1、2021/6/101计算机网络技术计算机网络技术第第3章章 局域网技术（局域网技术（v3）南大滨海学院法政学系南大滨海学院法政学系张一鸣张一鸣2011.10.172021/6/102第3章 局域网基础3.1 局域网基本概念3.2 局域网介质访问控制方法3.3 高速局域网技术3.4 局域网组网设备3.5 局域网组网方法3.6 局域网结构化布线技术3.7 网络互联技术2021/6/1033.1 局域网基本概念3.1.1 局域网的主要技术特点3.1.2 局域网拓朴结构3.1.3 局域网传输类型与特点2021/6/1043.1.1 局域网的主要技术特点1.早期局域网的主要特点早期局域网的主要特点（1）
2、局域网是一种通信网络。）局域网是一种通信网络。（2）连入局域网的数据通信设备是广义的，包括计算机、终端）连入局域网的数据通信设备是广义的，包括计算机、终端机和各种外设。机和各种外设。（3）局域网覆盖一个小的地理范围。）局域网覆盖一个小的地理范围。2.从局域网应用的角度，局域网的主要技术特点为：从局域网应用的角度，局域网的主要技术特点为：（1）覆盖有限的地理范围；）覆盖有限的地理范围；（2）具有高数据传输速率（）具有高数据传输速率（10Mbps10Gbps）、低误码率的）、低误码率的高质量数据传输环境；高质量数据传输环境；（3）易于建立、维护和扩展；）易于建立、维护和扩展；（4）决定局域网特性的
3、主要技术要素：网络拓朴、传输介质与）决定局域网特性的主要技术要素：网络拓朴、传输介质与介质访问控制方法；介质访问控制方法；（5）从介质访问控制方法的角度可分为两类：共享介质局域网）从介质访问控制方法的角度可分为两类：共享介质局域网和交换式局域网。和交换式局域网。2021/6/105局域网概述局域网概述决定局域网性能的主要因素 局域网的拓扑结构n 局域网的拓扑结构主要分为总线型、环型和星型3种2.局域网的传输介质1.局域网中的传输介质主要分为有导向和无导向两类。其中，有导向传输介质主要有同轴电缆、双绞线和光纤。无导向传输介质主要应用于802.11无线局域网和802.16无线城域网。2021/6/
4、1063.1.2 局域网拓朴结构与广域网相比，局域网的通信机制从与广域网相比，局域网的通信机制从“存储转发存储转发”改变为改变为“共享介质共享介质”方式和方式和“交换方式交换方式”；在网络结构上主要采取总；在网络结构上主要采取总线型、星型与环型结构；在传输介质上主线型、星型与环型结构；在传输介质上主要采用双绞线、同轴电缆和光纤。要采用双绞线、同轴电缆和光纤。1.总线型拓朴构型总线型拓朴构型2.环型拓朴构型环型拓朴构型3.星型拓朴构型星型拓朴构型2021/6/1071.总线型拓朴构型总线型局域网的介质访问方法采用总线型局域网的介质访问方法采用“共享介质共享介质”方式。方式。所有结点都通过网卡连接
5、到作为公共传输介质的总线上。所有结点都通过网卡连接到作为公共传输介质的总线上。总线通常采用双绞线或同轴电缆。总线通常采用双绞线或同轴电缆。所有结点都可以通过总线发送可接收数据，但一段时间所有结点都可以通过总线发送可接收数据，但一段时间内只允许一个结点利用总线以内只允许一个结点利用总线以“广播广播”方式发送数据，方式发送数据，其他结点可以以其他结点可以以“收听收听”方式接收数据。因此当有两个方式接收数据。因此当有两个或多个结点同时发送数据时，就会发生或多个结点同时发送数据时，就会发生“冲突冲突”。介质访问控制（介质访问控制（MAC）方法是指控制多结点利用公共传）方法是指控制多结点利用公共传输介质
6、发送和接收数据的方法，这是所有输介质发送和接收数据的方法，这是所有“共享介质共享介质”类局域网都必须解决的共性问题。类局域网都必须解决的共性问题。优点是：结构简单、实现容易、易于扩展、可靠性好。优点是：结构简单、实现容易、易于扩展、可靠性好。2021/6/108总线型局域网的拓扑结构总线型局域网的拓扑结构总线总线结点结点结点结点2021/6/1092.环型拓朴构型 环型拓朴结构中，结点通过点点连接线路构成环型拓朴结构中，结点通过点点连接线路构成闭合的环路。环中数据沿着一个方向绕环逐点传闭合的环路。环中数据沿着一个方向绕环逐点传输。输。多个结点共享一条环通路，同样要进行控制，因多个结点共享一条环
