《网络技术基础》课程讲义 三章计算机局域网 第1页共31页 第三章计算机局域网 【计划课时】16课时(要求预习教材第二、三章,) 【实物教具】网卡、BNC接头、T形头、双绞线、同轴电缆、50Ω终端电阻、中继器、HUB 3.1LAN的特点P102 ·跨越一个物理上有限的距离(一般在10km以内) 为一个单位或组织拥有 共享传输信道 传输速率高(1~100Mbps) 误码率低(1076~10间) 多采用分布式控制和广播式通信 各站平等,可进行广播(一站发,其他所有站收)或组播(一站发,多站收) 与广域网相比,广域网主要问题是如何充分利用信道和通信设备,局域网主要问题是多 多目的数据链路管理 【链路】(link)中间没有任何交换结点的点到点间的物理线路段 从通信角度看,由于存在各种干扰,物理链路不可能绝对可靠。要传输数据,还须具 有控制数据传输的规程(协议 【数据链路】( data link)=物理链路+实现可靠传输控制协议所需的硬件和软件 一条物理链路可以复用多条数据链路 3.2LAN的体系结构 331OSI参考模型与LAN 局域网的体系结构遵循但并不完全符合0SI参考模型。由于局域网只是一个通信网,所以 只有0SI参考模型的低3层,而且网络层并非必要(共享传输介质时,由于任意两节点间只有 条链路,无需进行路由选择和流量控制)。 物理层 【作用】在一条物理传输媒体上,实现数据链路实体之间透明地传输各种数据的比特流。 1.OSI的物理层P37 主要解决接口设备的四个特性:P38 机械特性一一连接器形状、引脚数等 电气特性一一信号的电气参数等(如电压量值) 功能特性一一接口引脚的分配等(某一引脚处出现某一电平的电压表示的意义) 莆田学院计算机教研室2002年4月
《网络技术基础》课程讲义 第三章 计算机局域网 第 1 页 共 31页 莆田学院计算机教研室 2002 年 4 月 第三章 计算机局域网 【计划课时】16 课时（要求预习教材第二、三章，） 【实物教具】网卡、BNC 接头、T 形头、双绞线、同轴电缆、50Ω终端电阻、中继器、HUB 3.1 LAN 的特点 P102 ·跨越一个物理上有限的距离（一般在 10km 以内） ·为一个单位或组织拥有 ·共享传输信道 ·传输速率高（1～100Mbps） ·误码率低（10-8～10-11 间） ·多采用分布式控制和广播式通信 各站平等，可进行广播（一站发，其他所有站收）或组播（一站发，多站收） 与广域网相比，广域网主要问题是如何充分利用信道和通信设备，局域网主要问题是多源、 多目的数据链路管理。 【链路】（link）中间没有任何交换结点的点到点间的物理线路段。 从通信角度看，由于存在各种干扰，物理链路不可能绝对可靠。要传输数据，还须具 有控制数据传输的规程（协议）。 【数据链路】（data link） =物理链路+实现可靠传输控制协议所需的硬件和软件 一条物理链路可以复用多条数据链路 3.2 LAN 的体系结构 3.3.1 OSI 参考模型与 LAN 局域网的体系结构遵循但并不完全符合 OSI 参考模型。由于局域网只是一个通信网，所以 只有 OSI 参考模型的低 3 层，而且网络层并非必要（共享传输介质时，由于任意两节点间只有 一条链路，无需进行路由选择和流量控制）。 一、物理层 【作用】在一条物理传输媒体上，实现数据链路实体之间透明地传输各种数据的比特流。 1．OSI 的物理层 P37 主要解决接口设备的四个特性： P38 机械特性——连接器形状、引脚数等 电气特性——信号的电气参数等（如电压量值） 功能特性——接口引脚的分配等（某一引脚处出现某一电平的电压表示的意义）
