局域網的拓撲

廣域網使用點到點通信
局域網使用廣播通信
可以隨意向網絡中添加設備。

• 總線網
• 星形網，使用集線器。現在多使用星形網絡。
• 環狀網
• 樹形網
  其中匹配電阻用來吸收總線上傳播的信號。

共享通信媒體

靜態劃分信道

頻分復用、時分復用、波分復用、碼分復用
可以讓計算機充分使用介質來使用信號。可是這種方法太過麻煩。

動態媒體接入技術（多點接入）

• 隨機接入(以太網使用)
• 受控接入

CSMA/CD協議

廣播通信：所有的計算機都能收到其他計算機發送的信息（就算不是發給自己的也可以收到，但是不接受）

載波監聽多點接入/碰撞檢測協議：CSMA/CD協議
多點接入：許多計算機以多點接入的方式鏈接在一根總線上
載波監聽：每一個站在發送數據之前要檢測一下總線上是否有其他計算機在發送數據。如果有則暫時不要發送數據，以免發生碰撞。

碰撞檢測

• 當幾個站同時在總線上發送數據時，總線上的信號電壓擺動值會增大（互相疊加）
• 當一個站檢測到信號電壓擺動值超過一定的門限值時，就認為總線上至少有兩個站同時在發送數據，表明產生了碰撞（沖突）。
• 發生碰撞時，總線上傳輸的信號產生了嚴重的失真，無法從中會付出有用的信息。
• 每一個發送數據的站一旦發現總線上出現了碰撞就要立即停止發送免得繼續浪費網絡資源，然后等待一段隨機事件再次發送。

傳播時延對載波監聽的影響

發送信號的計算機檢測到沖突（碰撞）最多是兩倍的傳播時延

CSMA/CD協議的特征

• 只能半雙工通信（集線器這樣的設備要求網卡必須是半雙工通信）
• 每個站在發送數據之后的一小段時間內（兩倍傳送時間）以內，均存在遭遇碰撞的可能性
• 這種不確定性導致以太網的平均通信量原小于以太網的最高數據率。

爭用期

爭用期就是兩倍的端到端傳輸時延$\tau$。如果在爭用期期間沒有檢測到碰撞就不會發生碰撞。

• 以太網的爭用期取51.2微妙為爭用期
• 對于10Mb/s以太網，爭用期內可以發送512bit(64字節)。因此10Mb/s的以太網在發送數據時如果前64字節沒有發生沖突則后續的數據就不會發生沖突
• 10Mb/s以太網規定了最短有效幀長為64字節，凡長度小于64字節的幀都是由于沖突而異常終止的無效幀 。同理，100Mb/s以太網最短有效幀長為640字節。
• 最短有效幀長與傳輸時延和帶寬有關。因此以太網規定局域網網線長度不能超過100m

二進制指數類型退避算法

• 確定基本退避時間，一般是爭用期$2\tau$
• 確定參數k:$k=min[重傳次數,10]$
• 從整數集合[0,1,…$2^k?1$]中隨機取出一個數，記為r。重傳所需要的時延就是r倍的基本規避時間，即$2r\tau$。
• 當重傳16次仍不能成功時即丟棄該幀，并向高層報告。

以太網

只要滿足CSMA/CD(載波監聽多點接入/碰撞檢測)協議的局域網都叫做以太網
后來將數據鏈路層分為兩個子層。邏輯鏈路控制LLC子層（已經被取消了），媒體介入控制MAC子層（網卡中含有）

以太網提供的服務是不可靠的交付，即盡最大努力的交付。
當接收站收到有差錯的數據幀時就丟棄該幀，其他什么也不做。差錯的糾正由高層來（傳輸層）決定。如果高層發現丟失了一些數據而進行重傳，但以太網并不知道這時一個重傳的幀。

集線器

集線器是使用電子器件來模擬實際電纜線的工作，因此整個系統仍然像一個傳統的以太網那樣運行。集線器使用了大規模集成電路芯片，因此這樣的硬件設備的可靠性已經大大提升了。
使用集線器的以太網在邏輯上仍然是一個總線網，各工作站使用的還是CSMA/CD協議(載波監聽多點接入/碰撞檢測協議)，并共享邏輯上的總線。集線器像一個多接口的轉發器，工作在物理層。集線器的帶寬是被共享的。

10Base-T

通信距離稍微短，每個站到集線器的距離不超過100m。這種10Mb/s速率的無屏蔽雙絞線星形網的出現，及降低的成本，又調高了可靠性。是局域網發展史上一個非常重要的里程碑。

信道利用率

發送實際信息的時間占總時間的比率S
傳輸時延$\tau$，發送時間$T_0$
定義：$a=\frac{\tau }{T_0}$

a比較小的時候表示一發生碰撞就立即可以檢測出來，并立即停止發送，因而信道利用率很高。a越大，表明爭用期所占的比例增大，每發生一次碰撞就浪費許多信道資源，是的信道利用率明顯降低。

對以太網參數的要求：

• 數據率一定時，以太網的連線的長度受到限制，否則$\tau$的數值會太大
• 以太網的幀長不能太短，否則$T_0$的值會太小，使得a值增大
  信道利用率的最大值：在理想情況下，以太網上的各占發送數據都不會發生沖突，
  這樣的情況下發送一幀占用線路的時間是$T_0+\tau$而幀數據本身的發送時間是$T_0$，于是我們可以計算出理想情況下的極限信道利用率
  $$S_{m}ax=\frac{T_0}{T_0+\tau }=\frac{1}{1+a}$$

MAC層（媒體訪問控制層）

MAC地址(媒體訪問控制地址)

MAC（48位）地址又稱作硬件地址、物理地址。盡管802標準中的地址并不是這個含義，但是大家都已經習慣了這種叫法。

• IEEE的注冊管理機構RA負責向廠家分配地址字段的前三個字節（即高位24位）。因此同一個廠家的MAC地址的前三個字節都一樣（代表廠家）。

局域網設計