络特性。其中最重要的是介质访问控制方法,它对局域网特性起着十分重要的作用,是局域网的关键技术之一。

3.介质访问控制技术

局域网的介质访问控制技术的功能就是合理解决信道使用权的分配问题。设计一个好的介质访问控制协议主要有三个基本目标:协议要简单易于实现、信道利用率要高、对网上各站点公平合理。

共享介质的访问控制技术(信道分配方式)有两大类:集中式控制和分布式控制。(www.chuimin.cn)

(1)集中式控制。

集中式控制的思想是:网络中设置一个集中控制设备专门实施对介质的访问控制功能,管理各结点通信,各结点只有经它授权才可以访问介质向网络发送数据。

①集中式控制的优点。

A.可以提供更复杂、更灵活的介质访问控制方式,如提供多种优先级、按需分配带宽等。

B.各个工作站一侧的访问控制逻辑较简单,避免了各站点间进行分布合作带来的复杂配合问题。

②集中式控制的缺点。

A.需要专门的控制设备。

B.控制点成为网络中的单失效点,如果控制点出现故障,则会导致整个网络瘫痪。

C.由于所有对共享介质的访问都要经过控制站点的允许,造成局部通信流量过大,可能成为网络性能的瓶颈,降低效率

(2)分布式控制。

网络中不设专门的集中式控制设备,各站点间的通信是按照某种事先的约定由各站点分布式协同完成介质访问控制功能,从而动态地决定站点对信道的使用权。分布式控制比集中式控制对信道的利用率高。

局域网一般采用非集中控制的分布式信道控制方式,最流行的两种仲裁机制是:“随机式访问机制”和“令牌传递访问机制”。

①随机式访问机制。这是一种以竞争方式获得信道使用权的机制,其特点是所有用户可随机地发送信息。对于随机突发性的数据传输,竞争是最常用的机制。但如果有两个或更多的用户在同一时刻发送信息,那么就会在共享介质上产生碰撞(发生了冲突),使得这些用户的发送都失败。因此必须要有解决冲突的介质访问控制方法。

②令牌传递访问机制。这是一种以顺序方式访问信道的机制。令牌是一个特殊的数据帧,它的作用是作为一个允许站点进行数据发送的标记。在令牌传送系统中,令牌在网络中沿各站顺序传递,一个站只有在得到令牌时才能发送数据。

在局域网中,被普遍采用并形成国际标准的介质访问控制方法主要有三种:带有冲突检测的载波监听多路访问方法(CSMA/CD)、令牌总线方法(Token Bus)、令牌环方法(Token Ring)。在以上三种“共享介质”的工作方式中,前一种属于随机竞争访问信道方式,后两种属于顺序访问信道的方式。目前在局域网中使用最多的是以太网的“带有冲突检测的载波监听多路访问方法”。

因为最初的局域网标准都是针对共享介质局域网而制定的,交换式局域网是在传统局域网基础上的改进和发展起来的,所以我们首先讨论传统的共享介质局域网。