计算机网络 --- 数据链路层中局域网和广域网

局域网

简称LAN（Local Area Network）：是指在某一区域内由多台计算机互联成的计算机组，使用广播信道。

局域网的特点

• 覆盖的地理范围较小，只在一个相对独立的局部范围内联，如一座或集中的建筑群内。
• 使用专门铺设的传输介质（双绞线，同轴电缆）进行联网，数据传输速率高（10Mb/s ~ 10Gb/s）。
• 通信延迟时间短，误码率低，可靠性较高。
• 各站为平等关系，共享传输信道。
• 多采用分布式控制和广播式信道，能进行广播和组播。

决定局域网的主要要素

网络拓扑，传输介质与介质访问控制方法。

局域网拓扑结构

星型拓扑局域网

中心节点是控制中心，任意两个结点间的通信最多只需两步，传输速度快，并且网络构型简单，建网容易，便于控制和管理。但这种网络系统，网络可靠性低，网络共享能力差，有单点故障问题。

总线型拓扑局域网

网络可靠性高，网络结点间响应速度快，共享资源能力强，设备投入量少，成本低，安装使用方便，当某个工作站结点出现故障时，对整个网络系统影响小。

环形拓扑局域网

系统中通信设备和线路比较节省。有单点故障问题：由于环路是封闭的，所以不便于扩充，系统响应延时长，且信息传输效率相对较低。

树型拓扑局域网

易于拓展，易于隔离故障，也容易有单点故障。

局域网的传输介质

• 有线局域网的常用介质：双绞线，同轴电缆，光纤
• 无线局域网的常用介质：电磁波

局域网介质访问控制方法

• CSMA/CD    常用于总线型局域网，也用于树型网络
• 令牌总线    常用于总线型局域网，也用于树型网络，它是把总线型或树型网络中的各个工作站按一定顺序如按接口地址大小排列形成一个逻辑环。只有令牌持有者才能控制总线，才有发送信息的权利
• 令牌环    用于环形局域网，如令牌环网

局域网的分类

以太网

令牌环网

物理上采用了星型拓扑结构，逻辑上是环形拓扑结构。已是明日黄花。

FDDI网（Fiber Distributed Data Interface）

物理上采用了双环拓扑结构，逻辑上是环形拓扑结构。

ATM网（Asynchronous Transfer Mode)

较新型的单元交换技术，使用53字节固定长度的单元进行交换。

无线局域网（Wireless Local Area Network:WLAN）

采用IEEE 802.11标准。

IEEE 802.11

IEEE 802.11是无线局域网的通用标准，它是由IEEE所定义的无线网络通信的标准。

802.11的MAC帧头格式

无线局域网的分类

有固定基础设施无线局域网

无固定基础设施无线局域网的自组织网络

IEEE 802标准

IEEE 802系列标准是IEEE 802 LAN/MAN 标准委员会制定的局域网，城域网技术标准（1980年2月成立）。其中最广泛使用的有以太网，令牌环，无线局域网等。这一系列标准中的每一个子标准都由委员会中的一个专门的工作组负责。

百度百科：

IEEE 802.1 ：局域网体系结构、寻址、网络互联和网络

IEEE 802.1A：概述和系统结构

IEEE 802.1B：网络管理和网络互连

IEEE 802.2 ：逻辑链路控制子层（LLC）的定义。

IEEE 802.3 ：以太网介质访问控制协议 （CSMA/CD）及物理层技术规范 [1]


 


