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课题 任务2.3 局域网软件系统 课时
教学内容 1、IEEE802标准 2、介质访问控制方法 3、网络操作系统 4、通信协议
教学目标 理解IEEE802协议 掌握局域网介质访问控制方法 了解常见网络操作系统和通信协议
教学重点 IEEE802标准；局域网介质访问控制方法
教学难点 局域网介质访问控制方法
教学活动及主要语言
一、创设意境，导入新课（设疑法、提问法） 导入： 局域网的硬件设备有哪些？各自有什么特点 二、新课教学（讲解法、提问法、示范法） 1、IEEE802标准 IEEE是英文Institute of Electrical and Electronics Engineers的简称，其中文译名是电气和电子工程师协会。IEEE802定义了局域网的参考模型，该模型只对应OSI参考模型的数据链路层与物理层，它将数据链路层划分为：逻辑链路控制LLC子层和介质访问控制MAC子层，如图 25所示： 图 25 OSI参考模型与IEEE802参考模型对应关系 IEEE802为局域网制定了一系列标准，如图 26所示，主要是： 1.IEEE802.1标准，它包括局域网体系结构、网络互连以及网络管理与性能测试。 2.IEEE802.2标准，定义了逻辑链路控制LLC子层的功能与服务。 3.IEEE802.3标准，定义了CSMA/CD总线介质访问控制子层与物理层规范。 4.IEEE802.4标准，定义了令牌总线（Token Bus）介质访问控制子层与物理层规范。 5.IEEE802.5标准，定义了令牌环（Token Ring）介质访问控制子层与物理层规范。 6.IEEE802.6标准，定义了城域网MAN介质访问控制子层与物理层规范。 7.IEEE802.7标准，定义了宽带技术。 8.IEEE802.8标准，定义了光纤技术。 9.IEEE802.9标准，定义了综合语音与数据局域网IVD LAN技术。 10.IEEE802.10标准，定义了可互操作的局域网安全性规范SILS。 11.IEEE802.11标准，定义了无线局域网技术。 12.IEEE802.12 100Mbit/s VG-AnyLAN访问控制方法及物理层技术规范。 13.IEEE802.14标准定义了电缆调制解调器标准。 14.IEEE802.15标准定义了近距离个人无线网络标准。 15.IEEE802.16标准定义了宽带无线局域网标准。 2、介质访问控制方法 局域网介质访问控制方式主要解决介质使用权或机构问题，从而实现对网络传输信道的合理分配。局域网介质访问控制是局域网重要的一项基本任务，对局域网体系结构、工作过程和网络性能产生决定性的影响。 局域网介质访问控制包括：确定网络结点将数据发送到介质上去的特定时刻和解决如何对公用传输介质访问和利用并加以控制的问题。IEEE802.2标准定义的共享局域网有三类：带有冲突碰撞检测的载波监听多路访问（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection ，CSMA/CD）、令牌环和令牌总线。 1）载波监听多路访问/冲突检测法（CSMA/CD） CSMA/CD是一种适用于总线结构的分布式介质访问控制方法，是IEEE 802.3的核心协议，是一种典型的随机访问的争用型技术。CSMA/CD的发送流程可以简单地概括为：先听先发；边听边发；冲突停止；随机延迟后重发。 2）令牌环访问控制（Token Ring） 令牌环技术是1969年由IBM提出来的。它适用于环形网络，并已成为流行的环访问技术。这种介质访问技术的基础是令牌。令牌是一种特殊的帧，用于控制网络结点的发送权，只有持有令牌的结点才能发送数据。由于发送结点在获得发送权后就将令牌删除，在环路上不会再有令牌出现，其它结点也不可能再得到令牌，从而保证环路上某一时刻只有一个结点发送数据，因此令牌环技术不存在争用现象，它是一种典型的无争用型介质访问控制方式。 