主主要要任任务务：是是控控制制通通信信子子网网的的操操作作，实实现现分分组组从从源源结结点点经经中中间交换结点到目的结点的传输。具体有以下几项：间交换结点到目的结点的传输。具体有以下几项：网络层任务网络层任务1 指定通信对象指定通信对象2 路由选择路由选择3 流量与拥塞控制流量与拥塞控制4 根据传输层要求提供不同的服务质量根据传输层要求提供不同的服务质量6 向传输层报告未恢复的差错向传输层报告未恢复的差错7 网际互连网际互连主机 A主机 B路由器 1路由器 2LAN2WANLAN1网络层协议的作用范围5 提供资源子网中用户端设备与通信子网的接口提供资源子网中用户端设备与通信子网的接口1网络层的服务 网络层向上所提供的服务有两大类：网络层向上所提供的服务有两大类：面向连接的面向连接的 网络服务、无连接的网络服务。网络服务、无连接的网络服务。 这两类服务的具体实现就是：这两类服务的具体实现就是：虚电路方式和数据虚电路方式和数据报方式报方式 网络层要提供传输层调用这两种类型服务的接口网络层要提供传输层调用这两种类型服务的接口2路由选择算法的原则路由选择算法的原则 路由算法路由算法与很多因素有关，与很多因素有关，理想路由算法理想路由算法的原则：的原则： 1 正确性正确性2 简单性简单性3 健壮性健壮性4 稳定性稳定性5 公平性公平性6 最佳性最佳性3 根据根据路由算法能否随网路由算法能否随网络的通信量或拓扑的通信量或拓扑结构构变化自化自适适应地地进行行调整来划分整来划分：非自适应路由选择算法（静态算法）非自适应路由选择算法（静态算法）自适应路由选择算法（动态算法）自适应路由选择算法（动态算法） 路由算法路由算法的分类的分类4洪泛法洪泛法随机走动法随机走动法分散通信法分散通信法固定路由法固定路由法非自适应路由选择算法非自适应路由选择算法 根据一般规律根据一般规律预先设计预先设计好路由表，在好路由表，在系统启动时系统启动时被装入被装入各结点，并保持不变。各结点，并保持不变。特点：简单、易行。在负荷稳定、拓扑结构变化不大的网络特点：简单、易行。在负荷稳定、拓扑结构变化不大的网络中运行效果好。中运行效果好。5自适应路由选择算法（动态）自适应路由选择算法（动态）独立路由选择独立路由选择 分布式路由选择分布式路由选择 集中式路由选择集中式路由选择 可根据网络当前流量和拓扑结构选择最佳路径，当网可根据网络当前流量和拓扑结构选择最佳路径，当网络出现故障时，可绕过故障点继续传输。络出现故障时，可绕过故障点继续传输。特点：灵活健壮，但算法复杂，实现难度大。因需要各个特点：灵活健壮，但算法复杂，实现难度大。因需要各个交换结点路由器之间交换结点路由器之间 定期交换路由信息，从而增加了网络定期交换路由信息，从而增加了网络的流量。的流量。6拥塞控制拥塞控制 在某段时间，若对网络中某一资源的需求超过了该资源所能在某段时间，若对网络中某一资源的需求超过了该资源所能提供的可用部分，网络性能变坏提供的可用部分，网络性能变坏-产生拥塞产生拥塞 拥塞由许多因素引起：拥塞由许多因素引起：计算机网络的资源在一段时间内不能满足需求，就可能造成计算机网络的资源在一段时间内不能满足需求，就可能造成资源拥塞；资源拥塞；如果处理机接收的数据量大，但其处理速度慢或链路容量小，如果处理机接收的数据量大，但其处理速度慢或链路容量小，同样也出现拥塞现象。同样也出现拥塞现象。拥塞控制的方法：拥塞控制的方法：采用流量控制，其总目标是在网络中有效地采用流量控制，其总目标是在网络中有效地动态分配网络资源。动态分配网络资源。具体是：具体是：防止网络因过载而引起吞吐量下降和延时增加。避免防止网络因过载而引起吞吐量下降和延时增加。避免死锁。在互相竞争的各用户之间公平地分配资源。死锁。在互相竞争的各用户之间公平地分配资源。许可证法、抑制分组、载荷脱落许可证法、抑制分组、载荷脱落几种方法几种方法：资源资源：网络中的链路容量、结点交换机的处理机、缓存等：网络中的链路容量、结点交换机的处理机、缓存等7网络层的编址网络层的编址网络编址方案分为：网络编址方案分为：非结构化平面地址非结构化平面地址和和分级的结构化地址分级的结构化地址。 非结构化平面地址的特点：非结构化平面地址的特点：每个地址的编号都是平等的每个地址的编号都是平等的且彼此无关。地址的编号和具体的地理位置无关。且彼此无关。地址的编号和具体的地理位置无关。 但需要有一个管理机构，同时地址映射表要占很大的但需要有一个管理机构，同时地址映射表要占很大的空间，只能用于局域网。空间，只能用于局域网。 分级的结构化地址的特点：分级的结构化地址的特点：是将全球的地址空间划分是将全球的地址空间划分为若干个子域。各子域下面又划分为一些更小的子域，是为若干个子域。各子域下面又划分为一些更小的子域，是一种树状结构。一种树状结构。 这样，每个地址子域只管理自己直属的一些子域编号，这样，每个地址子域只管理自己直属的一些子域编号，因而，地址映射表和路由表的编制都会简化。因而，地址映射表和路由表的编制都会简化。 一个网络也只管自己网内主机的编号，其他网络主机一个网络也只管自己网内主机的编号，其他网络主机的编号情况则与本网络无关，也不会引起混乱。