局域网
•一般根据网络的地域范围，把网络分为局域网（包括都会网络）和广域网
•局域网与广域网相比有其自身的一些特点：
–覆盖范围、站点数目有限
–共享通道，有较高的总带宽
–时延较低、误位元速率较低
–各站之间为平等关系而非主从关系
–支援广播或组播
–单一管理
局域网构成
按网络的拓扑结构可以分为四类：
星型：所有结点都连线到中央结点
环型：结点通过点到点链路与相临结点连线
总线型：所有结点都直接连线到共享通道
树型：类似总线型（非直接，或结合星型）
LAN体系结构
OSI/RM中，网络结构对3层和3层以上是透明的，因此，局域网协议只关心OSI/RM的底下几层（见下页图）
由于局域网种类繁多，媒体接入方法各不相同，为使局域网中的资料链路层不致于过于复杂，局域网的分层体系结构与OSI有所不同，把OSI的资料链路层再划分为两个子层，将功能中与硬件相关的部分和与硬件无关的部分分开
逻辑链路控制(Logic Link Control)子层功能：（与媒体接入无关）
*建立和释放资料链路层的逻辑连线
*提供与高层的界面
*差错控制
*给帧编序
媒体接入控制(Medium Access Control)子层功能：（与接入媒体有关）
*成帧/拆帧（将上层交下的资料）
*实现、维护MAC协议（接入控制）
*位元差错检测
*定址（MAC地址）
•LAN物理层对应于ISO/RM的物理层，主要功能包括：
–讯号的编码/解码
–位元传输/接收
–……
•
•除此之外，还有对OSI/RM物理层以下的媒体进行说明
–传输媒体的规范说明
–拓扑结构的规范说明
主要LAN标准(IEEE802标准)： IEEE802委员会
说明：
1.所有的高层协议要和各种局域网的MAC子层交换资讯，必须通过同样的一个LLC层。LAN对LLC子层透明，仅在MAC子层才可见LAN的标准，即不同LAN标准的区别在MAC子层
2.结构图中有关802.1体系结构的形状为倒L形，这是因为网络互连并不是在固定的某一层面进行，有时在高层，也有在低层进行的
3.在LAN的；链路层有两种不同的帧
jMAC PDU： MAC帧
kLLC PDU：LLC帧
二者的关系示意图：
4.在LAN的链路层有两种地址：
jMAC地址，DTE在网络中的实体地址（站地址），在MAC帧中传送，可以使每个站有不同的实体地址
kSAP地址，程序在DTE中的逻辑地址，在LLC帧中传送
定址分两步：
第一步是用MAC帧的地址资讯找到网络中的某一个DTE(MAC地址标识）
第二步是用LLC帧的地址资讯找到该DTE的某一个SAP
LLC
逻辑链路层
•LLC子层向上层提供四种服务(四种操作型别)：
–LLC1, 不确认的无连线服务：资料报服务，广播或组播 (时间关系见下页示图a)
–LLC2, 面向连线服务：虚电路 (时间关系见下页示图b)
–LLC3, 带确认的无连线服务：可靠的资料报
–LLC4, 高速传送服务：专为都会网络用的
req：请求, ind：指示， conf：证实， resp：相应
•按支援的操作可把LLC分为四种类型：
•LLC 协议是以HDLC协议为原型的，主要差别在于
–
–LLC只是使用了HDLC的异步平衡方式(ABM)，而没有其他方式，这用于提供LLC2服务
–
–LLC通过使用无编号PDU来提供LLC1服务
–
–LLC通过使用两个新的无编号PDU来提供LLC3服务
–
–LLC通过服务访问点可以实现多个程序的同时通讯，即多个SAP复用一条资料链路
LLC 帧的结构
可以看到，LLC帧与HDLC帧类似，除了在最外面没有标志字段和帧检校序列字段，这由MAC帧封装
DSAP和SSAP分别指明目的和源SAP
•MAC层
MAC子层向LLC提供的服务与LLC的类别以及MAC子层的接入方式都无关
以太网和IEEE802.3标准(历史1)
•世界上第一个个人计算机局域网络
–地点：Xerox PalO Alto研究中心（PANC）
–人物：Metcalfe和 David Boggs
–装置：多台 ALTO计算机相连，同时连线到EARS镭射打印机
–时间：1972年底开始----1973年5月22日开始运转
–名称：以太网（Ethernet）
–速度：2．94MbpS（每秒兆位），由于第一个以太网的界面定时是采用ALTO系统时钟，即每340毫微秒就传送一次脉冲，导致传送率为2．94Mbps，
以太网和IEEE802.3标准(历史2)
•1976年时，在PARC的实验型以太网中已经发展到100个节点，已在长1000米的粗同轴电缆上执行。
•1976年6月，Metcalfe和Boggs发表了题为：“以太网：局域网的分布型资讯包交换”的著名论文，
