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第2章 局域网技术基础
【学习目标】
了解局域网与OSI参考模型的对应关系
了解主要的局域网标准
掌握各种以太网技术的基本原理
描述以太网帧格式
理解线缆的规范和连接方式
了解WLAN的基本工作原理
【重点难点】
以太网技术基本原理
以太网帧格式
线缆的规范和连接方式
3.1 局域网与OSI参考模型
局域网最主要的功能是在小范围内为计算机提供通信和资源共享,具有高传输速率和低误码率的特点。局域网采用多路访问技术,使用多种传输介质,因为局域网内计算机数量众多。
和广域网相比,局域网的标准化研究工作开展得比较及时,其中IEEE802与ECMA主要致力于办公自动化与轻工业局域网的标准化研究,而重工业、工业生产过程分布控制方面的局域网标准化工作主要由IEC进行。
局域网技术主要对应于OSI参考模型的物理层和数据链路层,如图3-1所示。
图3-1
IEEE802局域网参考模型中的物理层功能与OSI参考模型中的物理层功能相同。IEEE802还规定了局域网物理层所使用的信号与编码、传输介质、拓扑结构和传输速率等规范。
3.2 局域网与IEEE802标准
为规划网络通信的基本标准,IEEE成立了802工作组,指定了一系列的局域网和城域网标准。随着技术发展,目前常用的IEEE802标准主要有以下文档。
IEEE802.1——高层局域网协议,包含局域网、城域网体系结构;网络管理、链路安全、与广域网的互联等。
IEEE802.2——逻辑链路控制(Logical Link Control,LLC),定义了数据链路层的LLC子层。
IEEE802.3——以太网(Ethernet),定义了CSMA/CD媒体接入控制方式及相关物理层规范。随着网络技术发展,又衍生出多个标准,如快速以太网802.3u标准、千兆以太网802.3ab和802.3z标准等。
IEEE802.4——令牌总线(Token Bus),定义了使用令牌传递机制的总线网络的媒体接入控制方式及相关物理层标准。
IEEE802.5——令牌环,定义了令牌环网的媒体接入控制方式和相关物理层规范。
IEEE802.8——光纤,定义了FDDI的局域网标准。
IEEE802.11——无线局域网,定义了采用2.4GHz、3.6GHz、5GHz频段的WLAN网络的一组协议标准。
IEEE802.16——宽带无线接入(Broadband Wireless Access),即无线城域网标准。
IEEE802.20——移动宽带无线接入(Mobile Broadband Wireless Access),旨在提供低代价而永远在线的移动宽带无线网络。
局域网的数据链路层被IEEE802分为了两层:逻辑链路控制子层(LLC)和介质访问控制子层(MAC)。LLC子层与MAC子层共同完成了数据链路层的功能:编帧并对数据帧进行顺序控制、差错控制和流量控,使不可靠的物理链路变成可靠的链路。
图3-2
IEEE802模型将数据链路层分成两子层的目的主要是使数据链路层的功能与硬件有关的部分和与硬件无关的部分分开。子层划分将硬件与软件的实现有效分离开来。硬件制造商一方面可以设计、制造各种各样的网络接口卡,实现支持不同局域网的目的;另一方面又可以提供接口相同的驱动程序以方便应用程序使用各种网络接口卡,方便了软件设计。
3.3 主要局域网技术
常用的局域网技术有以太网、令牌环、FDDI、无线局域网WLAN等。他们在拓扑结构、传输介质及介质访问控制方法等各方面都有所不同。
随着以太网带宽不断提高、可靠性不断提升,令牌环和FDDI技术逐渐退出了局域网领域。由于以太网技术简单、开放,易于部署实现,使得以太网被广泛应用,成为局域网中的主要技术。另外,无线局域网也得到了迅速发展。
3.3.1 局域网拓扑结构
1 总线型拓扑结构
所有的节点都通过网络适配器直接连接到一条作为公共传输介质的总线上,总线可以是同轴电缆、双绞线、或者是使用光纤;
总线上任何一个节点发出的信息都沿着总线传输,而其他节点都能接收到该信息,但在同一时间内,只允许一个节点发送数据;
由于总线作为公共传输介质为多个节点共享,就有可能出现同一时刻有两个或两个以上节点利用总线发送数据的情况,因此会出现“冲突”;
在“共享介质”的总线型拓扑结构的局域网中,必须解决多个节点访问总线的介质访问控制问题。
2 环形拓扑结构
所有节点使用相应的网络适配器连接到共享的传输介质上,通过点到点的连接构成封闭的环路。
环路中的数据沿着一个方向绕环逐节点传输。环路的维护和控制一般采用某种分布式控制方法,环中每个节点都具有相应的控制功能。
在环型拓扑中,虽然也是多个节点共享一条环通路,但不会出现冲突。
对于环型拓扑的局域网,网络的管理较为复杂,与总线型局域网相比,可扩展性较差。
3 星型拓扑结构
在星型拓扑中存
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