【正文】 第 6章 局域網技術 局域網 LAN(Local Area Network) 是將小區(qū)域內的各種通信設備互連在一起的通信網絡，傳輸速率低于 100Mbps的稱傳統(tǒng)局域網，傳輸速率高于 100Mbps的稱高速局域網。 本章學習要點 局域網的定義及特性 。 LAN的參考模型以及和 OSI模型的對應關系 。 局域網的介質訪問控制方法 。 4 、 載 波 監(jiān) 聽 多 路 訪 問 / 沖 突 檢 測 的 協(xié) 議(CSMA/CD)。 交換式局域網的工作原理及兩種交換方法 。 虛擬局域網工作原理 無線局域網特點及 IEEE 。 局域網的定義及特性 局域網的定義 ? 局域網（ LAN－ Local Area Network）是將分散在有限地理范圍內（如一棟大樓，一個部門）的多臺計算機通過傳輸媒體連接起來的通信網絡，通過功能完善的網絡軟件，實現(xiàn)計算機之間的相互通信和共享資源。 ? 美國電氣和電子工程協(xié)會（ IEEE）于 1980年 2月成立局域網標準化委員會（簡稱 802委員會）專門對局域網的標準進行研究，并提出了 LAN的定義。 LAN是允許中等地域內的眾多獨立設備通過中等速率的物理信道直接互連通信的數據通信系統(tǒng)。 ? 傳輸速率低于 100Mbps的稱傳統(tǒng)局域網，傳輸速率高于100Mbps的稱高速局域網。 局域網特性 ? 傳輸速率高 ， 局域網的傳輸速率一般為 ( 100Mbps)。數據率大于 100Mbps 的稱高速局域網 ? 網絡覆蓋的區(qū)域相對較小 ， 通常傳輸距離在 ( 25km) ? 誤碼率低 ， 局域網的誤碼率一般在 (108 1011) 傳輸技術 局域網中，利用傳輸媒體傳輸信號的技術可分為基帶傳輸和寬帶傳輸兩種。 傳輸技術類型 描述 特征 傳輸方向 基帶傳輸 保持數據波的原樣進行傳輸稱為基帶傳輸或者基帶數字信號傳輸 * 數字信號為電脈沖或者光脈沖 * 信號傳輸將占用整個信道的帶寬 * 數據波信號會隨著距離的增加而衰減，隨著頻率的增加而容易發(fā)生畸變，因此它不適合高速和遠距離的傳輸 寬帶傳輸 寬帶在電話系統(tǒng)中通常指帶寬超過一個標準話路(約 4kHz)的傳輸系統(tǒng)，在數據通信領域則指數據傳輸速率超過1Mbps的傳輸系統(tǒng) *可以將信道分成多個子信道，分別傳送音頻、視頻和數字信號。 * 寬帶傳輸系統(tǒng)傳輸的是模擬信號 * 需采用適當的調制解調技術 * 采用頻分多路復用技術，支持多路信號傳輸 * 與基帶相比較，寬帶傳輸可提供較高的傳輸速率和抗干擾能力 局域網典型的拓撲結構： 星（ Star）型 局域網所有站點的通信都通過中心站點進行 環(huán)（ Ring）型 控制簡便，結構對稱性好，傳輸速率高。如： IBM令牌環(huán)網 總線（ Bus）型 采用廣播式多路訪問方法，結構簡單，可靠性高，擴展性好。如：采用集線器 (HUB) 組網 樹（ Tree）型 分層結構，擴展性好，尋址方便 局域網參考模型 IEEE 802標準的局域網參考模型與 OSI/RM的對應關系如圖所示 局域網是一個通信網，只涉及到相當于 OSI/RM 通信子網的功能。由于內部大多采用共享信道的技術，所以局域網通常不單獨設立網絡層。局域網的高層功能由具體的局域網操作系統(tǒng)來實現(xiàn)。 LAN 模型包括了 OSI/RM 最低兩層 (物理層和鏈路層 )的功能，也包括網間互連的高層功能和管理功能。從圖中可見， OSI/RM 的數據鏈路層功能，在局域網參考模型中被分成介質訪問控制 MAC(Medium Access Control)和邏輯鏈路控制 LLC(Logical Link Control)兩個子層。 在 OSI/RM 中，物理層、數據鏈路層和網絡層使計算機網絡具有報文分組轉接的功能。 在局域網中，物理層同樣負責建立、維持和拆除物理鏈路；數據鏈路層采用差錯控制和幀確認技術 ,把不可靠的傳輸信道轉換成可靠的傳輸信道。 但是，局域網中的多個設備一般共享傳輸介質，在設備之間傳輸數據時，首先要解決由哪些設備占有傳輸介質的問題。 