网络和现代通信技术基础 —— 局域网网络和现代通信技术基础 —— 局域网第 9章 局域网体系结构局域网是一种在有限的地理范围内将大量 PC机及各种设备连在一起实现数据传输和资源共享的计算机网络 。 本章从介绍局域网的体系结构,协议标准及拓扑结构入手,详细讨论 CSMA/CD总线网,令牌环网及令牌总线网的媒体访问控制方法 。 通过本章的学习,重点掌握和理解以下内容：
l 理解计算机局域网的体系结构
l 了解常用的局域网标准,IEEE802.3,IEEE802.5各自的特点
l 理解载波侦听多路访问 /冲突检测 （ CSMA/CD） 的工作过程
l 了解高速局域网和千兆位以太网的基本情况网络和现代通信技术基础 —— 局域网
9.1.1 局域网的概念、特点
1,局域网的定义与发展过程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。
它的发展 — 般分为三个阶段：
（ 1） 60年代末至 70年代初 是萌芽阶段 。
（ 2） 70年代中期是局域网发展的一个重要阶段 。
（ 3） 80年代初期是局域网走向大发展的时期 。 利用光导纤维作为通信介质构成的高速主干环网,
是目前许多局域网系统采用的一种结构形式 。
9.1 局域网概述网络和现代通信技术基础 —— 局域网
2,局域网特点
（ 1）地理范围有限。（ 2）通信速率高。
（ 3）可采用多种通信介质。（ 4）可靠性较高。
一般说来,决定局域网特性的主要技术有三个方面：
（ 1） 局域网的拓扑结构 。
（ 2） 用以共享媒体的介质访问控制方法
（ 3）用以传输数据的介质。
由局域网本身的特点决定局域网具有以下优点：
（ 1） 能够方便地共享网内资源,包括主机,外部设备,软件,
数据；
（ 2） 便于系统扩展；
（ 3） 提高了系统的可靠性,可用性,可维护性；
（ 4） 各设备位置可以灵活地调整和改变；
（ 5）有较快的响应速度（数据传输率较高）。
网络和现代通信技术基础 —— 局域网
9.1.2 局域网的应用计算机局域网所具有的这些优点决定了它在社会各个领域有着广泛的应用，它可以用于办公自动化、工业生产自动化、企业管理信息系统、生产过程实时控制、军事指挥和控制系统、辅助教学系统、医疗管理系统、银行系统、软件开发系统和商业系统等方面，其中主要作用如下：
1,办公自动化
2,工业生产自动化
3,应用于教育领域
4,计算机协同工作技术网络和现代通信技术基础 —— 局域网
9.2.1 服务器网络使用一个专门的结点共享外围设备，该结点为网上所有的用户所共知，具有固定的地址，并为网上用户提供服务。这种提供服务的结点称为服务器（ Server）。
常见的服务器类型有以下几种。
1,文件服务器给用户提供了操作系统中文件系统的各种功能。
2,打印服务器接有打印机，提供网络打印。
3,终端服务器又称为终端集中器,终端到其他结点之间的通信都通过终端集中器。
9.2 局域网的组成网络和现代通信技术基础 —— 局域网
9.2.2 工作站工作站又称为客户机。工作站是指当一台计算机连接到局域网上时，这台计算机就成为局域网的一个工作站。工作站与服务器不同，服务器是为网络上许多网络用户提供服务以共享它的资源，
而工作站仅对操作该工作站的用户提供服务。工作站是用户和网络的接口设备，用户通过它可以与网络交换信息，共享网络资源。工作站通过网卡、通信介质以及通信设备连接到网络服务器。
现在的工作站都用具有一定处理能力的 PC（个人计算机）机来承担。
9.2 局域网的组成网络和现代通信技术基础 —— 局域网
9.2.3 网络适配器（ NIC）
网络适配器 NIC（ Network Interface Card）也就是俗称的网卡。网卡是构成计算机局域网络系统中最基本的、最重要的和必不可少的连接设备，
计算机主要通过网卡接入局域网络。网卡一方面负责接收网络上传过来的数据包，解包后，将数据通过主板上的总线传输给本地计算机；另一方面它将本地计算机上的数据打包后送入网络。网卡和计算机的连接是通过总线扩展槽，根据连接的扩展槽不同，可将网卡进行分类。一般分为 ISA
总线网卡和 PCI总线网卡。
9.2 局域网的组成网络和现代通信技术基础 —— 局域网
9.3.1 局域网参考模型
1,IEEE802参考模型物 理 层应 用 层表 示 层会 话 层传 输 层网 络 层数 据 链 路 层物 理 层媒 体 接 入 控 制 M A C
逻 辑 链 路 控 制 L L C
O S I 参 考 模 型 I E E E 8 0 2 参 考 模 型服 务 访 问 点 S A P
I E E E 8 0 2
参 考 模 型的 范 围
9.3 局域网的体系结构网络和现代通信技术基础 —— 局域网
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
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。
网络和现代通信技术基础 —— 局域网
2,IEEE802协议此 标准将数据链路层分为逻辑链路控制子层和媒体访问控制子层，逻辑链路控制子层主要提供寻址、排序、差错控制和流量控制等功能。
8 0 2,1 网 际 互 连
8 0 2,2 逻 辑 链 路 控 制物 理 层 物 理 层物 理 层物 理 层
8 0 2,3
媒 体 访 问
8 0 2,6
媒 体 访 问
8 0 2,5
媒 体 访 问
8 0 2,4
媒 体 访 问
8
0
2
.
