第三章 广域网、局域网和城域网

*计算机网络1

第三章

广域网、局域网和城域网郭亚光合肥工业大学管理学院电子政务发展研究所*计算机网络2联系方式：

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微信：daguo欢迎大家多交流，谢谢！*计算机网络3本章主要内容3.1网络体系结构3.2开放系统互联参考模型OSI3.3广域网3.4局域网3.5城域网*计算机网络4学习目标掌握：网络体系结构掌握：OSI模型了解：广域网技术掌握：局域网技术了解：宽带城域网技术53.1网络体系结构的基本概念3.1.1网络体系结构提出的背景

——计算机网络的复杂性、异质性不同的通信介质——有线、无线、…

…不同种类的设备——主机、路由器、交换机、复用设备、…

…不同的操作系统——Unix、Windows、…

…不同的软/硬件、接口和通信约定（协议）不同的应用环境——固定、移动、…

…不同种类业务——分时、交互、实时、…

…宝贵的投资和积累——有形、无形、…

…用户业务的延续性——不允许出现大的跌宕起伏6结构清晰简化设计与实现便于更新与维护较强的独立性和适应性对于复杂的网络系统，用什么方法能合理地组织网络的结构，以达到：

解决：分而治之！

一个生活中的例子1：空中旅行的组织7空中旅行的组织一系列的步骤机票(购买)行李(托运)旅客(出发)飞机(起飞)飞行航线机票(投诉)行李(认领)旅客(到达)飞机(着陆)飞行航线飞行航线8空中旅行的组织:

从另一种不同的角度观察层次的观点：

每层实现一种特定的服务通过自己内部的功能依赖自己的下层提供的服务机票(购买)行李(托运)旅客(出发)飞机(起飞)飞行航线机票(投诉)行李(认领)旅客(到达)飞机(着陆)飞行航线飞行航线9分层的空中旅行组织:服务从出发地到目的地的航线：导航服务柜台-to-柜台：“旅客+行李”

票务服务行李托运-to-行李认领：行李服务登机入口-to-到达出口：旅客乘务服务

跑道-to-跑道：飞机“航运”服务10层次功能的分布式实现飞机(起飞)飞机(着陆)飞行航线起飞机场到达机场中间空中交通枢纽飞行航线飞行航线机票(购买)机票(投诉)行李(托运)行李(认领)旅客(出发)旅客(到达)11一个生活中的例子2：外交官问题1.翻译A把外交官甲的英语翻译成荷兰语，然后交给下一层；2.下一层可通过秘书用传真或电话发送到对方；3.对方秘书把收到的信息送给翻译B；4.翻译B把内容翻译成汉语，然后上传给外交官乙。外交官甲会德语和英语，外交官乙会汉语和日语；无共同语言。翻译A和翻译B有共同语言荷兰语；12

外交官的层次结构*计算机网络13

一个生活中的例子3：现实生活中的邮政系统*计算机网络14两个计算机交换文件文件传送模块计算机

1计算机

2文件传送模块只看这两个文件传送模块好像文件及文件传送命令是按照水平方向的虚线传送的把文件交给下层模块进行发送把收到的文件交给上层模块划分层次的概念举例*计算机网络15划分层次的概念举例再设计一个通信服务模块文件传送模块计算机

1计算机

2文件传送模块只看这两个通信服务模块好像可直接把文件可靠地传送到对方把文件交给下层模块进行发送把收到的文件交给上层模块通信服务模块通信服务模块接口：层与层间通过接口交换信息（下层向上层提供服务）*计算机网络16再设计一个网络接入模块文件传送模块计算机

1计算机

2文件传送模块通信服务模块通信服务模块网络接入模块网络接入模块通信网络网络接口网络接口网络接入模块负责做与网络接口细节有关的工作例如，规定传输的帧格式，帧的最大长度等。划分层次的概念举例*计算机网络173.1计算机网络体系结构1.网络体系结构基本概念计算机网络体系结构是指网络的层次结构和协议集合。分层次的体系结构分层思想：将一个难以处理的复杂问题分解为若干较容易处理的小问题。邮政通信：最高层是通信人层，双方必须对信的格式、内容达成共识；中间层为邮局层，提供不同的传递速率、保密级别的通信服务，对信件进行分拣、包装、发送、投递和差错处理；下层为运输层，负责运输管理，完成运输任务。将邮包准确、及时地交付对方邮局。各层之间相对独立灵活性好结构上可以分割开易于实现和维护能促进标准化工作

