WLAN第2章 局域网基础

吉林大学通信工程学院姜宏[e-mail]第二章局域网（LAN）基础第一节局域网的特征一、局域网的应用环境及特点：(1)局域网中各节点之间的距离为几米~几公里；(2)局域网一般支持数据业务，但综合业务局域网也支持包括话音及图象在内的多媒体业务；(3)网中用户间歇地使用网络资源，用户的数据业务通常具有突发性；(4)局域网的信息传输速率在1Mbps以上；(5)信道误码率低，一般10-9；(6)局域网为单位或用户所有。用于同一房间和或同一建筑物内计算机间信息交换与资源共享。特点：二、局域网的拓扑结构总线拓扑星形拓扑环形拓扑总线拓扑总线拓扑使用的传输媒体可以是双绞线、同轴电缆、光缆和无线电等。在使用有线媒体时，总线拓扑所需缆线长度为下式，N节点数，S覆盖面积优缺点：总线形拓扑与其它结构相比节省缆线。但是，在缆线上的任何故障，诸如缆线断开、终端匹配器损坏或脱落等都可使整个网络瘫痪。总线拓扑局域网可采用集中式，也可采用分布式MAC协议。集中式MAC协议：指网中存在一个被称为中央控制器的节点，该节点依某种规则来控制网中每个节点访问信道。分布式MAC协议：网中每个节点都依同样规则自主地访问信道而无须受其它节点控制。总线拓扑星形拓扑在星形拓扑网络结构中，除了一般的工作站节点之外，还存在一个特殊节点，即集线器(或叫中心节点)。各节点与集线器之间用一条专用的双向链路连接。节点之间的通信需经集线器来中转。星形拓扑网络可使用双绞线、同轴电缆、光缆及无线传输媒体。优缺点：星形拓扑的线路投资大于总线形拓扑。各节点与集线器用专线连接，故每条专线的故障并不影响整个网络的工作。但集线器的损坏将导致网络不能正常运行。星形拓扑的局域网通常采用集中式MAC协议，也可采用分布式MAC协议。星形拓扑环形拓扑环形拓扑环形拓扑采用单方向传输链路把各站顺序地连接成一个闭合的环状网络结构。在环形网中每个节点经过一个环路连接器与网络相连接，每个节点除了是源节点与宿节点外，还充当中继节点的角色。传输媒体可选用双绞线、同轴电缆和光缆等。由于光纤的单向传输特性，它是环形拓扑网络理想的传输媒体。环形网中各节点的环路连接器对环路上的信号都进行中继处理，为防止一个节点停机或故障而导致全网瘫痪，在实用中，一般都采用旁通(Bypass)技术，即，如果某节点停机或发生故障，该节点环路连接器入口将直接与出口连接，使该节点被旁通掉。此外，为防止缆线故障而危及整个网络工作，实用中还采用双环及环路重构(Loopback)技术，即在网中设置两个传输方向相反的环，一旦一个环出了故障依靠另一个环仍能照常工作；如两只环都出了故障则使用剩余的无故障环路重新构成一个正常的环。环形拓扑局域网可采用分布式也可采用集中式MAC协议。环形拓扑三、局域网的传输媒体传输媒体：一般有双绞线、同轴电缆、光缆及无线媒体。1．双绞线双绞线是把两根相互绝缘的导线缠绕在一起而构成的电线。双绞线在低频端传输损耗较小。两根线绞在一起，某种程度上可增加抗电磁干扰能力。不过双绞线对高频率的电磁干扰敏感，在强噪声环境下使用时应采取抗电磁干扰措施。2．同轴电缆在同轴电缆中电磁场具有封闭的结构，故抗外部电磁干扰能力强。在传输低频信号时，电磁场并不完全封闭，也易受外部干扰。同轴电缆比双绞线具有更宽的传输频带，即使采用基带传输，就可得到数十MHz的传输带宽。此外，连接损耗小，分支连接简单。3．光纤光纤的特点是重量轻、耐电磁干扰，具有很低的信道误码率。由于光纤适于单向传输，故适宜于高速率的点到点通信，例如，适宜于环形拓扑的局域网。但是，光纤的分支连接器件较贵，连接损耗也大。无论是采用总线形、星形还是环形拓扑，网中的节点都将共享传输媒体。共享媒体的规则一般被称为媒体访问控制协议(MediaAccessControlProtoco1)，或简称MAC协议。常用的MAC协议主要有三类：固定分配类、随机竞争类、预约类(或叫按需分配类)。四、局域网的MAC协议第二节OSI参考模型及局域网标准协议体系一、OSI参考模型简介开放式系统互联(opensysteminterconnection,OSI)参考模型是1984年国际标准化组织(ISO)制定的。如果计算机系统及其通信适配器按OSI参考模型进行构造，则这些计算机可方便地互通。OSI开放系统互连模型由七层构成OSI参考模型的各层分别完成不同的功能。该模型可适用于包括广域网及局域网等所有的网络结构。•第一层：物理层(PhysicalLayer)，是传送电信号的物理实体。•第二层：数据链路层(DataLinkLayer)，保证数据链路上数据帧的可靠传送，实现通信实体间的同步和差错控制；•第三层：网络层(NetworkLayer)，保证报文从源节点到目的节点的正确传送。网络层协议提供路由选择；•第四层：传输层(TransportLayer)，从会话层接收数据，提供虚电路的建立、维持和有顺序终止。•第五层：会话层(SessionLayer)，在双方的用户之间建立会话关系。