1
寻址管理
8
0
2
.
1
体系结构网 际 互 连逻 辑 链 路 控 制 L L C
媒 体 访 问 控 制 M A C
物 理 层网络和现代通信技术基础 —— 局域网
9.3.2 逻辑链路控制 LLC子 层
1,LLC向高层提供的服务有四种类型：
面向连接的服务
确认无连接服务
不确认无连接服务
高速传送服务
2,逻辑链路控制子层的服务访问点 LLC SAP
在一个主机的 LLC子层上面应设有多个服务访问点,以便向多个进程提供服务 。 需用到两个地址：
（ 1） MAC（ 介质访问控制 ） 地址 。
（ 2） SAP地址 。
9.3 局域网的体系结构网络和现代通信技术基础 —— 局域网
3,LLC协议
（ 1） LLC帧的说明
① LLC帧的说明
没有分界符及校验字段；
LLC帧是 MAC帧中的数据字段；
有源地址（源服务访问点），这样适应于点 —
点、点 — 多点及广播式通信。
② LLC帧控制字段和 HDLC中的控制字段一样，控制字段将 LLC帧分为信息帧、管理监控）帧、无编号帧，分别完成不同的功能。
（ 2） LLC/MAC的接口用服务原语实现,MA-DATA.request；
MA-DATA.indication； MA-DATA.confirm。
网络和现代通信技术基础 —— 局域网
9.3.3 媒体访问控制 MAC子层
1,媒体访问控制策略在所有的媒体访问控制技术中，最关键的参数是控制点和控制方法。 集中方式具有以下的优点：
能提供除了对媒体访问外的其他更高级的功能，
如优先级控制、可靠性等。
每个站点的访问控制逻辑简单
避免对等实体间进行分布合作可能带来的问题缺点：
在整个网络中，如果控制点不能工作，则会导致整个网络瘫痪
由于所有对共享媒体的访问要经过控制站点的允许，可能会形成瓶颈，降低效率。
分布式媒体访问控制方式的优缺点正好与之相反。
网络和现代通信技术基础 —— 局域网一般可以将访问控制技术分为两种：同步和异步。
在同步技术中，整个信道带宽被分割成许多部分，
每一部分被分配给某一个站点。在电路交换中的频分多路复用（ FDM）和时分多路复用
（ TDM）技术就属于这种同步机制。
异步技术分为三种：时间片轮转、预约和竞争。
在时间片轮转中，每个节点按照一定的时间顺序得到传输时间。
预约技术更适合于传输连续数据的情况。
对突发性的数据传输，竞争是最常用的机制。
网络和现代通信技术基础 —— 局域网
2,MAC帧格式
M A C 控制 DA CRCLLCSA
由于采用不同的 MAC协议，各 MAC帧的确切定义不尽相同。但是所有的 MAC帧的格式都大致类似。
MAC帧各字段的含义如下：
MAC控制字段：包括所有实现媒体访问控制所必须的协议控制信息。
DA和 SA：目的地址和源地址，用于指示接收端和发送端的 MAC地址。
LLC,来自于 LLC层的数据信息。
CRC：循环校验字段，用于差错控制。
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9.4.1 802.3局域网概述规定了 CSMA/CD访问方法和物理层技术规范。
最典型的网络是以太网（ Ethernet）。现在的以太网也采用星状拓扑。
1,组网方式基于 802.3的总线局域网通常有四种组网方式：
（ 1） 10Base5网络
（ 2） 10Base2网络
（ 3） 10BaseT网络
（ 4） 10BaseF网络网络和现代通信技术基础 —— 局域网
2,帧结构
（ 1）前导码：用于收发双方的时钟同步。
（ 2）帧起始定界符：表示帧的开始。
（ 3）目标地址和源地址。
（ 4）数据域长度：用于指明数据域的字节数。
（ 5）数据域：用于携带 LLC PDU（协议数据单元）。
（ 6）填充域：必要时用于填充帧，使帧长达到最短有效长度。
（ 7）校验字段,4个字节，使用 32位的 CRC校验。
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3,MAC子层功能说明
MAC子层有两个主要的功能，一是数据的封装与解封．包括组帧、寻址和错误检测；另一个是介质访问管理，包括介质分配和冲突解决。
L L C 子 层发 送 数 据 封 装发 送 介 质访 问 管 理接 收 介 质访 问 管 理接 收 数 据 解 封
M A C 子 层发 送 数 据 编 码 接 收 数 据 解 码网络和现代通信技术基础 —— 局域网
9.4.2 CSMA/CD介质访问控制协议及以太网
1,载波侦听多路访问协议 CSMA
载波侦听多路访问 CSMA（ Carrier Sense Multi
Access）又称为,先听后说,,是减少冲突的主要技术。具体方法是网中各站在发送信息帧之前，
先监听信道，看信道是忙或闲，如信道闲（即没有别的站往信道上发送信息帧）就发送信息帧；
否则，就推迟自己的发送行动。推迟的时间，选择一种退避算法决定。根据退避算法，载波侦听多路访问可以分为三种类型：
非坚持型 CSMA