分层结构的优点：18相关的基本概念：实体：每一层中实现该层功能的软件或硬件。（可以是进程、硬件设备，也可能是人）对等层：两个不同系统的同级层次。对等实体：分别位于不同系统对等层中的两个实体接口：相邻两层之间交互的界面，定义相邻两层之间的操作及下层对上层的服务。服务：某一层及其以下各层的一种能力，通过接口提供给其相邻上层（即提供一组原语操作）。19网络分层体系结构网络中的任何一个系统都是按照层次结构来组织的同一网络中，任意两个端系统必须具有相同的层次每层使用其下层提供的服务，并向其上层提供服务通信只在对等层间进行（间接的、逻辑的、虚拟的），非对等层之间不能互相“通信”实际的物理通信只在最底层完成Pn：第n层协议，即第n层对等实体间通信时必须遵循的规则或约定20对等层通信:网络中每一层必须依靠下层提供的服务来与另一台主机的对等层通信。上层使用下层提供的服务——Serviceuser；下层向上层提供服务——Serviceprovider。第n+1层是第n层的服务用户，第n-1层是第n层的服务提供者第n层的服务也依赖于第n-1层以及以下各层的服务例：邮政通信21对等层通信举例：两个人收发信件问题：收信人与发信人之间、邮局和邮局之间，他们是在直接通信吗？邮局、运输系统各向谁提供什么样的服务？邮局、收发信人各使用谁提供的什么服务？22对等层通信的实质:对等层实体之间实现的是虚拟的逻辑通信；下层向上层提供服务；上层依赖下层提供的服务来与其它主机上的对等层通信；实际通信在最底层完成。源进程传送消息到目标进程的过程：消息送到源系统的最高层；从最高层开始，自上而下逐层封装；经物理线路传输到目标系统；目标系统将收到的信息自下而上逐层处理并拆封；由最高层将消息提交给目标进程。24在各层中实现的主要功能:差错控制使对等层的通信更加可靠流量控制控制发送端的速率，使接收端能来得及接收分段和重装发送端将数据块分成更小的单位，并在接收端重新组合复用和分用多个高层的对等层通信会话复用一条低层连接建立连接和释放连接*计算机网络253.1计算机网络体系结构网络协议在网络中，为了进行数据通信而建立的规则、标准或约定称为网络协议。网络协议含有三个要素。语义：构成协议的协议元素的含义，不同类型的协议元素规定了通信双方所要表达的不同内容。语法：数据或控制信息的数据结构形式或格式。时序：事件的执行顺序。

网络协议实质上是计算机间通信时所使用的一种语言，它是计算机网络不可缺少的组成部分。协议元素是指控制信息或命令及应答。26人际交流的协议:人类之间“我有一个问题.”“现在几点了?”…

说明发送的消息…

说明接收到某消息后所应采取的行动…

说明动作的次序通信协议:计算机之间网络中所有的通信活动都是由协议所控制协议：

定义网络实体间发送和接收报文的格式、顺序以及当传送和接收消息时应采取的行动。（语义、语法和时序）27人相互交流的协议和通信协议之间的对比HiHiWhat’s

thetime?2:00请求连接传送文件：xxxxx.xxx<文件>time连接确认28确认释放连接释放确认释放确认连接确认数据连接请求连接确认tt时序例：释放连接数据传输建立连接AB29网络体系结构中：每层可能会有若干个协议一个协议只属于一个层次协议可以由软件或硬件来实现：网络通信协议软件、网络驱动程序网络硬件常用协议组：TCP/IP（Windows、Unix、Linux、…）NetBEUI（Windows）IPX/SPX（Internet分组交换/顺序分组交换）（NetWare）30

计算机网络体系结构总结：

一个功能完备的计算机网络需要制定一整套复杂的协议集;

网络协议是按层次结构来组织的；

网络层次结构模型与各层协议的集合称为网络体系结构；

网络体系结构对计算机网络应该实现的功能进行了精确的定义；

体系结构是抽象的，而具体实现是指能够运行的一些硬件和软件。313.2.1OSI参考模型的基本概念

（1）在制定计算机网络标准方面，起着很大作用的两大国际组织是：国际电报与电话咨询委员会（CCITT）国际标准化组织（ISO）（2）CCITT与ISO的工作领域不同：CCITT主要是考虑通信标准的制定；ISO主要是考虑信息处理与网络体系结构。3.2开放系统互联参考模型（OSI/RM）32（3）在OSI中的“开放”是指只要遵循OSI标准，一个系统就可以与位于世界上任何地方、同样遵循同一标准的其它任何系统进行通信；（4）OSI标准中，采用的是三级抽象：