所以局域網的數據鏈路層必須設置介質訪問控制功能。 由于局域網采用的傳輸介質有多種，對應的介質訪問控制方法也有多種，為了使數據幀的傳送獨立于所采用的物理介質和介質訪問控制方法， IEEE 802 標準特意把 LLC 獨立出來形成一個單獨子層，使 LLC 子層與介質無關，僅讓 MAC 子層依賴于物理介質和介質訪問控制方法。 局域網中，不需要設立路由選擇和流量控制功能，將網絡層中的分級尋址、排序、流量控制、差錯控制功能放在數據鏈路層中實現(xiàn)。因此，局域網中可以不單獨設置網絡層。當局限于一個局域網時，物理層和鏈路層就能完成報文分組轉接的功能。 但當涉及網絡互連時 ，報文分組就必須經過多條鏈路才能到達目的地，此時必須專門設置一個層次來完成網絡層的功能，在 IEEE 802 標準中這一層被稱為 網際層 。 1. 服務訪問點（ SAP）： 在參考模型中，每個實體和另一個系統(tǒng)的同等實體按協(xié)議進行通信；而一個系統(tǒng)中上下層之間的通信，則通過接口進行，并用服務訪問點 SAP（ Server Access Point) 來定義接口。為了對多個高層實體提供支持，在 LLC 層的頂部有多個 LLC 服務訪問點（ LSAP）。在網際層的頂部有多個網間服務訪問點（ NSAP）。介質訪問控制服務訪問點（ MSAP）向 LLC 實體提供單個接口端。物理服務訪問點（ PSAP）向 MAC 實體提供單個接口端。 局域網參考模型 2. 邏輯鏈路控制（ LLC）子層： 在 LLC 子層中規(guī)定了無確認無連接、有確認無連接和面向連接三種類型的鏈路服務。 無確認無連接服務： 是一種數據報服務，信息幀在 LLC 實體間交換時，無需在同等層實體間事先建立邏輯鏈路，對這種 LLC 幀既不確認 ,也無任何流量控制或差錯恢復 。 有確認無連接服務： 除了對 LLC 幀進行確認外 ,其它類似于無確認無連接服務 。 面向連接服務： 提供訪問點之間的虛電路服務，在任何信息幀交換前，一對 LLC 實體之間必須建立邏輯鏈路，在數據傳送過程中，信息幀依次發(fā)送，并提供差錯恢復和流量控制功能。 3。介質訪問控制（ MAC）子層： MAC 子層在支持 LLC 層完成介質訪問控制功能時，可以提供多個介質訪問控制方式。使用 MSAP 支持 LLC 子層時， MAC 子層實現(xiàn)幀的尋址和識別。 MAC 到 MAC 的操作通過同等層協(xié)議來進行， MAC 還產生幀檢驗序列和完成幀檢驗等功能。 4。物理層： 提供在物理層實體間發(fā)送和接收比特的能力。一對物理層實體能認出兩個 MAC 實體間同等層比特單元的交換。物理層提供發(fā)送和接收信號的能力，包括對帶寬的頻道分配和對基帶的信號調制。 服務原語 當 (N+1)實體向 (N)實體請求服務時 ,服務用戶與服務提供者之間通過服務訪問點 (SAP)進行交互作用 ,在進行交互時所要交換的一些必要信息被稱為服務原語。服務原語描述提供的服務，并規(guī)定通過服務存取端口所必須傳遞的信息。一個完整的服務原語包括 3 個部分：原語名字、原語類型、原語參數。常用 4 種類型的服務原語，其構成如下： 服務原語 接口與服務的關系 圖 服務用戶和服務提供者 圖 兩個網絡層實體間發(fā)送數據的例子 圖 用來說明服務原語的時序圖 圖 ISO 服務原語 圖 未成功的連接企圖 圖 成功的連接企圖 圖 IEEE 802 服務原語類型 圖 IEEE 802 數據報服務原語 圖 IEEE 802 建立連接服務原語 圖 ISO 和 IEEE 802 服務原語間的變換說明 局域網協(xié)議標準 IEEE 在 1980年 2月成立了局域網標準化委員會（簡稱 IEEE 802 委員會），專門從事局域網的協(xié)議制訂，形成了一系列的標準，稱為 IEEE 802標準。該標準已被國際標準化組織 ISO 采納，作為局域網的國際標準系列。在這些標準中，根據局域網的多種類型，規(guī)定了各自的拓樸結構、介質訪問控制方法、幀的格式和操作等內容。 IEEE 802 標準系列中各個子標準之間的關系如下圖所示。 