《网络技术基础》课程讲义 三章计算机局域网 第2页共31页 规程特性—一传输数据顺序、通信方式(双工/半双工)等 2.LAN的物理层 LAN采用多种传输媒体,所以物理层要求更复杂,一般分为两个子层( sublayer),一个与传 输媒体有关,一个与传输媒体无关 如以太网物理层分为以下两层: ·PLS(物理信令, physical signaling)子层(负责比特流的曼彻斯特编码、解码、载波监 听)数据编码改变了计算机使用的0、1简单数字信号模式,能更好地适应物理介质的特 性,有助于位与帧的同步 PMA(物理媒体连接件, physical medium attachment)子层(负责冲突检测、超长控制、 发送和接收串行比特流) 数据链路层P44 【作用】在不太可靠的物理链路上通过数据链路层协议(链路控制规程实现可靠的数据传输。 1.OSI的数据链路层(功能较简单)P73 主要功能 链路管理——通过交换信息建立、维持和释放数据链路 帧同步一一发方打包成帧,收方能正确识别帧的起止 流量控制一一发方速率控制 差错控制一一检错重发(重传8~16次仍失败,将作为不可恢复的故障报告上层用户) 信息分离一一区分同一信道或同一帧中数据和和控制信息 透明传输一一使收方不致于将与控制信息相同的数据当成控制信息接收 寻址一一多点连接时,帧能正确送达,且收方知道发方站址。 数据链路层协议(数据链路控制规程)有面向字符和面向比特两类。后者传输效率高,广泛 用于计算机网络。 面向字符——在字符(8个二进制位一组)基础上生成报文和接收报文 该规程规定了若干控制字符,以识别报文的开始和结束,如用字符STX(ASCI值2)指示 报文开始,用字符EⅨX(ACS值3)指示报文结束,二者之间为报文正文(8个二进制位 一组 00000010 字符1 字符2 字符3001 STX) (ETX 面向比特——在二进制位基础上生成报文和接收报文(传输效率高,广泛用于计算机网络。 该规程中报文称为“帧”。每帧均以二进制位组(o11开始和结束。该帧标志间是正 莆田学院计算机教研室2002年4月
《网络技术基础》课程讲义 第三章 计算机局域网 第 2 页 共 31页 莆田学院计算机教研室 2002 年 4 月 规程特性——传输数据顺序、通信方式（双工/半双工）等 2．LAN 的物理层 LAN 采用多种传输媒体，所以物理层要求更复杂，一般分为两个子层(sublayer)，一个与传 输媒体有关，一个与传输媒体无关。 如以太网物理层分为以下两层： ·PLS（物理信令，physical signaling）子层（负责比特流的曼彻斯特编码、解码、载波监 听）数据编码改变了计算机使用的 0、1 简单数字信号模式，能更好地适应物理介质的特 性，有助于位与帧的同步。 ·PMA（物理媒体连接件，physical medium attachment）子层（负责冲突检测、超长控制、 发送和接收串行比特流） 二、数据链路层 P44 【作用】在不太可靠的物理链路上,通过数据链路层协议(链路控制规程)实现可靠的数据传输。 1．OSI 的数据链路层 （功能较简单） P73 主要功能： 链路管理——通过交换信息建立、维持和释放数据链路 帧 同 步——发方打包成帧，收方能正确识别帧的起止 流量控制——发方速率控制 差错控制——检错重发（重传 8～16 次仍失败，将作为不可恢复的故障报告上层用户） 信息分离——区分同一信道或同一帧中数据和和控制信息 透明传输——使收方不致于将与控制信息相同的数据当成控制信息接收 寻 址——多点连接时，帧能正确送达，且收方知道发方站址。 数据链路层协议（数据链路控制规程）有面向字符和面向比特两类。后者传输效率高，广泛 用于计算机网络。 ·面向字符——在字符（8 个二进制位一组）基础上生成报文和接收报文 该规程规定了若干控制字符，以识别报文的开始和结束，如用字符 STX（ASCII 值 2）指示 报文开始，用字符 ETX（ACSII 值 3）指示报文结束，二者之间为报文正文（8 个二进制位 一组）。 00000010 （STX） 字符 1 字符 2 字符 3 00000011 （ETX） ·面向比特——在二进制位基础上生成报文和接收报文（传输效率高，广泛用于计算机网络。 该规程中报文称为“帧”。每帧均以二进制位组（01111110）开始和结束。该帧标志间是正
