【正文】 第 6章 局域網(wǎng)技術(shù) 局域網(wǎng) LAN(Local Area Network) 是將小區(qū)域內(nèi)的各種通信設(shè)備互連在一起的通信網(wǎng)絡(luò)，傳輸速率低于 100Mbps的稱傳統(tǒng)局域網(wǎng)，傳輸速率高于 100Mbps的稱高速局域網(wǎng)。 本章學(xué)習(xí)要點 局域網(wǎng)的定義及特性 。 LAN的參考模型以及和 OSI模型的對應(yīng)關(guān)系 。 局域網(wǎng)的介質(zhì)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(wǎng)的工作原理及兩種交換方法 。 虛擬局域網(wǎng)工作原理 無線局域網(wǎng)特點及 IEEE 。 局域網(wǎng)的定義及特性 局域網(wǎng)的定義 ? 局域網(wǎng)（ LAN－ Local Area Network）是將分散在有限地理范圍內(nèi)（如一棟大樓，一個部門）的多臺計算機(jī)通過傳輸媒體連接起來的通信網(wǎng)絡(luò)，通過功能完善的網(wǎng)絡(luò)軟件，實現(xiàn)計算機(jī)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(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化委員會（簡稱 802委員會）專門對局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研究，并提出了 LAN的定義。 LAN是允許中等地域內(nèi)的眾多獨立設(shè)備通過中等速率的物理信道直接互連通信的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。 ? 傳輸速率低于 100Mbps的稱傳統(tǒng)局域網(wǎng)，傳輸速率高于100Mbps的稱高速局域網(wǎng)。 局域網(wǎng)特性 ? 傳輸速率高 ， 局域網(wǎng)的傳輸速率一般為 ( 100Mbps)。數(shù)據(jù)率大于 100Mbps 的稱高速局域網(wǎng) ? 網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)的誤碼率一般在 (108 1011) 傳輸技術(shù) 局域網(wǎng)中，利用傳輸媒體傳輸信號的技術(shù)可分為基帶傳輸和寬帶傳輸兩種。 傳輸技術(shù)類型 描述 特征 傳輸方向 基帶傳輸 保持?jǐn)?shù)據(jù)波的原樣進(jìn)行傳輸稱為基帶傳輸或者基帶數(shù)字信號傳輸 * 數(shù)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(shù)據(jù)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(yuǎn)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(biāo)準(zhǔn)話路(約 4kHz)的傳輸系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域則指數(shù)據(jù)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(shù)字信號。 * 寬帶傳輸系統(tǒng)傳輸?shù)氖悄M信號 * 需采用適當(dāng)?shù)恼{(diào)制解調(diào)技術(shù) * 采用頻分多路復(fù)用技術(shù)，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(wǎng)典型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)： 星（ Star）型 局域網(wǎng)所有站點的通信都通過中心站點進(jìn)行 環(huán)（ Ring）型 控制簡便，結(jié)構(gòu)對稱性好，傳輸速率高。如： IBM令牌環(huán)網(wǎng) 總線（ Bus）型 采用廣播式多路訪問方法，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，擴(kuò)展性好。如：采用集線器 (HUB) 組網(wǎng) 樹（ Tree）型 分層結(jié)構(gòu)，擴(kuò)展性好，尋址方便 局域網(wǎng)參考模型 IEEE 802標(biāo)準(zhǔn)的局域網(wǎng)參考模型與 OSI/RM的對應(yīng)關(guān)系如圖所示 局域網(wǎng)是一個通信網(wǎng)，只涉及到相當(dāng)于 OSI/RM 通信子網(wǎng)的功能。由于內(nèi)部大多采用共享信道的技術(shù)，所以局域網(wǎng)通常不單獨設(shè)立網(wǎng)絡(luò)層。局域網(wǎng)的高層功能由具體的局域網(wǎng)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(wǎng)間互連的高層功能和管理功能。從圖中可見， OSI/RM 的數(shù)據(jù)鏈路層功能，在局域網(wǎng)參考模型中被分成介質(zhì)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(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層使計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)具有報文分組轉(zhuǎn)接的功能。 