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  第32题      
  知识点:   访问控制   局域网的介质访问控制方式   载波侦听多路访问/冲突检测法   局域网   总线
  章/节:   局域网和广域网       

 
局域网的介质访问控制方式主要有带冲突检测的载波监听多路访介质控制(CSMA/CD),令牌总线访问控制和令牌环(Token Ring)访问控制,其中带冲突检测的载波监听多路访问介质控制是一种(32)。
 
 
  A.  适合于环状网络结构的分布式介质访问控制方式
 
  B.  适合于总线型结构的分布式介质访问控制方式
 
  C.  适合于树型结构的分布式介质访问控制方式
 
  D.  适合于星型结构的分布式介质访问控制方式
 
 
 

   知识点讲解    
   · 访问控制    · 局域网的介质访问控制方式    · 载波侦听多路访问/冲突检测法    · 局域网    · 总线
 
       访问控制
        访问控制是指防止对计算机及计算机系统进行非授权访问和存取,主要采用两种方式实现:一种是限制访问系统的人员;另一种是限制进入系统的用户所能做的操作。前一种主要通过用户标识与验证来实现,而后一种则依靠存取控制来实现。手段包括用户识别代码、密码、登录控制、资源授权(例如用户配置文件、资源配置文件和控制列表)、授权核查、日志和审计。
        (1)用户标识与验证。
        访问控制是对进入系统进行控制,而选择性访问控制是进入系统后,对像文件和程序这类的资源的访问进行控制。一般来说,提供的权限有:读、写、创建、删除、修改等。安全级别指定用户所具有的权限,有管理员任务的人拥有所有的权限,最终用户只有有限的权限。
        用户标识与验证是访问控制的基础,是对用户身份的合法性验证。三种最常用的方法如下。
        .要求用户输入一些保密信息,如用户名和密码。
        .采用物理识别设备,例如访问卡,钥匙或令牌。
        .采用生物统计学系统,基于某种特殊的物理特征对人进行唯一性识别,包括签名识别法、指纹识别法、语音识别法。
        其中,密码是只有系统和用户自己知道的简单字符串,是进行访问控制的简单而有效的方法,但是一旦被别人知道了就不再安全了。除了密码之外,访问控制的特性还包括如下内容。
        .多个密码。即一个密码用于进入系统,另一个密码用于规定操作权限。
        .一次性密码。系统生成一次性密码的清单,例如,第一次用A,第二次用B,第三次用C等。
        .基于时间的密码。访问使用的正确密码随时间变化,变化基于时间和一个秘密的用户钥匙,密码隔一段时间就发生变化,变得难以猜测。
        .智能卡。访问不但需要密码,还需要物理的智能卡才有权限接近系统。
        .挑战反应系统。使用智能卡和加密的组合来提供安全访问控制/身份识别系统。
        (2)存取控制。
        存取控制是对所有的直接存取活动通过授权进行控制以保证计算机系统安全保密机制,是对处理状态下的信息进行保护。一般有两种方法,一是隔离技术法,二是限制权限法。
        隔离技术法,即在电子数据处理成分的周围建立屏障,以便在该环境中实施存取规则。隔离技术的主要实现方式包括:物理隔离方式、时间隔离方式、逻辑隔离方式、密码技术隔离方式等。其中物理隔离方式各过程使用不同的物理目标,是一种有效的方式。传统的多网环境一般通过运行两台计算机实现物理隔离。现在我国已经生产出了拥有自主知识产权的涉密计算机,它采用双硬盘物理隔离技术,通过运行一台计算机,即可在物理隔离的状态下切换信息网和公共信息网,实现一机双网或一机多网的功能。还有另外一种方式就是加装隔离卡,一块隔离卡带一块硬盘、一块网卡,连同本机自带的硬盘网卡,使用不同的网络环境。当然,物理隔离方式对于系统的要求比较高,必须采用两整套互不相关的设备,其人力、物力、财力的投入都是比较大的。但也是很有效的方式,因为两者就如两条平行线,永不交叉,自然也就安全了。
        限制权限法就是限制特权以便有效地限制进入系统的用户所进行的操作。具体来说,就是对用户进行分类管理,安全密级授权不同的用户分在不同类别;对目录、文件的访问控制进行严格的权限控制、防止越权操作;放置在临时目录或通信缓冲区的文件要加密,用完尽快移走或删除。
 