体系结构（architecture）

服务定义（servicedefinition）

协议说明（protocolspecification）33

体系结构开放系统的层次结构、层次之间的相互关系及各层所包括的可能的服务；作为一个框架来协调和组织各层协议的制定；对网络内部结构最精炼地概括与描述。

34

服务定义详细地说明了各层所提供的服务；某一层的服务就是该层及其以下各层的一种能力；低层的服务是通过接口向上一层提供的;各层所提供的服务与这些服务是如何实现的无关；定义了层与层之间的接口与各层使用的原语，但不涉及接口是具体实现的。35协议说明OSI标准中的各种协议精确地定义了：应该发送什么样的控制信息；如何解释这个控制信息。

—

协议的规程说明具有最严格的约束。36OSI/RM参考模型的结构分为7层3.2.2OSI/RM参考模型的结构*计算机网络372.OSI参考模型的层次结构OSI将网络结构划分为七层，每一层均有自己的一套功能集，并与紧邻的上层和下层交互作用。在顶层，应用层与用户使用的软件（如即时通信工具、电子邮件系统、文件处理系统）进行交互。底层（物理层）与传输媒体相连接。总的说来，在顶端与底端之间的每一层均能确保数据以一种可读、无错、排序正确的格式被发送。

*计算机网络38*计算机网络394.OSI参考模型的各层的主要功能物理层物理层的作用：是在一条物理传输媒体上，实现数据链路实体间透明地传送比特流，尽量屏蔽不同媒体和设备的差异。物理层协议产生并检测电压以便发送和接收携带数据的信号。物理层上所传数据的单位是比特，一般都是串行传输。传输介质(有线、无线)？*计算机网络40物理层的四个特性机械特性电气特性功能特性规程特性

3.2开放系统互联参考模型（OSI/RM）*计算机网络41

物理层的四个特性：

机械特性、电气特性、功能特性、规程特性（1）机械特性 规定接口所用连接器的形状、几何尺寸、引线数量、排列方式、固定和锁定装置等。如ISO2110标准定义了25引脚的DB－25插头座，包括它的尺寸和固定方式。（2）电气特性在DTE（数据终端设备）与DCE（数据通信设备）之间有多条引线，电气特性定义了引线的电气连接方式、发送器和接收器的电气参数，包括信号源的输出阻抗、负载的输入阻抗、信号“1”和“0”的电压范围、传输速率和距离的限制等。3.2开放系统互联参考模型（OSI/RM）*计算机网络42（3）功能特性

对接口连线的功能给出确切的定义，说明某条线路上出现的某一电平的电压所表示的意义。与功能特性有关的国际标准有CCITTV.24和X.21。计算机异步通信时DTE/DCE间的连接就是采用前者。3.2开放系统互联参考模型（OSI/RM）（4）规程特性

定义了在物理连接的建立、维护和释放时，DCE/DTE双方在各电路上的动作序列。*计算机网络434.OSI参考模型的各层的主要功能数据链路层负责建立、维护和释放数据链路的连接，在两个相邻结点间，实现无差错地传送以帧为单位的数据。帧是用来移动数据的结构包，它不仅包括原始（未加工）数据，或称“有效荷载”，还包括发送方和接收方的地址以及同步、差错、流量等控制信息。3.2开放系统互联参考模型（OSI/RM）*计算机网络44网络层选择合适的路由和交换结点，将分组（packet）正确无误地按照地址找到目的站，并交付给目的站的运输层。所传数据的单位是分组或数据包。路由选择、差错检测、顺序和流量控制。提供数据报和虚电路两种分组传输服务