。

IEEE 802.4 ：令牌总线网（Token-Bus）的介质访问控制协议及物理层技术规范。

IEEE 802.5 ：令牌环网（Token-Ring)的介质访问控制协议及物理层技术规范。

IEEE 802.6 ：城域网介质访问控制协议DQDB （Distributed Queue Dual Bus 分布式队列双总线）及物理层技术规范。

IEEE 802.7 ：宽带技术咨询组，提供有关宽带联网的技术咨询。

IEEE 802.8 ：光纤技术咨询组，提供有关光纤联网的技术咨询。

IEEE 802.9 ：综合声音数据的局域网（IVD LAN）介质访问控制协议及物理层技术规范。

IEEE 802.10：网络安全技术咨询组，定义了网络互操作的认证和加密方法。

IEEE 802.11：无线局域网（WLAN）的介质访问控制协议及物理层技术规范。

IEEE 802.11，1997年，原始标准（2Mbit/s，播在2.4GHz）。

IEEE 802.11a，1999年，物理层补充（54Mbit/s，播在5GHz）。

IEEE 802.11b，1999年，物理层补充（11Mbit/s播在2.4GHz）。

IEEE 802.11c，符合802.1D的媒体接入控制层桥接（MAC Layer Bridging）。

IEEE 802.11d，根据各国无线电规定做的调整。

IEEE 802.11e，对服务等级（Quality of Service, QoS）的支持。

IEEE 802.11f，基站的互连性（IAPP，Inter-Access Point Protocol），2006年2月被IEEE批准撤销。

IEEE 802.11g，2003年，物理层补充（54Mbit/s，播在2.4GHz）。

IEEE 802.11h，2004年，无线覆盖半径的调整，室内（indoor）和室外（outdoor）信道（5GHz频段）。

IEEE 802.11i，2004年，无线网络的安全方面的补充。.

IEEE 802.11j，2004年，根据日本规定做的升级。

IEEE 802.11l，预留及准备不使用。

IEEE 802.11m，维护标准；互斥及极限。

IEEE 802.11n，更高传输速率的改善，基础速率提升到72.2Mbit/s，可以使用双倍带宽40MHz，此时速率提升到150Mbit/s。支持多输入多输出技术（Multi-Input Multi-Output，MIMO）。

IEEE 802.11k，该协议规范规定了无线局域网络频谱测量规范。该规范的制订体现了无线局域网络对频谱资源智能化使用的需求。

IEEE 802.11p，这个通信协定主要用在车用电子的无线通信上。它设置上是从IEEE 802.11来扩充延伸，来符合智能型运输系统（Intelligent Transportation Systems，ITS）的相关应用。

IEEE 802.11ac，802.11n的潜在继承者,更高传输速率的改善，当使用多基站时将无线速率提高到至少1Gbps，将单信道速率提高到至少500Mbps。使用更高的无线带宽(80MHz-160MHz)(802.11n只有40MHz),更多的MIMO流(最多8条流),更好的调制方式(QAM256)。目前是草案标准(draft)，预计正式标准于2012年晚些时间推出。Quantenna公司在2011年11月15日推出了世界上第一只采用802.11ac的无线路由器。Broadcom公司于2012年1月5日也发布了它的第一支支持802.11ac的芯片。

IEEE 802.11ae-2012

IEEE 802.12 ： [1] [2-3]


 需求优先的介质访问控制协议（100VG AnyLAN）。

IEEE 802.13 ：(未使用 )【不吉利的数字，没有人愿意使用它---查自《计算机网络-Andrew S. Tanebaum》 Page 63 - 1.6.2 国际标准领域中最有影响的组织】

IEEE 802.14：采用线缆调制解调器(Cable Modem)的交互式电视介质访问控制协议及网络层技术规范。

IEEE 802.15：采用蓝牙技术的无线个人网（Wireless Personal Area Networks，WPAN）技术规范。

IEEE 802.15.1：无线个人网络。

IEEE 802.15.4：低速无线个人网络

IEEE 802.16：宽带无线连接工作组，开发2~66GHz的无线接入系统空中接口。

IEEE 802.17：弹性分组环 （Resilient Packet Ring，RPR）工作组，制定了单性分组环网访问控制协议及有关标准。

IEEE 802.18：宽带无线局域网技术咨询组（Radio Regulatory）。

IEEE 802.19：多重虚拟局域网共存（Coexistence）技术咨询组。

IEEE 802.20：移动宽带无线接入（ Mobile Broadband Wireless Access ，MBWA）工作组，制定宽带无线接入网的解决 。

IEEE 802.21：媒介独立换手（Media Independent Handover）。

IEEE 802.22： [4]


