局域网(LAN)特点、组成和结构
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局域网(LAN)特点、组
成和结构
局域网(LAN)特点
局域网：在有限的地理范围内将大量PC及各种设备互连，实现 数据通信和资源共享的计算机网络
✓覆盖范围小 距离几百米至几公里
房间、建筑物、校园等，为一个单位所拥有
✓高传输速率 1～1000Mbps
✓低误码率
10-8 ～ 10-10
✓以PC为主体,包括终端及各种外设, 一般不设中央主机系统
进程 x y z
SAP (1) (2) (3) LLC MAC
物理层 主机A
LLC MAC
ab
(1) (2)
物理层
主机B
m
(1)
物理层 主机C
LLC MAC
LAN 逻辑链路控制LLC 子层
通信需要有两种地址
➢ MAC地址：主机在网络中的物理地址，在MAC帧中 传送
➢SAP地址：LLC子层上面的服务访问点，在LLC帧中 传送。
优点：电缆和设备少、成本低、安装方便
B
C
Bus
缺点：
❖若主干电缆某处发生故障，整个网络将瘫痪
❖网上站点较多时，会因数据冲突增多而使效率降低。 典型实例：以太网
环型
D
✓由站点和连接站点的链路组成闭合
环，各节点共享环路
A
✓数据只能沿着一个固定的方向传送
T C
B
✓采用分布式介质访问控制方法
Ring
优点：时延确定、构造容易、通信电缆短、不存
❖按照功能分为LLC和MAC两个子层 ❖功能分解的目的
MAC子层：与介质、拓扑相关
适应多种不同的介质访问控制方式的网络
LLC子层：与介质、拓扑无关
➢对上屏蔽了下层的实现细节，使数据传输独立于介质和 介质访问控制方法 ➢在MAC子层中可以增加新的介质访问方法
LAN的链路层的一些功能
LAN链路支持多重访问；
支持介质访问控制功能；
提供某些网络层的功能，如寻址、多路复用、流量、 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，流量控制。
LLC子层 多路复用
主机的LLC子层上设有多个SAP，向多个高层实体提供服务 LAN中的寻址分成两步： 1. 根据MAC地址找到目的主机 2. 根据SAP地址找到主机中的服务访问点
24bit
24bit
典型的物理地址 ：
00-60-8C-01-28-12 广播地址（全1地址）：发往所有站点
数据链路层的两种不同的数据单元：LLC PDU和MAC帧
高 层 PDU
LLC首 部
LLC数 据
MAC首 部
MAC数 据
MAC尾 部
LLC 帧 和 M A C 帧 的 关 系
IEEE802标准的主要成员
随机访问方式：竞争信道使用权 令牌传递访问方式：顺序访问信道
IEEE 802局域网体系结构
IEEE于1980年2月成立了局域网标准委 员会(简称 IEEE 802委员会)，专门从事局域网标准化工作， 并制定了IEEE 802标准
IEEE 802 标准所描述的局域网参考模型与OSI模 型的对应关系：
802.2 - 逻辑链路控制LLC 802.3 - CSMA/CD（以太网） 802.4 - Token Bus （令牌总线） 802.5 - Token Ring（令牌环） 802.6 - 分布队列双总线DQDB -- MAN标准 802.8 – FDDI（光纤分布数据接口） 802.11 – 无线LAN
✓仅包含OSIRM中的低二层功能
✓ 简单、成本低、灵活、便于管理和扩充
局域网拓扑结构
局域网覆盖范围小，距离短，通常采用共享信道连接 各设备进行通信（多路访问技术），拓扑结构简单
A
B
C
C
总线形
A
A
A
B
C
星形
D
T C
B
环形
总线形 A
✓所有节点工作站通过共享信道（总 C
线）传输数据--广播型信道 ✓一般采用分布式介质访问控制方法
将OSI参考模型的数据链路层划分为:
LLC(Logical Link Control)：逻辑链路控制 子层 MAC( Media Access Control)：介质访问控制子层
LAN参考模型
OSI 高层
网络层 数据链路层
物理层
IEEE 802 SAP
（） （） （） 逻辑链路控制 LLC 介质访问控制 MAC
LLC PDU
DSAP SSAP 控制 数据
物理网络地址（ MAC地址，硬件地址）
➢ 48bit ➢ 站点的全球唯一的标识符，与其物理位置无关
