局域网组网技术

与为了互联全球不同网络而设计的、复杂的OSI七层模型不同局域网参考模型更专注于解决一个局部区域内的网络通信问题。因此它的结构被大大简化了。下图清晰地展示了局域网参考模型与OSI模型的关系一、设计思想简化与专注局域网参考模型的设计主要基于以下两点考虑无需网络层在局域网内部物理寻址MAC地址和网络拓扑结构相对简单。数据传输不需要像互联网那样进行复杂的路径选择路由数据从源设备到目的设备通常只有一条最优路径。因此局域网参考模型不单独设立网络层。强化数据链路层由于所有设备共享同一条传输介质总线如何公平、高效地分配介质的使用权成为了一个核心问题。为此局域网模型将OSI的数据链路层一分为二增加了专门解决介质访问控制的介质访问控制MAC子层。二、局域网参考模型的层次结构基于上述设计思想局域网参考模型主要由物理层和数据链路层分为两个子层组成。1. 物理层物理层是模型的最底层负责处理实际的物理传输介质。它的主要任务是屏蔽物理设备和传输介质的差异为上一层MAC子层提供一个透明的、可靠的比特流传输服务。物理层的具体职责包括定义接口特性规定网卡与传输介质如双绞线、光纤之间的机械特性接头形状、尺寸、电气特性信号电压、时序、功能特性各个引脚的作用和规程特性信号传输的顺序。定义传输介质明确网络可以使用哪些介质例如双绞线、同轴电缆、光纤、无线电波等。定义信号编码规定如何将MAC子层传来的二进制数据0和1转换成可以在物理介质上传输的物理信号如曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码。定义比特率规定数据传输的速率例如10Mbps、100Mbps、1Gbps等。2. 数据链路层这是局域网参考模型的核心。它将原始的、不可靠的物理层连接改造成一个相对可靠的逻辑数据传输链路。为了实现这一目标它被细分为两个子层逻辑链路控制LLC子层和介质访问控制MAC子层。2.1 介质访问控制MAC子层MAC子层是数据链路层的下半部分它直接与物理层打交道。它的核心任务是解决“哪个设备可以发送数据”以及“如何发送”的问题。MAC子层的具体职责包括介质访问控制这是MAC子层最核心的功能。它通过特定的协议如以太网的CSMA/CD、令牌环网的令牌传递来协调多个设备对共享介质的访问避免或处理数据冲突。封装成帧将从LLC子层接收到的数据加上一个MAC首部和一个MAC尾部封装成一个完整的帧。MAC首部包含了源MAC地址和目的MAC地址。物理寻址MAC地址是一个48位的唯一标识符固化在网卡上。MAC子层使用这个地址来标识帧的发送者和接收者。差错检测MAC帧的尾部包含一个帧检验序列FCS字段通常是CRC校验。当接收方收到一个帧后会用这个字段来判断帧在传输过程中是否发生了比特错误。如果发现错误则直接丢弃该帧以太网提供的是“尽力而为”的、不可靠的服务。透明传输解决帧定界问题确保数据中与帧首尾界定符相同的比特模式不会干扰帧的起始和结束。2.2 逻辑链路控制LLC子层LLC子层位于MAC子层之上它屏蔽了底层不同MAC协议如以太网、令牌环的差异为网络层上层协议提供一个统一的接口。LLC子层的具体职责包括提供统一接口LLC子层为网络层提供三种类型的服务无确认无连接服务不建立连接不确认收到。这是以太网默认使用的服务效率高但不可靠。有确认无连接服务不建立连接但每个帧都需确认。可靠性更高。面向连接的服务通信前先建立逻辑连接提供流量控制和差错恢复。帧的封装与解封在来自网络层的数据包前加上一个LLC首部。LLC首部主要包含目的服务访问点DSAP和源服务访问点SSAP用于标识数据包属于上层的哪个网络层协议如IP协议。三、关键概念辨析OSI模型 vs. 局域网参考模型OSI模型是一个通用的、理论上的7层通信模型而局域网参考模型是针对局域网场景的、简化的、仅有2层的实际模型它是OSI模型思想在局域网中的具体实现。MAC地址 vs. IP地址MAC地址是物理地址固化在网卡上在局域网内部用于寻址类似于一个人的身份证号码是唯一的但不可改变。IP地址是逻辑地址由网络管理员分配在互联网中用于寻址类似于一个人的家庭住址是可变的可以反映其所在的位置。LLC子层 vs. MAC子层MAC子层关注的是如何访问物理介质如CSMA/CD协议和硬件寻址而LLC子层关注的是如何为网络层提供服务并隐藏底层硬件的差异。四、总结与理解要点核心差异局域网参考模型与OSI模型的最大区别在于它没有网络层并将数据链路层一分为二。这是因为局域网内部无需路由而介质访问控制是关键问题。层次关系数据从网络层下来后先经过LLC子层加上LLC首部再交给MAC子层加上MAC首部和尾部最后由物理层发送出去。接收过程则相反。功能划分LLC子层负责“逻辑连接”与上层对话MAC子层负责“物理访问”与介质和硬件对话。总的来说局域网参考模型是理解所有局域网技术如以太网、Wi-Fi的基石。它回答了“在有限范围内一组设备如何高效、公平地共享同一个通信通道”这个根本问题。