 无线区域网（Wireless Regional Area Network）

IEEE 802.23：紧急服务工作组 （Emergency Service Work Group）

局域网的MAC子层和LLC子层

IEEE 802标准所描述的局域网参考模型只对应OSI参考模型的数据链路层和物理层，它将数据链路层划分为逻辑链路层LLC子层和介质访问控制MAC子层。

LLC

LLC负责识别网络层协议，然后对它们进行封装。LLC报头告诉数据链路层一旦帧被接收到时，应当对数据包作何处理。为网络层提供服务：无确认无连接，面向连接，带确认无连接，高速传送。

MAC

MAC子层的主要功能包括数据帧的封装/卸装，帧的寻址和识别，帧的接收与发送，链路的管理，帧的差错控制等。MAC子层的存在屏蔽了不同物理链路种类的差异性。

广域网

广域网，通常跨接很大的物理范围，所覆盖的范围从几十公里到几千公里，它能连接多个城市或国家，或横跨几个洲并能提供远距离通信，形成国际性的远程网络。

广域网的通信子网主要使用分组交换计数。广域网的通信子网可以利用公用分组交换网，卫星通信网和无线分组交换网，它将分布在不同地区的局域网或计算机系统互连起来，达到资源共享的目的。如因特网是世界范围内最大的广域网。

广域网协议 --- PPP协议

点对点协议PPP（Point - to - Point Protocol）是目前使用最广泛的数据链路层协议，用户使用拨号电话接入因特网时一般都使用PPP协议。
只支持全双工链路

PPP协议应满足的要求

• 简单 对于链路层的帧，无需纠错，无需序号，无需流量控制。
• 封装成帧 帧定界符
• 透明传输 与帧定界符一样比特组合的数据应该如何处理：异步线路用字节填充，同步线路用比特填充
• 多种网络层协议 封装的IP数据报可以采用多种协议。
• 多种类型链路 串行/并行，同步/异步，电/光
• 差错检测 错就丢弃
• 检测连接状态 链路是否正常工作
• 最大传送单元 数据部分最大长度MTU。
• 网络层地址协商 知道通信双方的网络层地址
• 数据压缩协商

PPP协议无需满足的要求

• 纠错
• 流量控制
• 序号
• 不需要支持多点线路

PPP协议的三个组成部分

• 一个将IP数据报封装到串行链路（同步串行/异步串行）的方法。
• 链路控制协议LCP：建立并维护数据链路连接。（身份验证）
• 网络控制协议NCP：PPP可支持多种网络层协议，每个不同的网络层协议都要一个相应的NCP来配置，为网络层协议建立和配置逻辑连接。

PPP协议的状态图

PPP协议的帧格式

广域网协议 --- HDLC协议

高级数据链路控制，是一个在同步网上传输数据，面向比特的数据链路层协议，它是由国际标准化组织（ISO）根据IBM公司的SDLC协议扩展开发而成的。

数据报文可透明传输，用于实现透明传输的“0比特插入法”易于硬件实现

采用全双工通信。

所有帧采用CRC检验，对信息帧进行顺序编号，可防止漏收或重份，传输可靠性高。

HDLC的站

分为主站，从站，复合站

• 主站的主要功能时发送命令（包括数据信息）帧，接收响应帧，并负责对整个链路的控制系统的初启，流程的控制，差错检测或恢复等。
• 从站的主要功能时接收由主站发来的命令帧，向主站发送响应帧，并且配合主站参与差错恢复等链路控制。
• 复合站的主要功能是既能发送，又能接收命令帧和响应帧，并且负责整个链路的控制。

三种数据操作方式：

• 正常相应方式
• 异步平衡方式
• 异步相应方式

HDLC的帧格式

• 信息帧第一位为0，用来传输数据信息，或使用捎带技术对数据进行确认
• 监督帧10，用于流量控制和差错控制，执行对信息帧的确认，请求重发和请求暂停发送等功能
• 无编号帧11，用于提供对链路的建立，拆除等多种控制功能。

PPP协议 & HDLC协议

相同

• HDLC，PPP只支持全双工链路。
• 都可以实现透明传输。
• 都可以实现差错检测，但不纠正差错。

不同