在局域網(wǎng)中，物理層同樣負(fù)責(zé)建立、維持和拆除物理鏈路；數(shù)據(jù)鏈路層采用差錯控制和幀確認(rèn)技術(shù) ,把不可靠的傳輸信道轉(zhuǎn)換成可靠的傳輸信道。 但是，局域網(wǎng)中的多個設(shè)備一般共享傳輸介質(zhì)，在設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)時，首先要解決由哪些設(shè)備占有傳輸介質(zhì)的問題。 所以局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層必須設(shè)置介質(zhì)訪問控制功能。 由于局域網(wǎng)采用的傳輸介質(zhì)有多種，對應(yīng)的介質(zhì)訪問控制方法也有多種，為了使數(shù)據(jù)幀的傳送獨立于所采用的物理介質(zhì)和介質(zhì)訪問控制方法， IEEE 802 標(biāo)準(zhǔn)特意把 LLC 獨立出來形成一個單獨子層，使 LLC 子層與介質(zhì)無關(guān)，僅讓 MAC 子層依賴于物理介質(zhì)和介質(zhì)訪問控制方法。 局域網(wǎng)中，不需要設(shè)立路由選擇和流量控制功能，將網(wǎng)絡(luò)層中的分級尋址、排序、流量控制、差錯控制功能放在數(shù)據(jù)鏈路層中實現(xiàn)。因此，局域網(wǎng)中可以不單獨設(shè)置網(wǎng)絡(luò)層。當(dāng)局限于一個局域網(wǎng)時，物理層和鏈路層就能完成報文分組轉(zhuǎn)接的功能。 但當(dāng)涉及網(wǎng)絡(luò)互連時 ，報文分組就必須經(jīng)過多條鏈路才能到達(dá)目的地，此時必須專門設(shè)置一個層次來完成網(wǎng)絡(luò)層的功能，在 IEEE 802 標(biāo)準(zhǔn)中這一層被稱為 網(wǎng)際層 。 1. 服務(wù)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(jìn)行通信；而一個系統(tǒng)中上下層之間的通信，則通過接口進(jìn)行，并用服務(wù)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(wù)訪問點（ LSAP）。在網(wǎng)際層的頂部有多個網(wǎng)間服務(wù)訪問點（ NSAP）。介質(zhì)訪問控制服務(wù)訪問點（ MSAP）向 LLC 實體提供單個接口端。物理服務(wù)訪問點（ PSAP）向 MAC 實體提供單個接口端。 局域網(wǎng)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(rèn)無連接、有確認(rèn)無連接和面向連接三種類型的鏈路服務(wù)。 無確認(rèn)無連接服務(wù)： 是一種數(shù)據(jù)報服務(wù)，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(rèn) ,也無任何流量控制或差錯恢復(fù) 。 有確認(rèn)無連接服務(wù)： 除了對 LLC 幀進(jìn)行確認(rèn)外 ,其它類似于無確認(rèn)無連接服務(wù) 。 面向連接服務(wù)： 提供訪問點之間的虛電路服務(wù)，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(shù)據(jù)傳送過程中，信息幀依次發(fā)送，并提供差錯恢復(fù)和流量控制功能。 3。介質(zhì)訪問控制（ MAC）子層： MAC 子層在支持 LLC 層完成介質(zhì)訪問控制功能時，可以提供多個介質(zhì)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(jìn)行， MAC 還產(chǎn)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(rèn)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(diào)制。 服務(wù)原語 當(dāng) (N+1)實體向 (N)實體請求服務(wù)時 ,服務(wù)用戶與服務(wù)提供者之間通過服務(wù)訪問點 (SAP)進(jìn)行交互作用 ,在進(jìn)行交互時所要交換的一些必要信息被稱為服務(wù)原語。服務(wù)原語描述提供的服務(wù)，并規(guī)定通過服務(wù)存取端口所必須傳遞的信息。一個完整的服務(wù)原語包括 3 個部分：原語名字、原語類型、原語參數(shù)。