1-坚持型 CSMA
P坚持型 CSMA。
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2,载波侦听多路访问 /冲突检测协议 CSMA/CD
CSMA/CD的规则如下：
（ 1）若信道空闲，则发送信息帧，否则转第（ 2）
步；
（ 2）若信道忙，一直监听直到信道空闲，然后立即传输；
（ 3）若在传输过程中监听到冲突，则发出一个短小的人为干扰信号，让所有的站点都知识发生了冲突并停止传输；
（ 4）发完人为干扰信号后等待一个随机时间，
再次尝试传输（从第（ 1）步开始重复）。
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9.5 IEEE802.5标准：
令牌环局域网网络和现代通信技术基础 —— 局域网
9.5.1 令牌环局域网络
IBM令牌环是一种星形 — 环形结构，即结构上呈星形，但将各工作站连成环。 IBM令牌环是一种星形 — 环形结构，即结构上呈星形，但将各工作站连成环。环站是计算机、文件服务器和终端设备，设备入网时均需要带一个适配器。环站是计算机、文件服务器和终端设备，设备入网时均需要带一个适配器。线集中器是一个连接设备，环站通过线集中器将传输介质构成环网。传输介质可以是双绞线、光纤或宽带电缆，或是它们的混合，形成多介质网络。网桥作为 IBM令牌环之间的连接设备。信关实质上是一个网间连接器 。
环形网络一直用于局域网和广域网中。
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9.5.2 令牌环工作原理网络和现代通信技术基础 —— 局域网
*9.5.3 令牌环 MAC子层协议
1,IEEE802.5MAC帧格式
S D E DA C
字 节 1 11
令 牌 帧
S D F CA C
字 节 1 11
数 据 帧 D A I N F OS A
2 或 6 2 或 6 ≥ 0
F C S E D F S
4 1 1
P P P T M R R R
访问控制字段格式如下：
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（ 2）数据帧格式
SD,AC和 ED字段同令牌帧
FC：帧控制格式：
F F R R C C C C
DA：目的地址
SA：源地址
FCS：帧校验序列。
FS：帧状态。
A C × × A C × ×
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2,令牌环的媒体访问控制功能
（ 1）帧发送
（ 2）令牌发送
（ 3）帧接收
（ 4）优先权操作网络和现代通信技术基础 —— 局域网
*9.5.4 令牌总线局域网
1,令牌总线网的工作原理：
（ 1） 网络在启动后,只有获得令牌的站才能向网上发送数据 。
（ 2） 令牌在逻辑环上是根据地址传递的 。
（ 3） 逻辑环上任何一个站保持令牌的时间是一定的 。
（ 4） 逻辑环在稳定状态下的操作由数据传送和令牌传递两个阶段交替进行 。
（ 5） 令牌总线型网络具有优先级控制 。
（ 6） 在非稳定状态下,逻辑环上所有使用令牌的站有逻辑环的维护功能 。
（ 7） 总线上的站可以加入逻辑环,也可以不加入逻辑环 。
网络和现代通信技术基础 —— 局域网
2,令牌总线 MAC子层协议
MAC帧格式如下：
PA FCSD DA SA DATA-UNIT FCS ED
前导码 帧开始 帧控制 目标地址 源地址 数据 帧校验序列 帧结束定界符
3,令牌总线介质访问控制控制方法主要包括：
（ 1）逻辑环的初始化
（ 2）插入环算法
（ 3）退环算法
（ 4）故障控制。
网络和现代通信技术基础 —— 局域网
*9.6 快速以太网与千兆以太网技术网络和现代通信技术基础 —— 局域网
IEEE802.3委员会于 1992年提出制定快速以太网标准。在 IEEE802.3基础上，把传输速率从
10Mbps提高到 100Mbps，并于 1995年 6月，正式把它定为快速以太网标准 IEEE802.3u。在
IEEE802.3基础上，把传输速率从 10Mbps提高到
100Mbps，并于 1995年 6月，正式把它定为快速以太网标准 IEEE802.3u。
包括：
100Base-TX
100Base-T4
100Base-Fx。
*9.6.1 快速以太网网络和现代通信技术基础 —— 局域网
*9.6.2 千兆位以太网
1,千兆位以太网是 IEEE802.3标准的扩展,在保持与以太网和快速以太网设备兼容的同时,提供 1000Mbps的数据带宽 。 千兆位以太网的关键是利用交换式全双工操作部件构建主干网络,连接超级服务器和工作站 。 可有多种网络拓扑结构 。
它基于以太网结构,保留了 IEEE802.3以太网标准帧格式以及 IEEE 802.3的网络管理功能,
且网络管理原理保持不变,现存的软件 （ 如
LAN协议 ） 都可运行 。
