第5章局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)本章內(nèi)容和基本要求了解什么是局域網(wǎng)。了解局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)和OSI/RM的對照。了解IEEE802標準。掌握邏輯鏈路控制子層和媒體接入子層的功能和地位。掌握局域網(wǎng)的常用拓撲結(jié)構(gòu)(重點)。掌握常見的局域網(wǎng)信道分配技術(shù)(重點+難點)。5.1局域網(wǎng)概述5.1.1什么是局域網(wǎng)歷史ALOHA無線系統(tǒng)應(yīng)用了共享數(shù)據(jù)傳輸信道后，1972年P(guān)ARC首次創(chuàng)建了以太網(wǎng)。從此局域網(wǎng)技術(shù)得到了迅速發(fā)展，先后出現(xiàn)了MCA和DATAPOINT的ARCNET局域網(wǎng)；IBM的TOKENRING局域網(wǎng)等。DEC、INTEL、XEROR三家公司最早完成了以太網(wǎng)技術(shù)的標準化工作。3COM公司在1980年正式推出真正意義上的以太網(wǎng)產(chǎn)品。目前流行的局域網(wǎng)有：以太網(wǎng)、令牌總線網(wǎng)和令牌環(huán)網(wǎng)，其中以太網(wǎng)成本低、靈活，從而取得了最廣泛的應(yīng)用。5.1局域網(wǎng)概述定義：LAN是指在較小區(qū)域內(nèi)互連各種通信設(shè)備的一種通信網(wǎng)絡(luò)。較小區(qū)域可以是一個建筑物，幾幢建筑物組成的園區(qū)、社區(qū)等。通信設(shè)備范圍較廣，主要是各種類型的計算機，也可以是終端、外部設(shè)備、傳感器等。是通信網(wǎng)絡(luò)，僅為用戶提供通信服務(wù)（加上高層協(xié)議后才稱得上“計算機網(wǎng)絡(luò)”）。5.1局域網(wǎng)概述LAN的其它特點通常屬于私有的網(wǎng)絡(luò)，又可能獲得較高的綜合利用。技術(shù)上：數(shù)據(jù)傳輸速率從0.1Mbps到1Gbps，甚至更高。距離在0.1km到10km。誤碼率從10-8到10-11，很低。5.2局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)5.2.1局域網(wǎng)參考模型由于局域網(wǎng)的種類繁多，其媒體接入控制的方法也各不相同，為避免局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層過于復(fù)雜，IEEE802將其劃分為MAC和LLC。5.2局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)MAC子層負責對物理媒體的使用進行控制：將上層交下來的數(shù)據(jù)封裝成幀進行發(fā)送，接受時將幀拆卸。實現(xiàn)和維護MAC協(xié)議（控制使用網(wǎng)絡(luò)媒體的時間和方法、處理幀的控制信息）。位差錯的檢測。尋址。LLC負責數(shù)據(jù)鏈路層中與媒體接入無關(guān)的部分：建立和釋放數(shù)據(jù)鏈路層的邏輯連接。提供與高層的接口（SAP）差錯控制。給幀加上序號。5.2局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)5.2.2IEEE802標準為實現(xiàn)局域網(wǎng)互聯(lián)，需要制定局域網(wǎng)標準，IEEE802標準已獲得全世界公認。IEEE802分委會結(jié)構(gòu)圖所有高層協(xié)議要和各種局域網(wǎng)的MAC子層交換信息，必須通過LLC。802.1為倒L形，應(yīng)為網(wǎng)絡(luò)互連可以在各層進行。5.2局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層中有兩種不同的幀LLC幀：高層的PDU傳到LLC，加上適當?shù)氖撞繕?gòu)成LLCPDU。MAC幀：LLCPDU加上適當?shù)氖撞亢臀膊繕?gòu)成MACPDU。5.2局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)5.2.3邏輯鏈路控制子層LLC子層提供的服務(wù)操作類型1----無確認的無連接服務(wù)。由于局域網(wǎng)差錯率非常低，所以是局域網(wǎng)最常用的。操作類型2----面向連接的服務(wù)。當DTE是非常簡單的中段時，需要較可靠的服務(wù)。操作類型3----帶確認的無連接服務(wù)。只用在令牌總線網(wǎng)中。操作類型4----高速傳送服務(wù)。5.2局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)SAP和面向連接的多路復(fù)用服務(wù)訪問點的表示：地址+訪問點標示。請求連接的幀，包含有：源地址（A站點物理地址，A1）、目的地址（B站點物理地址，B1）。5.2局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)LLC子層服務(wù)原語根據(jù)不同的操作類型有不用的服務(wù)原語。面向連接的服務(wù)中，有較多的原語。LLC協(xié)議基本上和HDLC一致。5.2局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)5.2.4媒體接入控制子層MAC的作用完成媒體接入控制功能。