局域网体系结构的特殊性及其对应的计算机网络技术

2023-10-22 理论教育版权反馈

【摘要】：图6—1局域网体系结构模型与OSI/RM的对应关系2.局域网的数据链路层在局域网技术中，允许底层实现技术的多样性，物理层可采用多种传输介质、拓扑结构和信号形式，各有自己的特点，适合于不同的应用。从局域网体系结构看，网卡地址由MAC子层识别，因此其技术名称为M

ISO/OSI RM是具有一般性的网络体系结构模型，其作为一种标准框架为构建网络提供了一个参照系，但它早先更多是针对广域网考虑的。局域网作为网络中一个特殊的分支，有自身的技术特点。另外由于局域网实现方法的多样性，所以并不完全套用OSI体系结构。

1.局域网体系结构的特殊性

局域网相对于广域网的特殊性表现在以下两个方面。

（1）传统局域网大多采用共享信道广播方式通信，当通信局限于一个局域网内部时，在任意两个节点之间都有唯一的路由，一个节点发出的信息其他所有节点都可以收到，不存在路由选择问题，即网络层的功能可由链路层完成，所以局域网中通常不单独设立网络层。因此，局域网本身就是一个通信子网，只涉及相当于ISO/OSI参考模型最低两层的功能（物理层与数据链路层）。局域网的第四到第七层高层功能，局域网系统没有明确定义，由具体的局域网操作系统（NOS）来实现。

（2）由于共享信道的多点接入问题，存在信道“共享/独占”之间的矛盾，必须通过介质访问控制技术解决。网络中的数据链路层是为了解决链路上两点之间通信可靠而设立的，而对于多点接入的局域网链路而言，发送节点首先要获得信道使用权才谈得到与接收端通信的可靠性问题。所以，局域网的数据链路层首先要解决发送节点获得介质使用权的问题，即介质访问控制问题。对于采用不同网络拓扑结构的局域网，在数据链路层不可能定义一种与介质无关的、普遍适用的介质访问控制方法，因此局域网的参考模型将数据链路层分为两个子层：逻辑链路控制子层LLC（Logical Link Control）和介质访问控制子层MAC（Media Access Control）。由LLC子层完成与介质无关的数据链路层功能，而由MAC子层完成与介质相关的访问控制功能，两个子层共同完成数据链路层的全部功能，这是局域网最具代表性的特色。针对LAN自身特点，IEEE802委员会提出了局域网体系结构参考模型（LAN RM），它与OSI参考模型的对应关系如图6—1所示。

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图6—1　局域网体系结构模型与OSI/RM的对应关系

2.局域网的数据链路层

在局域网技术中，允许底层实现技术的多样性，物理层可采用多种传输介质、拓扑结构和信号形式，各有自己的特点，适合于不同的应用。

不同于广域网的数据链路层只是点对点连接那样简单，局域网面对不同的物理拓扑结构，因而需要采用不同的介质访问控制方法。为了既适应局域网特点，又不至于使得数据链路层过于复杂，IEEE802标准将局域网的数据链路层划分为介质访问控制MAC和逻辑链路控制LLC两个子层。LLC子层对所有局域网是统一的，只有MAC子层才针对不同的局域网有各自的标准（对不同类型的局域网，区别在于MAC子层）。

IEEE 802参考模型如图6—2所示。

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图6—2　IEEE 802参考模型

（1）逻辑链路控制LLC子层。

①LLC子层的作用。LLC子层构成了数据链路层的上半部分。为了独立于低层不同的物理介质和介质访问控制方法，将数据链路层功能中与硬件相关的部分和与硬件无关的部分分开，降低实现的复杂度，IEEE802标准特意定义了一个LLC单独子层，集中了与介质访问无关的部分，可运行于各种802局域网MAC子层之上。它对上层屏蔽了低层各种不同物理层拓扑形状、介质访问控制方式的差异，对所有类型的局域网是通用的，即不论介质访问协议如何，LLC子层的机制都是一样的。LLC子层用IEEE 802.2标准规定。这样，仅让MAC子层涉及物理介质和介质访问控制方法，低层就可采用多种不同的技术实现，适应已有的和未来发展的各种物理网络，具有可扩充性。LLC子层在MAC子层的支持下向高层提供服务，完成数据成帧、差错控制、流量控制、链路管理四方面功能，将不可靠的信道处理为可靠的信道，确保数据帧的正确传输，并且向高层提供一个统一的接口（即服务访问点SAP）。