网络和现代通信技术基础 —— 局域网
2,千兆以太网技术特点
传输速率高
有较高的网络带宽高
仍然采用以太网标准，仅仅是速度快
仍然采用 CSMA/CD介质访问控制方法
与以太网完全兼容
技术简单
依靠 RSVP,IEEE802.1P,IEEE802.1Q技术标准，提供 VLAN服务，提供质量保证，支持多媒体信息传输，
有很好的网络扩充能力，易升级，易扩展
对于传输数据（ DATA）业务信息有极佳的性能网络和现代通信技术基础 —— 局域网
3,向千兆位以太网迁移迁移方式一般有三种：
交换机到交换机的升级
交换机到服务器的升级
建筑物和园区主干网升级网络和现代通信技术基础 —— 局域网
2002年 6月 12日 802.3以太网标准组织批准了 10G以太网标准的最后草案 。
1,万兆以太网的特点万兆以太网并非将千兆以太网的速率简单地提高到 10倍,
有很多复杂的技术问题要解决 。 万兆以太网主要具有以下特点：
l 万兆以太网的帧格式与 10Mb/s,100Mb/s和
1000Mb/s的帧格式完全相同 。
9.6.3 万兆以太网网络和现代通信技术基础 —— 局域网
l 万兆以太网仍然保留了 802.3标准对以太网最小帧和最大帧长度的规定 。 这就使得用户在将已有的以太网升级时,仍便于和较低速率的以太网进行通信 。
l 由于数据传输速率高达 10Gb/s,因此万兆以太网的传输介质不再使用铜质的双绞线,而只使用光纤 。 它使用长距离的光收发器与单模光纤接口,以便于能够在广域网和城域网的范围内工作 。
它也可以使用较便宜的多模光纤,但传输距离限制在 65~300m。
l 万兆以太网只工作在全双工方式,因此不存在争用问题 。 由于不使用 CSMA/CD协议,这就使得万兆以太网的传输距离不再受冲突检测的限制 。
l 标准中采用了局域网和广域网两种物理层模型,从而使以太网技术方便被引入广域网中,进而使 LAN,MAN和 WAN网络可采用同一种以太网网络核心技术 。 这样,也方便对各网络的统一管理和维护,并避免了繁琐的协议转换,实现了 LAN,MAN和
WAN网络的无缝连接 。
9.6.3 万兆以太网网络和现代通信技术基础 —— 局域网
9.6.3 万兆以太网
2．万兆以太网的分层结构更高层
PMD
PMA
PCS
Reconciliation
MAC
MAC Client
光纤介质万兆以太网分层模型
XGMII
MDI
网络和现代通信技术基础 —— 局域网
9.6.4 交换式局域网网络和现代通信技术基础 —— 局域网
9.6.4 交换式局域网
1．局域网交换机工作原理局域网交换机（此处指第二层的网络交换机）的原理很简单,它是依据第二层的地址传送网络帧。第二层的地址又称硬件地址（ MAC地址），第二层交换机通常提供很高的吞吐量（线速）、低延时（ 10μ ｓ左右），每端口的价格比较经济。第二层的交换机对于路由器和主机是,透明的,,主要遵从 802.1ｄ标准。
网络和现代通信技术基础 —— 局域网
9.6.4 交换式局域网局域网交换机地址表
MAC帧
D A = 结点C
DA
工作站工作站工作站工作站工作站
MAC帧
D A = 结点B
DA
结点A,0 0 - 0 1 - 0 C - 1 2 - D 1 - 2 8
结点B
结点E
结点C 结点D,0 1 - 3 1 - 0 0 - 0 C - 1 2 - D 1
1 2 3 4 5 6
转发机构缓冲器端口网络和现代通信技术基础 —— 局域网
9.7 无线局域网
9.7.1 无线局域网概述
WLAN（ Wireless Local Area Network）是指以无线信道作传输媒介的计算机局域网。 WLAN的常见形式是把一个（远程）计算机以无线方式联入一个计算机网络中，作为网络中的一个结点，使之具有网上工作站所具有的同样的功能，获得网络上的所有服务；或把数个（有线或无线）局域网联成一个区域网,
网络和现代通信技术基础 —— 局域网
9.7 无线局域网
9.7.2 无线局域网的技术特点
（ 1） 可移动性无线局域网使用户工作站和网络数据源不局限在一定的物理连接上,可以满足用户在移动中保持网络连接 。
（ 2） 降低成本无线局域网用无线信道作为传输媒介,彻底避免了由于线缆故障造成的网络瘫痪问题,同时节省了线缆成本和布线或重新布线开支 。 尤其在物理布线困难的地方选用无线网络会极大地降低组网成本 。
网络和现代通信技术基础 —— 局域网
9.7 无线局域网
9.7.3 无线局域网的协议标准目前,无线局域网有很多协议标准,如 IEEE802.11、
IEEE802.11b,IEEE802.11a,IEEE802.11e、蓝牙（ Bluetooth，又称为 IEEE802.15）,HomeRF、
OpenAir等。虽然标准众多,但大致可分为两大发展方向：以高速传输应用发展为主（ IEEE802.11ｂ、
IEEE802.11a）；以低速短距离的应用为主（蓝牙和 HomeRF）。
l 理解计算机局域网的体系结构