IEEE是局域网全球地址的法定管理机构，它负责分配地 址六个字节中的前三个字节(即高24位)
物理地址= Manufacture ID （地址块）+ NIC ID
物理层
物理层
➢信号编码、译码：以太网中采用曼彻斯特编码
➢同步所用前同步码的产生与去除 MAC子层的MAC帧传到物理层后加上一个8字节的前
同步码 (1010…… ）。
作用：使接收端在接收MAC帧时能够迅速实现比特 同步。检测到前同步码最后的连着两个1时，则后面的 信息为MAC帧
➢比特的传输与接收
局域网的数据链路层
在冲突问题
缺点：可靠性、灵活性差，任何一点都不能出故 障。不便扩充，信息传输效率较低
典型实例：令牌环
星形
各节点通过一条单独的通信线路 连到中心节点，节点间通信经过 A 中心节点交换和传输
A
B
源自文库
C
Star
优点：结构简单、实现容易、方便灵活，应用广泛
缺点：
✓中心节点设备的可靠性要求高，负担较重，一旦中 心节点出现故障则导致全网瘫痪；
✓通信电缆较多
在星形拓扑中，注意： 逻辑结构与物理结构的关系； 星形是变形的总线结构，逻辑上都为广播型信道
普通的共享介质方式局域网中逻辑上无星形拓扑 (使用集线器)
只有在出现交换局域网(Switched LAN)之后， 才 真正出现了物理结构与逻辑结构统一的星形拓扑
树形 星形结构的扩充，是分级的星形结构
A
A
局域网技术的三个要素
传输介质 同轴电缆、双绞线、光纤等
拓扑结构 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、Token-Ring 、Token-Bus
介质访问控制方式是局域网最关键的技术
介质访问方法
总线型局域网采用 “共享介质”方式，所有节点 都可以通过总线以“广播”方式发送或接收数据， 必会“冲突” ，造成传输失败
必须解决多点访问总线的介质访问控制(MAC)问题 介质访问控制方法是通过仲裁机制解决介质使用权
的问题：
➢ 该哪个点发送数据？
➢ 发送时会不会出现冲突？
➢ 出现冲突怎么办？
共享介质的介质访问控制方法分类
集中式控制--集中控制器控制各节点通信 分布式控制--站点间通信按事先约定由自身控制
局域网一般采用分布式控制方式
成和结构
局域网(LAN)特点
局域网：在有限的地理范围内将大量PC及各种设备互连，实现 数据通信和资源共享的计算机网络
✓覆盖范围小 距离几百米至几公里
房间、建筑物、校园等，为一个单位所拥有
✓高传输速率 1～1000Mbps
✓低误码率
10-8 ～ 10-10
✓以PC为主体,包括终端及各种外设, 一般不设中央主机系统
进程 x y z
SAP (1) (2) (3) LLC MAC
物理层 主机A
LLC MAC
ab
(1) (2)
物理层
主机B
m
(1)
物理层 主机C
LLC MAC
LAN 逻辑链路控制LLC 子层
通信需要有两种地址
➢ MAC地址：主机在网络中的物理地址，在MAC帧中 传送
➢SAP地址：LLC子层上面的服务访问点，在LLC帧中 传送。
优点：电缆和设备少、成本低、安装方便
B
C
Bus
缺点：
❖若主干电缆某处发生故障，整个网络将瘫痪
❖网上站点较多时，会因数据冲突增多而使效率降低。 典型实例：以太网
环型
D
✓由站点和连接站点的链路组成闭合
环，各节点共享环路
A
✓数据只能沿着一个固定的方向传送
T C
B
✓采用分布式介质访问控制方法
Ring
优点：时延确定、构造容易、通信电缆短、不存
❖按照功能分为LLC和MAC两个子层 ❖功能分解的目的
MAC子层：与介质、拓扑相关
适应多种不同的介质访问控制方式的网络
LLC子层：与介质、拓扑无关
➢对上屏蔽了下层的实现细节，使数据传输独立于介质和 介质访问控制方法 ➢在MAC子层中可以增加新的介质访问方法
LAN的链路层的一些功能
LAN链路支持多重访问；
支持介质访问控制功能；
提供某些网络层的功能，如寻址、多路复用、流量、 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，流量控制。
LLC子层 多路复用
主机的LLC子层上设有多个SAP，向多个高层实体提供服务 LAN中的寻址分成两步： 1. 根据MAC地址找到目的主机 2. 根据SAP地址找到主机中的服务访问点
24bit