通信子网最多包括：物理层、数据链路层和网络层。4.OSI参考模型的各层的主要功能3.2开放系统互联参考模型（OSI/RM）*计算机网络45运输层根据通信子网的特性最佳地利用网络资源，并以可靠和经济的方式，为两个端系统的会话层之间，建立一条运输连接，以透明地传送报文（message）。运输层的任务就是为两个主机的会话层之间建立一条运输连接，可靠、透明地传送报文，执行端-端或进程-进程的差错控制、顺序和流量控制、管理多路复用（一个网络连接上创建多个逻辑连接）等。运输层的功能（对会话层等高三层提供可靠的传输服务,对网络层等低三层提供可靠的目的地站点信息）。4.OSI参考模型的各层的主要功能3.2开放系统互联参考模型（OSI/RM）*计算机网络46会话层：对数据传输的同步进行管理。它在两个不同系统的互相通信的应用进程之间建立、组织和协调交互。所传数据的单位是报文。表示层：向应用进程提供信息的语法表示，对不同语法表示进行转换管理等，使采用不同语法表示的系统之间能进行通信。信息加密(和解密)、正文压缩(和还原)。应用层：应用层是开放系统与用户应用进程的接口，提供OSI用户服务、管理和分配网络资源。例如，文件传送、电子邮件和网络管理。4.OSI参考模型的各层的主要功能3.2开放系统互联参考模型（OSI/RM）*计算机网络47各层的最主要的功能归纳如下：应用层：与用户应用进程的接口，即相当于：做什么？表示层：数据格式的转换，即相当于：对方看起来象什么？会话层：管理与数据传输的同步，即相当于：轮到谁讲话和从何处讲？运输层：从端到端经网络透明地传送报文，即相当于：对方在何处？网络层：分组传送、路由选择和流量控制，即相当于：走哪条路可到达该处？数据链路层：在链路上无差错地传送帧，即相当于：每一步该怎样走？物理层：将比特流送到物理媒体上传送，即相当于：对上一层的每一步应怎样利用物理媒体？3.2开放系统互联参考模型（OSI/RM）*计算机网络485.开放系统互联中的数据传输过程

3.2开放系统互联参考模型（OSI/RM）49协议数据单元（PDU）网络体系结构中，对等层之间交换的信息报文统称为协议数据单元（ProtocolDataUnit，PDU）。传输层及以下各层的PDU另外还有各自特定的名称：传输层——段（Segment）或报文（message）网络层——分组/包（Packet）数据链路层——帧（Frame）物理层——比特（Bit）PDU由协议控制信息（协议头）和数据（SDU）组成:协议头部中含有完成数据传输所需的控制信息:地址、序号、长度、分段标志、差错控制信息、…协议控制信息数据（SDU）50下层把上层的PDU作为本层的数据加以封装，然后加入本层的协议头部（和尾部）形成本层的PDU。封装：就是在数据前面加上特定的协议头部。因此，数据在源站自上而下递交的过程实际上就是不断封装的过程。到达目的地后自下而上递交的过程就是不断拆封的过程。数据协议头数据N+1层PDUN层PDU51数据多层封装52

注意：在目的站，某一层只能识别由源站对等层封装的“信封”，而对于被封装在“信封”内部的“数据”仅仅是拆封后将其提交给上层，本层不作任何处理。每一层只处理本层的协议头部！发送端层层加控制信息，接收端层层剥去控制信息的作用：在数据的传送过程中，一旦出现差错，可以及时发现并及时纠正，从而保证数据传送的可靠性。高一层数据不含低层协议控制信息，可以使得相邻层之间保持相对独立性。这样，低层实现方法的变化不致影响高一层功能的执行。*计算机网络53实例：TCP/IP协议的封装过程54

OSI模型的缺陷①OSI模型协议制定的时机较晚，OSI协议出现时，

TCP/IP协议已大量应用在大学和科研机构。人们不会轻易改动协议。②OSI模型设计亦有一定缺陷。首先会话层对大多数应用没有用，表示层几乎是空的；而数据链路层和网络层功能太多③OSI模型以及与其相关的服务定义和协议极其复杂，实现起来困难且操作效率不高。553.2.3面向连接服务与无连接服务在网络体系结构中讨论的服务可以分为通信子网对网络中数据传输所提供的服务与整个网络系统为用户提供的服务；通信子网的服务是指通信子网对主机间数据传输的效率和可靠性所提供的保证机制；通信服务可以分为两大类：

面向连接服务（connect-orientedservice）

无连接服务（connectlessservice）

56（1）理解网络服务需要注意的问题面向连接服务与无连接服务对实现服务的传输可靠性与协议复杂性有很大的影响；根据主机间数据传输的可靠性要求和效率的不同，设计者可以选择面向连接服务与无连接服务的类型；在网络数据传输的各层，如物理层、数据链路层、网络层与传输层都会涉及面向连接服务与无连接服务的问题。57（2）面向连接服务的特点面向连接服务的数据传输过程必须经过连接建立、连接维护与释放连接的三个过程；面向连接服务的在数据传输过程中，各分组可以不携带目的结点的地址；面向连接服务的传输连接类似一个通信管道，发送者在一端放入数据，接收者从另一端取出数据；面向连接数据传输的收发数据顺序不变，传输可靠性好，但是协议复杂，通信效率不高。58（3）无连接服务的特点无连接服务的每个分组都携带完整的目的结点地址，各分组在系统中是独立传送的；无连接服务中的数据传输过程不需要经过连接建立、连接维护与释放连接的三个过程；数据分组传输过程中，目的结点接收的数据分组可能出现乱序、重复与丢失的现象；无连接服务的可靠性不好，但是协议相对简单，通信效率较高。59（4）确认和重传机制的特点网络数据传输的可靠性一般通过确认和重传机制保证；确认是指数据分组的接收结点在正确地接收到每个分组后，要求向发送结点发回接收分组的确认信息；在规定的时间内，如果发送结点没有接收到接收结点的确认信息，就认为该数据分组发送失败，发送结点重新发送该数据分组；确认和重传机制可以提高数据传输的可靠性，但是它需要制定较为复杂的确认和重传协议，并且需要增加网络额外的通信负荷，占用网络带宽。60（5）服务类型与服务质量通信协议四种类型面向连接与确认服务；面向连接与不确认服务；无连接与确认服务；无连接与不确认服务；