《网络技术基础》课程讲义 三章计算机局域网 第3页共31页 文(任意长二进制位,不必是8的倍数 11110(帧标志 0010100010… 0l111(帧标志) 0sSⅠ根据IBM公司协议扩充而成的高级数据链路控制协议(HDLC, high level data link control)即为面向比特型数据链路层协议。其帧格式见P54图2.20 0111地址字段控制字段 信息字段 帧校验字段|01110 F(标志) (要传送的数据,任意长度) F(标志) FCS-Frame Check Sequence 附加各字段的目的是解决链路管理、帧同步、流量控制、寻址、差错控制、信息分离、透 明传输和寻址等问题 P54 帧同步——一由标志(flag)字段(8位)标识帧的起止 透明传输——0比特填充技术(发送前先扫描整个帧,若标志字段间连续5个1,则在其后 插 接收时同样扫描整个帧,若标志字段间连续5个1,则将其后的- 个0删去)。 寻址—一由地址字段(8位,可扩展到16位)标识(全1为广播地址,全0为无效地 址) 差错控制—一由FCS(16位)字段控制 流量控制等——由控制字段(8位)确定的帧类型控制和滑动窗口控制方法控制。 信息帧(Ⅰ帧):要传送的数据和捎带的流量控制、差错控制等信号 监视帧(S帧):均为次站对主站的响应帧,不带信息字段 P56表12 RR( receive ready)帧:接收准备好,希望主站继续发送 RNR( receive not ready)帧:次站正忙(缓冲区满等),希望主站停止发送 EJ( reject)帧:要求重发N(R)顺序号起各帧(被拒收) SERJ( selective reject)帧:要求重发顺序号为N(R)的那一帧 无编号帧(U帧):用于链路管理(包括数据链路的建立、释放、恢复的命令和响应) 控制字段 信息帧(数据传送) RR帧 监控帧 1010 RNR帧 10|01 (次站对主站的响应帧) RE丿帧 莆田学院计算机教研室2002年4月
《网络技术基础》课程讲义 第三章 计算机局域网 第 3 页 共 31页 莆田学院计算机教研室 2002 年 4 月 文（任意长二进制位，不必是 8 的倍数）。 01111110（帧标志） 0010100010…… 01111110（帧标志） OSI 根据 IBM 公司协议扩充而成的高级数据链路控制协议（HDLC,high level data link control）即为面向比特型数据链路层协议。其帧格式见 P54 图 2.20 01111110 F（标志） 地址字段 A 控制字段 C 信息字段 (要传送的数据,任意长 度) 帧校验字段 FCS 01111110 F（标志） FCS—Frame Check Sequence 附加各字段的目的是解决链路管理、帧同步、流量控制、寻址、差错控制、信息分离、透 明传输和寻址等问题： P54 帧 同 步——由标志(flag)字段（8 位）标识帧的起止 透明传输——0 比特填充技术（发送前先扫描整个帧，若标志字段间连续 5 个 1，则在其后 插一个 0，接收时同样扫描整个帧，若标志字段间连续 5 个 1，则将其后的一 个 0 删去）。 寻 址——由地址字段（8 位，可扩展到 16 位）标识（全 1 为广播地址，全 0 为无效地 址） 差错控制——由 FCS（16 位）字段控制 流量控制等——由控制字段（8 位）确定的帧类型控制和滑动窗口控制方法控制。 