3.3.2　局域網(wǎng)技術(shù)

局域網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從宏觀的角度向我們展示出了局域網(wǎng)中計算機(jī)之間的物理連接方式，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)好比粗線條，向我們勾勒出了局域網(wǎng)的輪廓。但是，僅僅通過線路把計算機(jī)連起來并不能實現(xiàn)通信。要使數(shù)據(jù)經(jīng)由傳輸介質(zhì)從一個節(jié)點傳送到另外一點，必須有一套標(biāo)準(zhǔn)來對具體的工作方式和工作過程進(jìn)行規(guī)定。

IEEE 802系列協(xié)議就是這樣一套標(biāo)準(zhǔn)，它定義了一套用于網(wǎng)絡(luò)物理部件(接口卡和電纜)的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，這套標(biāo)準(zhǔn)工作在OSI模型中的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層(詳見3.4節(jié))。當(dāng)今存在三種比較重要的局域網(wǎng)技術(shù):以太網(wǎng)、令牌環(huán)網(wǎng)和光纖分布式數(shù)據(jù)接口，而IEEE 802.3、IEEE 802.5和IEEE 802.8三個協(xié)議分別對這三種技術(shù)進(jìn)行了規(guī)定。下面我們對這三種局域網(wǎng)技術(shù)作一介紹。

令牌環(huán)網(wǎng)與光纖分布式數(shù)據(jù)接口

令牌環(huán)網(wǎng)(Token Ring)由IBM公司于20世紀(jì)70年代開發(fā)。令牌環(huán)網(wǎng)采用環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并且設(shè)立令牌進(jìn)行訪問控制，以防止數(shù)據(jù)傳輸沖突。其通信傳輸介質(zhì)可以是無屏蔽雙絞線、屏蔽雙絞線，也可以是光纖等。在老式的令牌環(huán)網(wǎng)中，數(shù)據(jù)傳輸速度為4Mbps或16Mbps，新型的快速令牌環(huán)網(wǎng)速度可達(dá)100Mbps。

IEEE 802.5協(xié)議對令牌環(huán)網(wǎng)的介質(zhì)訪問方法作出了規(guī)定。在令牌環(huán)網(wǎng)中，有一個令牌沿著環(huán)路在各節(jié)點間依次傳遞。令牌實際上是一個特殊格式的數(shù)據(jù)包(在局域網(wǎng)中，談到數(shù)據(jù)包時一般使用“幀”這個詞)，它本身并不包含信息，僅僅作為控制信道的手段，以確保在同一時刻只有一個節(jié)點能夠獨占信道。當(dāng)環(huán)上節(jié)點都空閑時，令牌繞環(huán)在各節(jié)點計算機(jī)之間傳遞。當(dāng)節(jié)點上的一臺計算機(jī)需要傳輸數(shù)據(jù)時，它暫停傳遞過來的令牌，等待所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)被目標(biāo)節(jié)點計算機(jī)接收后，令牌重新開始傳遞。

由此可見，在令牌環(huán)網(wǎng)中，由于各節(jié)點只有取得令牌后才能發(fā)送數(shù)據(jù)，因此不會發(fā)生沖突。同時，由于令牌在網(wǎng)環(huán)上是按順序依次傳遞的，因此對所有節(jié)點，訪問權(quán)是公平的。但是，令牌環(huán)網(wǎng)管理起來較為復(fù)雜，需要選擇專門的節(jié)點監(jiān)視和管理令牌。由于目前以太網(wǎng)技術(shù)發(fā)展迅速，令牌網(wǎng)又存在固有缺點，因此除了銀行等少數(shù)場合外，現(xiàn)在這種網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)比較少見了。

