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计算机网络原理与应用
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复习
• 使用点对点信道的数据链路层
– 数据链路和帧
– 封装成帧、透明传输和差错检测
• 点对点协议 PPP
– 特点
– 帧格式
– 工作状态
• 提问：P105习题第1、4题
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第 3 章 数据链路层
使用广播信道的数据链路层
• 使用广播信道的数据链路层
– 掌握局域网基础知识
– 理解局域网基本组成
– 掌握局域网介质访问方法
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局域网概述
局域网（Local Area Network，简称LAN）是指在某一
区域内由多台计算机互联成的计算机组。局域网可以实现文
件管理、应用软件共享、打印机共享、扫描仪共享、工作组
内的日程安排、电子邮件和传真通信服务等功能。
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1. 局域网特点
• 网络所覆盖的地理范围比较小；
• 数据的传输速率比较高，一般为1Mbps～1000Mbps；
• 具有较低的延迟和误码率,误码率通常在10-11～10-8；
• 局域网的经营权和管理权属于某个单位；
• 便于安装、维护和扩充，建网成本低、周期短；
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局域网的优点
• 能方便地共享昂贵的外部设备、主机以及软件
• 便于系统的扩展和逐渐地演变，各设备的位置可灵活调
整和改变
• 提高了系统的可靠性、可用性
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局域网在家庭中的应用
• 文件的共享
• 外部设备的共享
• Internet共享
• 联机游戏
• ……
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局域网在校园中的应用
• 多媒体教学
• 网络学校
• 学生信息管理
• ……
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局域网在办公中的应用
• 企业内部的文件共享、打印共享服务
• 提高企业的办公自动化水平
• 使企业局域网与Internet相连
• ……
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2. 常见的局域网拓扑结构
• 星型拓扑
• 总线拓扑
• 环型拓扑
• 树型拓扑
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（1）星型拓扑
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星型拓扑结构工作原理
• 在星型拓扑结构中，每个结点都通过点到点
通信线路与中心结点连接，结点间的通信都
通过中心结点进行。
• 中心结点通常是集线器或交换机。
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星型拓扑——优缺点
优点：
结构简单，管理方便，可扩充性强，组网容易
缺点：
成本较高，中央结点故障全网停工
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（2）总线拓扑
同轴电缆
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总线拓扑结构工作原理
• 网络中所有设备通过连接器并行连接到一个
传输电缆(通常称之为 “总线”)上，并在两
端加装一个称之为“终接器”的组件。
• 总线型网络所采用的传输介质一般也是同轴
电缆(包括粗缆和细缆)，现在也有采用光缆
作为总线型传输介质的。
• 结点之间按广播方式通信，一个结点发出的
信息，总线上的其它结点均可“收听”到。
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总线拓扑——优缺点
优点：
结构简单、布线容易、可靠性较高，易于扩充，
是局域网常采用的拓扑结构。最著名的总线拓扑
结构是以太网（Ethernet）。
缺点：
所有的数据都需经过总线传送，总线成为整个网
络的瓶颈；出现故障诊断较为困难。
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（3）环型拓扑
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环型拓扑结构工作原理
• 在环型拓扑结构中，所有结点通过点到点通信线路连接
成闭合环路。
• 每个结点能够接收同一条链路传来的数据， 当消息中的
目标地址与通过某结点的地址相同时，该消息就被该结
点复制下来，继续向下传递，直到回到原发送结点为止。
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环型拓扑——优缺点
优点：
有效避免冲突；消息单向传输，不需要路径选择。
缺点：
环中任何一段故障都会使结点之间通信受阻；故障检
测困难。
环线拓扑主要应用于宽带高速网络
