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计算机网络基础

第

章计算机局域网络

〖主要内容〗以太网的工作原理，中继器、集线器、网桥和交换机的基本工作方法，

高速网络技术，网络组建所需设备和技术。

〖教学重点〗以太网工作原理，冲突、冲突域概念，小型局域网络设计。

局域网 LAN 是利用通信线路将近距离内的计算机及外设连接起来，以达到数据通信和资源共享的目

的。局域网的研究始于 20 世纪 70 年代，典型代表是以太网（Ethernet）。

4.1 局域网概述

4.1.1 局域网的特点

1. 较小的地域范围

2. 高传输速率和低误码率

3. 面向的用户比较集中

4. 使用多种传输介质

4.1.2 局域网层次结构及标准模型

4.1.2.1 局域网的层次结构

局域网的标准化工作一方面吸取了广域网标准化工作不及时给用户和计算机生产厂家带来困难的教

训，另一方面广域网标准化的成果特别是 ISO/OSI 为局域网标准化工作提供了经验和基础。

美国电气与电子工程师协会 IEEE 802 委员会与其他协会部门推出了 IEEE 802 标准，该标准遵循

ISO/OSI 参考模型的原则，解决最低两层（即物理层和数据链路层）的功能以及网络层的接口服务、网

际互连有关的高层功能。

由于局域网是个通信子网，只涉及到有关的通信功能，局域网的拓扑结构简单不需要路由选择协议，

因此 OSI 的第三层以上的高层就不再涉及，

在 IEEE 802 局域网参考模型中主要涉及

OSI 参考模型物理层和数据链路层的功能。

IEEE 802 模型中之所以要将数据链路

层分解为两个子层，主要目的是使数据链

路层的功能与硬件有关的部分（MAC）和

与硬件无关的部分（LLC）分开。

1. 逻辑链路控制子层 LLC

LLC 主要目的是在各种不同的介质访问控制子层之上为局域网的网络实体通过满足可靠性和传输效

率要求的数据链路层服务。它屏蔽了各种 MAC 子层的差异。

LLC 协议是由高级数据链路控制 HDLC 派生出来的，在局域网中，高层协议要与各种局域网的 MAC

子层交换信息时，必须通过统一的一个 LLC 子层。

(1) 高级数据链路控制 HDLC 概念

70 年代后期产生了包括分时、查询/应答系统和计算机网络为主的信息应用，就使得原有的字符型传

物理层

逻辑链路控制子层 LLC

媒体访问控制子层 MAC

IEEE 802 LAN 参考

模型

物理层

数据链路层

网络层

OSI 参考模型

其他高层

第 4 章计算机局域网络

输控制规程 BSC 已不能适应新应用的要求，从而出现了面向比特的控制规程。

1974 年 IBM 公司最早推出面向比特规程 SDLC，后来经过进一步的发展和修改，ISO 将其修改为高

级数据链路控制 HDLC 以作为国际标准 ISO3309，之后又有了发展、修改和应用，现在已经成为一种思

想。

A）规程特性

HDLC 的目的是提供一种通信准则，以满足广泛的应用范围，包括计算机、集中器和终端之间数据

的通信，以及计算机提供通信子网的节点机间的数据通信。

B）适用环境与操作方式

利用 HDLC 规程通信时，可以有三种类型的通信站，即主站、次站和组合站。主站负责建立数据链

路（启动）、数据传输以及链路差错恢复等控制，主站发出命令要求次站执行指定操作。次站负责执行

主站指示的操作，并向主站发送响应，链路操作由主站与次站间的命令和响应的交替来实现控制。组合

站兼有主站与次站功能，既能发送又能接收命令和响应，并负责整个链路控制等。

通信站是计算机网络中的数据终端、集中器、计算机及节点机构总称。主要有非平衡型（一个主站

与一个或多个次站的点——点或点——多点式结构）、平衡型（通信双方都具有组合站的功能）。

HDLC 的三种基本操作模式：正常响应 NRM（用于点——点或点——多点式结构,主站发命令，次站

接受命令后才能发出响应帧）、异步响应 ARM（用于点——点非平衡方式或对称方式，主站发出命令，

次站不必收到主站命令就可自动发出响应，控制权仍归主站）与异步平衡模式 ABM（用于平衡型结构，

通信双方都具有同等的发送命令与响应的努力，如 LAN 中的 LLC 就是采用这种方法）。

C）帧结构

数据链路上传送的完整信息组称为“帧”。HDLC 规程无论是信息帧与控制帧都使用统一的标准格式，

由标志字段 F（长 8bit，值为 01111110，表示帧的开始和结束，若发送的数据帧包含连续 5 个 1，则

