第8章-局域网

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1、第8章 局域网(LAN),局域网概述 局域网体系结构 常用局域网标准 局域网扩展 高速局域网 无线局域网,8.1 局域网概述,局域网的定义 在较小的地理范围内，利用通信线路将许多数据设备连接起来，实现彼此之间的数据传输和资源共享的系统称为局域网 LAN的特点 覆盖范围小: 房间、建筑物、园区范围 距离25km 高传输速率 10Mbps1000Mbps 低误码率 10-8 10-10 可采用多种通信介质：双绞线、同轴电缆、光纤,局域网的关键技术： 拓扑结构（逻辑、物理） 总线型、星型、环型、树型 介质访问方法 按协议实现信道共享: CSMA/CD和Token-passing 信号传输形式 基带、

2、宽带,总线型: 所有结点都直接连接到共享信道 星型 : 所有结点都连接到中央结点 环型 : 结点通过点到点链路与相邻结点连接,Bus,Star,Ring,A,B,C,C,A,D,C,B,A,B,C,A,T,LAN典型拓扑结构,8.2 局域网体系结构,局域网参考模型 IEEE 802 标准 局域网链路控制机制,网络层,数据链路层,物理层,逻辑链路控制 LLC,媒体访问控制 MAC,高层,OSI,IEEE 802,物理层PHY,由NOS来实现,IEEE802标准,8.2.1 LAN参考模型,服务访问点SAP,IEEE802参考模型的最低层对应于OSI模型中的物理层，包括以下功能： 信号的编码/解码

3、 前导的生成/去除（该前导用于同步） 比特的传输/接收 物理层之上的层次主要为局域网的用户提供相应的服务。它们的主要功能如下： 在传输时将要传输的数据组装成帧，帧中包含有地址和差错检测等字段； 在接收时，将接收到的帧解包，进行地址识别和差错检测； 管理和控制对于局域网传输媒体的访问； 为高层协议提供相应的接口，即一个或多个服务访问点（SAP），并且进行流量和差错控制。,LAN的网络层和高层,网络层 由于IEEE 802局域网拓扑结构简单，一般不需中间转接，所以网络层的很多功能(如路由选择等)是没有必要的，而流量控制、寻址、排序、差错控制等功能可在数据链路层完成，故IEEE 802标准没有单独设

4、立网络层。 高层 局域网的高层尚未定义，一般由网络操作系统（NOS）来实现，如Unix、Windows NT、Netware等。,8.2.2 IEEE 802 标准,IEEE802为局域网制定了一系列标准，主要有如下12种。 （1）IEEE802.1: 概述，局域网体系结构以及网络互连； （2）IEEE802.2: 定义了逻辑链路控制（LLC）子层的功能与服务； （3）IEEE802.3：描述CSMA/CD总线式介质访问控制协议及相应物理层规范；,（4） IEEE802.4：描述令牌总线（token bus）式介质访问控制协议及相应物理层规范； （5） IEEE802.5：描述令牌环（toke

5、n ring）式介质访问控制协议及相应物理层规范； （ 6) IEEE802.6：描述市域网（MAN）的介质访问控制协议及相应物理层规范； （7） IEEE802.7：描述宽带技术进展；,（8）IEEE802.8：描述光纤技术进展； （9） IEEE802.9：描述语音和数据综合局域网技术； （10）IEEE802.10：描述局域网的安全与解密问题； （11） IEEE802.11：描述了无线局域网技术； （12）IEEE802.12：描述用于高速局域网的介质访问方法及相应的物理层规范。,（13）IEEE 802.13：保留； （14）IEEE 802.14: 描述了交互式电视网（包括Cabl

6、e Modem）以及相应的技术参数规范； （15）IEEE 802.15: 描述了无线个人区域网络； （16）IEEE 802.16: 描述了宽带无线接入技术；,8.2.3 LAN链路控制机制,数据链路层按功能划分为两个子层：LLC和MAC 功能分解的目的： 将功能中与硬件相关的部分和与硬件无关的部分分开，降低实现的复杂度。 特点：共享信道(如总线、令牌环)。需要解决介质访问控制(MAC)问题。分层可以使帧的传输独立于介质和MAC方法。 LLC： 与介质、拓扑无关； MAC：与介质、拓扑相关。,LAN的链路层与传统的数据链路层的区别, LAN链路支持多重访问，支持成组地址和广播； 支持MAC介

7、质访问控制功能； 提供某些网络层的功能，如网络服务访问点、多路复用、流量控制、差错控制. MAC子层功能：成帧/拆帧，实现、维护MAC协议，位差错检测，寻址。 LLC子层功能：向高层提供SAP，建立/释放逻辑连接，差错控制，帧序号处理，提供某些网络层功能。 LAN对LLC子层透明，仅在MAC子层才可见LAN的标准(对不同的LAN标准，区别在MAC子层),1. 逻辑链路控制LLC子层,链路多路复用： 多个SAP可以复用一条数据链路 两种地址： (1) MAC地址，DTE在网络中的物理地址（站地址），在MAC帧中传送 (2) SAP地址，进程在DTE中的逻辑地址，在LLC帧中传送 LAN中的寻址分

8、成两步： (1) 根据MAC地址找到目的站点 (2) 根据SAP地址找到该DTE中的相应进程,LLC的帧结构,DSAP ：目的服务访问点； SSAP : 源服务访问点； Control: 控制字段, 将LLC帧分为信息帧、监控帧、无编号帧，分别完成不同的功能。这部分和HDLC的叙述类似。,LLC子层提供的服务,LLC子层向上层提供的服务有三种类型： LLC1：不确认的无连接服务 就是无需确认信息的数据报服务 适用于点-点通信、广播通信或组播通信 LLC2：面向连接服务 相当于虚电路服务 通信开销较大 LLC3：确认的无连接服务 是一种需要确认信息的无连接服务 它强调了确认信息的重要性，但免除了