常用 4 種類型的服務(wù)原語，其構(gòu)成如下： 服務(wù)原語 接口與服務(wù)的關(guān)系 圖 服務(wù)用戶和服務(wù)提供者 圖 兩個網(wǎng)絡(luò)層實體間發(fā)送數(shù)據(jù)的例子 圖 用來說明服務(wù)原語的時序圖 圖 ISO 服務(wù)原語 圖 未成功的連接企圖 圖 成功的連接企圖 圖 IEEE 802 服務(wù)原語類型 圖 IEEE 802 數(shù)據(jù)報服務(wù)原語 圖 IEEE 802 建立連接服務(wù)原語 圖 ISO 和 IEEE 802 服務(wù)原語間的變換說明 局域網(wǎng)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn) IEEE 在 1980年 2月成立了局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化委員會（簡稱 IEEE 802 委員會），專門從事局域網(wǎng)的協(xié)議制訂，形成了一系列的標(biāo)準(zhǔn)，稱為 IEEE 802標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)已被國際標(biāo)準(zhǔn)化組織 ISO 采納，作為局域網(wǎng)的國際標(biāo)準(zhǔn)系列。在這些標(biāo)準(zhǔn)中，根據(jù)局域網(wǎng)的多種類型，規(guī)定了各自的拓樸結(jié)構(gòu)、介質(zhì)訪問控制方法、幀的格式和操作等內(nèi)容。 IEEE 802 標(biāo)準(zhǔn)系列中各個子標(biāo)準(zhǔn)之間的關(guān)系如下圖所示。 IEEE 、網(wǎng)絡(luò)管理和網(wǎng)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(wǎng)絡(luò)層服務(wù)接口。而與介質(zhì)訪問有關(guān)的協(xié)議，則根據(jù)具體網(wǎng)絡(luò)的介質(zhì)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(biāo)準(zhǔn)定義了 LLC 子層和 MAC 子層的幀格式。數(shù)據(jù)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(wù)訪問點 (DSAP)、源服務(wù)訪問點 (SSAP)及相應(yīng)的控制信息以構(gòu)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(yīng)方式（ NRM）和異步響應(yīng)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(yīng)命令。 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)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(shù)據(jù)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(jìn)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(shè)置為０。控制字段中的其它位含義與 HDLC 控制字段中的含義相同。 ? 決定局域網(wǎng)特性的三個主要技術(shù)： ? 用以連接各種設(shè)備的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) ? 用以傳輸數(shù)據(jù)的傳輸介質(zhì) ? 用以共享資源的介質(zhì)訪問控制方法 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 總線、環(huán)形、星形 傳輸介質(zhì) 雙絞線、同軸電纜、光纖、無線通信 介質(zhì)訪問控制方法 CSMA/CD、 Token Ring、 Token Bus、 FDDI 介質(zhì)訪問控制 介質(zhì)訪問控制 介質(zhì)訪問控制協(xié)議 在局域網(wǎng)中 ， 傳輸介質(zhì)作為各站點的共享資源 。 而將傳輸介質(zhì)的頻帶 ， 有效的分配給網(wǎng)上各站點用戶的方法 ， 稱為介質(zhì)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(shù)據(jù)信息 。 在網(wǎng)絡(luò)中 ， 訪問方式泛指分配介質(zhì)使用權(quán)限的機(jī)理 、 策略和算法 。 介質(zhì)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(wǎng)上站點的用戶公平合理 圖 局域網(wǎng)訪問控制方法 三種異步技術(shù)： （ 1）輪轉(zhuǎn)：每個站點輪流獲得發(fā)送機(jī)會，這種技術(shù)適合于交互式的終端對主機(jī)通信。 （ 2）預(yù)約：介質(zhì)上的時間被分割成時間片，網(wǎng)上的站點要發(fā)送，必須事先預(yù)約能占用的時間片，這種技術(shù)適用于數(shù)據(jù)流的通信。 （ 3）爭用：所有站點都可以爭用介質(zhì)，這種技術(shù)實現(xiàn)起來簡單，對輕負(fù)載或中等負(fù)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(zhì)方式的另一種局域網(wǎng)的介質(zhì)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(jié)點 , 可以接入一個結(jié)點，可以接入一組結(jié)點 ,可以接入所有結(jié)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(jìn)入發(fā)送處理 。