的编号情况则与本网络无关，也不会引起混乱。 缺点：缺点：一台主机移入其他网络，则其地址就要改变。一台主机移入其他网络，则其地址就要改变。另外，它的地址编码要比另外，它的地址编码要比非非结构化平面地址长一些。结构化平面地址长一些。8传输层传输层-资源子网和通信子网的接口资源子网和通信子网的接口 在在OSIOSI模型中下三层是面向通信的（与通信网络有关的）模型中下三层是面向通信的（与通信网络有关的）它们负责分组、帧、比特流的实际传输，逻辑上属于通信子它们负责分组、帧、比特流的实际传输，逻辑上属于通信子网。上三层是面向信息处理的（与通信网络无关）属于资源网。上三层是面向信息处理的（与通信网络无关）属于资源子网。子网。 作为通信子网和资源子网的中间层，传输层起着承上启作为通信子网和资源子网的中间层，传输层起着承上启下的作用，是资源子网和通信子网的接口层与桥梁。下的作用，是资源子网和通信子网的接口层与桥梁。传输层协议称为传输层协议称为 “主机主机主机协议主机协议”（端（端端协议）端协议）运行在端用户的主机中，运行在端用户的主机中，负责总体数据传输与控制，解决负责总体数据传输与控制，解决端到端（主机到主机）传输可靠性问题端到端（主机到主机）传输可靠性问题。负责端。负责端DTE-端端DTE通信，是七层中负责通信，是七层中负责通信通信的最高层。的最高层。如果没有传输层，数据将不能被接收方验证，因为实际计如果没有传输层，数据将不能被接收方验证，因为实际计算机网络的通信是在用户端主机中运行的进程之间进行的，算机网络的通信是在用户端主机中运行的进程之间进行的，通信的目的地是进程。通信的目的地是进程。9 传输层的一个很重要的功能就是复用和分用。应用层不同进程传输层的一个很重要的功能就是复用和分用。应用层不同进程的报文通过不同的端口向下交到传输层，再往下就共用网络层提供的报文通过不同的端口向下交到传输层，再往下就共用网络层提供的服务。的服务。传输层为相互通信的应用进程提供了逻辑通信 54321传输层提供应用进程间的逻辑通信主机 A主机 B应用进程应用进程路由器 1路由器 2AP1LAN2WANAP2AP3AP4网络层LAN1AP1AP2AP4端口端口54321网络层协议的作用范围传输层协议 作用范围AP3“逻辑通信逻辑通信”的意思是：传输层之间的通信好像是沿水平的意思是：传输层之间的通信好像是沿水平方向传送数据。但事实上这两个传输层之间并没有一方向传送数据。但事实上这两个传输层之间并没有一条水平方向的物理连接。条水平方向的物理连接。 两个主机进行通信实际上就是两个主机中的两个主机进行通信实际上就是两个主机中的应应用进程互相通信。用进程互相通信。应用进程之间的通信又称为端到应用进程之间的通信又称为端到端的通信。端的通信。 10传输层协议和网络层协议的主要区别传输层协议和网络层协议的主要区别 应用进程应用进程网络协议的作用范围（提供主机之间的逻辑通信）传输层协议的作用范围（提供进程之间的逻辑通信）因 特 网11传输层的功能传输层的功能： 1 提供可靠的端到端通信。提供可靠的端到端通信。 2 向会话层提供向会话层提供独立于独立于网络的传输服务，使得高网络的传输服务，使得高层与网络无关。层与网络无关。1254321主机 A主机 B网络层AP1AP2AP454321AP3 传输层扩展了网络层的服务功能，提传输层扩展了网络层的服务功能，提供给高层用户传输数据的通信接口。使得供给高层用户传输数据的通信接口。使得端到端端到端的通信可靠的通信可靠 传输层向高层用户屏蔽了下面通信子网的细节，传输层向高层用户屏蔽了下面通信子网的细节，使高层用户看不见实现通信功能的物理链路是什么，使高层用户看不见实现通信功能的物理链路是什么，看不见数据链路采用的是什么规程，也看不见下面看不见数据链路采用的是什么规程，也看不见下面到底有几个子网以及这些子网是怎样互连起来的。到底有几个子网以及这些子网是怎样互连起来的。 传输层使高层用户看见传输层使高层用户看见的就是好像在两个传输层实的就是好像在两个传输层实体之间有一条端到端的可靠体之间有一条端到端的可靠的数据管道传输数据。的数据管道传输数据。 传输层为会话层提供了与网络类型无关的可靠信息传送传输层为会话层提供了与网络类型无关的可靠信息传送机制，使得高层与网络无关。机制，使得高层与网络无关。 正因为传输层服务独立于通信子正因为传输层服务独立于通信子网，才可以采用一种网，才可以采用一种适于各种网络的适于各种网络的标准标准对各种不同的通信子网服务进行对各种不同的通信子网服务进行弥补，对上形成弥补，对上形成统一统一的界面。的界面。13通信子网服务与传输服务通信子网服务与传输服务l传输层服务传输层服务l屏蔽通信子网细节，增强通信子网服务屏蔽通信子网细节，增强通信子网服务l传输服务提供者：网络分层模型中传输层以下的部分传输服务提供者：网络分层模型中传输层以下的部分l传输服务用户：传输层以上的应用传输服务用户：传输层以上的应用传输层传输层应用应用HostRouterRouterHost通信通信子网子网点到点协议点到点协议 向上提供标准的传输服务向上提供标准的传输服务 向下屏蔽不同的通信子网向下屏蔽不同的通信子网应用协议应用协议传输层传输层应用应用传输服务传输服务提供者提供者传输服务传输服务用户用户端到端到端协端协议议14 传输层的服务传输层的服务l传输层服务类型传输层服务类型l面向连接的服务，提供传输服务用户之间逻辑连接的建面向连接的服务，提供传输服务用户之间逻辑连接的建立、维持和拆除。