       局域网的介质访问控制方式
        局域网的介质访问控制方式主要有载波侦听多路访问/冲突检测法、令牌环访问控制方式、令牌总线访问控制方式三种方式,下面分别介绍。
               载波侦听多路访问/冲突检测法
               载波侦听多路访问(CSMA,Carrier Sense Multiple Access)是一种适合于总线型结构的具有信道检测功能的分布式介质访问控制方法,其控制手段称为“载波侦听”。
               实际上,当一个站开始发送信息时,检测到本次发送有无冲突的时间很短,它不超过该站点与距离该站点最远站点信息传输时延的2倍。假设A站点与距离A站最远B站点的传输时延为T(如下图所示),那么2T就作为一个时间单位。
               
               传输延时示意图
               CSMA/CD又被称为“先听后讲,边听边讲”,其具体工作过程概括如下:
               (1)先侦听信道,如果信道空闲则发送信息。
               (2)如果信道忙,则继续侦听,直到信道空闲时立即发送。
               (3)发送信息后进行冲突检测,如发生冲突,立即停止发送,并向总线上发出一串阻塞信号(连续几个字节全是1),通知总线上各站点冲突已发生,使各站点重新开始侦听与竞争。
               (4)已发出信息的各站点收到阻塞信号后,等待一段随机时间,重新进入侦听发送阶段。
               CSMA/CD的发送过程可描述如下图所示。
               CSMA按其算法的不同存在非-坚持CSMA、P-坚持CSMA、1-坚持CSMA三种方式。
               令牌环访问控制方式
               令牌环是一种适用于环状网络的分布式介质访问控制方式,已由IEEE802委员会建议成为局域网控制协议标准之一,即IEEE802.5标准。
               
               CSMA/CD发送过程流程图
               在令牌环网中,令牌也叫通行证,它具有特殊的格式和标记。令牌有“忙(Busy)”和“空闲(Free)”两种状态。具有广播特性的令牌环访问控制方式,还能使多个站点接收同一个信息帧,同时具有对发送站点自动应答的功能。其访问控制过程如下图所示。
               
               令牌环访问控制传送过程
               令牌总线访问控制方式
               令牌总线访问控制方式(Token-Bus)是在综合了CSMA/CD访问控制方式和令牌环访问控制方式的优点基础上形成的一种介质访问控制方式。
               令牌总线控制方式主要用于总线型或树型网络结构中。该方式是在物理总线上建立一个逻辑环。如下图所示,一个总线结构网络,如果指定每一个站点在逻辑上相互连接的前后地址,就可构成一个逻辑环,如图中A→B→D→E→A (C站点没有连入令牌总线中)。
               
               总线结构中的令牌环
 
       载波侦听多路访问/冲突检测法
        载波侦听多路访问(CSMA,Carrier Sense Multiple Access)是一种适合于总线型结构的具有信道检测功能的分布式介质访问控制方法,其控制手段称为“载波侦听”。
        实际上,当一个站开始发送信息时,检测到本次发送有无冲突的时间很短,它不超过该站点与距离该站点最远站点信息传输时延的2倍。假设A站点与距离A站最远B站点的传输时延为T(如下图所示),那么2T就作为一个时间单位。
        
        传输延时示意图
        CSMA/CD又被称为“先听后讲,边听边讲”,其具体工作过程概括如下:
        (1)先侦听信道,如果信道空闲则发送信息。
        (2)如果信道忙,则继续侦听,直到信道空闲时立即发送。
        (3)发送信息后进行冲突检测,如发生冲突,立即停止发送,并向总线上发出一串阻塞信号(连续几个字节全是1),通知总线上各站点冲突已发生,使各站点重新开始侦听与竞争。
        (4)已发出信息的各站点收到阻塞信号后,等待一段随机时间,重新进入侦听发送阶段。
        CSMA/CD的发送过程可描述如下图所示。
        CSMA按其算法的不同存在非-坚持CSMA、P-坚持CSMA、1-坚持CSMA三种方式。
 
       局域网
        局域网(Local Area Network, LAN),是在传输距离较短的前提下,所发展的相关技术的集合,用于将小区域内的各种计算机设备和通信设备互联在一起,组成资源共享的通信网络。在局域网中常见的传输媒介有双绞线、细/粗同轴电缆、微波、射频信号和红外线等。其主要特点如下。
        (1)距离短:0.1km~25km,可以是一个建筑物内、一个校园内或办公室内。
        (2)速度快:4Mbps~1Gbps,从早期的4Mbps、10Mbps及100Mbps发展到现在的1000Mbps(1Gbps),而且还在不断向前发展。
        (3)高可靠性:由于距离很近,传输相当可靠,有极低的误码率。
        (4)成本较低:由于覆盖的地域较小,因此传输媒介、网络设备的价格都相对较便宜,管理也比较简单。
        根据技术的不同,局域网有以太网(Ethernet)、令牌环网络(Token Ring)、Apple Talk网络和ArcNet网络等几种类型。现在,几乎所有的局域网都是基于以太网实现的。当然,随着应用需求的不断提高,也对局域网技术提出了新的挑战,出现了一批像FDDI(Fiber Distributed Data Interface,光纤分布式数据接口)一样的技术。
 