7、通路，同样要进行控制，因此也要解决介质访问控制方法问题。此也要解决介质访问控制方法问题。优点：结构简单、实现容易、传输延迟确定，适优点：结构简单、实现容易、传输延迟确定，适应传输负荷较重、实时性要求较高的应用环境。应传输负荷较重、实时性要求较高的应用环境。缺点：不易扩充；一个结点出故障会造成网络瘫缺点：不易扩充；一个结点出故障会造成网络瘫痪。痪。2021/6/1010环型局域网的拓扑结构环型局域网的拓扑结构结点结点结点结点结点结点结点结点环行环行通路通路2021/6/10113.星型拓朴构型星型拓朴构型 星型拓朴中有一个中心点，每个结点通过星型拓朴中有一个中心点，每个结点通过点点线路与中心点连
8、接，任何两点之间点点线路与中心点连接，任何两点之间的通信都通过中心点转接。的通信都通过中心点转接。优点：结构简单，易于扩展。但中心点一优点：结构简单，易于扩展。但中心点一旦出现故障，整个系统瘫痪。旦出现故障，整个系统瘫痪。在实际应用中，往往是一种或几种基本拓在实际应用中，往往是一种或几种基本拓朴结构的扩展或组合。朴结构的扩展或组合。2021/6/1012星型局域网的拓扑结构星型局域网的拓扑结构结点结点结点结点结点结点结点结点结点结点中心中心结点结点2021/6/10133.1.3 局域网传输类型与特点 局域网常用的传输介质有：同轴电缆、双绞线、光纤和无局域网常用的传输介质有：同轴电缆、双绞线、
9、光纤和无线通信信道。线通信信道。双绞线：两类（屏蔽双绞线：两类（屏蔽STP和非屏蔽和非屏蔽UTP）；）；UTP的抗干扰的抗干扰性能优于性能优于STP；非屏蔽双绞线按通信质量一般分为五类，；非屏蔽双绞线按通信质量一般分为五类，局域网中一般使用三类、四类和五类线，三类线用于局域网中一般使用三类、四类和五类线，三类线用于10Mbps以下的数据传输，四类线用于以下的数据传输，四类线用于16Mbps以下的数以下的数据传输，五类或超五类线用于据传输，五类或超五类线用于100Mbps数据传输；增强数据传输；增强的五类、六类和七类屏蔽双绞线可用于更高速率的数据传的五类、六类和七类屏蔽双绞线可用于更高速率的数据
10、传输。输。光纤光纤:通常用于长距离、高速率、抗干扰和保密性要求高通常用于长距离、高速率、抗干扰和保密性要求高的应用领域，的应用领域，10Gbps的的Ethernet局域网中传输介质都使局域网中传输介质都使用光纤。局域网中使用的光纤分为多膜光纤和单膜光纤，用光纤。局域网中使用的光纤分为多膜光纤和单膜光纤，若使用长距离的光收发器与单膜光纤，便可在广域网的范若使用长距离的光收发器与单膜光纤，便可在广域网的范围内应用。围内应用。2021/6/10143.1.3.1 双绞线的组成和结构双绞线的组成和结构p 双绞线（双绞线（Twisted Pair）也称为双扭线，最初是为语音通信设计的，是计算机网络中使用
11、最为普遍的传输介质，局域网中到桌面的连接绝大多数都使用双绞线，几乎所有的电话通信在客户端都使用双绞线。p 双绞线一般可以分为非屏蔽双绞线（UTP）和屏蔽双绞线（STP）两大类。其中，STP又分为3类（Category 3）、5类、6类和7类几种，而UTP分为3类、4类、5类和超5类几种。图 5类4对UTP结构及截面图2021/6/1015图图4-3 双绞线的分类双绞线的分类2021/6/1016屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线的区别屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线的区别4.2.3 双绞线的类别和应用 双绞线的标准制订精密的电缆标准用于在产品的供货商和使用者之间建立系列化的通用规程，有些标准则可以通过准则的设置
12、来确定某个产品是否可以在某些国家进行销售。在北美，标准主要由以下3个组织颁布：n 美国国家标准化组织（American National Standard Institute，ANSI）。n 电信工业联合会（Telecommunication Industry Association，TIA）。n 工程技术协会（Engineering Institute Association，EIA）。2021/6/10172双绞线的类别和特性n（1）3类双绞线n 3类双绞线的最高传输频率为16MHz，最高传输速率为10Mbit/s，用于语音和数据传输。目前在计算机网络中3类双绞线已被5类和超5类双绞线替代