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（4）树型拓扑
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树型拓扑结构工作原理
• 树型结构是总线型结构的扩展，它是在总线网上加上分
支形成的，其传输介质可有多条分支，但不形成闭合回
路。
• 树型网是一种分层网，其结构可以对称，联系固定，具
有一定容错能力，一般一个分支和结点的故障不影响另
一分支结点的工作。
• 任何一个结点送出的信息都由根接收后重新发送到所有
的结点，可以传遍整个传输介质，也是广播式网络。
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树型拓扑——优缺点
优点：
易于扩展，故障隔离较容易。
缺点：
各个结点对根的依赖性大，对根的可靠性要求高
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拓扑结构的选择
• 经济性——安装与维护费用
• 灵活性——灵活性与可扩充性
• 可靠性——故障检测和故障隔离的方便性
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3. 局域网的发展
• 传统以太网（
• 快速以太网（100Mb/s）
• 吉比特以太网（1Gb/s）
• 10吉比特以太网（10Gb/s）
• 以太网在局域网市场上占据绝对优势
• 现在以太网几乎成为局域网的同义词
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4.局域网使用的传输介质
• 双绞线：1-2Mb/s,10Mb/s,100Mb/s,1Gb/s
• 50Ω同轴电缆：10Mb/s
• 75Ω同轴电缆：几百Mb/s
• 光纤：10Mb/s,100Mb/s,1Gb/s,10Gb/s
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5. IEEE 802标准
• 为规范局域网技术，使不同系统能够交换信息，
美国电气和电子工程师学会IEEE（Institute
of Electrical and Electronics Engineers)在
1980年2月专门成立了机构来制定局域网的有
关标准，并按成立时间取名为“IEEE802局域
网标准委员会”，简称“IEEE802委员会”。
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IEEE802标准的主要成员
- CSMA/ - CSMA/CD（以太网）（以太网）
- Token Bus - Token Bus （令牌（令牌总线总线））
- Token - Token Ring（令牌（令牌环环））
– – 宽带宽带技技术术
– – 无无线线局域网局域网
– – 无无线线个人局域网个人局域网
- - 虚虚拟拟局域网局域网
一般情况下，我一般情况下，我们们将将局域网都称局域网都称为为以太网以太网
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6. 局域网的体系结构
• 局域网是一种通信网络，只涉及到OSI模型中的数据
链路层和物理层，不涉及高层的内容
7.应用层
6.表示层
5.会话层
4.运输层
3.网络层
2.数据链路层
1.物理层
高层
LLC子层
MAC子层
物理层
OSI参考模型 IEEE 802参考模型
局域网
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局域网的体系结构中为什么没有网络层？
• 局域网的拓扑结构简单，且各个站点共
享传输信道，在任意两个结点之间只有
唯一的一条链路，不需要进行路由选择，
所以在局域网中不单独设置网络层。
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局域网的体系结构
• 物理层——原始比特流的传送、局域网所使
用的信号、编码、传输介质、拓扑结构和传
输速率。
• 数据链路层
LLC子层——逻辑链路控制，负责与硬件无关的功
能，包括数据链路的建立和释放、LLC帧的封装和
拆卸、差错控制、提供与高层的接口等。
MAC子层——媒体接入控制，提供LLC层和物理层
的接口,主要用来解决多个结点如何使用共享介质的
问题。
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MAC子层
• 局域网中的多个设备共享公共传输媒体，在
设备之间传输数据时，首先要解决由哪些设
备占有媒体的问题，所以局域网的数据链路
层必须设置媒体接入控制功能。
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LLC 子层
• 由于局域网采用的媒体有多种，对应的媒体接入控
制方法也有多种，为了使数据帧的传送独立于所采
用的物理媒体和媒体接入控制方法，IEEE 802 标
准特意把 LLC 独立出来形成一个单独子层。
• 与接入到传输媒体有关的内容都放在 MAC子层，
而 LLC 子层则与传输媒体无关，不管采用何种协
议的局域网对 LLC 子层来说都是透明的。
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局域网对 LLC 子层
是透明的
局 域 网
网络层
物理层
站点 1
网络层
物理层
逻辑链路控制 LLC LLC
媒体接入控制 MAC MAC
数据
链路层
站点 2
