1、吉林大學通信工程學院 姜 宏 ,第二章 局域網(wǎng)（LAN）基礎,第一節(jié) 局域網(wǎng)的特征,一、局域網(wǎng)的應用環(huán)境及特點：,局域網(wǎng)中各節(jié)點之間的距離為幾米幾公里； 局域網(wǎng)一般支持數(shù)據(jù)業(yè)務，但綜合業(yè)務局域網(wǎng)也支持包括話音及圖象在內(nèi)的多媒體業(yè)務； 網(wǎng)中用戶間歇地使用網(wǎng)絡資源，用戶的數(shù)據(jù)業(yè)務通常具有突發(fā)性； 局域網(wǎng)的信息傳輸速率在1Mbps以上； 信道誤碼率低，一般10-9； 局域網(wǎng)為單位或用戶所有。,用于同一房間和或同一建筑物內(nèi)計算機間信息交換與資源共享 。特點：,二、局域網(wǎng)的拓撲結(jié)構,總線拓撲 星形拓撲 環(huán)形拓撲,總線拓撲 總線拓撲使用的傳輸媒體可以是雙絞線、同軸電纜、光纜和無線電等。在使用有線媒體時，總

2、線拓撲所需纜線長度為下式，N節(jié)點數(shù)，S覆蓋面積,優(yōu)缺點： 總線形拓撲與其它結(jié)構相比節(jié)省纜線。但是，在纜線上的任何故障，諸如纜線斷開、終端匹配器損壞或脫落等都可使整個網(wǎng)絡癱瘓。 總線拓撲局域網(wǎng)可采用集中式，也可采用分布式MAC協(xié)議。 集中式MAC協(xié)議：指網(wǎng)中存在一個被稱為中央控制器的節(jié)點，該節(jié)點依某種規(guī)則來控制網(wǎng)中每個節(jié)點訪問信道。 分布式MAC協(xié)議：網(wǎng)中每個節(jié)點都依同樣規(guī)則自主地訪問信道而無須受其它節(jié)點控制。,總線拓撲,星形拓撲,在星形拓撲網(wǎng)絡結(jié)構中，除了一般的工作站節(jié)點之外，還存在一個特殊節(jié)點，即集線器(或叫中心節(jié)點)。各節(jié)點與集線器之間用一條專用的雙向鏈路連接。節(jié)點之間的通信需經(jīng)集線器來中

3、轉(zhuǎn)。星形拓撲網(wǎng)絡可使用雙絞線、同軸電纜、光纜及無線傳輸媒體。,優(yōu)缺點： 星形拓撲的線路投資大于總線形拓撲。 各節(jié)點與集線器用專線連接，故每條專線的故障并不影響整個網(wǎng)絡的工作。但集線器的損壞將導致網(wǎng)絡不能正常運行。 星形拓撲的局域網(wǎng)通常采用集中式MAC協(xié)議，也可采用分布式MAC協(xié)議。,星形拓撲,環(huán)形拓撲,環(huán)形拓撲,環(huán)形拓撲采用單方向傳輸鏈路把各站順序地連接成一個閉合的環(huán)狀網(wǎng)絡結(jié)構。 在環(huán)形網(wǎng)中每個節(jié)點經(jīng)過一個環(huán)路連接器與網(wǎng)絡相連接，每個節(jié)點除了是源節(jié)點與宿節(jié)點外，還充當中繼節(jié)點的角色。 傳輸媒體可選用雙絞線、同軸電纜和光纜等。由于光纖的單向傳輸特性，它是環(huán)形拓撲網(wǎng)絡理想的傳輸媒體。,環(huán)形網(wǎng)中各節(jié)

4、點的環(huán)路連接器對環(huán)路上的信號都進行中繼處理，為防止一個節(jié)點停機或故障而導致全網(wǎng)癱瘓，在實用中，一般都采用旁通(Bypass)技術，即，如果某節(jié)點停機或發(fā)生故障，該節(jié)點環(huán)路連接器入口將直接與出口連接，使該節(jié)點被旁通掉。此外，為防止纜線故障而危及整個網(wǎng)絡工作，實用中還采用雙環(huán)及環(huán)路重構(Loop back)技術，即在網(wǎng)中設置兩個傳輸方向相反的環(huán)，一旦一個環(huán)出了故障依靠另一個環(huán)仍能照常工作；如兩只環(huán)都出了故障則使用剩余的無故障環(huán)路重新構成一個正常的環(huán)。 環(huán)形拓撲局域網(wǎng)可采用分布式也可采用集中式MAC協(xié)議。,環(huán)形拓撲,三、局域網(wǎng)的傳輸媒體,傳輸媒體：一般有雙絞線、同軸電纜、光纜及無線媒體。 1雙絞線