信息帧（I 帧）：要传送的数据和捎带的流量控制、差错控制等信号 监视帧（S 帧）：均为次站对主站的响应帧，不带信息字段 P56 表 1.2 RR（receive ready）帧：接收准备好，希望主站继续发送 RNR（receive not ready）帧：次站正忙（缓冲区满等），希望主站停止发送 REJ（reject）帧: 要求重发 N（R）顺序号起各帧（被拒收） SERJ（selective reject）帧：要求重发顺序号为 N（R）的那一帧 无编号帧（U 帧）：用于链路管理（包括数据链路的建立、释放、恢复的命令和响应） 控制字段 0 信息帧（数据传送） 10 00 RR 帧 监控帧 （次站对主站的响应帧） 10 10 RNR 帧 10 01 REJ 帧
《网络技术基础》课程讲义 三章计算机局域网 第4页共31页 SER帧 无编号帧(链路管理) 2.LAN的数据链路层P105 由于采用多站共享传输介质方式,必须解决信道如何分配以解决信道争用问题,必须有媒 体访问控制功能。此外,由于LAN采用的拓扑结构与传输媒体的多样性,必须提供多种媒体访 问控制方法。所以其数据链路层要求也更为复杂,同样分为两个子层:一个与传输媒体有关 一个与传输媒体无关 MAC(媒体访问控制, medium access control)子层 负责执行在物理层基础上进行无差错通信,有管理多个源链路和多个目的链路的功能 (对不同的局域网,其MAC子层是不相同的,所以将在后面介绍)。主要功能: ①管理链路上的通信(实现和维护MAC协议 ②发送时将数据组装成带有地址和差错校验字段的MAC帧 ③接收时拆卸帧,并执行地址识别和差错校测 LLC(逻辑链路控制, logical link control)子层 LLC子层主要功能则是 ①建立和终止链路(建立和释放数据链路层的逻辑连接,通过SAP向高层提供逻辑接口) 会议代表 上学学生旅游人员 (↑) (↑↓)SAP(访问服务点,进出门处) LLC(出发地/目的地清点人数) MAC(组成团体或接收团体) PHYSICS(编号排队上/下交通工具) 交通线路(公路/铁路/水路/航空等) ②控制帧流量(具有帧的接收、发送控制功能) ③确认帧(具有帧差错控制功能) 莆田学院计算机教研室2002年4月
《网络技术基础》课程讲义 第三章 计算机局域网 第 4 页 共 31页 莆田学院计算机教研室 2002 年 4 月 10 11 SERJ 帧 11 无编号帧（链路管理） 2．LAN 的数据链路层 P105 由于采用多站共享传输介质方式，必须解决信道如何分配以解决信道争用问题，必须有媒 体访问控制功能。此外，由于 LAN 采用的拓扑结构与传输媒体的多样性，必须提供多种媒体访 问控制方法。所以其数据链路层要求也更为复杂，同样分为两个子层：一个与传输媒体有关， 一个与传输媒体无关。 ·MAC（媒体访问控制，medium access control）子层 负责执行在物理层基础上进行无差错通信，有管理多个源链路和多个目的链路的功能 （对不同的局域网，其 MAC 子层是不相同的，所以将在后面介绍）。主要功能： ①管理链路上的通信（实现和维护 MAC 协议） ②发送时将数据组装成带有地址和差错校验字段的 MAC 帧 ③接收时拆卸帧，并执行地址识别和差错校测 ·LLC（逻辑链路控制，logical link control）子层 LLC 子层 主要功能则是: ①建立和终止链路（建立和释放数据链路层的逻辑连接，通过 SAP 向高层提供逻辑接口） 会议代表 上学学生 旅游人员 （↑↓ ） （↑↓） （↑↓ ）SAP（访问服务点，进出门处） LLC（出发地/目的地清点人数） MAC（组成团体或接收团体） PHYSICS（编号排队上/下交通工具） 交通线路（公路/铁路/水路/航空等） ②控制帧流量（具有帧的接收、发送控制功能） ③确认帧（具有帧差错控制功能）