光纖分布式數(shù)據(jù)接口(FDDI)是在令牌環(huán)網(wǎng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的技術(shù)，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)當(dāng)然也是環(huán)型，其工作原理由IEEE 802.5協(xié)議定義。FDDI的傳輸媒體為光纖，傳輸速度可達(dá)100Mbps，F(xiàn)DDI也常常被劃分在城域網(wǎng)技術(shù)的范疇。FDDI的工作原理如圖3-6。

圖3-6　FDDI的工作原理

FDDI的訪問方法與令牌環(huán)網(wǎng)的訪問方法類似，在網(wǎng)絡(luò)通信中均采用“令牌”傳遞。不同之處主要在于FDDI使用定時的令牌訪問方法。FDDI令牌沿著網(wǎng)絡(luò)環(huán)路從一個節(jié)點向另一個節(jié)點移動，如果某節(jié)點不需要傳輸數(shù)據(jù)，F(xiàn)DDI將獲取令牌并將其發(fā)送到下一個節(jié)點中;如果該節(jié)點需要傳輸數(shù)據(jù)，該站便將令牌吸收，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和處理，隨后產(chǎn)生新的令牌，并發(fā)送一幀或多幀到同一環(huán)上的其他站點。由此可見，與令牌環(huán)網(wǎng)不同的是，節(jié)點上的令牌被吸收完成了它的數(shù)據(jù)傳輸之后，該節(jié)點便在環(huán)上插入一新的令牌，并可向環(huán)上的不同方向發(fā)送多個幀，這樣，來自多個節(jié)點的多個幀可能都在網(wǎng)絡(luò)上，為用戶提供高容量的通信。

以太網(wǎng)

在已有的局域網(wǎng)技術(shù)中，以太網(wǎng)是最成功的、應(yīng)用最廣的局域網(wǎng)技術(shù)，世界上85%的連接個人計算機(jī)和工作站的局域網(wǎng)都使用以太網(wǎng)技術(shù)。以太網(wǎng)最早由Xerox公司創(chuàng)建，并由Xerox、Intel和DEC公司在20世紀(jì)70年代聯(lián)合開發(fā)。最初，其數(shù)據(jù)傳輸速率就已達(dá)到10Mbps。隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，傳統(tǒng)10Mbps的以太網(wǎng)技術(shù)已難以滿足日益增長的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量速度需求，于是又出現(xiàn)了傳輸速率達(dá)100Mbps的快速以太網(wǎng)，傳輸速率達(dá)1000Mbps的高速以太網(wǎng)以及更高傳輸速率的萬兆以太網(wǎng)。

最初，以太網(wǎng)采用總線型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以同軸電纜、雙絞線或光纖作為傳輸介質(zhì)?？偩€型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)以廣播方式進(jìn)行工作，即所有與網(wǎng)絡(luò)連接的工作站都可以收到網(wǎng)絡(luò)上傳遞的數(shù)據(jù)。收到數(shù)據(jù)以后，再通過查看包含在幀中的目的地的MAC地址，確定是否進(jìn)行接收或放棄。如果目的地的MAC地址與自己的MAC地址相同，證明數(shù)據(jù)確實是發(fā)給自己的，就接收數(shù)據(jù)并作進(jìn)一步的處理，反之則忽略數(shù)據(jù)。

以太網(wǎng)采用載波偵聽多路訪問和碰撞檢測(CSMA/CD)機(jī)制進(jìn)行工作，這一機(jī)制是以太網(wǎng)技術(shù)為核心，由IEEE 802.3協(xié)議規(guī)定。它描述了以太網(wǎng)控制節(jié)點間通信的方法。這個詞看起來有些復(fù)雜，但如果我們將它分解為幾個小概念，便會發(fā)現(xiàn)它描述的規(guī)則十分類似于人們在進(jìn)行彬彬有禮的談話時所使用的規(guī)則。為了有助于描述以太網(wǎng)的操作，我們使用飯桌上的對話作為類比。