13、。n（2）4类双绞线n 该类双绞线的最高传输频率为20MHz，最高传输速率为16Mbit/s，可用于语音传输和数据传输。4类双绞线在以太网布线中应用很少，以往多用于令牌网的布线。n（3）5类双绞线n 5类双绞线电缆使用了特殊的绝缘材料，使其最高传输频率达到100MHz，最高传输速率达到100Mbit/s，可用于语音和数据传输。2021/6/1018双绞线的类别和特性（续）n（4）超5类双绞线n 与5类双绞线相比，超5类双绞线的衰减和串扰更小，可提供更坚实的网络基础，满足大多数应用的需求（尤其支持千兆以太网1000Base-T的布线），给网络的安装和测试带来了便利，成为目前网络应用中较好的解决方
14、案。n（5）6类双绞线n 6类双绞线的出现推动了千兆以太网的应用，在使用超5类双绞线连接千兆设备时距离只有25，而使用6类双绞线后可以达到100。n（6）7类双绞线n ISO在1997年9月开始准备制订7类双绞线标准，至2003年初相关草案已完成。标准制订机构和制造商正在考虑利用一种新型的铜缆系统，其带宽可以高达600MHz2021/6/10193.1.3.2 同同 轴轴 电电 缆缆同轴电缆的结构p 同轴电缆（coaxial cable）是由一根空心的圆柱网状铜导体和一根位于中心轴线位置的铜导线组成的，铜导线、空心圆柱网状导体和外界之间分别用绝缘材料隔开，如图4-4所示。图 同轴电缆的组成20
15、21/6/1020（1）基带同轴电缆基带同轴电缆基带同轴电缆中传输的是未经调制的基带信号，包括数据信号和模拟信号。其中，用于计算机网络中的基带同轴电缆的特征阻抗为50。主要的型号有RG-8（或RG-11）和RG-58，其中RG-8称为粗同轴电缆（简称为粗缆），RG-58称为细同轴电缆（简称为细缆）；用于有线电视模拟信号传输中的基带同轴电缆的特征阻抗为75，其型号为RG-59。下面主要介绍基带同轴电缆在计算机网络中的连接方式。2021/6/10211细缆的连接方式细缆的连接方式图 细缆网络连接拓扑图2021/6/1022细缆对连接设备及连接方法的要求：细缆对连接设备及连接方法的要求：p 具有具有
16、BNC连接器的网卡，同时细缆的两端也要安装连接器的网卡，同时细缆的两端也要安装BNC连接器，如图连接器，如图4-6（a）所示。）所示。p BNC T形连接器，用于将节点接入到总线型网络，如图形连接器，用于将节点接入到总线型网络，如图4-6（b）所示。）所示。p BNC桶形连接器，用于连接两段细缆。桶形连接器，用于连接两段细缆。p BNC终端电阻器，如图终端电阻器，如图4-6（c）所示，特征阻抗为）所示，特征阻抗为50，安装在每个网段的两端，作用是削减信号的反弹，防止安装在每个网段的两端，作用是削减信号的反弹，防止网络中无用信号的堵塞。网络中无用信号的堵塞。2021/6/1023用于细缆连接的各
17、类BNC连接器图4-6 用于细缆连接的各类BNC连接器2021/6/1024使用细缆组建计算机网络需要注意的问题使用细缆组建计算机网络需要注意的问题n 无中继最大网段长度为无中继最大网段长度为185m。n 使用中继器时，最多可使用使用中继器时，最多可使用4个中继器连接个中继器连接5个网段，使个网段，使网络直径达到网络直径达到1855=925m。n 每个网段支持的最大节点数约为每个网段支持的最大节点数约为30。n BNC T形连接器之间的最小距离为形连接器之间的最小距离为0.5m。p 细缆网络具有以下的特点：细缆网络具有以下的特点：n 价格低廉。价格低廉。n 网络抗干扰能力强。网络抗干扰能力强。
18、n 网络维护和扩展比较困难。网络维护和扩展比较困难。n 由于总线的断点较多，将影响网络系统的可靠性。由于总线的断点较多，将影响网络系统的可靠性。2021/6/10252粗缆的连接方式粗缆的连接方式图4-7 粗缆网络连接拓扑图2021/6/1026使用细缆组建计算机网络需要注意的问使用细缆组建计算机网络需要注意的问题题n网卡必须提供AUI接口，同时粗缆的两端也要安装AUI连接器。n每个节点都通过安装在总线上的收发器来与网络连接。n收发器电缆用于连接节点和粗缆。n在使用粗缆组建计算机网络中，需要注意以下的问题：n无中继最大网段长度为500m。n使用中继器时，最多可使用4个中继器连接5个网段，使网络
19、直径达到500 5=2500m。n每个网段支持的最大节点数为100。n收发器之间的最小距离为2.5m。2021/6/1027粗缆网络具有以下的特点：粗缆网络具有以下的特点：n 网络抗干扰能力强。网络抗干扰能力强。n 具有较高的可靠性。具有较高的可靠性。n 覆盖范围较广，最大距离可达覆盖范围较广，最大距离可达2500m。n 网络安装、维护和扩展比较困难。网络安装、维护和扩展比较困难。n 组网成本较高。组网成本较高。2021/6/1028（2）宽带同轴电缆宽带同轴电缆p 75 同轴电缆也称为宽带同轴电缆，可以采用频分复同轴电缆也称为宽带同轴电缆，可以采用频分复用技术在这种类型的电缆上传输信号。用技