l 了解常用的局域网标准,IEEE802.3,IEEE802.5各自的特点
l 理解载波侦听多路访问 /冲突检测 （ CSMA/CD） 的工作过程
l 了解高速局域网和千兆位以太网的基本情况网络和现代通信技术基础 —— 局域网
9.1.1 局域网的概念、特点
1,局域网的定义与发展过程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。
它的发展 — 般分为三个阶段：
（ 1） 60年代末至 70年代初 是萌芽阶段 。
（ 2） 70年代中期是局域网发展的一个重要阶段 。
（ 3） 80年代初期是局域网走向大发展的时期 。 利用光导纤维作为通信介质构成的高速主干环网,
是目前许多局域网系统采用的一种结构形式 。
9.1 局域网概述网络和现代通信技术基础 —— 局域网
2,局域网特点
（ 1）地理范围有限。（ 2）通信速率高。
（ 3）可采用多种通信介质。（ 4）可靠性较高。
一般说来,决定局域网特性的主要技术有三个方面：
（ 1） 局域网的拓扑结构 。
（ 2） 用以共享媒体的介质访问控制方法
（ 3）用以传输数据的介质。
由局域网本身的特点决定局域网具有以下优点：
（ 1） 能够方便地共享网内资源,包括主机,外部设备,软件,
数据；
（ 2） 便于系统扩展；
（ 3） 提高了系统的可靠性,可用性,可维护性；
（ 4） 各设备位置可以灵活地调整和改变；
（ 5）有较快的响应速度（数据传输率较高）。
网络和现代通信技术基础 —— 局域网
9.1.2 局域网的应用计算机局域网所具有的这些优点决定了它在社会各个领域有着广泛的应用，它可以用于办公自动化、工业生产自动化、企业管理信息系统、生产过程实时控制、军事指挥和控制系统、辅助教学系统、医疗管理系统、银行系统、软件开发系统和商业系统等方面，其中主要作用如下：
1,办公自动化
2,工业生产自动化
3,应用于教育领域
4,计算机协同工作技术网络和现代通信技术基础 —— 局域网
9.2.1 服务器网络使用一个专门的结点共享外围设备，该结点为网上所有的用户所共知，具有固定的地址，并为网上用户提供服务。这种提供服务的结点称为服务器（ Server）。
常见的服务器类型有以下几种。
1,文件服务器给用户提供了操作系统中文件系统的各种功能。
2,打印服务器接有打印机，提供网络打印。
3,终端服务器又称为终端集中器,终端到其他结点之间的通信都通过终端集中器。
9.2 局域网的组成网络和现代通信技术基础 —— 局域网
9.2.2 工作站工作站又称为客户机。工作站是指当一台计算机连接到局域网上时，这台计算机就成为局域网的一个工作站。工作站与服务器不同，服务器是为网络上许多网络用户提供服务以共享它的资源，
而工作站仅对操作该工作站的用户提供服务。工作站是用户和网络的接口设备，用户通过它可以与网络交换信息，共享网络资源。工作站通过网卡、通信介质以及通信设备连接到网络服务器。
现在的工作站都用具有一定处理能力的 PC（个人计算机）机来承担。
9.2 局域网的组成网络和现代通信技术基础 —— 局域网
9.2.3 网络适配器（ NIC）
网络适配器 NIC（ Network Interface Card）也就是俗称的网卡。网卡是构成计算机局域网络系统中最基本的、最重要的和必不可少的连接设备，
计算机主要通过网卡接入局域网络。网卡一方面负责接收网络上传过来的数据包，解包后，将数据通过主板上的总线传输给本地计算机；另一方面它将本地计算机上的数据打包后送入网络。网卡和计算机的连接是通过总线扩展槽，根据连接的扩展槽不同，可将网卡进行分类。一般分为 ISA
总线网卡和 PCI总线网卡。
9.2 局域网的组成网络和现代通信技术基础 —— 局域网
9.3.1 局域网参考模型
1,IEEE802参考模型物 理 层应 用 层表 示 层会 话 层传 输 层网 络 层数 据 链 路 层物 理 层媒 体 接 入 控 制 M A C
逻 辑 链 路 控 制 L L C
O S I 参 考 模 型 I E E E 8 0 2 参 考 模 型服 务 访 问 点 S A P
I E E E 8 0 2
参 考 模 型的 范 围
9.3 局域网的体系结构网络和现代通信技术基础 —— 局域网
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
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。
网络和现代通信技术基础 —— 局域网
2,IEEE802协议此 标准将数据链路层分为逻辑链路控制子层和媒体访问控制子层，逻辑链路控制子层主要提供寻址、排序、差错控制和流量控制等功能。
8 0 2,1 网 际 互 连
8 0 2,2 逻 辑 链 路 控 制物 理 层 物 理 层物 理 层物 理 层
8 0 2,3
媒 体 访 问
8 0 2,6
媒 体 访 问
8 0 2,5
媒 体 访 问
8 0 2,4
媒 体 访 问
8
0
2
.