令牌环的主要优点在于其访问方式具有可调整性和确定性，且每个结点具有同等的介质访问权。同时，还提供优先权服务，具有很强的适用性。它的主要缺点是环维护复杂，实现较困难。 3）令牌总线访问控制（Token Bus） CSMA/CD采用用户访问总线时间不确定的随机竞争方式，具有结构简单、轻负载时时延小等特点，但当网络通讯负荷增大时，由于冲突增多，网络吞吐率下降、传输延时增加、性能明显下降。令牌环在重负荷下利用率高，网络性能对传输距离不敏感。但令牌环网控制复杂，并存在可靠性不保证等问题。令牌总线是在综合CSMA/CD与令牌环两种介质访问方式优点的基础上而形成的一种介质访问控制方式。 令牌总线主要适用于总线形或树形网络。令牌总线的特点在于它的确定性、可调整性及较好的吞吐能力，适用于对数据传输实时性要求较高或通讯负荷较重的应用环境中，如生产过程控制领域。它的缺点在于它的复杂性和时间开销较大，结点可能要等待多次无效的令牌传送后才能获得令牌。 4）CSMA/CD与Token Bus、Token Ring的比较 在共享介质访问控制方法中， CSMA/CD与Token Bus、Token Ring 应用广泛。从网络拓扑结构看，CSMA/CD与Token Bus都是针对总线拓扑的局域网设计的，而Token Ring是针对环型拓扑的局域网设计的。如果从介质访问控制方法性质的角度看，CSMA/CD属于随机介质访问控制方法，而Token Bus、Token Ring则属于确定型介质访问控制方法。 与确定型介质访问控制方法比较，CSMA/CD方法有以下几个特点： （1）CSMA/CD介质访问控制方法算法简单，易于实现。目前有多种VLSI（Very Large Scale Integration，超大规模集成电路）可以实现CSMA/CD方法，这对降低Ethernet成本，扩大应用范围是非常有利的。 （2）CSMA/CD是一种用户访问总线时间不确定的随机竞争总线的方法，适用于办公自动化等对数据传输实时性要求不严格的应用环境。 （3）CSMA/CD在网络通信负荷较低时表现出较好的吞吐率与延迟特性。但是，当网络通信负荷增大时，由于冲突增多，网络吞吐率下降、传输延迟增加，因此CSMA/CD方法一般用于通信负荷较轻的应用环境中。 与随机型介质访问控制方法比较，确定型介质访问控制方法Token Bus、Token Ring有以下几个特点： （1）Token Bus、Token Ring网中结点两次获得令牌的最大时间间隔是确定的，因而适用于对数据传输实时性要求较高的环境，如生产过程控制领域。 （2）Token Bus、Token Ring在网络通信负荷较重时表现出很好的吞吐率与较低的传输延迟，因而适用于通信负荷较重的环境。 （3）Token Bus、Token Ring的不足之处在于它们需要复杂的环维护功能，实现较困难。 IEEE802.2标准定义的共享局域网有三类： 1.采用CSMA/CD介质访问控制方法的总线型局域网。 2.采用Token Bus介质访问控制方法的总线型局域网。 3.采用Token Ring介质访问控制方法的环型局域网。 Ethernet（以太网）的核心技术是它的随机争用型介质访问方法即CSMA/CD介质访问控制方法。最早使用随机争用技术的是夏威夷大学的校园网。 4、网络操作系统 网络操作系统（Network Operating System, NOS）是网络的心脏和灵魂，是向网络计算机提供网络通信和网络资源共享功能的操作系统。它是负责整个网络资源和方便网络用户的软件的集合。通常的操作系统具有文件管理、设备管理和存储器管理等功能，而网络操作系统除了具有上述功能外。还能够提供高效、可靠的网络通信能力及多种网络服务。 1）网络操作系统的分类 网络操作系统按照处理不同可以分为三类： （1）集中模式 集中式网络操作系统是由分时操作系统加上网络功能演变的。系统的基本单元由一台主机和若干台与主机相连的终端构成，信息的处理和控制是集中的。