IEEE 、網絡管理和網際互連協(xié)議。IEEE LLC 協(xié)議 ,規(guī)定了錯誤處理、成幀、流控以及網絡層服務接口。而與介質訪問有關的協(xié)議，則根據具體網絡的介質訪問控制分別處理，主要的 MAC 協(xié)議有： IEEE 載波監(jiān)聽多路訪問 /沖突檢測 CSMA/CD 訪問方法和物理層協(xié)議、 IEEE 令牌總線（ Token Bus)訪問方法和物理層的協(xié)議、 IEEE 令牌環(huán)（ Token Ring)訪問方法等。 IEEE 802 標準定義了 LLC 子層和 MAC 子層的幀格式。數據傳輸過程中， LLC 子層將高層遞交的報文分組作為 LLC的信息字段，再加上 LLC 子層目的服務訪問點 (DSAP)、源服務訪問點 (SSAP)及相應的控制信息以構成 LLC 幀。 LLC 幀格式及其控制字段定義見下圖。 LLC 的鏈路只有異步平衡方式（ ABM），而不用正常響應方式（ NRM）和異步響應方式（ ARM）。也即節(jié)點均為組合站，它們既可作為主站發(fā)送命令，也可作為從站響應命令。 IEEE 標準定義的 LLC 幀格式與 HDLC 的幀格式有點類似，其控制字段的格式和功能完全效仿 HDLC 的平衡方式制定。 LLC 幀也分為信息幀、監(jiān)控幀和無編號幀三類。信息幀主要用于信息數據傳輸，監(jiān)控幀主要用于流量控制，無編號幀用于 LLC 子層傳輸控制信號以對邏輯鏈路進行建立與釋放。LLC 幀的類型取決于控制字段的第１、２位，信息幀和監(jiān)控幀的控制字段均為２字節(jié)，無編號幀的控制字段為１字節(jié)。監(jiān)控幀控制字段中的第５～８位為保留位，一般設置為０?？刂谱侄沃械钠渌缓x與 HDLC 控制字段中的含義相同。 ? 決定局域網特性的三個主要技術： ? 用以連接各種設備的拓撲結構 ? 用以傳輸數據的傳輸介質 ? 用以共享資源的介質訪問控制方法 拓撲結構 總線、環(huán)形、星形 傳輸介質 雙絞線、同軸電纜、光纖、無線通信 介質訪問控制方法 CSMA/CD、 Token Ring、 Token Bus、 FDDI 介質訪問控制 介質訪問控制 介質訪問控制協(xié)議 在局域網中 ， 傳輸介質作為各站點的共享資源 。 而將傳輸介質的頻帶 ， 有效的分配給網上各站點用戶的方法 ， 稱為介質訪問控制協(xié)議 。 在這里 “ 訪問 ” 指的是在兩個實體之間建立聯(lián)系并交換數據信息 。 在網絡中 ， 訪問方式泛指分配介質使用權限的機理 、 策略和算法 。 介質訪問控制協(xié)議的三個基本要素： ? 協(xié)議簡單 ? 有效的通道利用率 ? 公平性：網上站點的用戶公平合理 圖 局域網訪問控制方法 三種異步技術： （ 1）輪轉：每個站點輪流獲得發(fā)送機會，這種技術適合于交互式的終端對主機通信。 （ 2）預約：介質上的時間被分割成時間片，網上的站點要發(fā)送，必須事先預約能占用的時間片，這種技術適用于數據流的通信。 （ 3）爭用：所有站點都可以爭用介質，這種技術實現(xiàn)起來簡單，對輕負載或中等負載的系統(tǒng)比較有效，適合于猝發(fā)式的通信。 交換方式：是不同于共享介質方式的另一種局域網的介質訪問控制方法。Ｐ 122 爭用協(xié)議 CSMA 載波監(jiān)聽多路訪問 CS:Carrier Sense 載波監(jiān)聽 站點在為發(fā)送幀而訪問傳輸信道之前，首先監(jiān)聽 信道有無載波，若有載波，說明已有用戶在使用信道， 則不發(fā)送幀以避免沖突。 MA: Multiple Access多路訪問 多址接入 (多路訪問 ): 掛在總線 (或傳輸信道 )上的結點 , 可以接入一個結點，可以接入一組結點 ,可以接入所有結點 . CSMA 控制方案 每個站點在發(fā)送分組前 ， 首先監(jiān)聽公共信道上其它站點是否在發(fā)送分組 。 如果信道忙 ， 就暫不發(fā)送 ， 在等待一定間隔后重試 。 如果信道空閑 ， 則進入發(fā)送處理 。