1
寻址管理
8
0
2
.
1
体系结构网 际 互 连逻 辑 链 路 控 制 L L C
媒 体 访 问 控 制 M A C
物 理 层网络和现代通信技术基础 —— 局域网
9.3.2 逻辑链路控制 LLC子 层
1,LLC向高层提供的服务有四种类型：
面向连接的服务
确认无连接服务
不确认无连接服务
高速传送服务
2,逻辑链路控制子层的服务访问点 LLC SAP
在一个主机的 LLC子层上面应设有多个服务访问点,以便向多个进程提供服务 。 需用到两个地址：
（ 1） MAC（ 介质访问控制 ） 地址 。
（ 2） SAP地址 。
9.3 局域网的体系结构网络和现代通信技术基础 —— 局域网
3,LLC协议
（ 1） LLC帧的说明
① LLC帧的说明
没有分界符及校验字段；
LLC帧是 MAC帧中的数据字段；
有源地址（源服务访问点），这样适应于点 —
点、点 — 多点及广播式通信。
② LLC帧控制字段和 HDLC中的控制字段一样，控制字段将 LLC帧分为信息帧、管理监控）帧、无编号帧，分别完成不同的功能。
（ 2） LLC/MAC的接口用服务原语实现,MA-DATA.request；
MA-DATA.indication； MA-DATA.confirm。
网络和现代通信技术基础 —— 局域网
9.3.3 媒体访问控制 MAC子层
1,媒体访问控制策略在所有的媒体访问控制技术中，最关键的参数是控制点和控制方法。 集中方式具有以下的优点：
能提供除了对媒体访问外的其他更高级的功能，
如优先级控制、可靠性等。
每个站点的访问控制逻辑简单
避免对等实体间进行分布合作可能带来的问题缺点：
在整个网络中，如果控制点不能工作，则会导致整个网络瘫痪
由于所有对共享媒体的访问要经过控制站点的允许，可能会形成瓶颈，降低效率。
分布式媒体访问控制方式的优缺点正好与之相反。
网络和现代通信技术基础 —— 局域网一般可以将访问控制技术分为两种：同步和异步。
在同步技术中，整个信道带宽被分割成许多部分，
每一部分被分配给某一个站点。在电路交换中的频分多路复用（ FDM）和时分多路复用
（ TDM）技术就属于这种同步机制。
异步技术分为三种：时间片轮转、预约和竞争。
在时间片轮转中，每个节点按照一定的时间顺序得到传输时间。
预约技术更适合于传输连续数据的情况。
对突发性的数据传输，竞争是最常用的机制。
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2,MAC帧格式
M A C 控制 DA CRCLLCSA
由于采用不同的 MAC协议，各 MAC帧的确切定义不尽相同。但是所有的 MAC帧的格式都大致类似。
MAC帧各字段的含义如下：
MAC控制字段：包括所有实现媒体访问控制所必须的协议控制信息。
DA和 SA：目的地址和源地址，用于指示接收端和发送端的 MAC地址。
LLC,来自于 LLC层的数据信息。
CRC：循环校验字段，用于差错控制。
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9.4.1 802.3局域网概述规定了 CSMA/CD访问方法和物理层技术规范。
最典型的网络是以太网（ Ethernet）。现在的以太网也采用星状拓扑。
1,组网方式基于 802.3的总线局域网通常有四种组网方式：
（ 1） 10Base5网络
（ 2） 10Base2网络
（ 3） 10BaseT网络
（ 4） 10BaseF网络网络和现代通信技术基础 —— 局域网
2,帧结构
（ 1）前导码：用于收发双方的时钟同步。
（ 2）帧起始定界符：表示帧的开始。
（ 3）目标地址和源地址。
（ 4）数据域长度：用于指明数据域的字节数。
（ 5）数据域：用于携带 LLC PDU（协议数据单元）。
（ 6）填充域：必要时用于填充帧，使帧长达到最短有效长度。
（ 7）校验字段,4个字节，使用 32位的 CRC校验。
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3,MAC子层功能说明
MAC子层有两个主要的功能，一是数据的封装与解封．包括组帧、寻址和错误检测；另一个是介质访问管理，包括介质分配和冲突解决。
L L C 子 层发 送 数 据 封 装发 送 介 质访 问 管 理接 收 介 质访 问 管 理接 收 数 据 解 封
M A C 子 层发 送 数 据 编 码 接 收 数 据 解 码网络和现代通信技术基础 —— 局域网
9.4.2 CSMA/CD介质访问控制协议及以太网
1,载波侦听多路访问协议 CSMA
载波侦听多路访问 CSMA（ Carrier Sense Multi
Access）又称为,先听后说,,是减少冲突的主要技术。具体方法是网中各站在发送信息帧之前，
先监听信道，看信道是忙或闲，如信道闲（即没有别的站往信道上发送信息帧）就发送信息帧；
否则，就推迟自己的发送行动。推迟的时间，选择一种退避算法决定。根据退避算法，载波侦听多路访问可以分为三种类型：
非坚持型 CSMA
1-坚持型 CSMA
P坚持型 CSMA。