Unix就是这类系统的典型。 （2）客户机/服务器模式 这种模式是最流行的网络工作模式。服务器是网络的控制中心，并向客户提供服务。客户机是用于本地处理和访问服务器的站点。 （3） 对等模式 采用这种模式的站点都是对等的，既可以作为客户访问其它站点，又可以作为服务器向其他站点提供服务。这种模式具有分布处理和分布控制的功能。 2）局域网中几类具体的网络操作系统： （1）Windows类 （2）NetWare类 （3）Unix系统 （4） Linux 5、通信协议 网络通信协议（Protocol）是计算机网络实现其功能的最基本机制，其本质是一种规则，即各种硬件和软件必须遵循的共同守则。如同我们日常通用的语言一样，标准的语言使我们不同的民族能够相互交流，计算机之间的相互通信也需要共同遵守一定的规则，这些规则就称为网络协议，网络协议使网络上各种设备能够相互交换信息，不同计算机之间必须使用相同的网络协议才能进行通信。 在局域网中，最常用的通信协议是TCP/IP，此外还有NetBEUI、NWLink IPX/SPX兼容传输协议和AppleTalk协议等。 1）TCP/IP协议 TCP/IP是一个协议系列，其包括100多个协议，TCP（传输控制协议）和IP（网际协议）仅是其中的两个协议。由于他们是最基本和最重要的两个协议，而且使用广泛并广为人知，因此通常用TCP/IP代表整个Internet协议系列。 Microsoft的联网方案使用了TCP/IP协议，在目前流行的Windows版本中都内置了该协议，而且在Windows XP中是自动安装的。在Windows2000 Server中，TCP/IP协议与DNS（域名系统）和DHCP（动态主机配置协议）配合使用。DHCP用来分配IP地址，当用户计算机登陆网络时，用户计算机自动寻找网络中的DHCP服务器，从中获得网络连接的动态配置和IP地址。 （1）IP协议 网际协议IP是TCP/IP的心脏，也是网络层中最重要的协议。IP层接收由更底层网络接口层（例如以太网设备驱动程序）发来的数据包，并把该数据包发送到更高层 TCP或UDP层；相反，IP层也把从TCP或UDP层接收来的数据包传送到更高层。IP数据包是不可靠的，因为IP并没有做任何事情来确认数据包是按顺序发送的或者没有被破坏。IP数据包中含有发送它的主机地址（源地址）和接收它的主机的地址（目的地址）。 高层的TCP和UDP服务在接收数据包时，通常假设包中的原地址是有效的。也可以这样说，IP地址形成了许多服务的认证基础，这些服务相信数据包是从一个有效的主机发送来的。IP确认包含一个选项，叫做IP source routing，可以用来指定一条源地址和目的地址之间的直接路径。对于一些TCP/UDP的服务来说，使用了该选项的IP包好像是从路径上的最后一个系统传递过来的，而不是来自于它的真实地点。这个选项是为了测试而存在的，说明它可以被用来欺骗系统以进行被禁止的连接。那么，许多依靠IP源地址做确认的服务将产生问题并且会被非法入侵。 （2）TCP协议 如果数据IP包中有已经封好的TCP数据包，那么IP将把他们向“上”传送到TCP层。TCP将包排序并进行错误检查，同时实现虚电路间的连接。TCP数据包包括序号和确认，所以未按照顺序收到的包可以被排序，而损坏的包可以被重传。 TCP将它的信息送到更高层的应用程序，例如Telnet的服务程序和客户程序。应用程序轮流将信息送回TCP层，TCP层便将他们向下传送到IP层，设备驱动程序和物理介质，最后到接收方。 面向连接的服务（例如Telnet、FTP、rlogin、X Windows和SMTP）需要高度的可靠性，所以他们使用了TCP协议。DNS在某些情况下使用TCP（发送和接收域名数据库），但使用UDP传送有关单个主机的信息。 三、扩展项目 能简述一下局域网软件都包括哪几方面吗？

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