5、雙絞線是把兩根相互絕緣的導線纏繞在一起而構成的電線。雙絞線在低頻端傳輸損耗較小。兩根線絞在一起，某種程度上可增加抗電磁干擾能力。不過雙絞線對高頻率的電磁干擾敏感，在強噪聲環(huán)境下使用時應采取抗電磁干擾措施。,2同軸電纜 在同軸電纜中電磁場具有封閉的結(jié)構，故抗外部電磁干擾能力強。在傳輸?shù)皖l信號時，電磁場并不完全封閉，也易受外部干擾。同軸電纜比雙絞線具有更寬的傳輸頻帶，即使采用基帶傳輸，就可得到數(shù)十MHz的傳輸帶寬。此外，連接損耗小，分支連接簡單。 3光纖 光纖的特點是重量輕、耐電磁干擾，具有很低的信道誤碼率。由于光纖適于單向傳輸，故適宜于高速率的點到點通信，例如，適宜于環(huán)形拓撲的局域網(wǎng)。但是，光纖

6、的分支連接器件較貴，連接損耗也大。,無論是采用總線形、星形還是環(huán)形拓撲，網(wǎng)中的節(jié)點都將共享傳輸媒體。 共享媒體的規(guī)則一般被稱為媒體訪問控制協(xié)議(Media Access Control Protoco1)，或簡稱MAC協(xié)議。 常用的MAC協(xié)議主要有三類： 固定分配類、隨機競爭類、預約類(或叫按需分配類)。,四、局域網(wǎng)的MAC協(xié)議,第二節(jié) OSI參考模型及局域網(wǎng)標準協(xié)議體系,一、OSI參考模型簡介 開放式系統(tǒng)互聯(lián) (open system interconnection, OSI) 參考模型是1984年國際標準化組織(ISO)制定的。 如果計算機系統(tǒng)及其通信適配器按OSI參考模型進行構造，則這些

7、計算機可方便地互通。,OSI開放系統(tǒng)互連模型由七層構成 OSI參考模型的各層分別完成不同的功能。該模型可適用于包括廣域網(wǎng)及局域網(wǎng)等所有的網(wǎng)絡結(jié)構。,第一層：物理層(Physical Layer) ，是傳送電信號的物理實體。 第二層：數(shù)據(jù)鏈路層(DataLink Layer) ，保證數(shù)據(jù)鏈路上數(shù)據(jù)幀的可靠傳送，實現(xiàn)通信實體間的同步和差錯控制； 第三層：網(wǎng)絡層(Network Layer) ，保證報文從源節(jié)點到目的節(jié)點的正確傳送。網(wǎng)絡層協(xié)議提供路由選擇； 第四層：傳輸層(Transport Layer) ，從會話層接收數(shù)據(jù)，提供虛電路的建立、維持和有順序終止。 第五層：會話層(Session La

8、yer) ，在雙方的用戶之間建立會話關系。 第六層：表示層(Presentation Layer) ，為應用層提供相互通用的數(shù)據(jù)表示形式。 第七層：應用層(Application Layer) ，提供用戶和網(wǎng)絡服務之間的接口，另一個功能是文件傳輸。 在發(fā)送數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)要從應用層流向物理層；而在接收數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)要從物理層流向應用層；,OSI七層協(xié)議,二、局域網(wǎng)的標準協(xié)議體系,美國電子電氣工程師學會(IEEE) 負責制訂技術標準。它下屬的IEEE 802委員會專門從事局域網(wǎng)協(xié)議的標準化工作，制訂了許多協(xié)議。,IEEE 802委員會給出的基于OSI參考模型的局域網(wǎng)參考模型 。數(shù)據(jù)鏈路層又被細分為兩個

9、子層: 邏輯鏈路控制層(LLC層) 媒體訪問控制層(MAC層),1物理層：物理層的任務是定義與實現(xiàn)建立、維持和拆除物理連接信道所必須的機械的、電氣的及功能的特性與規(guī)格。 2MAC層： 當發(fā)送數(shù)據(jù)時，MAC層從LLC層接收數(shù)據(jù)，然后執(zhí)行媒體訪問規(guī)程，附加控制信息，并送往物理層。 當接收數(shù)據(jù)時，MAC層從物理層接收到數(shù)據(jù)幀并檢查其控制信息，如數(shù)據(jù)傳輸正確則去掉控制信息后送至LLC層。 3LLC層：完成兩通信實體間一條點到點鏈路上的數(shù)據(jù)幀傳輸與控制。數(shù)據(jù)幀的差錯控制與流量控制。另外，為上層提供數(shù)據(jù)報和虛電路兩種不同服務。,功能,三、IEEE 802協(xié)議體系 下圖給出了IEEE 802委員會給出的局域