②LLC子层功能。逻辑链路控制LLC子层的主要功能如下：

A.建立和释放数据链路层的逻辑连接；

B.提供与高层的逻辑接口，即向高层提供一个或多个服务访问点SAP；

C.具有帧的接收、发送及差错控制和流量控制等功能；

D.给LLC帧加上序号，以进行发送顺序控制。

③LLC子层的服务访问点。LLC子层服务访问点SAP，实际上是主机中运行的上层协议进程的地址。一个主机中可以同时运行多个上层协议的进程，因而LLC子层上面就有多个服务访问点，以便向上层的多个进程提供服务。一个上层应用进程可以同时使用多个服务访问点，但一个服务访问点在一段时间只能由一个上层应用进程调用。IEEE 802.2的LLC帧中地址字段分别用DSAP（目标服务访问点）和SSAP（源服务访问点）表示目标进程地址和源进程地址。

（2）介质访问控制MAC子层。(www.chuimin.cn)

①MAC子层的作用。介质访问控制MAC子层（也称介质接入控制子层）构成了数据链路层的下半部分，是一种控制使用通信介质的机制，它直接与物理层相邻，其主要作用是执行管理和分配信道的协议规范，进行介质接入控制和对信道资源的分配，与访问各种类型的传输介质有关的问题都放在此层解决，对应着不同类型的局域网底层技术。MAC子层主要有以下两个功能。

A.在物理层的基础上进行无差错通信，发送信息时负责把LLC帧封装成带有MAC地址和差错校验字段的MAC帧，接收数据时执行地址识别和差错校验，对MAC帧进行解封，如图6—3所示。

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图6—3　LIC帧和MAC帧的关系

B.完成对共享传输介质的访问控制，解决信道使用权问题，包括介质分配和冲突解决。介质访问控制方法决定了局域网的主要性能，它对局域网的响应时间、吞吐量和带宽利用率等性能都有十分重大的影响。

由于设立了MAC子层对应不同的物理层，也就使得IEEE 802标准具有了可扩充性，有利于将来接纳新的介质和介质访问控制方法，同时也不会使局域网技术的发展或变革影响到高层。

②MAC子层的地址。在局域网中，联网计算机通过网络适配器（俗称网卡）接入信道进行通信。每一块网卡都有一个全球唯一的48bit（6Byte）的地址，作为站点的标识符。从局域网体系结构看，网卡地址由MAC子层识别，因此其技术名称为MAC地址。MAC地址由生产厂家固化在网卡中，所以也称为网卡物理地址。当一台计算机插上一块网卡后，该计算机的物理地址实际上就是该网卡的MAC地址。

48位二进制的网卡地址通常以十六进制数表示，如02.60.8　C.67.05.A2。

③MAC地址的组成。

MAC地址由两部分组成：生产商ID和设备ID。

A.生产商ID。MAC地址的前3字节（高24位）为厂商标识，由网卡生产厂商向局域网地址的法定管理机构IEEE购买，正式名称是“机构唯一标识符OUI”。例如：3Com公司的为00—60—8C，Intel公司的为00—AA—00，IBM公司的为08—00—5A，H3C公司的为00—EO—FC。有些生产厂商可能有几个不同的生产商ID。

B.设备ID。MAC地址的后3字节（低24位）代表制造商为某具体设备分配的ID（生产流水号），正式名称为“扩展标识符”。

局域网每台计算机发出的各数据帧都带有源MAC地址和目的MAC地址。因此，虽然以太网采用“广播”方式传送数据帧，每台计算机的网卡都会收到，但在对比目的MAC地址是否与自己相同之后，就可以决定是否接收或丢弃。利用MAC地址，在一个广播信道上是可以实现点到点通信的。

从局域网参考模型可看出，局域网链路层有两种不同的数据单元：LLC帧和MAC帧。高层的协议数据单元传到LLC层，加上适当的首部就构成了LLC子层的协议数据单元LLC帧。LLC帧再向下传到MAC层时，加上适当的首部，就构成了MAC子层的协议数据单元MAC帧。

3.局域网进程间的通信及寻址

在局域网中，通信的进程间寻址分为两步：先要寻址站点，然后再寻址站点中运行的进程，需用到两级地址，即MAC地址与SAP地址，如图6—4所示。

（1）站点的地址是MAC子层地址，即网卡地址，用以找到网络中的某个工作站，剥去MAC帧的首尾控制信息并上交给LLC子层。

（2）用LLC帧地址寻找该站点的某个服务访问点SAP（即进程地址），将数据交给相应的进程进行处理。

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