设计者可以根据不同的通信要求，决定选择不同的服务类型。

*计算机网络613.3广域网技术1.广域网的主要特征2.广域网技术发展过程3.光网络与光以太网*计算机网络623.3广域网技术1.广域网主要特征广域网是一种公共数据网络

一般由电信运营商负责组建、运营与维护，为用户提供数据传输服务。广域网技术的重点是宽带核心交换技术（1）广域网互联：大量广域网互联形成了Internet

（2）交换技术：核心交换平台（3）服务质量（Qos）：保证服务质量*计算机网络633.3广域网技术

2.广域网技术发展过程

广域网的主要网络类型及发展路径：三条主线公共电话交换网---综合业务数据网—ATM网X.25分组交换网---帧中继网光以太网*计算机网络643.3广域网技术

2.广域网技术发展过程（1）公共电话交换网

利用电话交换网(publicswitchingtelephonenetwork，PSTN)的模拟信道，使用调制解调器(modem)，通过拨号建立结点之间的线路连接（电路交换）的网络，完成计算机之间的低速数据通信。（2）X.25网

X.25网是典型的分组交换网，建立在PSTN基础上，由于通信线路不好，传输速率低与误码率高，X.25协议要采取各种措施解决通信质量问题。（CRC校验（循环冗余校验码）、点到点的差错控制等）*计算机网络653.3广域网技术

2.广域网技术发展过程（3）帧中继网帧中继网是用光纤替代传统电缆。光纤的传输速率高、误码率低，因此帧中继网可以简化X.25网的协议。

（采用端到端的差错控制等）

转发时延要比X.25降低一个数量级吞吐量要比X.25高一个数量级采用面向连接的虚电路服务（虚拟专用网络VPN）*计算机网络663.3广域网技术

2.广域网技术发展过程（4）综合业务数字网通信网的两个重要组成部分：传输系统和交换系统。当一种网络的传输系统和交换系统都采用数字系统时，就称为综合数字网(integrateddigitalnetwork,IDN)。当各种不同的业务信息经数字化后，在同一个网络中实现数字传送，提供这种综合业务服务的网络称为综合业务数字网(integratedservicesdigitalnetwork,

ISDN)。*计算机网络673.3广域网技术

2.广域网技术发展过程（4）综合业务数字网ISDN的主要目标：提供支持各种通信服务的数字通信网络，在不同国家采用相同标准支持各种电话和非电话业务,包括话音业务、数据传输业务、可视图文、用户电报遥测和告警业务为通信网络之间的数字传输提供开放的标准提供一个标准的用户接口，使通信网络内部变化对终端用户透明*计算机网络683.3广域网技术

2.广域网技术发展过程ISDN终端适配器－图例*计算机网络693.3广域网技术

2.广域网技术发展过程（5）ATM异步传输模式(asynchronoustransfermode，ATM)是一种分组交换技术ATM采用信元（cell）作为数据传输单元（53b=48+5）ATM以统计时分多路复用方式动态分配带宽，能适应实时通信的要求ATM没有链路之间的差错与流量控制，协议简单、数据交换效率高ATM的传输速率为155Mbps～2.4Gbps