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2,载波侦听多路访问 /冲突检测协议 CSMA/CD
CSMA/CD的规则如下：
（ 1）若信道空闲，则发送信息帧，否则转第（ 2）
步；
（ 2）若信道忙，一直监听直到信道空闲，然后立即传输；
（ 3）若在传输过程中监听到冲突，则发出一个短小的人为干扰信号，让所有的站点都知识发生了冲突并停止传输；
（ 4）发完人为干扰信号后等待一个随机时间，
再次尝试传输（从第（ 1）步开始重复）。
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9.5 IEEE802.5标准：
令牌环局域网网络和现代通信技术基础 —— 局域网
9.5.1 令牌环局域网络
IBM令牌环是一种星形 — 环形结构，即结构上呈星形，但将各工作站连成环。 IBM令牌环是一种星形 — 环形结构，即结构上呈星形，但将各工作站连成环。环站是计算机、文件服务器和终端设备，设备入网时均需要带一个适配器。环站是计算机、文件服务器和终端设备，设备入网时均需要带一个适配器。线集中器是一个连接设备，环站通过线集中器将传输介质构成环网。传输介质可以是双绞线、光纤或宽带电缆，或是它们的混合，形成多介质网络。网桥作为 IBM令牌环之间的连接设备。信关实质上是一个网间连接器 。
环形网络一直用于局域网和广域网中。
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9.5.2 令牌环工作原理网络和现代通信技术基础 —— 局域网
*9.5.3 令牌环 MAC子层协议
1,IEEE802.5MAC帧格式
S D E DA C
字 节 1 11
令 牌 帧
S D F CA C
字 节 1 11
数 据 帧 D A I N F OS A
2 或 6 2 或 6 ≥ 0
F C S E D F S
4 1 1
P P P T M R R R
访问控制字段格式如下：
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（ 2）数据帧格式
SD,AC和 ED字段同令牌帧
FC：帧控制格式：
F F R R C C C C
DA：目的地址
SA：源地址
FCS：帧校验序列。
FS：帧状态。
A C × × A C × ×
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2,令牌环的媒体访问控制功能
（ 1）帧发送
（ 2）令牌发送
（ 3）帧接收
（ 4）优先权操作网络和现代通信技术基础 —— 局域网
*9.5.4 令牌总线局域网
1,令牌总线网的工作原理：
（ 1） 网络在启动后,只有获得令牌的站才能向网上发送数据 。
（ 2） 令牌在逻辑环上是根据地址传递的 。
（ 3） 逻辑环上任何一个站保持令牌的时间是一定的 。
（ 4） 逻辑环在稳定状态下的操作由数据传送和令牌传递两个阶段交替进行 。
（ 5） 令牌总线型网络具有优先级控制 。
（ 6） 在非稳定状态下,逻辑环上所有使用令牌的站有逻辑环的维护功能 。
（ 7） 总线上的站可以加入逻辑环,也可以不加入逻辑环 。
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2,令牌总线 MAC子层协议
MAC帧格式如下：
PA FCSD DA SA DATA-UNIT FCS ED
前导码 帧开始 帧控制 目标地址 源地址 数据 帧校验序列 帧结束定界符
3,令牌总线介质访问控制控制方法主要包括：
（ 1）逻辑环的初始化
（ 2）插入环算法
（ 3）退环算法
（ 4）故障控制。
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*9.6 快速以太网与千兆以太网技术网络和现代通信技术基础 —— 局域网
IEEE802.3委员会于 1992年提出制定快速以太网标准。在 IEEE802.3基础上，把传输速率从
10Mbps提高到 100Mbps，并于 1995年 6月，正式把它定为快速以太网标准 IEEE802.3u。在
IEEE802.3基础上，把传输速率从 10Mbps提高到
100Mbps，并于 1995年 6月，正式把它定为快速以太网标准 IEEE802.3u。
包括：
100Base-TX
100Base-T4
100Base-Fx。
*9.6.1 快速以太网网络和现代通信技术基础 —— 局域网
*9.6.2 千兆位以太网
1,千兆位以太网是 IEEE802.3标准的扩展,在保持与以太网和快速以太网设备兼容的同时,提供 1000Mbps的数据带宽 。 千兆位以太网的关键是利用交换式全双工操作部件构建主干网络,连接超级服务器和工作站 。 可有多种网络拓扑结构 。
它基于以太网结构,保留了 IEEE802.3以太网标准帧格式以及 IEEE 802.3的网络管理功能,
且网络管理原理保持不变,现存的软件 （ 如
LAN协议 ） 都可运行 。
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2,千兆以太网技术特点
