局域网和广域网：局域网基本知识

第5章局域网与广域网本章内容和基本要求了解什么是局域网。了解局域网体系结构和OSI/RM的对照。了解IEEE802标准。掌握逻辑链路控制子层和媒体接入子层的功能和地位。掌握局域网的常用拓扑结构(重点)。掌握常见的局域网信道分配技术(重点+难点)。5.1局域网概述5.1.1什么是局域网历史ALOHA无线系统应用了共享数据传输信道后，1972年PARC首次创建了以太网。从此局域网技术得到了迅速发展，先后出现了MCA和DATAPOINT的ARCNET局域网；IBM的TOKENRING局域网等。DEC、INTEL、XEROR三家公司最早完成了以太网技术的标准化工作。3COM公司在1980年正式推出真正意义上的以太网产品。目前流行的局域网有：以太网、令牌总线网和令牌环网，其中以太网成本低、灵活，从而取得了最广泛的应用。5.1局域网概述定义：LAN是指在较小区域内互连各种通信设备的一种通信网络。较小区域可以是一个建筑物，几幢建筑物组成的园区、社区等。通信设备范围较广，主要是各种类型的计算机，也可以是终端、外部设备、传感器等。是通信网络，仅为用户提供通信服务（加上高层协议后才称得上“计算机网络”）。5.1局域网概述LAN的其它特点通常属于私有的网络，又可能获得较高的综合利用。技术上：数据传输速率从0.1Mbps到1Gbps，甚至更高。距离在0.1km到10km。误码率从10-8到10-11，很低。5.2局域网体系结构5.2.1局域网参考模型由于局域网的种类繁多，其媒体接入控制的方法也各不相同，为避免局域网的数据链路层过于复杂，IEEE802将其划分为MAC和LLC。5.2局域网体系结构MAC子层负责对物理媒体的使用进行控制：将上层交下来的数据封装成帧进行发送，接受时将帧拆卸。实现和维护MAC协议（控制使用网络媒体的时间和方法、处理帧的控制信息）。位差错的检测。寻址。LLC负责数据链路层中与媒体接入无关的部分：建立和释放数据链路层的逻辑连接。提供与高层的接口（SAP）差错控制。给帧加上序号。5.2局域网体系结构5.2.2IEEE802标准为实现局域网互联，需要制定局域网标准，IEEE802标准已获得全世界公认。IEEE802分委会结构图所有高层协议要和各种局域网的MAC子层交换信息，必须通过LLC。802.1为倒L形，应为网络互连可以在各层进行。5.2局域网体系结构局域网的数据链路层中有两种不同的帧LLC帧：高层的PDU传到LLC，加上适当的首部构成LLCPDU。MAC帧：LLCPDU加上适当的首部和尾部构成MACPDU。5.2局域网体系结构5.2.3逻辑链路控制子层LLC子层提供的服务操作类型1----无确认的无连接服务。由于局域网差错率非常低，所以是局域网最常用的。操作类型2----面向连接的服务。当DTE是非常简单的中段时，需要较可靠的服务。操作类型3----带确认的无连接服务。只用在令牌总线网中。操作类型4----高速传送服务。5.2局域网体系结构SAP和面向连接的多路复用服务访问点的表示：地址+访问点标示。请求连接的帧，包含有：源地址（A站点物理地址，A1）、目的地址（B站点物理地址，B1）。5.2局域网体系结构LLC子层服务原语根据不同的操作类型有不用的服务原语。面向连接的服务中，有较多的原语。LLC协议基本上和HDLC一致。5.2局域网体系结构5.2.4媒体接入控制子层MAC的作用完成媒体接入控制功能。实现帧的寻址和识别。产生帧校验序列和完成帧校验功能。MAC协议局域网使用广播信道，局域网的站点从原理讲都通过共享物理媒体互相连接。需要有一定的控制方法管理站点对共享媒体的数据发送，避免互相干扰。控制方法受局域网拓扑结构和其他多种因素影响，主要采用异步方式：循环、预约与竞争。5.2局域网体系结构MAC的服务原语负责和LLC子层进行交互。MAC子层种类繁多，但其服务原语和LLC/MAC的类别无关。MA-UNITDATA.req(目的地址，源地址，数据，优先级，服务类别)MA-UNITDATA.ind(目的地址，源地址，接受状态，优先级，服务类别)MA-UNITDATA-STATUS.ind(目的地址，源地址，发送状态，提供的优先级，提供的服务类别)5.2局域网体系结构5.2局域网体系结构物理地址MAC地址/全局地址：IEEE802标准为局域网上的每一个站设计的一个48位（6个字节）的物理地址。地址实现：MAC地址被固定在网卡中，网卡用该地址发送和接收帧。地址块或厂商代码：IEEE负责分配的48位中前24位。世界上要生产局域网卡和相关设备的厂家都必须购买它。第一个字节最低位为1表示组地址。第一个字节最低第二位为0表示局部管理地址，用户可以自行分配网络上的地址。5.3局域网的拓扑结构5.3.1局域网拓扑结构概述拓扑结构可以分为物理的逻辑。物理连接通常是一根实际的线缆（/信道）。逻辑连接是指在两个节点间直接交换数据信息的连接。具有物理连接的节点并以一定交换链路层的数据信息，因此逻辑上不存在连接。逻辑连接的集合构成网络的逻辑拓扑。广域网和网络互连常用网状拓扑，局域网常用星形、树形、总线形和环形。5.3局域网的拓扑结构5.3.2网状拓扑结构优点：数据通信效率高。健壮性高。安全性高：信道不共享。故障定位、隔离容易。缺点：需要大量的通信电缆和节点的I/O端口。费用比较大。一般用在要求较高的应用场合，例如主干网。5.3局域网的拓扑结构5.3.3星形拓扑结构局域网星形拓扑结构中的每个节点都与中心控制节点（通常是HUB）进行专用的点对点连接。优点：费用较小。建立和配置线路连接容易。增加、移动、减少节点仅与HUB有关。非HUB故障容易定位和隔离。变化：树形拓扑结构。5.3局域网的拓扑结构5.3.4总线形拓扑结构多点连接：一根电缆构成整个网络，连接所有设备。优点：网络容易建立，所需的电缆较少。缺点：网络重构和故障分析困难。增加设备会影响网络的工作。设备与电缆连接处会产生干扰电波，影响信号传输，限制网络可连接的设备数和电缆长度。5.3局域网的拓扑结构5.3.5环形拓扑结构每个设备与相邻两个设备点对点连接，所有设备互连成环。信号向同一个方向沿环传送，环上设备同时起放大信号作用。优点：网络容易建立。重构、调整网络容易。故障分析简单。缺点：一点出错，全网瘫痪。采用双环/隔离中断点的开关装置。