是可靠的服务，可提供流量控制、差错立、维持和拆除。是可靠的服务，可提供流量控制、差错控制和顺序控制。控制和顺序控制。l无连接的服务无连接的服务,只能提供不可靠的服务，不进行流量、差只能提供不可靠的服务，不进行流量、差错和顺序等方面的控制。错和顺序等方面的控制。 传输层服务比网络层服务更可靠，分组的丢失、残缺、传输层服务比网络层服务更可靠，分组的丢失、残缺、失序等问题，网络的故障均可被传输层检测出来，并采取相失序等问题，网络的故障均可被传输层检测出来，并采取相应措施来弥补。应措施来弥补。15ISO以可靠性为标准，对通信子网的服务质量分为以可靠性为标准，对通信子网的服务质量分为3个类型等级个类型等级lA类类服务：面向连接，可靠、分组丢失、出错的概率小，有服务：面向连接，可靠、分组丢失、出错的概率小，有故障发生，网络尽可能解决。故障发生，网络尽可能解决。lB类服务：面向连接，可靠、分组丢失、出错的概率小，有类服务：面向连接，可靠、分组丢失、出错的概率小，有故障发生，通知传输层解决。故障发生，通知传输层解决。lC类服务：无连接，不可靠、分组丢失、出错的概率大。类服务：无连接，不可靠、分组丢失、出错的概率大。针对不同的通信子网服务质量，针对不同的通信子网服务质量，OSI将传输层定义将传输层定义了五类协议级别。了五类协议级别。通信子网的服务质量的分类通信子网的服务质量的分类传输层协议等级：传输层协议等级： 0 0类（简单类）类（简单类） 1 1类（基本差错恢复类）类（基本差错恢复类） 2 2类（多路复用类）类（多路复用类） 3 3类（差错恢复和多用复用类）类（差错恢复和多用复用类） 4 4类（差错检测和恢复类）类（差错检测和恢复类） 0类：面向类：面向A类通信子网。类通信子网。 实现的功能是：依赖可靠的网络连接，不对分组进行排实现的功能是：依赖可靠的网络连接，不对分组进行排序和流量控制，只提供进程间通信。序和流量控制，只提供进程间通信。 1类：面向类：面向B类子网。类子网。 实现的功能是：除故障恢复外，与实现的功能是：除故障恢复外，与0类相似。类相似。 2类：面向类：面向A类子网。类子网。 实现的功能是允许多路复用，是对实现的功能是允许多路复用，是对A类子网网络资源的类子网网络资源的进一步充分利用。进一步充分利用。 3类：面向类：面向B类子网。类子网。 实现的功能是：故障恢复，允许多路复用，提供流量控实现的功能是：故障恢复，允许多路复用，提供流量控制。制。 4类：面向类：面向C类子网。类子网。 实现的功能是：处理网络层遗留问题，提供多路复用，是实现的功能是：处理网络层遗留问题，提供多路复用，是功能最完善最复杂的协议。功能最完善最复杂的协议。16 传输层对上层传输层对上层屏蔽了下三层通信网络的具体细节屏蔽了下三层通信网络的具体细节，只是向上层提供一套明确的信息传送机制，从而使上三只是向上层提供一套明确的信息传送机制，从而使上三层的设计不必再考虑下三层具体对应什么样的网络。使层的设计不必再考虑下三层具体对应什么样的网络。使高层应用高层应用独立于具体的网络独立于具体的网络，应用程序可使用统一的方，应用程序可使用统一的方法来调用传输服务。法来调用传输服务。 传输层承担从通信到应用过渡的功能。传输层承担从通信到应用过渡的功能。17会话层会话层会话层会话层协调管理应用进程间的会话协调管理应用进程间的会话会话会话：应用进程间的一次完整通信而建立的连接：应用进程间的一次完整通信而建立的连接功能功能：负责两主机间原始报文的传输，提高两个端进程间：负责两主机间原始报文的传输，提高两个端进程间会话的建立、维护和结束；会话的建立、维护和结束； 进行会话管理，协商通信方式；进行会话管理，协商通信方式； 同步（在数据中加入一些同步点，故障后，从最近同步（在数据中加入一些同步点，故障后，从最近同步点处继续。同步用于在出错后，将会话实体恢复到一同步点处继续。同步用于在出错后，将会话实体恢复到一个已知状态）；个已知状态）； 异常报告，即对意外错误的报告。异常报告，即对意外错误的报告。在逻辑上协调在逻辑上协调“谁谁”（哪个进程）以什么方式（单工、半（哪个进程）以什么方式（单工、半单工或全双工）按一种什么次序（同步地）进行交互。单工或全双工）按一种什么次序（同步地）进行交互。 高层协议指的是高层协议指的是会话层、表示层、和应用层会话层、表示层、和应用层协议。协议。 高层协议实现的是面向应用的功能，更多地用软件的高层协议实现的是面向应用的功能，更多地用软件的方法实现。它相对于底层面向通信的协议而言，逻辑性更方法实现。它相对于底层面向通信的协议而言，逻辑性更强，也更抽象，很难具体规定，只能给出一般实现原则。强，也更抽象，很难具体规定，只能给出一般实现原则。高层协议高层协议18表示层表示层表示层表示层 表示层任务：表示层任务：是负责处理语法。解决不同系统的是负责处理语法。