LLC LLC 子层看不见子层看不见
下面的局域网下面的局域网
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局域网基本组成
• 硬件系统
• 软件系统
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1. 硬件系统
（1）网络服务器
• 服务器是网络环境下为客户提供某种服务的专用高性能
计算机，专注于数据吞吐能力，所以支持的外设（硬盘、
I／O插槽等）较多。存储、处理网络上80％的数据、信
息，被称为网络网络服务器的性能要求的灵魂。
– 高速度
– 大容量
– 安全可靠性高
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（2）工作站
• 工作站是一种高档的微型计算机，通常配有高分
辨率的大屏幕显示器，专注于图形处理能力，所
以外设则相对少一些，但采用特别为图形处理设
计的架构，采用高档显示卡，支持3D图像处理。
工作站主要应用在各种设计、多媒体制作领域。
1. 硬件系统
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（3）适配器
• 适配器(adapter)又称为网卡或网络接口卡
NIC (Network Interface Card)，是指插入与
网络连接的PC机或工作站内的硬件设备，通
过它能将工作站或服务器连接到网络上，实
现网络资源的相互通信。
1. 硬件系统
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适配器的作用
• 适配器的重要功能：
–进行串行/并行转换。
–对数据进行缓存。
–在计算机的操作系统安装设备驱动程序。
–实现以太网协议。
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计算机通过适配器和局域网进行通信
硬件地址
至局域网适配器
（网卡） 串行通信
CPU 和
存储器
生成发送的数据
处理收到的数据
把帧发送到局域网
从局域网接收帧
计算机
IP 地址
并行
通信
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1. 硬件系统
（4）传输介质
• 传输介质是网络中信息传输媒体，是网络通
信的物质基础。须根据不同的通信要求，合
理的选择传输介质。
• 常见的传输介质双绞线、同轴电缆、光纤以
及各种无线传输介质。
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2. 软件系统
• 协议软件
• 通信软件
• 管理软件
• 网络操作系统软件（服务器操作系统）
– Windows类 、Unix系统、Linux
• 网络应用软件等
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局域网介质访问方法
• 静态划分信道
– 频分复用
– 时分复用
– 波分复用
• 动态媒体接入控制（多点接入）
– 随机接入
– 受控接入 ，如令牌环网
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局域网介质访问方法
• 当多个结点发送的消息在总线上混合，这种
现象称为冲突现象，这使目标结点无法辨认。
• 介质访问问题是指：如何避免冲突，以及当
冲突发生时，如何处理这些冲突。
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1. 介质访问方法简介
• 带冲突检测的载波监听多路访问CSMA/CD
• 令牌环访问控制
• 令牌总线访问控制
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2. CSMA/CD
• CSMA/CD ( Carrier Sense Multiple Access
with Collision Detection)，包含两个方面的内
容：载波监听多路访问和冲突检测。
• CSMA/CD概括为：先听后发、边发边听、冲
突停止、随机延迟后重发。
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（1）载波监听多路访问
• “多路访问”表示许多计算机以多点接入的方式连接
在一根总线上。
• “载波监听”是指每一个站在发送数据之前先要检测
一下总线上是否有其他计算机在发送数据，如果有，
则暂时不要发送数据，以免发生碰撞。
• 总线上并没有什么“载波”。因此， “载波监听”就
是用电子技术检测总线上有没有其他计算机发送的数
据信号。
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导致冲突有两种情况：
• 一种是两个或两个以上的结点同时发现总线
空闲，同时向总线发送数据信号。
• 另一种是由于时延的存在，检测时认为总线
是空闲的，但实际上总线已被其他结点占用，
并非真正的空闲。
（2）冲突检测
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处理冲突方法
• 当检测到发生冲突后，停止发送数据，然
后延迟一段时间，再去抢占总线，为了尽
量减少冲突，延迟时间采用“随机数”的
控制方法。
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本节小结
• 局域网基础知识
• 局域网基本组成
• 局域网介质访问方法