*计算机网络703.3广域网技术

3.光网络

网络发展的基本路径：需求

速度：低速高速

质量：低质量高质量

应用：智能化实现手段传输介质:电缆光纤交换技术：电交换光交换*计算机网络713.3广域网技术

3.光网络第一代传输网络以铜缆与无线射频为主，在发展过程中无法逾越带宽的瓶颈问题（速度）第二代传输网络在主干线路使用光纤，发挥光纤的高带宽、低误码率、抗干扰等优点，交换结点的电信号与光信号转换仍是带宽瓶颈第三代全光网以光结点取代现有网络的电结点，使用光纤将光结点互联成网（自动交换光网络），克服现有网络在传输和交换时的瓶颈*计算机网络721.局域网概述局域网作为计算机网络的一个独立分支，萌芽于20世纪60年代末，发展于70年代，成熟于80年代，现正处于飞速发展和广泛应用阶段。定义：指在较小的地理范围内，将有限的通信设备互联起来的计算机网络，其覆盖的地域处于约10m～10km或更大些。3.4局域网技术*计算机网络732.局域网的特点

从功能的角度，具有以下特征：覆盖地域范围比较小。适用于某一组织（如学校、办公楼、厂区等）内部联网。高传输速率和低误码率。主干可以达到1000Mb／S，而误码率在10－11到10－8之间。采用共享广播信道。分布式控制，局域网中各站是平等关系，可以进行广播和组播。低层协议简单。距离短、时延小、可靠性高，相对而言信道利用率已不是人们考虑的主要因素。采用多种媒体访问控制技术。载波监听多路访问／冲突检测（CSMA／CD）技术、令牌环技术、令牌总线技术、光纤分布式数据接口（FDDI）技术等。

3.4局域网技术*计算机网络743.局域网体系结构在20世纪80年代初期，美国电器和电子工程师学会IEEE802委员会首先制定出了局域网标准，即IEEE802标准，该标准已成为ISO国际标准。

IEEE802标准遵循ISO/OSI参考模型的原则，但有相当大的区别。局域网只是一个计算机通信网，体系结构只有OSI的物理层和数据链路两层。3.4局域网技术*计算机网络75

（1）两层结构功能简述：物理层

它负责物理连接和在媒体上传输比特流，其主要任务，用来描述传输媒体接口的一些特性，如接口的机械特性、电气特性、功能特性和规程特性等。数据链路层在不太可靠的传输信道上实现可靠的数据传输，负责帧的传送与控制。要解决：（1）解决信道如何分配，如何避免或解决信道争用－－有媒体访问控制功能。3.4局域网技术*计算机网络76

（2）数据链路层分为两个子层媒体访问控制方法有多种，导致数据链路层存在与传输媒体有关的与无关的两部分。媒体访问控制MAC（mediumaccesscontrol）子层和逻辑链路控制LLC（logicallinkcontrol）子层。

物理层和MAC子层的功能由计算机的网卡（网络适配器）实现的

3.4局域网技术*计算机网络77计算机通过网卡

和局域网进行通信CPU高速缓存存储器I/O总线计算机至局域网网络接口卡（网卡）串行通信并行通信3.4局域网技术*计算机网络78如何识别一帧信息是传给哪台主机的？每块网卡都有一个地址，称为硬件地址(MAC)

路由器等网络设备1A-24-F6-54-1B-0E00-00-A2-A4-2C-0220-60-8C-C7-75-2A08-00-20-47-1F-E420-60-8C-11-D2-F6和网络相连的每块网卡都有唯一的硬件地址。

3.4局域网技术*计算机网络79第1最低位最先发送最高位最低位最高位最后发送机构惟一标志符OUI扩展标志符低位在前十六进制表示的EUI-48地址：AC-DE-48-00-00-80二进制表示的EUI-48地址：第1字节第6字节I/G比特字节顺序第2第3第4第5第6101011001101111001001000000000000000000010000000802.5802.6802.3802.4*计算机网络80图3.1IEEE802参考模型与OSI参考模型的对比3.4局域网技术*计算机网络81

数据链路层功能是由MAC、LLC子层共同完成的。

MAC帧和LLC帧以及各层PDU之间的关系如下：

包括目的服务访问点、源服务访问点和控制信息包括目的地址源地址(MAC)和控制信息帧校验序列3.4局域网技术*计算机网络824.IEEE802系列标准IEEE802.1：概述、体系结构和网络互联，以及网络管理和性能测量。IEEE802.2：逻辑链路控制。这是高层协议与任何一种局域网MAC子层的接口。IEEE802.3：带冲突检测的载波监听多路访问（CSMA/CD）的方法和物理层规范。其中：

IEEE802.3ac：VLAN帧扩展。

IEEE802.3ab：千兆以太网物理层参数和规范。

IEEE802.3ae：万兆以太网。

IEEE802.4：令牌总线网。定义令牌传递总线网的MAC子层和物理层的规范。3.4局域网技术*计算机网络83图3.2IEEE802系列标准间的关系3.4局域网技术全部为媒体访问控制子层所有局域网的LLC子层相同*计算机网络84经过多年的发展，应用最多和正在发展的标准主要有：IEEE802.3：定义Ethernet的CSMA/CD总线介质访问控制子层与物理层IEEE802.11：定义无线局域网访问控制子层与物理层IEEE802.15：定义近距离个人无线网络访问控制子层与物理层IEEE802.16：定义宽带无线网络访问控制子层与物理层3.4局域网技术*计算机网络85