解决不同系统的数据表示数据表示问题，解释所交换数据的意义，包括数据转换、压缩、加密问题，解释所交换数据的意义，包括数据转换、压缩、加密等等 表示层定义用户或应用程序之间表示层定义用户或应用程序之间交换数据的格式交换数据的格式，提供，提供数据表示之间的转换服务，保证传输的信息到达目的端后意数据表示之间的转换服务，保证传输的信息到达目的端后意义不变。义不变。 表示层功能：表示层功能：是对源站内部的数据结构进行编码，形成适是对源站内部的数据结构进行编码，形成适合于传输的比特流，到了目地站再解码，转换成用户所要求合于传输的比特流，到了目地站再解码，转换成用户所要求的格式（保持信息内容含义不变）。的格式（保持信息内容含义不变）。19 应用层应用层 为用户应用进程服务，提供应用进程与通信进程间的为用户应用进程服务，提供应用进程与通信进程间的接口。接口。 由于网络的应用范围很广，又有很多模式，所以应用由于网络的应用范围很广，又有很多模式，所以应用层功能十分丰富，造成应用层实现复杂，标准繁多，且不层功能十分丰富，造成应用层实现复杂，标准繁多，且不易统一，是相对最不成熟的一层。易统一，是相对最不成熟的一层。 目前应用层提供的典型应用有：文件传输（目前应用层提供的典型应用有：文件传输（FTP）电）电子邮件（子邮件（MTP、SMTP）、远程登录于访问（）、远程登录于访问（TELNET）、）、数据查询、虚拟终端、网络管理等。数据查询、虚拟终端、网络管理等。20应用层应用层表示层表示层会话层会话层传输层传输层网络层网络层链路层链路层物理层物理层通信通信子网子网承上启下承上启下直接面向用户，为应用程序提供接口和服务直接面向用户，为应用程序提供接口和服务数据转换、加密、压缩数据转换、加密、压缩会话管理，协商进程间通信方式会话管理，协商进程间通信方式向上层提供独立于网络的、可靠数据传输向上层提供独立于网络的、可靠数据传输寻址和路由选择，将分组传给正确的主机寻址和路由选择，将分组传给正确的主机成帧，差错、流量控制成帧，差错、流量控制规定物理信号形式、接口、速率规定物理信号形式、接口、速率OSI七层参考模型七层参考模型资源资源子网子网21 ISO/OSI RM ISO/OSI RM的提出，为制定网络的统一标准起到了推进的作的提出，为制定网络的统一标准起到了推进的作用，促进了技术的发展和企业竞争，使计算机网络技术进入第三用，促进了技术的发展和企业竞争，使计算机网络技术进入第三代发展期。代发展期。 但在市场化方面但在市场化方面 OSI OSI 却失败了。却失败了。OSI OSI 的专家们缺乏实际经验，在完成的专家们缺乏实际经验，在完成 OSI OSI 标准时没有商业驱动标准时没有商业驱动力；力；OSI OSI 的协议实现起来过分复杂，且运行效率很低；的协议实现起来过分复杂，且运行效率很低；OSI OSI 标准的制定周期太长，因而使得按标准的制定周期太长，因而使得按 OSI OSI 标准生产的设备无标准生产的设备无法及时进入市场；法及时进入市场；OSI OSI 的层次划分并不太合理，有些功能在多个层次中重复出现。的层次划分并不太合理，有些功能在多个层次中重复出现。 因而，因而，ISO/OSI RMISO/OSI RM至今没有将全世界的计算机网络统一至今没有将全世界的计算机网络统一到自己的模式之下。但它为研究计算机网络提供了一个参照到自己的模式之下。但它为研究计算机网络提供了一个参照系，具有一般性的指导意义，是理解计算机网络技术的理论系，具有一般性的指导意义，是理解计算机网络技术的理论基础。基础。22第四章局域网技术第四章局域网技术主要内容主要内容4.1 局域网的基本概念局域网的基本概念4.2 局域网体系结构与局域网体系结构与 IEEE802标准标准4.3 介质访问控制方法：介质访问控制方法：CSMA/CD，TOKEN-RING，TOKEN-BUS4.4局域网组网技术局域网组网技术23局局 域域 网网 概概 述述 近近年年来来，随随着着社社会会信信息息化化的的发发展展，局局域域网网技技术术占占据据了了十十分分重重要要的的地地位位并并得得到到广广泛泛的的应应用用，已已经经成成为为计计算算机机网网络络发发展展的的一一个个热热点点。局局域域网网(Local (Local Area Area NetworkNetwork，LAN)LAN)产产生生于于2020世世纪纪6060年年代代末末，7070年年代代出出现现一一些些实实验验性性的的网网络络，到到8080年代，局域网的产品已经大量涌现。年代，局域网的产品已经大量涌现。244.1局域网局域网(LAN)基本概念基本概念局域网局域网：在有限的地理范围内将大量：在有限的地理范围内将大量PCPC及各种设备互连，实现及各种设备互连，实现数据通信和资源共享的计算机网络数据通信和资源共享的计算机网络局域网的特点：局域网的特点： 1 覆盖范围小覆盖范围小 距离几百米至几公里距离几百米至几公里 房间、建筑物、校园等，为一个单位所拥有房间、建筑物、校园等，为一个单位所拥有2 高传输速率高传输速率101000Mbps可交换各类数字和非数字（如语音、图像、视频）等信息。可交换各类数字和非数字（如语音、图像、视频）等信息。