       总线
        所谓总线(Bus),是指计算机设备和设备之间传输信息的公共数据通道。总线是连接计算机硬件系统内多种设备的通信线路,它的一个重要特征是由总线上的所有设备共享,因此可以将计算机系统内的多种设备连接到总线上。
               总线的分类
               微机中的总线分为数据总线、地址总线和控制总线3类。不同型号的CPU芯片,其数据总线、地址总线和控制总线的条数可能不同。
               数据总线(Data Bus,DB)用来传送数据信息,是双向的。CPU既可通过DB从内存或输入设备读入数据,也可通过DB将内部数据送至内存或输出设备。DB的宽度决定了CPU和计算机其他设备之间每次交换数据的位数。
               地址总线(Address Bus,AB)用于传送CPU发出的地址信息,是单向的。传送地址信息的目的是指明与CPU交换信息的内存单元或I/O设备。存储器是按地址访问的,所以每个存储单元都有一个固定地址,要访问1MB存储器中的任一单元,需要给出220个地址,即需要20位地址(220=1M)。因此,地址总线的宽度决定了CPU的最大寻址能力。
               控制总线(Control Bus,CB)用来传送控制信号、时序信号和状态信息等。其中有的信号是CPU向内存或外部设备发出的信息,有的是内存或外部设备向CPU发出的信息。显然,CB中的每一条线的信息传送方向是单方向且确定的,但CB作为一个整体则是双向的。所以,在各种结构框图中,凡涉及控制总线CB,均是以双向线表示。
               总线的性能直接影响整机系统的性能,而且任何系统的研制和外围模块的开发都必须依从所采用的总线规范。总线技术随着微机结构的改进而不断发展与完善。
               在计算机的概念模型中,CPU通过系统总线和存储器之间直接进行通信。实际上在现代的计算机中,存在一个控制芯片的模块。CPU需要和存储器、I/O设备等进行交互,会有多种不同功能的控制芯片,称之为控制芯片组。对于目前的计算机结构来说,控制芯片集成在主板上,典型的有南北桥结构和单芯片结构。与芯片相连接的总线可以分为前端总线(FSB)、存储总线、I/O总线、扩展总线等。
                      南北桥芯片结构
                      北桥芯片直接与CPU、内存、显卡、南桥相连,控制着CPU的类型、主板的总线频率、内存控制器、显示核心等。前端总线(FSB)是将CPU连接到北桥芯片的总线。内存总线是将内存连接到北桥芯片的总线,用于和北桥之间的通信。显卡则通过I/O总线连接到北桥芯片。
                      南桥芯片主要负责外部设备接口与内部CPU的联系。其中,通过I/O总线将外部I/O设备连接到南桥,比如USB设备、ATA和SATA设备以及一些扩展接口。扩展总线则是指主板上提供的一些PCI、ISA等插槽。
                      单芯片结构
                      单芯片组方式取消了北桥。由于CPU中内置了内存控制器,不再需要通过北桥来控制,这样就能提高内存控制器的频率,减少延迟。还有一些CPU集成了显示单元,使得显示芯片的频率更高,延迟更低。
               常见总线
               常见总线包括:
               (1)ISA总线。ISA是工业标准总线,只能支持16位的I/O设备,数据传输率大约是16MB/s,也称为AT标准。
               (2)EISA总线。EISA是在ISA总线的基础上发展起来的32位总线。该总线定义32位地址线、32位数据线以及其他控制信号线、电源线、地线等共196个接点。总线传输速率达33MB/s。
               (3)PCI总线。PCI总线是目前微型机上广泛采用的内总线,采用并行传输方式。PCI总线有适于32位机的124个信号的标准和适于64位机的188个信号的标准。PCI总线的传输速率至少为133MB/s,64位PCI总线的传输速率为266MB/s。PCI总线的工作与CPU的工作是相互独立的,也就是说,PCI总线时钟与处理器时钟是独立的、非同步的。PCI总线上的设备是即插即用的。接在PCI总线上的设备均可以提出总线请求,通过PCI管理器中的仲裁机构允许该设备成为主控设备,主控设备与从属设备间可以进行点对点的数据传输。PCI总线能够对所传输的地址和数据信号进行奇偶校验检测。
               (4)PCI Express总线。PCI Express简称为PCI-E,采用点对点串行连接,每个设备都有自己的专用连接,不需要向整个总线请求带宽,而且可以把数据传输率提高到一个很高的频率。相对于传统PCI总线在单一时间周期内只能实现单向传输,PCI Express的双单工连接能提供更高的传输速率和质量。