插入 0，而接受方删除 0）、地址字段 A（长 8bit，可选择 256 个站，其作用是完成寻址功能）、控制

字段 C（长 8bit，是 HDLC 的主要字段，控制帧的编号最大为 127，包括执行信息传送功能的信息帧 I/

第一位设为 0、用于传送监控命令及响应的监控帧 S/第 1、2 位设为 10 和无编号帧 U/第 1、2 位设为

11）、信息字段 I（长为 8bit 的倍数，包括所要传输的数据信息）、帧检验序列 FCS（长为 16bit，其

作用是进行 CRC 差错控制）组成。

D）控制过程

HDLC 控制过程包括三个阶段：建立数据链路连接阶段、传送数据阶段、拆除数据链路连接

(2) LAN 的数据链路层的特点

与传统的数据链路层的区别：必须支持链路的多重访问；媒体控制层将承担某些链路访问的细节；

必须提高第三层的功能。

LLC 提供了服务访问点地址 SAP，并通过 SAP 指定了运行与一台计算机或者网络设备的一个或者多

个应用进程地址。

(3) 逻辑链路层 LLC 的功能

两个站或两个系统通过 LAN 进行通信时，高层提供站点之间的端——端服务，链路之下的媒体访问

控制提供为帧传输或者接受而访问网络所必备的逻辑，而链路层则执行：

A) 端——端差错控制和确认

B) 端——端的流量控制，可采用顺序号提供这些功能

计算机网络基础

C) LAN 的第二层包括第三层的基本功能，即把数据报、虚电路和多路复用的实现，其中数据报可

采用源和目的地址实现；虚电路与多路复用功能可以用 SAP 的概念加以支持

D) 能利用 LAN 的多路访问的特性，提供多址发送和广播发送，即将一个报文发到多个站或者所有

的站的服务。

(4) LLC 服务

LLC 服务有三种：无确认无连接服务（只是把分组发送到目的地，不保证可靠投递，不进行通知，

如用于广播和多播信道的数据报传送）、有确认无连接服务（同样不使用建立链路，而是直接发送数据

出错时要求 ARQ，如令牌总线网络中）、面向连接的服务（通过链路建立的三阶段来实现可靠传输，用

于一次性传输大量的数据）

(5) LLC 帧结构

LLC 帧结构类似 HDLC 结构，只是没有标志字段 F 和帧检验序列 FCS，包括三大部分：地址（长

8bit 使用 7bit 的目的服务访问点 DSAP、长 8bit 使用 7bit 的源服务服务点 SSAP）、控制（由信息帧

I、监控帧 S、无编号帧 U 构成，对帧的序号控制变为 128 个）、信息（长为 8bit 的倍数）

2. 媒体访问控制子层 MAC

设定 MAC 子层是为了向逻辑链路控制子层 LLC 提供一个与物理传输媒体和网络拓扑结构无关的信道

访问服务界面。

(1) MAC 地址

MAC 地址有两类：一类是单地址，唯一指定局域网中的一个站点；另一类是组地址，又分为多终点

站地址（指定了局域网中的一组站点）、多站地址（指向了一组逻辑上相关的站，站间逻辑关系是由高

层协议给出的）和广播地址（指对网络中所有的站进行广播）

LAN 的标准中规定 MAC 地址有两种类型：16bit 的 MAC 地址（称为局域地址）、48bit 的 MAC 地

址（称为全局地址，可作局域地址，也可作全域地址）。

局域地址与全域地址的区别在于地址的第二位，若为 0 则表示局域地址，为 1 表示全域地址。

全局地址的法定管理机构是 IEEE，负责分配地址子段的 6 个字节中的前 3 个字节——地址块（约

1000 美元一块，一块可在扩成 2

个不同地址），因此每一系列的网卡前 3 个字节值是一样的。

如某块 RealTek RTL8139 的网卡地址为 00—E0—4C—3D—3B—22

(2) MAC 子层的功能

提供实现不同的介质访问控制方法

(3) MAC 子层的协议

在局域网中，连接在网络上的各个工作站都能共享网络的公共信道，因而存在着对信道的争用和争

用后如何使用信道的问题，这就构成了对媒体的控制方法，又称为媒体访问控制技术。一般地，根据媒

体的使用控制方式域网络的拓扑结构的结合，MAC 子层的协议分为三类：即 CSMA/CD 、Token

Bus、Token Ring。

4.1.2.2 IEEE 802

标准系列

IEEE 802.1：LAN 体系结构、网络管理和网络互连

IEEE 802.2：逻辑链路控制子层的功能

IEEE 802.3：CSMA/CD 总线介质访问控制方法及物理层技术规范

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