20、术在这种类型的电缆上传输信号。p 在宽带同轴电缆上传输的是模拟信号，最大传输距在宽带同轴电缆上传输的是模拟信号，最大传输距离可以达到离可以达到100km，其工作频率可达到，其工作频率可达到300450MHz。在宽带同轴电缆上可以划分多个独立。在宽带同轴电缆上可以划分多个独立信道信道p 由于采用频分复用技术，所以在同一根宽带同轴电由于采用频分复用技术，所以在同一根宽带同轴电缆上可以同时传输多路模拟和数字混合信号。缆上可以同时传输多路模拟和数字混合信号。2021/6/1029已开发和使用的两种类型的宽带系统：已开发和使用的两种类型的宽带系统：双缆系统和单缆系统双缆系统和单缆系统图4-8 宽带同轴电
21、缆网络拓扑结构2021/6/10303.1.3.3 光光 纤纤p 光纤即光导纤维，是一种细小、柔韧并能传输光信号的介质，一根光缆中包含有多条光纤。20世纪80年代初期，光缆开始进入网络布线。与铜缆（双绞线和同轴电缆）相比较，光缆适应了目前网络远距离传输大容量信息的要求，在计算机网络中发挥着十分重要的作用，成为传输介质中的佼佼者。p 光纤通常由纯度极高的石英玻璃拉成细丝，主要由位于中心轴线上的纤芯和包裹在外面的包层组成。p 其中纤芯用来传输光波，而包层用于保护进入纤芯的光波，其光的折射率应低于纤芯。p 当一束光从一种介质进入另一种介质时，由于两种介质的折射率可能不同，当光波从折射率高的介质进入折
22、射率低的介质时，其折射角 应大于入射角，如图4-10（a）所示。当入射角大于某一临界值时，光波将全部反射回纤芯，如图4-10（b）所示。光波以某一确定的频率在纤芯与包层的交界面处进行反射，就会将光波不断传输下去，达到几千米甚至上百千米。2021/6/1031光纤的通信原理光纤的通信原理光纤通信的主要组成部件有光发送机、光接收机和光纤，光纤通信的主要组成部件有光发送机、光接收机和光纤，在进行远距离数据传输时还需要中继器。在进行远距离数据传输时还需要中继器。图4-9 光纤通信系统的结构示意图2021/6/1032光波在光纤中的传输情况光波在光纤中的传输情况图4-10 光波在光纤中的传输情况2021
23、/6/1033（1）光纤的分类和特点光纤的分类和特点1单模光纤和多模光纤单模光纤和多模光纤p 在计算机网络中根据传输点模数的不同，光纤分为单模光纤在计算机网络中根据传输点模数的不同，光纤分为单模光纤和多模光纤两种。和多模光纤两种。p“模模”也称为模式（也称为模式（mode），是指以一定角度进入光纤的），是指以一定角度进入光纤的一束光。一束光。p 多束光波以不同的入射角（但必须大于临界值）进入同一条多束光波以不同的入射角（但必须大于临界值）进入同一条纤芯进行传输，这类光纤称为多模光纤。纤芯进行传输，这类光纤称为多模光纤。p 光纤的直径减小到只允许一个波长的光波传输时，这时的光光纤的直径减小到只允
24、许一个波长的光波传输时，这时的光纤就如同一根波导体，光波在其中没有反射，而是沿直线传纤就如同一根波导体，光波在其中没有反射，而是沿直线传输，将这种光纤称为单模光纤。输，将这种光纤称为单模光纤。2021/6/1034多模光纤与单模光纤的主要区别：多模光纤与单模光纤的主要区别：p 单模光纤采用激光二极管（单模光纤采用激光二极管（LD）作为光源，而多模光）作为光源，而多模光纤则采用发光二极管（纤则采用发光二极管（LED）为光源。）为光源。p 多模光纤的芯线粗，传输速率低、距离短，整体的传多模光纤的芯线粗，传输速率低、距离短，整体的传输性能差，但成本低，一般用于建筑物内或地理位置输性能差，但成本低，一
25、般用于建筑物内或地理位置相邻的环境中。相邻的环境中。p 单模光纤的纤芯相应较细，传输频带宽、容量大、传单模光纤的纤芯相应较细，传输频带宽、容量大、传输距离长，但需激光源，成本较高，通常在建筑物之输距离长，但需激光源，成本较高，通常在建筑物之间或地域分散的环境中使用。间或地域分散的环境中使用。p 单模光纤是当前计算机网络中研究和应用的重点。单模光纤是当前计算机网络中研究和应用的重点。2021/6/1035室内光缆和室外光缆室内光缆和室外光缆（1）室内光缆）室内光缆室内光缆的抗拉强度较小，保护层较差，但质量较小室内光缆的抗拉强度较小，保护层较差，但质量较小且较便宜，主要用于建筑物内部的布线。且较便