實現(xiàn)幀的尋址和識別。產(chǎn)生幀校驗序列和完成幀校驗功能。MAC協(xié)議局域網(wǎng)使用廣播信道，局域網(wǎng)的站點從原理講都通過共享物理媒體互相連接。需要有一定的控制方法管理站點對共享媒體的數(shù)據(jù)發(fā)送，避免互相干擾。控制方法受局域網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)和其他多種因素影響，主要采用異步方式：循環(huán)、預(yù)約與競爭。5.2局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)MAC的服務(wù)原語負責和LLC子層進行交互。MAC子層種類繁多，但其服務(wù)原語和LLC/MAC的類別無關(guān)。MA-UNITDATA.req(目的地址，源地址，數(shù)據(jù)，優(yōu)先級，服務(wù)類別)MA-UNITDATA.ind(目的地址，源地址，接受狀態(tài)，優(yōu)先級，服務(wù)類別)MA-UNITDATA-STATUS.ind(目的地址，源地址，發(fā)送狀態(tài)，提供的優(yōu)先級，提供的服務(wù)類別)5.2局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)5.2局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)物理地址MAC地址/全局地址：IEEE802標準為局域網(wǎng)上的每一個站設(shè)計的一個48位（6個字節(jié)）的物理地址。地址實現(xiàn)：MAC地址被固定在網(wǎng)卡中，網(wǎng)卡用該地址發(fā)送和接收幀。地址塊或廠商代碼：IEEE負責分配的48位中前24位。世界上要生產(chǎn)局域網(wǎng)卡和相關(guān)設(shè)備的廠家都必須購買它。第一個字節(jié)最低位為1表示組地址。第一個字節(jié)最低第二位為0表示局部管理地址，用戶可以自行分配網(wǎng)絡(luò)上的地址。5.3局域網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)5.3.1局域網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)概述拓撲結(jié)構(gòu)可以分為物理的邏輯。物理連接通常是一根實際的線纜（/信道）。邏輯連接是指在兩個節(jié)點間直接交換數(shù)據(jù)信息的連接。具有物理連接的節(jié)點并以一定交換鏈路層的數(shù)據(jù)信息，因此邏輯上不存在連接。邏輯連接的集合構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的邏輯拓撲。廣域網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)互連常用網(wǎng)狀拓撲，局域網(wǎng)常用星形、樹形、總線形和環(huán)形。5.3局域網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)5.3.2網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)優(yōu)點：數(shù)據(jù)通信效率高。健壯性高。安全性高：信道不共享。故障定位、隔離容易。缺點：需要大量的通信電纜和節(jié)點的I/O端口。費用比較大。一般用在要求較高的應(yīng)用場合，例如主干網(wǎng)。5.3局域網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)5.3.3星形拓撲結(jié)構(gòu)局域網(wǎng)星形拓撲結(jié)構(gòu)中的每個節(jié)點都與中心控制節(jié)點（通常是HUB）進行專用的點對點連接。優(yōu)點：費用較小。建立和配置線路連接容易。增加、移動、減少節(jié)點僅與HUB有關(guān)。非HUB故障容易定位和隔離。變化：樹形拓撲結(jié)構(gòu)。5.3局域網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)5.3.4總線形拓撲結(jié)構(gòu)多點連接：一根電纜構(gòu)成整個網(wǎng)絡(luò)，連接所有設(shè)備。優(yōu)點：網(wǎng)絡(luò)容易建立，所需的電纜較少。缺點：網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)和故障分析困難。增加設(shè)備會影響網(wǎng)絡(luò)的工作。設(shè)備與電纜連接處會產(chǎn)生干擾電波，影響信號傳輸，限制網(wǎng)絡(luò)可連接的設(shè)備數(shù)和電纜長度。5.3局域網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)5.3.5環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)每個設(shè)備與相鄰兩個設(shè)備點對點連接，所有設(shè)備互連成環(huán)。信號向同一個方向沿環(huán)傳送，環(huán)上設(shè)備同時起放大信號作用。優(yōu)點：網(wǎng)絡(luò)容易建立。重構(gòu)、調(diào)整網(wǎng)絡(luò)容易。故障分析簡單。缺點：一點出錯，全網(wǎng)癱瘓。采用雙環(huán)/隔離中斷點的開關(guān)裝置。