传输速率高
有较高的网络带宽高
仍然采用以太网标准，仅仅是速度快
仍然采用 CSMA/CD介质访问控制方法
与以太网完全兼容
技术简单
依靠 RSVP,IEEE802.1P,IEEE802.1Q技术标准，提供 VLAN服务，提供质量保证，支持多媒体信息传输，
有很好的网络扩充能力，易升级，易扩展
对于传输数据（ DATA）业务信息有极佳的性能网络和现代通信技术基础 —— 局域网
3,向千兆位以太网迁移迁移方式一般有三种：
交换机到交换机的升级
交换机到服务器的升级
建筑物和园区主干网升级网络和现代通信技术基础 —— 局域网
2002年 6月 12日 802.3以太网标准组织批准了 10G以太网标准的最后草案 。
1,万兆以太网的特点万兆以太网并非将千兆以太网的速率简单地提高到 10倍,
有很多复杂的技术问题要解决 。 万兆以太网主要具有以下特点：
l 万兆以太网的帧格式与 10Mb/s,100Mb/s和
1000Mb/s的帧格式完全相同 。
9.6.3 万兆以太网网络和现代通信技术基础 —— 局域网
l 万兆以太网仍然保留了 802.3标准对以太网最小帧和最大帧长度的规定 。 这就使得用户在将已有的以太网升级时,仍便于和较低速率的以太网进行通信 。
l 由于数据传输速率高达 10Gb/s,因此万兆以太网的传输介质不再使用铜质的双绞线,而只使用光纤 。 它使用长距离的光收发器与单模光纤接口,以便于能够在广域网和城域网的范围内工作 。
它也可以使用较便宜的多模光纤,但传输距离限制在 65~300m。
l 万兆以太网只工作在全双工方式,因此不存在争用问题 。 由于不使用 CSMA/CD协议,这就使得万兆以太网的传输距离不再受冲突检测的限制 。
l 标准中采用了局域网和广域网两种物理层模型,从而使以太网技术方便被引入广域网中,进而使 LAN,MAN和 WAN网络可采用同一种以太网网络核心技术 。 这样,也方便对各网络的统一管理和维护,并避免了繁琐的协议转换,实现了 LAN,MAN和
WAN网络的无缝连接 。
9.6.3 万兆以太网网络和现代通信技术基础 —— 局域网
9.6.3 万兆以太网
2．万兆以太网的分层结构更高层
PMD
PMA
PCS
Reconciliation
MAC
MAC Client
光纤介质万兆以太网分层模型
XGMII
MDI
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9.6.4 交换式局域网网络和现代通信技术基础 —— 局域网
9.6.4 交换式局域网
1．局域网交换机工作原理局域网交换机（此处指第二层的网络交换机）的原理很简单,它是依据第二层的地址传送网络帧。第二层的地址又称硬件地址（ MAC地址），第二层交换机通常提供很高的吞吐量（线速）、低延时（ 10μ ｓ左右），每端口的价格比较经济。第二层的交换机对于路由器和主机是,透明的,,主要遵从 802.1ｄ标准。
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9.6.4 交换式局域网局域网交换机地址表
MAC帧
D A = 结点C
DA
工作站工作站工作站工作站工作站
MAC帧
D A = 结点B
DA
结点A,0 0 - 0 1 - 0 C - 1 2 - D 1 - 2 8
结点B
结点E
结点C 结点D,0 1 - 3 1 - 0 0 - 0 C - 1 2 - D 1
1 2 3 4 5 6
转发机构缓冲器端口网络和现代通信技术基础 —— 局域网
9.7 无线局域网
9.7.1 无线局域网概述
WLAN（ Wireless Local Area Network）是指以无线信道作传输媒介的计算机局域网。 WLAN的常见形式是把一个（远程）计算机以无线方式联入一个计算机网络中，作为网络中的一个结点，使之具有网上工作站所具有的同样的功能，获得网络上的所有服务；或把数个（有线或无线）局域网联成一个区域网,
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9.7 无线局域网
9.7.2 无线局域网的技术特点
（ 1） 可移动性无线局域网使用户工作站和网络数据源不局限在一定的物理连接上,可以满足用户在移动中保持网络连接 。
（ 2） 降低成本无线局域网用无线信道作为传输媒介,彻底避免了由于线缆故障造成的网络瘫痪问题,同时节省了线缆成本和布线或重新布线开支 。 尤其在物理布线困难的地方选用无线网络会极大地降低组网成本 。
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9.7 无线局域网
9.7.3 无线局域网的协议标准目前,无线局域网有很多协议标准,如 IEEE802.11、
IEEE802.11b,IEEE802.11a,IEEE802.11e、蓝牙（ Bluetooth，又称为 IEEE802.15）,HomeRF、
OpenAir等。虽然标准众多,但大致可分为两大发展方向：以高速传输应用发展为主（ IEEE802.11ｂ、
IEEE802.11a）；以低速短距离的应用为主（蓝牙和 HomeRF）。