26、宜，主要用于建筑物内部的布线。（2）室外光缆）室外光缆与室内光缆相比，室外光缆的抗拉强度较大，保护层与室内光缆相比，室外光缆的抗拉强度较大，保护层较厚重，并且通常为铠装（即金属皮包裹）。室外光较厚重，并且通常为铠装（即金属皮包裹）。室外光缆主要适用于建筑物之间或广域网的远距离布线。缆主要适用于建筑物之间或广域网的远距离布线。2021/6/1036（2）光纤通信的特点光纤通信的特点p 与铜质电缆相比较，光纤通信明显具有其他传输介质无法比与铜质电缆相比较，光纤通信明显具有其他传输介质无法比拟的优点，具体表现为：拟的优点，具体表现为：n 传输信号的频带宽，通信容量大；传输信号的频带宽，通信容量大；n
27、 信号衰减小，传输距离长；信号衰减小，传输距离长；n 抗干扰能力强，应用范围广；抗干扰能力强，应用范围广；n 抗化学腐蚀能力强，适用于一些特殊环境下的布线；抗化学腐蚀能力强，适用于一些特殊环境下的布线；n 原材料资源丰富。原材料资源丰富。p 当然，光纤也存在着一些缺点：如质地脆，机械强度低；切当然，光纤也存在着一些缺点：如质地脆，机械强度低；切断和连接技术要求较高等，这些缺点也限制了目前光纤的普断和连接技术要求较高等，这些缺点也限制了目前光纤的普及，尤其是实现光纤到桌面的连接。及，尤其是实现光纤到桌面的连接。2021/6/10373.2 局域网介质访问控制方法传统的局域网采用“共享介质”的工作
28、方式，目前被广泛采用并形成标准的介质访问控制方法主要有三种：冲突检测载波侦听多路访问（CSMA/CD）方法、令牌总线（Token Bus）方法及令牌环（Token Ring）方法。3.2.1 IEEE 802模型与协议标准3.2.2 IEEE 802.3标准与Ethernet3.2.3 IEEE 802.4标准与Token Bus3.2.4 IEEE 802.5标准与Token Ring3.2.5 CSMA/CD与Token Bus、Token Ring的比较3.2.6 Ethernet物理地址的基本概念2021/6/1038局域网的介质访问控制方式p 传统的局域网采用共享介质的方式，只能工作
29、在传统的局域网采用共享介质的方式，只能工作在半双工模式下。不同的局域网技术采用不同的方半双工模式下。不同的局域网技术采用不同的方式实现共享介质的访问控制。式实现共享介质的访问控制。IEEE 802标准定标准定义的共享介质局域网支持以下义的共享介质局域网支持以下3种介质访问控制种介质访问控制方式：方式：n CSMA/CD（带冲突监测功能的载波监听多路访（带冲突监测功能的载波监听多路访问）。用于总线型以太网，包括逻辑拓扑结构为问）。用于总线型以太网，包括逻辑拓扑结构为总线型的星型以太网。总线型的星型以太网。n 令牌总线（令牌总线（token bus）。）。n 令牌环（令牌环（token ring）
30、。）。2021/6/1039共享式局域网与交换式局域网共享式局域网与交换式局域网p 共享和交换是网络中两个不同的概念，也代表了两种不同的工作机制。p 在共享式网络中，由于所有站点共享惟一的传输介质，所以网络中的碰撞和冲突频繁发生，尤其当通信量增大时更是如此。为了改善网络的工作状态，在20世纪90年代初出现了局域网交换技术（switch）。局域网交换技术放弃了传统的位于物理层的集线器来广播数据，而是使用工作于数据链路层的交换机来实现点对点的通信。2021/6/1040传统以太网和交换式以太网的工作模式2021/6/10413.2.1 IEEE 802模型与协议标准模型与协议标准1980年年2月，
31、月，IEEE成立局域网标准委员会，专门从事成立局域网标准委员会，专门从事局域网标准化工作，制定了局域网标准化工作，制定了IEEE802标准，主要解决在标准，主要解决在局部范围内的计算机组网问题，这就只需要研究局部范围内的计算机组网问题，这就只需要研究OSI模模型的物理层、数据链路层和网络层即可，不用考虑其它型的物理层、数据链路层和网络层即可，不用考虑其它高层的问题。这就是最终高层的问题。这就是最终IEEE802标准只制定了对应标准只制定了对应OSI模型的物理层、数据链路层协议的原因。模型的物理层、数据链路层协议的原因。在在1980年，局域网已有以太网、令牌总线和令牌环典年，局域网已有以太网、令