•1977年底，Metcalfe和他的三位合作者获得了“具有冲突检测的多点资料通讯系统”的专利，多点传输系统被称为 CSMA／CD（载波监听多路存取和冲突检测）。
•1979年，DEC、Intel和 Xerox开始准备将此网络标准化
以太网和IEEE802.3标准(历史3)
•1979年7月，DEC、英特尔和Xerox筹备召开三方会议
•1979年正式举行首次三方会议
•1980年9月30日，DEC、Intel和Xerox公布了第三稿的“以太网，一种局域网：资料链路层和物理层规范，1．0版”，这就是现在著名的以大网蓝皮书，也称为DIX（取三家公司名字的第一个字母而组成的）版以太网1．0规范，在20MbPS下执行
•1982年公布了以太网2．0版规范，降为10MbpS
•在DIX开展以太同标准化工作的同时，IEEE组成一个定义与促进工业LAN标准的委员会，该委员会名叫802工程。
•
以太网和IEEE802.3标准(历史4)
•1981年6月，IEEE 802工程决定组成802.3分委员会，以产生基于DIX工作成果的国际公认标准
•1982年12月19日，19个公司宣布了新的IEEE802.3草稿标准
•1983年该草稿最终以IEEE 10BASE 5而面世。（基带的 10－Mbps传输速率、节点间的距离500米, 使用1坚持的CAMA/CD协议。802.3与DIX以太网2.0在技术上是有差别的,如帧格式不同，不过这种差别甚微。今天的以太网和802.3可以认为是同义词)
•在此期间，Xerox已把它的4件以太网专利转交给IEEE，因此现在任何人都可以用1000美元从IEEE得到以大网使用许可证。
•1984年美国联邦-以 FIPS PUB 107的名字采纳 802.3标准
•1989年ISO以标准号 IS 88023采纳 802.3标准
•至此， IEEE标准802.3正式得到国际上的认可。
以太网和IEEE802.3标准(历史5)
•1979年 6月，Bob Metcalfe、Howard Charney、Ron Crane、Greg Shaw和 Bill Kraus建立 3 Com公司
•1982年9月 29日，第一种PC机的以太网 ISA总线界面卡EtherLink投放市场
•1984年3Com、HP等将细缆以太网的概念提交给IEEE，不久IEEE就以10BASE2（节点到节点的距离为200米）承认它为官方标准。
•80年代初期，Xerox发现以太网能在光缆上执行，但只能是星形结构，而不是典型的以大网总线拓扑结构
•1985年，将光缆以太网硬件改变成在遮蔽双绞线（STP）上执行，以后又证明以大网可以在无遮蔽双绞线（UTP）上执行
•1986年，IEEE 802.3工作组开始讨论在UTP上实现10M以太网，后来被命名为 10BASE－T
•根据传输媒体的不同分别有不同的标准
• 10Base5 -- 粗缆Ethernet(段最大长度500）
• 10Base2 -- 细缆Ethernet (段最大长度200）
• 10BaseT -- 双绞线
• 10BaseF -- 光缆
• 10Broad36 -- 宽频
• 快速Ethernet
• IEEE802.3u ：100BaseTX, 100BaseT4, 100BaseF及100 VG-AnyLAN
以 IEEE802.3 10Base5 为例
•拓扑结构：总线、树或星形
•MAC层传输协议：CSMA/CD
•组成
•功能
•体系结构
网络组成部件
收发 器结构
• 插入式分接头
• 收发器
收发器功能：
•资料传送：从收发器电缆得到资料向同轴电缆传送，或反方向传送
•
•冲突检测：检测在同轴电缆上发生的资料帧的冲突
•
•电气隔离：在同轴电缆和电缆界面的电子装置间进行电气隔离
•
•超长控制：当收发器或所连线的DTE故障时，保护同轴电缆不受影响
网络卡的功能
•资料封装与解封：将LLC帧成MAC帧或相反
•
•链路管理：实现CSMA
•
•编码与译码：
体系结构和功能
物理层的细分
•物理层再分为两层
–物理信令层(PLS)
–物理媒体连线层(PMA)
•PLS向MAC层提供服务，负责位元流编码、译码和载波监听
•PMA向PLS提供服务，完成冲突检测、超长控制等功能
•当PMA和PLS不处于同一装置中时，例如 PLS 和PMA 分别在网络卡和收发器中实现（如前述），PLS就用连线件单元界面AUI连线到媒体连线件单元， AUI由PMA和媒体相关界面MDI组成。（见下图的中间部分）