3 低误码率低误码率 10-8 10-10 这是因为局域网通常采用短距离基带传输，可以使这是因为局域网通常采用短距离基带传输，可以使用用 高质量的传输媒体，从而提高了数据传输质量。高质量的传输媒体，从而提高了数据传输质量。4 以以PC为主体为主体,包括终端及各种外设包括终端及各种外设, 一般不设中央主机系统一般不设中央主机系统 5 局域网是只包含低层功能的通信子网，所以连到局域网的局域网是只包含低层功能的通信子网，所以连到局域网的数据通信设备必须加上高层协议和网络软件才能组成计算数据通信设备必须加上高层协议和网络软件才能组成计算机网络。机网络。 6 协议简单、建网成本低、结构灵活、周期短，便于管理和扩充协议简单、建网成本低、结构灵活、周期短，便于管理和扩充25 局域网的分类局域网的分类 1）按拓扑结构分：总线形、树形、环形和星形。）按拓扑结构分：总线形、树形、环形和星形。2）按使用介质分：可分为有线网、无线网两类。）按使用介质分：可分为有线网、无线网两类。 有线网：包括双绞线、同轴电缆和光纤网。有线网：包括双绞线、同轴电缆和光纤网。 无线网：指用红外、微波作为传输介质的局域网。无线网：指用红外、微波作为传输介质的局域网。 在有线局域网中，又可分成基带网和宽带网，基带网一般在有线局域网中，又可分成基带网和宽带网，基带网一般采用同轴电缆（采用同轴电缆（50）或双绞线作为传输介质。）或双绞线作为传输介质。 26局域网拓扑结构局域网拓扑结构总线形总线形总线形总线形A AB BC CC C星形星形星形星形A AB BC CA A环形环形环形环形A AD DC CB BT T 局域网覆盖范围小，距离短，从最初设计开始，局域网覆盖范围小，距离短，从最初设计开始，就本着降就本着降低信道造价的思想，通常采用共享信道连接各设备进行通信低信道造价的思想，通常采用共享信道连接各设备进行通信（即所谓多点接入技术或多路访问技术），拓扑结构简单。同（即所谓多点接入技术或多路访问技术），拓扑结构简单。同时，时，由于距离短，采用适合数字信号的专用线路直接进行基带由于距离短，采用适合数字信号的专用线路直接进行基带数据传输数据传输，设备简单，传输成本低。，设备简单，传输成本低。27BusBusA AB BC CC C所有结点工作站通过共享信道（总线）传所有结点工作站通过共享信道（总线）传输数据，输数据，任何一结点发出的信号都可被总任何一结点发出的信号都可被总线上所有其它结点接收到线上所有其它结点接收到优点：优点：电缆和电缆和设备少、成本低、安装方便设备少、成本低、安装方便缺点：缺点：若主干电缆某处发生故障，整个网络将瘫痪若主干电缆某处发生故障，整个网络将瘫痪网上站点较多时，会因数据冲突增多而使效率降低。网上站点较多时，会因数据冲突增多而使效率降低。 典型实例：以太网典型实例：以太网总线形结构总线形结构 作为总线的通信连线，作为总线的通信连线，采用同轴电缆采用同轴电缆-广播型信道广播型信道28RingRingA AD DC CB BT T环型结构环型结构环型结构环型结构由站点和连接站点的链路组成由站点和连接站点的链路组成闭合环闭合环，各，各结点共享环路结点共享环路数据只能沿着一个固定的方向传送数据只能沿着一个固定的方向传送结点是按照其在环中的结点是按照其在环中的物理位置物理位置来依次传来依次传递信息的递信息的优点优点：时延确定可构成实时性要求较高的网络。构造容易、支持：时延确定可构成实时性要求较高的网络。构造容易、支持的计算机数量多、通信电缆短、不存在冲突问题的计算机数量多、通信电缆短、不存在冲突问题缺点缺点：可靠性、灵活性差，任何一点都不能出故障。由于环路是：可靠性、灵活性差，任何一点都不能出故障。由于环路是封闭的不便扩充，信息传输效率较低封闭的不便扩充，信息传输效率较低 典型实例：令牌环典型实例：令牌环29StarABCA星形星形星形星形各各结点通点通过一条一条单独的通信独的通信线路路连到到中心中心结点点，结点，结点间通信通信经过中心中心结点点交交换和和传输。星形结构可以理解为是。星形结构可以理解为是一种变形的总线结构。一种变形的总线结构。优点优点：结构简单、实现容易、：结构简单、实现容易、方便灵活，方便灵活，应用应用广泛广泛缺点缺点：中心中心结点点设备的可靠性要求高，的可靠性要求高，负担较重，负担较重，一旦中心一旦中心结点结点出出现故障故障则导致全网致全网瘫痪；通信通信电缆较较多多30在星形拓扑中，注意：在星形拓扑中，注意：逻辑结构逻辑结构与与物理结构物理结构的关系；的关系；星形是变形的总线结构，逻辑上都为广播型信道星形是变形的总线结构，逻辑上都为广播型信道StarABCABusBusA AB BC CC C31AA树形树形树形树形星星形形结结构构的的扩扩充充，是是分分级级的的星星形形结结构构用用于于大大型型网网络络，众众多多终终端端可可共共享享一一条条通通信信线线路路，增增强强网网络络的的分分布布处处理理能能力力。改改善善了了星型结构的缺点。星型结构的缺点。32 由于局域网采用由于局域网采用多点连接的共享传输介质多点连接的共享传输介质通信方式，信通信方式，信道对于各结点是道对于各结点是共享共享的，这就的，这就需要有一种仲裁机制来控制各需要有一种仲裁机制来控制各站使用介质的方式。