32、牌总线和令牌环典型技术。还有很多厂家的局域网产品，其数据链路层和型技术。还有很多厂家的局域网产品，其数据链路层和物理层协议都不同。标准制定者选择了一个妥协的办法，物理层协议都不同。标准制定者选择了一个妥协的办法，即将数据链路层划分为两层：逻辑链路控制即将数据链路层划分为两层：逻辑链路控制LLC子层与子层与介质访问控制介质访问控制MAC子层。不同局域网在子层。不同局域网在MAC子层和物子层和物理层可以采用不同的协议，但是在理层可以采用不同的协议，但是在LLC层必须采用相同层必须采用相同协议。从而解决了这个难题。协议。从而解决了这个难题。2021/6/1042局域网体系结构局域网体系结构p 在OS
33、I参考模型中，局域网的相关标准和规范由最低两层（物理层和数据链路层）来定义。同时，电子和电气工程师协会（Institute of Electrical and Electronics Engineers，IEEE）于1980年2月专门成立了IEEE 802委员会，专门制订局域网和城域网的国际标准，即著名的IEEE 802参考模型。p IEEE 802标准把数据链路层划分为介质访问控制（Media Access Control，MAC）子层和逻辑链路控制（Logical Link Control，LLC）子层，同时SAP则位于LLC子层与高层的交界面上。p 其中，IEEE 802标准中，物理层的
34、主要功能为：n 信号的编码与译码。n 产生或去除用于进行同步的前同步码（preamble，也称前导信息）。n 比特的正确传输与接收。2021/6/1043IEEE 802标准各层的功能MAC子层的主要功能为：n 在发送端将从LLC子层接收到的数据封装成标准的数据链路层帧并传送给物理层；在接收端将从物理层接收到的帧进行拆分，并将拆分后的数据上交给LLC子层。n MAC协议的实现与维护。n 比特的差错检测。n 物理寻址。在数据链路层中，将与介质访问无关的协议放在LLC子层。LLC子层的主要功能为：n 建立和释放数据链路层的逻辑连接。n 提供与高层的接口。n 比特差错控制。n 给MAC子层的帧添加序
35、号。2021/6/1044IEEE 802模型与模型与OSI参考模型的对应关系参考模型的对应关系从目前局域网的实从目前局域网的实际应用来看际应用来看,几乎所有几乎所有的的LAN环境都采用了环境都采用了以太网协议以太网协议,因此因此LAN中是否使用中是否使用LLC子层子层已经不重要已经不重要,绝大多数绝大多数硬件和软件厂商已经硬件和软件厂商已经不使用不使用LLC协议协议,而是而是直接将数据封装在以直接将数据封装在以太网的太网的MAC帧帧结构中结构中.整个协议的处理非常整个协议的处理非常简洁。简洁。应用层应用层表示层表示层会话层会话层传输层传输层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层逻辑链路
36、控制逻辑链路控制(LLC)层层介质访问控制介质访问控制(MAC)子层子层物理层物理层OSI参考模型参考模型IEEE 802参考模型参考模型2021/6/1045数据链路层的功能数据链路层的功能p 在数据链路层存在两种不同的协议数据单元在数据链路层存在两种不同的协议数据单元（PDU）：）：LLC帧和帧和MAC帧。其中，从高层接收帧。其中，从高层接收到的数据加上到的数据加上LLC层的帧头便成为层的帧头便成为LLC帧，再向帧，再向下传送到下传送到MAC子层时，加上子层时，加上MAC子层的帧头和子层的帧头和帧尾，就组成帧尾，就组成MAC帧，如下图所示。为此，在局帧，如下图所示。为此，在局域网中域网中L
37、LC子层是透明的，只有子层是透明的，只有MAC子层才能够子层才能够“看到看到”所连接的局域网类型（以太网、令牌总所连接的局域网类型（以太网、令牌总线还是令牌环）。物理层则把线还是令牌环）。物理层则把MAC帧转换成比特帧转换成比特流，并透明地在数据链路实体间进行传输。流，并透明地在数据链路实体间进行传输。2021/6/1046LLC帧与MAC帧之间的关系2021/6/10473.2.1 IEEE 802模型与协议标准模型与协议标准(1)IEEE 802所描述的局域网参考模型内对应于所描述的局域网参考模型内对应于OSI的数据链路的数据链路层和物理层。层和物理层。将数据链路层划分为逻辑链路控制将数据