•第六层：表示层(PresentationLayer)，为应用层提供相互通用的数据表示形式。•第七层：应用层(ApplicationLayer)，提供用户和网络服务之间的接口，另一个功能是文件传输。在发送数据时，数据要从应用层流向物理层；而在接收数据时，数据要从物理层流向应用层；OSI七层协议二、局域网的标准协议体系美国电子电气工程师学会(IEEE)负责制订技术标准。它下属的IEEE802委员会专门从事局域网协议的标准化工作，制订了许多协议。IEEE802委员会给出的基于OSI参考模型的局域网参考模型。数据链路层又被细分为两个子层:逻辑链路控制层(LLC层)媒体访问控制层(MAC层)1．物理层：物理层的任务是定义与实现建立、维持和拆除物理连接信道所必须的机械的、电气的及功能的特性与规格。2．MAC层：当发送数据时，MAC层从LLC层接收数据，然后执行媒体访问规程，附加控制信息，并送往物理层。当接收数据时，MAC层从物理层接收到数据帧并检查其控制信息，如数据传输正确则去掉控制信息后送至LLC层。3．LLC层：完成两通信实体间一条点到点链路上的数据帧传输与控制。数据帧的差错控制与流量控制。另外，为上层提供数据报和虚电路两种不同服务。功能三、IEEE802协议体系下图给出了IEEE802委员会给出的局域网协议体系。IEEE802协议体系由一系列标准协议构成，它包括802.1、802.2、802.3、802.4、802.5、802.6、802.7、802.8、802.9、802.10802.11和802.12等协议。IEEE802各分委员会协议结构802.1是一个最基本的标准，描述各协议间的关系、参考模型及与较高层协议的关系。802.2是通用的逻辑链路控制规程(LLC)；802.10描述局域网的安全与保密问题。802.7TAG与802.8TAG分别为诸如802.3、802.4及802.5等采用宽带传输方式或光纤传输方式时提供技术指导与建议。IEEE802各协议规范•802.3描述CSMA/CD总线式MAC协议及相应的物理层规范；定义了人们普遍使用的10Mbps、100Mbps、1000Mbps的以太网标准；•802.4描述令牌总线网MAC协议及相应的物理层规范；•802.5描述令牌环网MAC协议及相应的物理层规范；•802.6描述城域网(MAN)的MAC协议及相应的物理层规范；•802.9描述包括综合话音数据局域网的MAC协议及相应的物理层规范；•802.11描述无线局域网的MAC协议及相应的物理层规范；•802.12描述采用4对音频非屏蔽双绞线实现100Mbps传输速率的高速局域网。•802.13标准被保留；•802.14描述基于宽带通信网络的电缆电视的MAC协议及相应的物理层规范；•802.15描述无线个域网的MAC协议及相应的物理层规范；•802.16描述宽带无线访问，解决终端接入的本地环路问题。物理层及MAC层由网卡内的硬件及软件完成；LLC层以上各层均由计算机软件来实现。对采用不同协议的局域网，它们仅在MAC层及物理层相异，而上层都保持一致，这使得网络互连性及兼容性大大提高，也使网络容易更改与升级。协议的实现第三节局域网互连器件实现不同局域网互连或互通的器件:中继器(Repeater)桥接器(Bridge)路由器(Router)中继器(Repeater)中继器的作用是把从一个局域网传输媒体上收到的物理信号进行放大、变换及整形处理，然后再发送到另一个局域网上去。•中继器完成物理层的功能，它连接的两个局域网必须使用完全相同MAC协议。•如果两个局域网的物理层也完全相同，中继器的作用仅仅是把收到的信号进行放大、整形处理即可；•如果两个局域网的物理层不同，则中继器还需完成两种物理信号的变换。•中继器常用于扩大局域网的覆盖范围。中继器(Repeater)桥接器(Bridge)桥接器在MAC层完成对两个局域网上MAC帧的变换与转发。由桥接器连接的两个局域网必须使用相同的LLC协议，而使用的MAC协议可以相同也可以不同。当两个局域网的MAC协议相同时，桥接器完成帧的过滤与转发工作。当两个局域网的MAC协议不同时，桥接器还要完成两种帧格式的变换。桥接器可完成具有不同MAC协议的局域网间的互连。路由器(Router)路由器在网络层完成两个网络的互连。严格来讲，路由器并不属于局域网互连的范畴。局域网是一个物理网，它仅涉及物理层与链路层的内容。当一个局域网上运行了网络层及以上协议后，它才成为了一个网络。路由器就是完成网络间的互连。路由器要求LAN-A与LAN-B两边使用相同的传输层协议，而网络层及其下层可以相同也可不同。如果两边的网络层协议相同，则路由器只需完成对接收到分组的路由选择与转发处理，否则还将完成不同网络协议的变换。常用的路由器：LAN／LAN路由器、LAN／WAN路由器。由于路由器隔离性很好，故适用于中、大规模的网络间互连。用路由器把许多子网连接起来而形成的网络通常称为互连网络，例如Internet就是一个互连网络。路由器(Router)