9、建立连接服务的复杂性 即证实交付（可靠的数据报），它只适用于令牌总线局域网。,2. MAC子层的地址,IEEE802标准为每个厂商生产的网卡规定了一个48位的全局地址，它是站点的全球唯一的标识符，与其物理位置无关。 MAC地址（物理地址） MAC地址为6Byte（48位），网卡上的地址。 MAC地址的前3个字节（高24位）由IEEE统一分配给厂商，低24位由厂商分配给每一块网卡。 网卡的MAC地址可以认为就是该网卡所在站点的MAC地址。 地址类型标识：地址字段的第一字节的最低位I/G：单个站地址/ 组地址； 地址范围标识：地址字段的第一字节的最低第二位U/L：局部管理/ 全局管理,8.3 常用

10、局域网标准,总线局域网标准：IEEE 802.3 令牌环局域网标准：IEEE 802.5 令牌总线局域网标准：IEEE 802.4,8.3.1 总线局域网标准：IEEE 802.3,Ethernet和IEEE 802.3 70年代中期由Xerox Palo Alto Research Center (Bob Metcalfe) 提出，数据率为2.94M，称为Ethernet（以太网）。 经DEC, Intel and Xerox公司改进为10M标准(DIX 标准) 。 1985年定名为IEEE 802.3，即使用1坚持的CAMA/CD协议的LAN标准，数据率从1M到10M (现已发展到1000

11、M)，支持多种传输媒体。 Ethernet是指基带总线LAN。 Ethernet和IEEE 802.3的帧格式不同。,IEEE 802.3 规范,传统以太网 802.3 同轴电缆Ethernet 802.3a 细缆Ethernet 802.3i 双绞线 802.3j 光纤 快速以太网FE 802.3u 双绞线，光纤 千兆以太网GE IEEE802.3z 屏蔽短双绞线、光纤 IEEE802.3ab 双绞线,802.3布线介质标准,10Base5 粗同轴 10Base2 细同轴 10BaseT 双绞线 10BaseF MMF 100BaseT 双绞线 100BaseF MMF/SMF 1000Ba

12、seX 屏蔽短双绞线/MMF/SMF 1000BaseT 双绞线,10Base5,粗同轴电缆，可靠性好，抗干扰能力强 收发器 : 发送/接收, 冲突检测, 电气隔离 AUI : 连接件单元接口 总线型拓扑 用于网络骨干连接,最大段长度 500米 每段最多站点数 100,两站点间最小距离 2.5米,粗缆,Vampire tap,BNC端子,收发器,AUI 电缆,NIC,网络最大跨度 2.5公里,10Base2,细同轴电缆，可靠性稍差 BNC T型接头连接 总线型拓扑 用于办公室LAN,细缆,BNC 接头,NIC,每段最大长度 185m 每段最多站点数 30,两站点间最短距离 0.5 m,网络最大

13、跨度 925 m,网络最多5个段,10 Base T,双绞线介质（UTP） 以Hub （集线器）为中心节点。Hub多端口转发器。 拓扑结构为星形，逻辑上仍然是总线形。 转发器/中继器的作用：将信号放大并整形后再转发，消除信号传输的失真和衰减。 转发器/中继器/HUB物理层设备(工作在物理层)。 用于小型LAN。,NIC,HUB,段最大长度 100m,10 Base F,使用光纤进行长距离连接，例如建筑物间连接。 星形拓扑结构 最常见的布线标准： 10BaseFL - 异步点到点链路，链路最长2 km,10Broad36,使用75电缆连接，拓扑结构为树形 用于宽带LAN,IEEE 802.3的体

14、系结构与功能实现,发送/接收,IEEE802.3的物理层（与OSI略有不同）,分两个子层： 物理信令PLS，负责位流的编码/译码，载波监听 物理媒体连接件PMA，与传输媒体相关，负责冲突检测、超长控制、发送/接收串行位流 PLS和PMA可以在同一设备中，也可以在不同设备中,LLC,MAC,PLS,LLC,MAC,PLS,PMA,PMA,高层,高层,DTE,DTE,AUI,MAU,MDI,MDI,AUI：连接件单元接口 MAU：媒体连接件单元 MDI：媒体相关接口,物理媒体,IEEE802.3帧格式,PA： 前同步码 - 10101010序列，用于使接收方与发送方同步 SFD： 帧首定界 - 1

15、0101011 DA： 目的MAC地址 SA： 源MAC地址 LEN：数据长度（数据部分的字节数）（0-1500B） LLC PDU+pad - 最少46字节, 最多1500字节 Pad：填充字段，保证帧长不少于64字节(若Data域46字节，则无Pad) FCS： 帧校验序列（CRC-32）,7 1 2/6 2/6 2 46-1500 4 字节,校验区间,64-1518 字节,无效的MAC帧 MAC客户数据字段的长度与长度字段的值不一致 帧的长度不是整数个字节 用收到的帧检验序列FCS查处有差错 收到的帧的MAC客户数据字段的长度不在46 1500字节之间 无效帧的处理：简单丢弃，以太网不负责重传丢弃的帧。,帧间隔,在相继发送的两帧之间强制插入9.6ms的间隔 目的：确保其他站点也能占用信道,PA,帧间隔 9.6 ms,帧n,帧n+1,8.4 LAN的扩展,LAN互连的必要性： 地域限制、负载问题、互通问题、安全问题 LAN互连的困难： 帧格式不同、传输速率不同、最大帧长不同 LAN互连的实现： 中继器/HUB 在物理层上实现互联 网桥 在数据链路层上实现互联 路由器 在网络层上实现互联,8.4.1 集线器式局域网,集线