站使用介质的方式。 为解决这一问题，局域网的为解决这一问题，局域网的数据链路层数据链路层必须设有介质访必须设有介质访问控制功能。特定的介质访问控制方法适用于特定的网络拓问控制功能。特定的介质访问控制方法适用于特定的网络拓扑结构，局域网拓扑结构的特点也带来了局域网技术的特殊扑结构，局域网拓扑结构的特点也带来了局域网技术的特殊性。性。33决定局域网特性的主要技术（三要素）决定局域网特性的主要技术（三要素）l传输介质传输介质 同轴电缆、双绞线、光纤等同轴电缆、双绞线、光纤等l拓扑结构拓扑结构 总线型、星型、环型、树型总线型、星型、环型、树型l介质访问方法介质访问方法按协议实现信道共享按协议实现信道共享:CSMA/CD、Token-Ring 、Token-Bus介质访问控制方式是局域网最关键的技术介质访问控制方式是局域网最关键的技术 不同的不同的传输介质传输介质构成网络的构成网络的拓扑结构拓扑结构不同，不同的拓扑不同，不同的拓扑结构又决定着网络中信号的流通方式不同，对于不同的拓扑结构又决定着网络中信号的流通方式不同，对于不同的拓扑结构必须提供不同的、多种的结构必须提供不同的、多种的介质访问控制方式介质访问控制方式。 介质访问控制介质访问控制目的：建立一种仲裁机制，合理地对传目的：建立一种仲裁机制，合理地对传输信道进行分配，解决信道共享与独占之间的矛盾，以满输信道进行分配，解决信道共享与独占之间的矛盾，以满足各结点通信需求。足各结点通信需求。34该哪个点发送数据？该哪个点发送数据？发送时会不会出现冲突？发送时会不会出现冲突？出现冲突怎么办？出现冲突怎么办？共享介质的介质访问控制方法共享介质的介质访问控制方法35集中式控制集中式控制-集中控制器控制各节点通信集中控制器控制各节点通信 分布式控制分布式控制-站点间通信按事先约定由自身控制站点间通信按事先约定由自身控制 局域网一般采用分布式控制方式局域网一般采用分布式控制方式两种流行的仲裁机制是：两种流行的仲裁机制是： 随机访问方式：随机访问方式：竞争信道使用权竞争信道使用权 令牌传递访问方式：令牌传递访问方式：顺序访问信道顺序访问信道 共享介质的介质访问控制方法分类共享介质的介质访问控制方法分类36局域网的类型局域网的类型目前常见的局域网类型包括：目前常见的局域网类型包括：以太网（以太网（Ethernet）令牌环网（令牌环网（Token Ring）光纤分布式数据接口（光纤分布式数据接口（FDDI）异步传输模式（异步传输模式（ATM）等）等 374.2 IEEE 802局域网体系结构及标准局域网体系结构及标准 局域网作为网络中特殊的一种，有自身的技术特点。另外，局域网作为网络中特殊的一种，有自身的技术特点。另外，由于局域网实现方法的多样性，所以其并不完全套用由于局域网实现方法的多样性，所以其并不完全套用OSI体系体系结构。国际上通用的局域网标准由结构。国际上通用的局域网标准由IEEE 802 委员会根据局域委员会根据局域网适用的传输媒体、网络拓扑结构、性能及实现难易等因素，网适用的传输媒体、网络拓扑结构、性能及实现难易等因素，为局域网制定了一系列标准，称为为局域网制定了一系列标准，称为IEEE 802 标准。标准。 局域网的标准化工作，使得不同生产厂家的网络产品间相局域网的标准化工作，使得不同生产厂家的网络产品间相互兼容，能适应各种不同型号计算机的组网要求，并有利于产互兼容，能适应各种不同型号计算机的组网要求，并有利于产品成本的降低，极大地促进了局域网的发展。品成本的降低，极大地促进了局域网的发展。38IEEE802 参考模型参考模型 由于局域网采用共享信道，当通信局限于由于局域网采用共享信道，当通信局限于一个局域网内一个局域网内部时部时，在任意两个结点之间都有唯一的路由，网络层的功能，在任意两个结点之间都有唯一的路由，网络层的功能可由链路层完成，所以局域网中通常可由链路层完成，所以局域网中通常不单独设立网络层不单独设立网络层。 当需要当需要局域网之间互连局域网之间互连时，分组就必须经过多条链路才时，分组就必须经过多条链路才能到达目的地，此时由局域网之上的网际层来完成网络层的能到达目的地，此时由局域网之上的网际层来完成网络层的功能，实现分组传输过程中的路由选择。局域网的高层功能功能，实现分组传输过程中的路由选择。局域网的高层功能由具体的由具体的局域网操作系统局域网操作系统来实现。来实现。 根据局域网本身的特点，局域网本身就是一个通信子网，只根据局域网本身的特点，局域网本身就是一个通信子网，只涉及到相当于涉及到相当于ISO/OSI RM下二层的功能。下二层的功能。39LAN参考模型网络层网络层物理层物理层逻辑链路控制逻辑链路控制 LLC介质访问控制介质访问控制 MAC 高层高层 OSI IEEE 802物理层物理层（）（） （）（） （）（）SAP数据链路层数据链路层将将OSI参考模型的数据链路层划分为参考模型的数据链路层划分为:LLC(LogicalLinkControl)：逻辑链路控制逻辑链路控制子层子层MAC(MediaAccessControl)：介质访问控制介质访问控制子层子层40LAN参考模型网络层网络层物理层物理层逻辑链路控制逻辑链路控制 LLC介质访问控制介质访问控制 MAC 高层高层 OSI IEEE 802物理层物理层（）（） （）（） （）（）SAP数据链路层数据链路层MAC（介质访问控制）介质访问控制）子层：子层：用来决定信道使用权分配的协议，用来决定信道使用权分配的协议，即解决多个信源如何使用信道的问题。