8-局域网(LAN)

8.1 局域网概述

8.1.1 局域网的特点

• 覆盖范围小， 通常为一幢大楼或一组楼群。
• 数据率高， 误码率低。
• 采用规则型拓扑结构（ 星型、 环型、 总线型） 。
• 通常归属于某一部门。
• 基于微机。

由于上述特点，使得LAN与WAN在拓扑结构、通信介质以及网络协议上存在很大差异。

8.1.2 局域网组成

硬件

服务器是LAN的主要部件，它提供各种网络服务。常用的服务器有文件服务器，打印服务器，通信服务器和数据库服务器， WEB服务器。服务器硬件可分为三类：

• 普通PC机:缺点： （ 1） 通道能力弱（ 2）可靠性差（ 3）可扩性差
• 专用服务器:优点： （ 1） 通道能力强（ 2）可靠性好（ 3）可扩性好

• 超级服务器（小型机）:除具备专用服务器的优点外， 还具有很强的数据处理能力， 常用作数据库服务器。

• 客户机:客户机使用服务器提供的各种服务。客户机硬件通常是普通PC机、笔记本电脑、智能手机等，每台客户机可以在自己的OS下运行。

• 对等机:同时具有客户机和服务器双重功能。
• 通信介质:同轴电缆，双绞线，光纤等。
• 网络连接设备:
  
  1. 网络适配器（ NIC） ， 俗称网卡。完成链路层和物理层功能。 主要包括六部分：接口控制电路、 数据缓冲器、 数据链路控制器、 编/译码电路、 内收发器和通信介质接口。
  2. 中继器:进行信号放大和整形。
  3. 集线器（ HUB）
  4. 交换机。

软件

• 网络操作系统（ NOS）
  

  NOS由一组软件组成，管理整个网络的高层运行，即从网络层—应用层。 NOS的主流产品有：
  Windows
  Unix
  Linux

• 数据库系统软件
  SQL Server
  SYBASE
  ORACLE
  DB2
  MYSQL
• 其他应用软件

8.1.3 LAN的拓扑结构

• 星型
• 总线型
• 环型
• 混合型

8.2 LAN体系结构

8.2.1 IEEE8.02标准

局域网标准最早由DEC， INTEL和XEROX三家公司联手制定的EHTERNET-II标准。 1980年2月， 美国电气与电子工程师协会（ 简称IEEE） 的802委员会制定了IEEE802标准， 该标准作为LAN的工业标准。

IEEE802标准的组成

• IEEE 802.1 概述LAN结构， 网络互连和网络管理
• IEEE 802.2 逻辑链路控制（ LLC）
• IEEE 802.3 CSMA/CD介质访问控制方法及物理层规范。
• IEEE 802.4 令牌总线介质访问方法及物理层规范。
• IEEE 802.5 令牌环介质访问方法及物理层规范。
• IEEE 802.6 城域网（ MAN） 访问方法及物理层规范。
• IEEE 802.7 宽带局域网访问方法及物理层规范。
• IEEE 802.8 光纤局域网访问方法及物理层规范。
• IEEE 802.9 综合业务局域网接口（ ISLAN） 。
• IEEE 802.10 交互性局域网安全性标准（ SILS） 。
• IEEE 802.11 无线局域网（ WLAN） 。
• IEEE 802.12 命令优先级。
• IEEE 802.13 基于有线电视的广域通信网。

802标准划分数据链路层

• LLC (逻辑链路控制） 子层
• MAC（ 介质访问控制） 子层

8.2.2 逻辑链路控制子层(LLC子层)

• LLC子层仅完成数据链路层的部分功能， 不考虑介质访问控制方法；即无论以太网、 令牌环网或令牌总线网，它们的LLC子层都是相同的。
• LLC子层的意义：统一LAN共性内容。
• LLC子层为MAC子层提供三种不同类型的服务：无确认连接 有确认无连接 面向连接

LLC帧格式

8.2.3 介质访问控制子层(MAC子层)

MAC子层的任务:将LLC帧包装成MAC帧，并将MAC帧从源站点传输到目的站点。
MAC子层要解决的关键问题:介质访问控制：如何分配共享信道， 使得对共享信道的访问更有序、 有效。
介质访问控制方法: 时间片轮转： 802.4， 802.5 ;预约： 802.6; 竞争： 802.3

8.3 IEEE 802.3

8.3.1 概述

• EEE802.3是以ETHERNET-Ⅱ(以太网)为基础制定的一种局域网标准， 802.3帧格式与以太网帧格式几乎没有差别，仅用“长度” 字段替换“类型” 字段， 因此我们一般认为802.3局域网就是以太网。
• EEE802.3是目前应用最广泛的局域网标准。
• EEE802.3包括两部分：介质访问控制协议（ CSMA/CD）物理层规范（ 10BASE-2,10BASE-5,10BASE-T）

8.3.2 介质访问控制协议CSMA/CD(载波监听多路访问/冲突检测)

CSMA/CD协议帧格式

CSMA（ 载波监听多路访问）

• 接收帧:每个站点始终监听总线；当一个MAC帧到达时，检查其目的地址字段（ DA）；若是本站地址，则接收之；否则丢弃。
• 发送帧:当发送站点准备就绪， 首先监听总线状态（“空闲” 或“忙” ） ， 并按如下策略发送数据帧：

1-坚持型    若监听到总线“空闲” ， 则立即发送；若监听到总线“忙” ， 则继续监听， 一旦总线“空闲” ， 则立即发送。 若冲突发生， 则等待一个随机时间再监听。非-坚持型    若监听到总线“空闲” ， 则立即发送；若监听到总线“忙”或冲突发生， 则等待一个随机时间再监听。P-坚持型    该策略将传输时间划分为时间片， 每个时间片为2τ ， 准备就绪站点只有在时间片的开始时才能发送数据帧。若监听到总线“空闲” ， 则以P的概率立即发送， 以（ 1－P）的概率推迟一时间片继续监听；若总线“忙” ， 则推迟到一个时间片再监听。

• 比较:

1-坚持型    优点：信道利用率高    缺点：冲突概率大非-坚持型    优点：冲突概率小    缺点：信道利用率低P-坚持型    上述两种折衷方案提示： 802.3标准采用1-坚持型。

CD(冲突检测)

若某站点检测到冲突发生（ 检测信号的异常电平） ， 则发送32位干扰信号（ 强化冲突） ， 通知其他站点。

二进制指数退避算法

8.3.3 IEEE802.3物理层规范

8.3.4 分析与讨论

有关网络性能几个重要参数

吞吐量/负载曲线

影响冲突的因素

• 站点数目越多， 冲突概率越大。
• 总线越长， 冲突概率越大。

最短帧长问题

8.4 高速以太网