38、链路层划分为逻辑链路控制LLC子层与介质访问控制子层与介质访问控制MAC子层。子层。IEEE 802委员会为局域网制定了一系列标准，统称为委员会为局域网制定了一系列标准，统称为IEEE 802标准，主要是：标准，主要是：(1)IEEE 802.1包括局域网体系结构、网络互联，以及网络管包括局域网体系结构、网络互联，以及网络管理与性能测试；理与性能测试；(2)IEEE 802.2定义了逻辑链路控制定义了逻辑链路控制LLC子层功能与服务子层功能与服务；(3)IEEE 802.3定义了定义了CSMA/CD总线介质访问控制子层与物总线介质访问控制子层与物理层规范理层规范；(4)IEEE 802.4定义
39、了令牌总线（定义了令牌总线（Token Bus）介质访问控制）介质访问控制子层与物理层规范子层与物理层规范；(5)IEEE 802.5定义了令牌环（定义了令牌环（Token Ring）介质访问控制）介质访问控制子层与物理层规范子层与物理层规范；2021/6/10483.2.1 IEEE 802模型与协议标准模型与协议标准(2)(6)IEEE 802.6定义了城域网定义了城域网MAN介质访问控制子层与物理介质访问控制子层与物理层规范；层规范；(7)IEEE 802.7定义了宽带网络规范；定义了宽带网络规范；(8)IEEE 802.8定义了光纤传输规范；定义了光纤传输规范；(9)IEEE 802.
40、9定义了综合语音与数据局域网规范；定义了综合语音与数据局域网规范；(10)IEEE 802.10定义了可互操作的局域网安全性规范；定义了可互操作的局域网安全性规范；(11)IEEE 802.11定义了无线局域网技术规范；定义了无线局域网技术规范；(12)IEEE 802.12定义了定义了100VG AnyLAN规范；规范；(13)IEEE 802.14定义了电缆调制解调器（定义了电缆调制解调器（Cable modem）标准；标准；(14)IEEE 802.15定义了近距离个人无线网络标准；定义了近距离个人无线网络标准；(15)IEEE 802.16定义了宽带无线局域网标准。定义了宽带无线局域网
41、标准。2021/6/1049IEEE 802标准的内容标准的内容图已得到应用的IEEE 802标准2021/6/1050IEEE 802标准委员会的工作标准委员会的工作 IEEE 802委员会为指定局域望网标准成立了一系列组织，委员会为指定局域望网标准成立了一系列组织，目前不少小组已经由于技术和市场的原因而停止了活动，如目前不少小组已经由于技术和市场的原因而停止了活动，如802.4、802.6、802.7、802.12工作组等。最活跃的是工作组等。最活跃的是802.3、802.10、802.11几个小组。几个小组。IEEE 802委员会公布的许多协议标准分为三类：委员会公布的许多协议标准分为三
42、类：定义局域网体系结构、网络互连、网络管理的定义局域网体系结构、网络互连、网络管理的802.1标准标准定义逻辑链路控制（定义逻辑链路控制（LLC）子层功能与服务的）子层功能与服务的802.2标准标准定义不同介质访问控制技术的相关标准，这类标准多达定义不同介质访问控制技术的相关标准，这类标准多达16个其中应用最多和正在发展的只有个其中应用最多和正在发展的只有4个，其中无线局域网个，其中无线局域网的有的有3个。剩余的标准已经很少使用。个。剩余的标准已经很少使用。2021/6/1051目前流行的主要目前流行的主要IEEE 802标准标准802.1体系结构与网络互连体系结构与网络互连802.2逻辑链路
43、控制子层逻辑链路控制子层802.3CSMA/CD802.16宽带无线宽带无线局域网局域网802.15近距离无线近距离无线个人局域网个人局域网802.11无线局域网无线局域网2021/6/10523.2.2 IEEE 802.3标准与EthernetEthernet的主要技术特点Ethernet的基本工作原理2021/6/10531.Ethernet的主要技术特点 IEEE 802标准定义的共享介质局域网有三类：采用CSMA/CD介质访问控制的总线型局域网、采用Token Bus介质访问控制方法的总线型局域网与采用Token Ring介质访问控制方法的环型局域网。目前应用最广泛的一类局域网是Et
44、hernet总线局域网。它的核心技术是带有冲突检测的载波侦听多路访问CSMA/CD方法。这种介质访问控制方法属于随机争用型方法。IEEE 802.3标准是在Ethernet规范的基础上制定的。1995年传输速率为100Mbps的Fast Ethernet标准和产品推出；1998年数据传输速率为1Gbps的Gigabit Ethernet标准推出，1999年产品问世；10Gbps的Ethernet正在研究之中。2021/6/10542.Ethernet的基本工作原理 CSMA/CD的发送流概括为四点：先听后发，边的发送流概括为四点：先听后发，边听边发，冲突停止，随机延迟后重发听边发，冲突停止，随