即解决多个信源如何使用信道的问题。LLC（逻辑链路控制逻辑链路控制）子层：）子层：解决数据帧的可靠传送。解决数据帧的可靠传送。41局域网的数据链路层局域网的数据链路层v划分划分LLCLLC层和层和MACMAC的原因的原因 由由于于在在IEEE802IEEE802之之前前，已已有有多多种种采采用用了了不不同同介介质质不不同同拓拓扑扑结结构构的的局局域域网网存存在在，它它们们采采用用不不同同的的介介质质访访问问方方式式，各各有有其其特特点点和和适适用用场场合合。IEEE802IEEE802无无法法用用一一个个统统一一的的方方法法取取代代它它们们，只只能能允允许许其其共共存存。因因而而为为每每一一种种介介质质访访问问控控制制方方式式制制定定一一个个标标准准，从从而形成了多种介质访问控制协议（而形成了多种介质访问控制协议（MACMAC）。）。 为为了了使使介介质质访访问问控控制制方方式式能能与与上上层层接接口口并并保保证证可可靠靠传传输输，所以在其上面又制定了一个单独子层所以在其上面又制定了一个单独子层LLCLLC子层。子层。42局域网对局域网对 LLC 子层是透明的子层是透明的 局 域 网网络层物理层站点 1网络层物理层媒体接入控制MACMAC数据链路层站点 2LLC LLC 子层看不见子层看不见下面的局域网下面的局域网 仅仅MAC子层依赖于具体的物理介质和介质访问控制方子层依赖于具体的物理介质和介质访问控制方式，而式，而LLC子层与媒体无关（对子层与媒体无关（对LLC子层透明），对上屏蔽子层透明），对上屏蔽了下层的实现细节，使得数据帧的传输独立于所采用的物理了下层的实现细节，使得数据帧的传输独立于所采用的物理介质和介质访问控制方法。介质和介质访问控制方法。逻辑链路控制LLCLLC43MAC子层：子层：与介质、拓扑相关与介质、拓扑相关 适应多种不同的介质访问控制方式的网络。适应多种不同的介质访问控制方式的网络。LLC子层：子层：与介质、拓扑无关与介质、拓扑无关 对上屏蔽了下层的实现细节，使数据传输独立于对上屏蔽了下层的实现细节，使数据传输独立于介质和介质访问控制方法。介质和介质访问控制方法。 在在MAC子层中可以增加新的介质访问方法子层中可以增加新的介质访问方法,适应适应已有的和将来发展的各种物理网络。已有的和将来发展的各种物理网络。44数据链路层的两种不同的数据单元：数据链路层的两种不同的数据单元：LLCPDU和和MAC帧帧45通信需要有两种地址通信需要有两种地址MAC地址：主机在网络中的物理地址，在地址：主机在网络中的物理地址，在MAC帧中传送帧中传送SAP地址：地址：LLC子层上面的服务访问点，在子层上面的服务访问点，在LLC帧中传送。帧中传送。DSAPSSAP控制控制数据数据LLCPDU逻辑链路控制逻辑链路控制 LLC介质访问控制介质访问控制 MAC IEEE 802物理层物理层（）（） （）（） （）（）SAP46LLC子层子层多路复用多路复用主机的主机的LLC子层上设有多个子层上设有多个SAP，向多个高层实体提供服务，向多个高层实体提供服务LAN中的寻址分成两步：中的寻址分成两步：1.根据根据MAC地址找到目的主机地址找到目的主机2.根据根据SAP地址找到主机中的服务访问点地址找到主机中的服务访问点47 逻辑链路控制逻辑链路控制(LLC)子层子层 逻逻辑辑链链路路控控制制子子层层的的规规范范包包含含在在IEEE802.2标标准准中中。这这个个标标准准与与HDLC是是兼兼容容的的，但但使使用用的的帧帧格格式式有有所所不不同同。由由于于HDLC的的标标志志和和位位填填充充技技术术不不适适合合局局域域网网，因因而而被被排排除除，帧帧校校验验序序列列由由MAC子子层层实实现现，因因而而也也不不包包含含在在LLC帧帧结结构构中中。另另外外为为了了适适合合局局域域网网中中的的寻寻址址，地地址址字字段段也也有有所所改变，同时提供目标地址和源地址。改变，同时提供目标地址和源地址。48LLC帧格式帧格式(a)帧结构；帧结构；(b)地址字段；地址字段；(c)控制字段控制字段49物理网络地址（ MAC地址，硬件地址）48bit站点的站点的全球全球唯一唯一的的标识符，与其物理位置无关标识符，与其物理位置无关IEEE是局域网全球地址的法定管理机构，它负责分配地是局域网全球地址的法定管理机构，它负责分配地址六个字节中的前三个字节址六个字节中的前三个字节(即高即高24位位)l物理地址物理地址=ManufactureID（地址块）地址块）+NICID24bit24bitl典型的物理地址典型的物理地址：00-60-8C-01-28-12广播地址（全广播地址（全1地址）：发往所有站点地址）：发往所有站点50物理层物理层 涉及在通信信道上传输的原始比特流，它的主要作用是确保涉及在通信信道上传输的原始比特流，它的主要作用是确保在一段物理链路上二进制位信号的正确传输。