               PCI Express的接口根据总线位宽不同而有所差异,包括X1、X4、X8以及X16(X2模式将用于内部接口而非插槽模式),其中X1的传输速度为250MB/s,而X16就是等于16倍于X1的速度,即是4GB/s。较短的PCI Express卡可以插入较长的PCI Express插槽中使用。PCI Express接口能够支持热拔插。同时,PCI Express总线支持双向传输模式,还可以运行全双工模式,它的双单工连接能提供更高的传输速率和质量,它们之间的差异与半双工和全双工类似。因此连接的每个装置都可以使用最大带宽。
               (5)前端总线。微机系统中,前端总线(Front Side Bus,FSB)是将CPU连接到北桥芯片的总线。选购主板和CPU时,要注意两者的搭配问题,一般来说,如果CPU不超频,那么前端总线是由CPU决定的,如果主板不支持CPU所需要的前端总线,系统就无法工作。也就是说,需要主板和CPU都支持某个前端总线,系统才能工作。通常情况下,一个CPU默认的前端总线是唯一的。北桥芯片负责联系内存、显卡等数据吞吐量最大的部件,并与南桥芯片连接。CPU通过前端总线(FSB)连接到北桥芯片,进而通过北桥芯片与内存、显卡交换数据。FSB是CPU和外界交换数据的最主要通道,因此FSB的数据传输能力对计算机整体性能作用很大,如果没足够快的FSB,再强的CPU也不能明显提高计算机整体速度。
               (6)RS-232C。RS-232C是一条串行外总线,其主要特点是所需传输线比较少,最少只需三条线(一条发、一条收、一条地线)即可实现全双工通信。传送距离远,用电平传送为15m,电流环传送可达千米。有多种可供选择的传送速率。采用非归零码负逻辑工作,电平≤-3V为逻辑1,而电平≥+3V为逻辑0,具有较好的抗干扰性。
               (7)SCSI总线。小型计算机系统接口(SCSI)是一条并行外总线,广泛用于连接软硬磁盘、光盘、扫描仪等。其中,SCSI-1是第一个SCSI标准,传输速率为5MB/s;Ultra2 SCSI的传输速率为80MB/s;Ultra160 SCSI也称Ultra3 SCSI LVD,传输速率为160MB/s;Ultra320 SCSI也称Ultra4 SCSI LVD,传输速率可高达320MB/s。
               (8)SATA。SATA是Serial ATA的缩写,即串行ATA。它主要用作主板和大量存储设备(如硬盘及光盘驱动器)之间的数据传输。SATA总线使用嵌入式时钟信号,具备了更强的纠错能力,与以往相比其最大的区别在于能对传输指令(不仅仅是数据)进行检查,如果发现错误会自动矫正,这在很大程度上提高了数据传输的可靠性。串行接口还具有结构简单、支持热插拔的优点。
               (9)USB。通用串行总线(USB)当前风头正劲,目前得到十分广泛的应用。USB由4条信号线组成,其中两条用于传送数据,另外两条传送+5V容量为500mA的电源。可以经过集线器(Hub)进行树状连接,最多可达5层。该总线上可接127个设备。USB 1.0有两种传送速率:低速为1.5Mb/s,高速为12Mb/s。USB 2.0的传送速率为480Mb/s。USB 3.0的传送速率为5Gb/s。USB总线最大的优点还在于它支持即插即用,并支持热插拔。
               (10)IEEE-1394。IEEE-1394是高速串行外总线,近几年得到广泛应用。IEEE-1394也支持外设热插拔,可为外设提供电源,省去了外设自带的电源,能连接多个不同设备,支持同步和异步数据传输。IEEE-1394由6条信号线组成,其中两条用于传送数据,两条传送控制信号,另外两条传送8~40V容量为1500mA的电源,IEEE-1394总线理论上可接63个设备。IEEE-1394的传送速率从400Mb/s、800Mb/s、1600Mb/s直到3.2Gb/s。
               (11)IEEE-488总线。IEEE-488是并行总线接口标准。微计算机、数字电压表、数码显示器等设备及其他仪器仪表均可用IEEE-488总线连接装配,它按照位并行、字节串行双向异步方式传输信号,连接方式为总线方式,仪器设备不需中介单元直接并联于总线上。总线上最多可连接15台设备。最大传输距离为20m,信号传输速率一般为500KB/s,最大传输速率为1MB/s。
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第32题    在手机中做本题