《网络技术基础》课程讲义 章计算机局域网 第5页共31页 ④帧排序(给LC帧加上序号) LLC层提供的4种不同类型的服务:P108-110 操作类型1(LLC1):不确认的无连接服务(数据报服务) 局域网中最为广泛使用,尤其适合点-点通信、广播通信和组播通信(以太网即用之) 此时,端到端的差错控制和流量控制由高层协议提供。 ·操作类型2(LLC2):面向连接服务(虚电路) 特别适合在一定时间内向同一目的地连续发送许多或传送很长的数据文件。 操作类型3(LLC3):带确认的无连接服务(可靠的数据报) 不建连接先发出信息,收方发确认信息。(只用于令牌总线) 操作类型4(LLC4):高速传送服务(只用于城域网) 332IEEE802标准系列 E802委员会为局域网制定了一套标准:802.1标准对这一组标准作一介绍并定义了接 口原语,802.2标准描述了数据链路层的上部,它使用了LC(逻辑链路控制)协议。803.3 802.4和802.5分别了描述了3个局域网标准,即CSMA/CD、令牌总线和令牌环标准。IEEE802.2 逻辑链路控制(LLC)标准与媒体访问控制(MAC)标准一起执行数据链路层功能 IEEE802.2标准总的说来是基于HDLC数据链路控制协议,但又不是HLC的帧结构,HDLC 关于位填充、结束标志等不适用于局域网,因此被LLC删除 3.3LAN的基本组成 以W/S系统总线型以太网为例:(参见教材P116图3.11) 打印机等工作站(W) 工作站 网间连接器 端接器 电缆 服务器(FS) 工作站(W) 331硬件组成 ①文件服务器( File server)—专用服务器/高档微机 ②工作站( Workstation)或客户机( Client)—通常是微机(有盘/无盘) 莆田学院计算机教研室2002年4月
《网络技术基础》课程讲义 第三章 计算机局域网 第 5 页 共 31页 莆田学院计算机教研室 2002 年 4 月 ④帧排序（给 LLC 帧加上序号） LLC 层提供的 4 种不同类型的服务： P108-110 ·操作类型 1（LLC1）：不确认的无连接服务（数据报服务） 局域网中最为广泛使用，尤其适合点-点通信、广播通信和组播通信（以太网即用之） 此时，端到端的差错控制和流量控制由高层协议提供。 ·操作类型 2（LLC2）：面向连接服务（虚电路） 特别适合在一定时间内向同一目的地连续发送许多或传送很长的数据文件。 ·操作类型 3（LLC3）：带确认的无连接服务（可靠的数据报） 不建连接先发出信息，收方发确认信息。（只用于令牌总线） ·操作类型 4（LLC4）：高速传送服务（只用于城域网） 3.3.2 IEEE 802 标准系列 IEEE 802 委员会为局域网制定了一套标准：802.1 标准对这一组标准作一介绍并定义了接 口原语，802.2 标准描述了数据链路层的上部，它使用了 LLC（逻辑链路控制）协议。803.3、 802.4 和 802.5 分别了描述了 3 个局域网标准，即 CSMA/CD、令牌总线和令牌环标准。IEEE802.2 逻辑链路控制（LLC）标准与媒体访问控制（MAC）标准一起执行数据链路层功能。 IEEE802.2 标准总的说来是基于 HDLC 数据链路控制协议，但又不是 HDLC 的帧结构，HDLC 关于位填充、结束标志等不适用于局域网，因此被 LLC 删除。 3.3 LAN 的基本组成 以 W/S 系统总线型以太网为例： （参见教材 P116 图 3.11） 3.3.1 硬件组成 ①文件服务器（File Server）——专用服务器/高档微机 ②工作站（Workstation）或客户机（Client）——通常是微机（有盘/无盘）