下面介绍几类常用的局域网：

以太网（Ethernet）高速以太网交换式局域网虚拟局域网无线局域网3.4局域网技术*计算机网络863.4局域网技术5.总线局域网（以太网）

总线局域网：一种基带通信网，它传送信息最简单最直接、也是最流行的局域网。*计算机网络87总线网，共享公用信道

如何解决冲突？随机访问控制方法－－载波监听多路访问／冲突检测，即CSMA／CD

基本原则：先听后发，边听边发，冲突停止，延迟重发以太网的介质访问控制方法3.4局域网技术*计算机网络88CSMA／CD最初的以太网是将许多计算机都连接到一根总线上。当初认为这样的连接方法既简单又可靠。

B向

D发送数据CDAE匹配电阻（用来吸收总线上传播的信号）匹配电阻不接受不接受不接受接受B只有D接受B发送的数据*计算机网络89以太网的广播方式发送

总线上的每一个工作的计算机都能检测到B发送的数据信号。由于只有计算机D的地址与数据帧首部写入的地址一致，因此只有D才接收这个数据帧。其他所有的计算机（A,C和E）都检测到不是发送给它们的数据帧，因此就丢弃这个数据帧而不能够收下来。在具有广播特性的总线上实现了一对一的通信。3.4局域网技术*计算机网络90局域网发展的基本思路

提高Ethernet的数据传输速率，从早期的10Mbps提高到100Mbps、1Gbps、甚至10Gbps，导致高速局域网技术的研究将大型局域网划分成多个用网桥或路由器互联的子网，导致局域网互联技术的发展将共享介质方式改为交换方式，导致交换式局域网技术的发展3.4局域网技术*计算机网络916.高速以太网技术100兆以太网(100BASE-T，802.3u)千兆以太网(1000BASE-T，802.3ab)万兆以太网(802.3ae)

速率达到或超过100Mb/s的以太网称为高速以太网.3.4局域网技术*计算机网络92100M以太网技术（1）100BASE－T/FX(IEEE802.3u)100BASE-T以太网的特点保留传统以太帧的结构与MAC子层的CSMA/CD方法，对物理层进行调整定义新物理层标准，帧间时间间隔从原来的

9.6s

改为现在的

0.96s并提供10Mbps与100Mbps速率自动协商功能。定义了媒体专用接口(mediaindependentinterface，MII)，将MAC子层与物理层分隔开，传输介质和信号编码方式的变化不影响MAC子层*计算机网络93千兆以太网技术（2）千兆以太网技术产生的背景数据仓库、桌面电视会议、多媒体教学和高清晰度图像等的应用。*计算机网络94千兆以太网技术（2）千兆以太网技术1998年千兆以太网的标准IEEE802.3z正式发布，它是以1000Base-X的标识加以描述的。千兆以太网主要工作在全双工模式下，有三种物理层规范：1000Base-SX（短波光源）1000Base-LX（长波光源）

1000Base-CX（STP-屏蔽双绞线，距离：25M）1999年正式批准IEEE802.3ab标准，即

1000Base-T（UTP-非屏蔽双绞线，距离：100M

）。*计算机网络95千兆以太网技术千兆以太网的特点：保留传统Ethernet（10Base－T）的帧结构与帧的最小、最大长度规定。半双工时，采用和10Base－T相同的媒体访问控制方法CSMA／CD和组网方法(全双工时不采用)。每个比特的发送时间由100ns降低到1ns。定义了一种千兆位媒体专用接口GMII，用来将MAC子层和物理层分隔开，使物理层在实现1Gbps时所使用的传输媒体和信号编码方式的变化不影响MAC子层。支持多种传输媒体*计算机网络96千兆以太网技术10M—100M—1000M网络构架桌面系统采用10（100）Mbps的以太网部门系统采用速率为100Mbps的100Base－T企业级主干采用速率为1000Mbps的千兆位以太网*计算机网络97千兆以太网技术