24bit
典型的物理地址 ：
00-60-8C-01-28-12 广播地址（全1地址）：发往所有站点
数据链路层的两种不同的数据单元：LLC PDU和MAC帧
高 层 PDU
LLC首 部
LLC数 据
MAC首 部
MAC数 据
MAC尾 部
LLC 帧 和 M A C 帧 的 关 系
IEEE802标准的主要成员
随机访问方式：竞争信道使用权 令牌传递访问方式：顺序访问信道
IEEE 802局域网体系结构
IEEE于1980年2月成立了局域网标准委 员会(简称 IEEE 802委员会)，专门从事局域网标准化工作， 并制定了IEEE 802标准
IEEE 802 标准所描述的局域网参考模型与OSI模 型的对应关系：
802.2 - 逻辑链路控制LLC 802.3 - CSMA/CD（以太网） 802.4 - Token Bus （令牌总线） 802.5 - Token Ring（令牌环） 802.6 - 分布队列双总线DQDB -- MAN标准 802.8 – FDDI（光纤分布数据接口） 802.11 – 无线LAN
✓仅包含OSIRM中的低二层功能
✓ 简单、成本低、灵活、便于管理和扩充
局域网拓扑结构
局域网覆盖范围小，距离短，通常采用共享信道连接 各设备进行通信（多路访问技术），拓扑结构简单
A
B
C
C
总线形
A
A
A
B
C
星形
D
T C
B
环形
总线形 A
✓所有节点工作站通过共享信道（总 C
线）传输数据--广播型信道 ✓一般采用分布式介质访问控制方法
将OSI参考模型的数据链路层划分为:
LLC(Logical Link Control)：逻辑链路控制 子层 MAC( Media Access Control)：介质访问控制子层
LAN参考模型
OSI 高层
网络层 数据链路层
物理层
IEEE 802 SAP
（） （） （） 逻辑链路控制 LLC 介质访问控制 MAC
LLC PDU
DSAP SSAP 控制 数据
物理网络地址（ MAC地址，硬件地址）
➢ 48bit ➢ 站点的全球唯一的标识符，与其物理位置无关
IEEE是局域网全球地址的法定管理机构，它负责分配地 址六个字节中的前三个字节(即高24位)
物理地址= Manufacture ID （地址块）+ NIC ID
物理层
物理层
➢信号编码、译码：以太网中采用曼彻斯特编码
➢同步所用前同步码的产生与去除 MAC子层的MAC帧传到物理层后加上一个8字节的前
同步码 (1010…… ）。
作用：使接收端在接收MAC帧时能够迅速实现比特 同步。检测到前同步码最后的连着两个1时，则后面的 信息为MAC帧
➢比特的传输与接收
局域网的数据链路层
在冲突问题
缺点：可靠性、灵活性差，任何一点都不能出故 障。不便扩充，信息传输效率较低
典型实例：令牌环
星形
各节点通过一条单独的通信线路 连到中心节点，节点间通信经过 A 中心节点交换和传输
A
B
源自文库
C
Star
优点：结构简单、实现容易、方便灵活，应用广泛
缺点：
✓中心节点设备的可靠性要求高，负担较重，一旦中 心节点出现故障则导致全网瘫痪；
✓通信电缆较多
在星形拓扑中，注意： 逻辑结构与物理结构的关系； 星形是变形的总线结构，逻辑上都为广播型信道
普通的共享介质方式局域网中逻辑上无星形拓扑 (使用集线器)
只有在出现交换局域网(Switched LAN)之后， 才 真正出现了物理结构与逻辑结构统一的星形拓扑
树形 星形结构的扩充，是分级的星形结构
A
A
局域网技术的三个要素
传输介质 同轴电缆、双绞线、光纤等
拓扑结构 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、Token-Ring 、Token-Bus
介质访问控制方式是局域网最关键的技术
介质访问方法
总线型局域网采用 “共享介质”方式，所有节点 都可以通过总线以“广播”方式发送或接收数据， 必会“冲突” ，造成传输失败
必须解决多点访问总线的介质访问控制(MAC)问题 介质访问控制方法是通过仲裁机制解决介质使用权
的问题：
➢ 该哪个点发送数据？
➢ 发送时会不会出现冲突？
➢ 出现冲突怎么办？
共享介质的介质访问控制方法分类
集中式控制--集中控制器控制各节点通信 分布式控制--站点间通信按事先约定由自身控制
局域网一般采用分布式控制方式