10、網(wǎng)協(xié)議體系。IEEE 802協(xié)議體系由一系列標準協(xié)議構成，它包括802.1、802.2、802.3、802.4、802.5、802.6、802.7、802.8、802.9、802.10 802.11和802.12等協(xié)議。,IEEE 802各分委員會協(xié)議結(jié)構,802.1是一個最基本的標準，描述各協(xié)議間的關系、參考模型及與較高層協(xié)議的關系。 802.2是通用的邏輯鏈路控制規(guī)程(LLC)；802.10描述局域網(wǎng)的安全與保密問題。 802.7 TAG與802.8 TAG分別為諸如802.3、802.4及802.5等采用寬帶傳輸方式或光纖傳輸方式時提供技術指導與建議。,IEEE 802 各協(xié)議規(guī)范,80

11、2.3描述CSMA/CD總線式MAC協(xié)議及相應的物理層規(guī)范；定義了人們普遍使用的10Mbps、100Mbps、 1000Mbps的以太網(wǎng)標準； 802.4描述令牌總線網(wǎng)MAC協(xié)議及相應的物理層規(guī)范； 802.5描述令牌環(huán)網(wǎng)MAC協(xié)議及相應的物理層規(guī)范； 802.6描述城域網(wǎng)(MAN)的MAC協(xié)議及相應的物理層規(guī)范； 802.9描述包括綜合話音數(shù)據(jù)局域網(wǎng)的MAC協(xié)議及相應的物理層規(guī)范； 802.11描述無線局域網(wǎng)的MAC協(xié)議及相應的物理層規(guī)范； 802.12描述采用4對音頻非屏蔽雙絞線實現(xiàn)100Mbps傳輸速率的高速局域網(wǎng)。,802.13標準被保留 ； 802.14描述基于寬帶通信網(wǎng)絡的電纜電視

12、的MAC協(xié)議及相應的物理層規(guī)范； 802.15描述無線個域網(wǎng)的MAC協(xié)議及相應的物理層規(guī)范； 802.16描述寬帶無線訪問，解決終端接入的本地環(huán)路問題。,物理層及MAC層由網(wǎng)卡內(nèi)的硬件及軟件完成； LLC層以上各層均由計算機軟件來實現(xiàn)。 對采用不同協(xié)議的局域網(wǎng)，它們僅在MAC層及物理層相異，而上層都保持一致，這使得網(wǎng)絡互連性及兼容性大大提高，也使網(wǎng)絡容易更改與升級。,協(xié)議的實現(xiàn),第三節(jié) 局域網(wǎng)互連器件,實現(xiàn)不同局域網(wǎng)互連或互通的器件: 中繼器(Repeater) 橋接器(Bridge) 路由器 (Router),中繼器(Repeater) 中繼器的作用是把從一個局域網(wǎng)傳輸媒體上收到的物理信號進

13、行放大、變換及整形處理，然后再發(fā)送到另一個局域網(wǎng)上去。,中繼器完成物理層的功能，它連接的兩個局域網(wǎng)必須使用完全相同MAC協(xié)議。 如果兩個局域網(wǎng)的物理層也完全相同，中繼器的作用僅僅是把收到的信號進行放大、整形處理即可； 如果兩個局域網(wǎng)的物理層不同，則中繼器還需完成兩種物理信號的變換。 中繼器常用于擴大局域網(wǎng)的覆蓋范圍。,中繼器(Repeater),橋接器(Bridge) 橋接器在MAC層完成對兩個局域網(wǎng)上MAC幀的變換與轉(zhuǎn)發(fā)。由橋接器連接的兩個局域網(wǎng)必須使用相同的LLC協(xié)議，而使用的MAC協(xié)議可以相同也可以不同。當兩個局域網(wǎng)的MAC協(xié)議相同時，橋接器完成幀的過濾與轉(zhuǎn)發(fā)工作。當兩個局域網(wǎng)的MAC協(xié)議不同時，橋接器還要完成兩種幀格式的變換。,橋接器可完成具有不同MAC協(xié)議的局域網(wǎng)間的互連。,路由器(Router) 路由器在網(wǎng)絡層完成兩個網(wǎng)絡的互連。嚴格來講，路由器并不屬于局域網(wǎng)互連的范疇。局域網(wǎng)是一個物理網(wǎng)，它僅涉及物理層與鏈路層的內(nèi)容。當一個局域網(wǎng)上運行了網(wǎng)絡層及以上協(xié)議后，它才成為了一個網(wǎng)絡。路由器就是完成網(wǎng)絡間的互連。 路由器要求LAN-A與LAN-B兩邊使用相同的傳輸層協(xié)議，而網(wǎng)絡層及其下層