45、机延迟后重发。每个结点利用总线发送数据时首先要侦听总线的每个结点利用总线发送数据时首先要侦听总线的忙闲状态；若两个或两个以上的结点同时发送了忙闲状态；若两个或两个以上的结点同时发送了数据，就会产生冲突，因此就进行冲突检测。数据，就会产生冲突，因此就进行冲突检测。所谓冲突检测，即如果发送数据过程中没有检测所谓冲突检测，即如果发送数据过程中没有检测出冲突，结点在发送结束后进入正常结束状态；出冲突，结点在发送结束后进入正常结束状态；如果发送数据过程中检测出冲突，结点停止发送如果发送数据过程中检测出冲突，结点停止发送数据，随机延迟后重发数据，随机延迟后重发2021/6/1055Ethernet工作流程
46、分析以太网数以太网数据发送流程据发送流程是一种多路是一种多路访问访问/冲突检冲突检测的机制，测的机制，简单概括为简单概括为4点：先听后点：先听后发、边听边发、边听边发、冲突停发、冲突停止、延迟重止、延迟重发。如图所发。如图所示。示。发送帧发送帧装配帧装配帧总线忙？总线忙？启动发送启动发送冲突？冲突？冲突加强冲突加强发送完？发送完？结束：结束：发送成功发送成功冲突次数冲突次数N+1 N冲突过多？冲突过多？结束：结束：冲突过多冲突过多等待后退等待后退延迟时间延迟时间计算后退计算后退延迟时间延迟时间YYYYNNNN2021/6/1056IEEE 802.3标准系列和以太网标准系列和以太网以太网（Et
47、hernet）是在20世纪70年代中期由Xerox（施乐）公司Palo Alto 研究中心推出的。由于相关介质技术的发展，Xerox公司可以将许多机器相互连接。这就是以太网的原型。后来，Xerox公司推出了带宽为2Mbit/s的以太网，又与Intel公司和Digital公司合作推出了带宽为10Mbit/s的以太网，这就是通常所称的以太网或以太网DIX（Digital，Intel和Xerox），有时也写成DIX Ethernet V2。2021/6/1057以太网的帧帧结构以太网的以太网的帧帧结构由以下结构由以下6部分组成：前导部分组成：前导码、码、帧前定界符、目的地址和源地址、网络帧前定界符、
48、目的地址和源地址、网络协议类型、数据字段、帧校验字段等。协议类型、数据字段、帧校验字段等。前导码前导码 帧帧前前定界符定界符 目的地址目的地址 源地址源地址 类型类型帧校验帧校验 数据数据 7B56位位 1B8位位 6B48位位 6B48位位 2B16位位 4B32位位 461500B2021/6/1058IEEE 802.3帧结构帧结构2021/6/1059IEEE 802.3的帧结构的说明p IEEE 802.3的帧结构各字段的功能分别如下：n 前导信息和帧起始符。当MAC帧传送到物理层时要加上这两个字段，其中7字节的前导信息的每一个字节都由10101010组成，而1字节的帧起始符由101
49、01011组成。n 目的地址和源地址。这两个字段的长度分别为2字节或6字节（对应于IEEE的两种MAC地址编码方案），但IEEE规定对10Mbit/s基带以太网使用6字节地址。n 数据长度。该字段说明后面数据字段的长度。n 数据。IEEE 802.3的数据字段长度在01500之间，它表示LLC子层传送下来的数据大小，即LLC PDU的大小。n 填充。由于数据字段可以为0，这时帧中不包含任何LLC子层传来的数据。n 校验和。负责对MAC帧进行差错校验，保证局域网中数据传输的误码率控制在1081011之间。2021/6/1060CSMA/CD的实现的实现IEEE 802.3IEEE 802.3标准
50、采用标准采用CSMA/CDCSMA/CD协议，协议，CSMA/CDCSMA/CD方方式中有一个很重要的步骤，即发送站点在向网络发送式中有一个很重要的步骤，即发送站点在向网络发送帧的同时会监听网络，一旦监听到冲突就会立即中止帧的同时会监听网络，一旦监听到冲突就会立即中止发送，并向网络发送一个发送，并向网络发送一个“干扰信号干扰信号”，通知网络已，通知网络已经发生了冲突，然后发送站点等待一段时间后再重发。经发生了冲突，然后发送站点等待一段时间后再重发。在采用在采用CSMA/CDCSMA/CD方式的网络上从冲突发生到冲突方式的网络上从冲突发生到冲突被监听到所经过的最长时间大约为被监听到所经过的最长时