在以太網(wǎng)中，將單個共享介質(zhì)稱作一個以太網(wǎng)段。我們將以太網(wǎng)段類比為飯桌，讓幾個代表節(jié)點的人坐在飯桌旁邊很有禮貌地進(jìn)行談話。多路訪問這個術(shù)語的含義是:在一個以太網(wǎng)站點傳輸數(shù)據(jù)時，介質(zhì)上的所有站點都會聽到該傳輸行為，這就是廣播機(jī)制。這就像飯桌上一個人在講話時，所有人都能夠聽到他(她)的講話一樣。

現(xiàn)在，假設(shè)你也坐在桌旁而且有話想說。但是，當(dāng)時我正在講話。由于這是一次很有禮貌的談話，因此你不應(yīng)立即開口講話并打斷別人，而是等到我講完后再開口。剛才描述的情況在以太網(wǎng)協(xié)議中稱為載波偵聽。其含義是:在站點開始傳輸數(shù)據(jù)之前，它會“偵聽”介質(zhì)來確定其他站點是否正在進(jìn)行傳輸，如果介質(zhì)上很安靜，站點便認(rèn)為現(xiàn)在是一個適于傳輸數(shù)據(jù)的時間，反之則等待。

還有一種情況，想想談話中有片刻寂靜的情況。你和我都有一些話想說，我們都在發(fā)生片刻寂靜時“偵聽到了載波”，所以我們幾乎同時開始講話。用以太網(wǎng)術(shù)語來說，我們同時講話時會發(fā)生沖突。在談話時，我們可以很好地處理這種情況。在我們講話的同時，都聽到了對方也在講話，因此我們都停止了講話，以便對方能夠繼續(xù)。以太網(wǎng)節(jié)點在傳輸數(shù)據(jù)時也會偵聽介質(zhì)，確保它是在該時刻進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈ㄒ徽军c。如果站點聽到它自己傳輸?shù)臄?shù)據(jù)以一種混亂的形式返回(如果其他站點也同時開始傳輸它們自己的消息便會發(fā)生這種情況)，那么就知道發(fā)生了沖突。

我們將共享介質(zhì)型局域網(wǎng)中會發(fā)生沖突碰撞的區(qū)域稱為一個沖突域。顯然，單個以太網(wǎng)段就是一個沖突域，因為網(wǎng)段上的任何兩個站點都無法在不產(chǎn)生沖突的情況下同時傳輸數(shù)據(jù)。如果站點檢測到?jīng)_突，它們會停止傳輸數(shù)據(jù)，等待一個隨機(jī)的時間長度，然后在檢測到介質(zhì)歸于平靜之后嘗試再次傳輸數(shù)據(jù)。

隨機(jī)暫停并重試是協(xié)議的重要組成部分。如果兩個站點在進(jìn)行傳輸時發(fā)生沖突，那么它們都需要重新進(jìn)行傳輸。在適于傳輸數(shù)據(jù)的下一個時間，上次發(fā)生沖突的兩個站點都會準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)以便進(jìn)行傳輸。如果它們在第一次機(jī)會來到時再次傳輸了數(shù)據(jù)，那么很可能無限期地一次又一次發(fā)生沖突。而隨機(jī)延遲則可以使任何兩個站點都不會連續(xù)發(fā)生多次沖突。

總結(jié)一下，CSMA/CD機(jī)制的工作原理是:在發(fā)送數(shù)據(jù)之前，工作站首先需要偵聽網(wǎng)絡(luò)是否空閑，如果網(wǎng)絡(luò)上沒有任何數(shù)據(jù)傳送，工作站就會把所要發(fā)送的信息投放到網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中。否則，工作站會停止傳輸數(shù)據(jù)，等待一個隨機(jī)的時間長度，然后在檢測到介質(zhì)歸于平靜之后嘗試再次傳輸數(shù)據(jù)。這一原理可以進(jìn)一步地概括為16個字:先聽后發(fā)、邊聽邊發(fā)、沖突停發(fā)、延遲重發(fā)。