•当PMA和PLS处于同一装置中时， 就不需要AUI和MAU,但MDI还需要（见下图的最右边间部分）
MAC层-•MAC帧结构：
•各字段说明
–帧头：7个8位组，交替为0和1，用于收方进行帧同步
–SFD(帧起始分隔字段)：8位10101011，用于收方确定真正的帧开始点
–DA：目标地址，接收帧的计算机的实体地址，根据局域网的不同可能是2个或6个8位组
–SA：源地址，传送帧的计算机的实体地址，根据局域网的不同可能是2个或6个8位组
–长度：LLC资料域的总长度，2个8位组
–LLC资料：上层转来的资料
–补位字段：当帧较短时，为确保能进行冲突检测而增加一些字节。
–FCS：帧检校序列
•
•第三个字段的两个字节：
•
–在802.3中指出后面资料字段的长度，资料是由LLC层交下来的
•
–在以太网中，指出LLC的上层使用的是什么协议，用编码大于1500的表示，如IP协议的编码为2048
•
效能分析
ö 前提：过载且负载为常数，即任一时刻总有k个站点要传送；重传概率也为常数
ö 设每个站点发送概率为p
A= P[某站点发送成功] = k p (1-p) k-1
p=1/k时，Amax = (1-1/k) k-1 , 取k ® ¥ , 则Amax = 1/e
ö 若平均每帧传送时间为P秒， 则通道效率 = P/（P+ 2t /A ）
ö 设帧长为F，网络带宽为B，电缆长度为L，讯号传播速度为c，
取A=1/e，则通道效率 = 1/（1+2BLe/cF）
即给定帧长时，增加网络带宽或电缆长度都将降低通道效率。
令牌环网(802.5)
•拓扑结构：环形
•MAC层传输协议
•组成
•功能
•体系结构
•MAC层协议
•一个令牌帧在各个站点之间循环，一个站要传输资料必须等到它获得了令牌帧，令牌帧到达一个站点后
–如果该站点无资料要传，则令牌帧循环到下一个站
–如果有资料要传，把令牌帧转换成帧开始序列，然后附加其余的字段以构成一个数据帧传送
�构
以太网和IEEE802.3标准(发展1)
•交换式局域网：1990年，Kalpana Etherswitch EPS700面世, 它提供同时多条资料传输路径的体系结构，使整体吞吐量显著提高，标志交换式局域网的开始
•
•1993年，Kalpana创造了另一项突破——全双工以太网。常规的共享介质以太网只以半双工模式工作，网络在同一时间要么传送资料，要么接收资料，而不能同时传送和接收资料。 IEEE 802．3工作组目前正在探讨将全双工转化成官方标准。
以太网和IEEE802.3标准(发展2)
•1992年，IEEE 802工程组讨论高速以大网，有两个方案：
•一个方案是由 Grand Junction网络公司提出的，该方案建议保留现行的以太网CSMA/CD协议
•第二个方案来自HP公司，该方案建议采用完全新型的MAC协议：优先级请求存取法。
•Grand Junction等公司和3Corn成立了“快速以太网联盟”
•IEEE为优先级请求存取法成立802．12工作组100 VG-AnyLAN 。
以太网和IEEE802.3标准(发展3)
•1995年11月，IEEE802.3标准委员会组建了一个新的“高速研究组”，研究每秒 1千兆位速率的以太网。
•1996年3月，IEEE组建了新的802.3z工作组，负责研究千兆位以太网，并制订相应的标准。
•一些快速以太网原来的支持者和某些新的发起者组成了“千兆位以太网联盟（GEA)
•千兆位以太网的关键是利用交换式全双工操作去构建主干网和连线超级服务器及工作站，或许还使用光缆（某些人已经将千兆位以大网称为1000BASE－F，表示在光缆介质上1000Mbp8的传输速率）。
•吉兆位……
局域网扩充套件
•单网跨度的增加
–克服对传输媒体由于讯号的传播衰减而加的长度限制（如粗缆500、细缆200等）
•
•多网互连
–通讯距离、网络内容或组成不同等限制而导致的多个局域网之间的互连
单网跨度的增加
•装置：转发器（中继器）（见下图）
•
•作用：消除讯号由于经过一长段电缆而造成的失真和衰减，从而使讯号的波形和强度达到所要求的指标
•
•结构:可以有两个或更多埠和电缆相连，每个埠都有和物理信令层PLS，PLS和电缆相连的方法有两种：(见下下页 ）
•通过连线单元界面AUI
•如果物理媒体连线层(PMA)也在转发器中,则通过媒体相关界面MDI
媒体接入方法：
见下页图
所用的传输媒体有：
双绞线
同轴电缆
光纤
无线方式等
采用的媒体访问技术：共享通道
总线型：随机接入（CSMA/CD等）或分散控制（总线令牌）
环型：分散控制（令牌）
星型：集中控制等
上次回顾
计算机网络基础课程—通道共享技术