*计算机网络98万兆以太网技术（3）万兆以太网技术

万兆以太网（10Gbps）的标准IEEE802.3ae于2002年6月正式批准。与10Mb/s，100Mb/s和1Gb/s以太网的帧格式完全相同。万兆以太网只支持全双工，不使用CSMA/CD。万兆以太网可作为局域网、城域网或广域网使用采用光纤作为物理介质。有两种不同的物理介质标准分别支持LAN和WAN。网络范围最大达到40公里。*计算机网络99万兆以太网技术10G以太网应用*计算机网络1007.交换式局域网与虚拟局域网技术（1）交换式局域网产生背景随着局域网规模的扩大，网络通信负荷加重时，网络效率就会急剧下降为克服网络规模与性能的矛盾，将共享介质方式改为交换方式，导致交换式局域网发展交换式局域网的核心设备是交换机，在多个端口之间建立多个并发连接。

3.4局域网技术*计算机网络101交换机的工作原理

3.4局域网技术*计算机网络102交换机的交换方式（转发方式）

直接交换(cutthrough)方式存储转发(storeandforward)方式改进直接交换方式

交换机的性能参数

最大转发速率：两个端口之间每秒最多转发的帧数。汇集转发速率：所有端口每秒最多转发的帧数。转发等待时间：交换机作出过滤或转发决策需要的时间3.4局域网技术*计算机网络103（2）虚拟局域网（VirtualLAN）VLAN是一组不受物理位置限制，而又可以象在同一个LAN上自由通信的节点集合，在逻辑上等价于广播域（broadcastdomain）。这些网段具有某些共同的需求。虚拟局域网其实只是局域网给用户提供的一种服务，而并不是一种新型局域网。3.4局域网技术*计算机网络104虚拟局域网VLAN

3.4局域网技术*计算机网络105以太网交换机A4B1以太网交换机VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太网交换机以太网交换机三个虚拟局域网VLAN1,VLAN2和VLAN3

的构成虚拟局域网限制了接收广播信息的工作站数，使得网络不会因传播过多的广播信息(即“广播风暴”)而引起性能恶化。*计算机网络106

一个VLAN是一个有限的广播域。

VLAN内所有成员是独立于物理位置的。可以通过软件来管理成员，简便快捷。

VLAN成员之间不需要路由。

VLAN具有较好的安全性。

VLAN需要使用局域网交换机技术实现。虚拟局域网VLAN的特性3.4局域网技术*计算机网络1078.无线局域网技术（1）背景：泛在网络的需求

IEEE802.11工作组1990年制定了IEEE802.11协议：定义了两种设备：无线结点（移动站）：带无线网卡的设备无线接入点(accesspoint，AP：基站)：将无线结点接入有线网络的设备采用带冲突避免的载波侦听多路访问(carriersensemultipleaccesswithcollisionavoidance，CSMA/CA)方法物理层标准主要包括：802.11b、802.11a和802.11g

。最常用的是802.11b：点对点模式，基本模式3.4局域网技术*计算机网络108基本服务集

BSS扩展的服务集ESS基本服务集

BSSAB漫游接入点AP接入点AP分配系统DS门桥门桥802.x局域网因特网一个基本服务集BSS

包括一个基站和若干个移动站，所有的站在本BSS以内都可以直接通信，但在和本BSS以外的站通信时都要通过本BSS的基站。基站叫做接入点AP(AccessPoint)其作用和网桥相似

无线局域网*计算机网络109无线局域网的应用领域

作为传统局域网的扩充用于建筑物之间的互连用于移动结点的漫游访问用于构建特殊的移动网络（自组织网，Adhoc网络）3.4局域网技术*计算机网络110无线局域网技术的分类

按采用的传播技术，可分为3类：红外线局域网：1Mbps和2Mbps扩频局域网跳频扩频(frequencyhoppingspreadspectrum，FHSS)：免于申请直接序列扩频(directsequencespreadspectrum，DSSS)：工业、科学等专用窄带微波局域网

3.4局域网技术*计算机网络1119.蓝牙技术

蓝牙是用于将计算机与通信设备、附加部件和外部设备，通过短距离的、低功耗的、低成本的无线信道连接的无线标准IBM、Intel、Nokia和Toshiba公司成立SIG组织，并且在1999年发布蓝牙规范1.0版

随着手机、便携式计算机和移动设备的广泛应用，提出自身附近几米范围内的个人操作空间设备联网的需求无线个人区域网络(wirelesspersonalareanetwork，WPAN)在这个背景下出现IEEE802.15工作组成立，致力于WPAN的物理层与数据链路层的协议标准化。其中802.15.4针对低速WPAN3.4局域网技术*计算机网络112IEEE802.15.4标准的特点在不同的载波频率下，实现3种不同传输速率：20k