在一段物理链路上二进制位信号的正确传输。物理层的物理层的主要功能主要功能：信号的编码：信号的编码/ /解码、解码、同步前导码的生成与去同步前导码的生成与去除除、二进制位信号的发送与接收。另外，为确保位流的正确传输，、二进制位信号的发送与接收。另外，为确保位流的正确传输，还具有还具有CRC CRC 校验功能，以保证信号的正确发送与接收。校验功能，以保证信号的正确发送与接收。局域网物理层制定的标准规范的主要内容局域网物理层制定的标准规范的主要内容：局域网所支持的传输介质与传输距离；传输速率局域网所支持的传输介质与传输距离；传输速率；物理接口的机物理接口的机械特性、电气特性、功能特性和规程特性械特性、电气特性、功能特性和规程特性；传输信号的编码方案传输信号的编码方案；错误校验码及同步信号的产生与删除；拓扑结构；物理信令，物错误校验码及同步信号的产生与删除；拓扑结构；物理信令，物理层向介质访问控制子层提供的服务原语，包括请求、证实、指理层向介质访问控制子层提供的服务原语，包括请求、证实、指示原语。示原语。51信号编码、译码：信号编码、译码：以太网中采用以太网中采用曼彻斯特曼彻斯特编码编码同步同步所所用前同步码的产生与去除用前同步码的产生与去除 MAC子层子层的的MAC帧帧传到物理层传到物理层后后加上一个加上一个8字节的前同步字节的前同步码码 (1010 10101011 ）。）。 作用作用：使接收端在接收使接收端在接收MAC帧时能够迅速实现比特同步。帧时能够迅速实现比特同步。检测到前同步码最后的连着两个检测到前同步码最后的连着两个1时，时，则则后面的信息后面的信息为为MAC帧帧比特的传输与接收比特的传输与接收52IEEE802的主要标准的主要标准 IEEE802 IEEE802为局域网为局域网LANLAN内的数字设备提供了一套连接的标内的数字设备提供了一套连接的标准，后来又扩大到城域网准，后来又扩大到城域网MANMAN。这些标准分别是。这些标准分别是： IEEE802.1 IEEE802.1：定义了局域网的概念和体系结构。：定义了局域网的概念和体系结构。 IEEEIEEE802.2 - 802.2 - 逻辑链路控制逻辑链路控制LLC LLC IEEEIEEE802.3 -802.3 -带冲突检测的载波监听多路访问（带冲突检测的载波监听多路访问（CSMA/CDCSMA/CD）的）的 访问控制方法和物理层规范。访问控制方法和物理层规范。 IEEE IEEE802.4 -802.4 -令牌总线访问控制方法和物理层规范令牌总线访问控制方法和物理层规范 IEEE IEEE802.5 -802.5 -令牌环访问控制方法和物理层规范令牌环访问控制方法和物理层规范 IEEE IEEE802.6 802.6 城域网访问控制方法和物理层规范城域网访问控制方法和物理层规范 IEEE IEEE802.8 FDDI802.8 FDDI（光纤分布数据接口）（光纤分布数据接口） IEEE IEEE802.11 802.11 无线无线LANLAN介质访问控制方法和物理层技术规范介质访问控制方法和物理层技术规范53802.3CSMA/CD802.4Token Bus802.5Token Ring802.6DQDB802.8FDDI802.2数据链路控制数据链路控制 LLC数据链路层数据链路层 物理层物理层LLCMAC802.1B网际互连域网络管理网际互连域网络管理802.1A 体体系系结结构构IEEE802体系结构示意图体系结构示意图PHYIEEE802模型的物理层还包括对传输媒体和拓扑结构的说明。模型的物理层还包括对传输媒体和拓扑结构的说明。IEEE802各各标标准准中中：各各种种局局域域网网的的差差别别就就体体现现在在物物理理层层及及介介质质访问控制层中。访问控制层中。物理层和物理层和MAC子层有区别，与介质和拓扑有关子层有区别，与介质和拓扑有关LLC子层是兼容的，与介质无关子层是兼容的，与介质无关每每种种网网络络结结构构都都必必须须采采用用一一种种策策略略来来控控制制设设备备对对共共享享信信道道的的访访问。问。544.3局域网中的介质访问控制方法局域网中的介质访问控制方法从局域网介质访问控制方法的角度可以把局域网划分为：从局域网介质访问控制方法的角度可以把局域网划分为：共享介质局域网和交换式局域网。共享介质局域网和交换式局域网。传统的局域网采用的是传统的局域网采用的是“共享介质共享介质”的工作方式，其介质的工作方式，其介质访问控制方法是最先实现标准化的。交换式局域网出现后，访问控制方法是最先实现标准化的。交换式局域网出现后，IEEE802委员会对其标准做了增强和改进。委员会对其标准做了增强和改进。局域网中常用的局域网中常用的IEEE802介质访问控制方式（介质访问控制方式（MAC子子层协议）有三种层协议）有三种带有冲突检测的载波侦听多路访问带有冲突检测的载波侦听多路访问(CSMA/CD)-IEEE802.3标准标准 令牌环访问控制（令牌环访问控制（Token-Ring）-IEEE802.5标准标准令牌总线访问控制（令牌总线访问控制（Token-Bus）-IEEE802.4标准标准55