一、概述

1、LAN之概念

局域網（LAN，Local Area Network）術語是從網絡所提供服務的地理范圍的角度而得名。在許多相關標準中都給出了局域網的術語定義，具體詳見下表1，雖然它們的表述略有不同，但其含義是相同的，可以加深我們的理解。

表 1：局域網（LAN）的定義

術語“局域網”最早是源自于1980年由美國的施樂公司（Xerox）公司為先導，后來英特（Intel）公司和DEC公司加盟聯合開發的一種稱為“以太局域系統（Ethernet）”。IEEE 802標準委員會（LMSC）在研究局域網系統時，將該技術作為辦公自動化用局域網的基本技術（即CSMA/CD技術）。因此，直到現在，人們將LMSC開發的這個辦公自動化用局域網仍然也稱之為“以太網（Ethernet）”。

局域網（LAN）出現的初期，通常僅需在小范圍內（如建筑物或校園內）連接十幾臺到幾十臺計算機，計算機間以傳輸文本數據為主。為了節約通信媒體和提供廣播通信能力，早期的局域網無論采用哪種拓撲結構，幾乎都毫無例外地采用共享通信媒體的方式。局域網絡提供的基本通信功能都是基于幀（frame-based）的，具有源和目標尋址以及異步定時，在基于幀的系統中，幀格式是可變長度的數據字節序列。

目前的局域網（LAN）或稱以太網（Ethernet），其技術標準主要是由IEEE 802標準委員會，即當初的局域網/城域網標準委員會（LMSC，LAN/MAN Standards Committee）研究開發并發布的（稱之為IEEE 802標準）。由于其采用了不同的媒體訪問控制方法，發布有多套局域網的標準，且大部分較少應用，唯有802.3標準（CSMA/CD-LAN）仍然在不斷修訂補充更新之中。

欲具體了解IEEE 802.3標準情況介紹的請進入。

2、LAN的媒體訪問控制方法

根據IEEE 802標準，局域網的媒體訪問控制（MAC）子層采用了不同的MAC協議，這些協議基于不同的媒體訪問控制方法，形成了不同的局域網技術的LAN，如最早開發的載波偵聽多路訪問/碰撞檢測（CSMA/CD，Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection）技術，是目前LAN使用最多最為普及的一種媒體訪問控制方法。以及后來又陸續推出的媒體訪問控制方法有：令牌傳輸總線技術、令牌環技術、分布式隊列雙總線（DQDB）技術、按需優先技術、集成業務技術、光纖分布式接口（FDDI）技術、等等。采用這些后續開發的媒體訪問控制方法的LAN，其市場應用遠比CSMA/CD-LAN要遜色的多，因此LMSC已解散了這些標準研制的工作組，唯有802.3工作組（CSMA/CD-LAN）目前仍然十分活躍。下表1-2-1給出了上述各種媒體訪問控制方法的基本情況，包括對應的標準編號（含IEEE 802標準、ISO標準和我國標準）、所支撐的數據傳輸速率及使用的物理媒體等情況；下表1-2-2是對上述各種媒體訪問控制方法的介紹。

表 1-2-1：LAN各種媒體訪問控制方法對應的基本情況

表 1-2-2：LAN各種媒體訪問控制方法介紹

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3、LAN的參考模型（RM）

我們知道，局域網（LAN）是IEEE 802網絡家族的一種，因此，LAN的參考模型（RM，Reference Models）與IEEE 802網絡的參考模型（RM）一樣，它也只涉及到國際標準化組織（ISO）定義的開放系統互聯/基本參考模型（OSI/RM）的最底兩層，即層1-物理層（PHY）和層2-數據鏈路層（DLL）。然而，為了實現不同的局域網技術，對層1和層2進行了子層的分層。

欲詳細了解IEEE 802網絡及其參考模型（RM）介紹的請進入。

對于層2的數據鏈路層（DLL），通常從上到下它分為了邏輯鏈路控制（LLC，Logical Link Control）子層和媒體訪問控制（MAC，Medium Access Control）子層，兩個子層一起完成在OSI/RM中所定義的數據鏈路層（DLL）的預期功能。MAC 子層實現不同的媒體訪問控制方法，從而形成不同的局域網技術。LLC子層與媒體及訪問控制無關，因此，所有IEEE 802網絡都遵從一個LLC規范，該規范是由IEEE 802.2標準（GB/T 15629.2）指定的。而LLC使用MAC的服務為網絡層提供服務，LLC子層解決常規數據鏈路層的問題，對網絡層提供統一的兩類數據鏈路層服務（無連接服務與有連接服務），從而屏蔽了不同MAC子層間的差異。

欲詳細了解IEEE 802.2標準規定的LLC規范的請進入。

對于層1的物理層（PHY）的分層，不同的媒體訪問控制方法的局域網有所不同，特別是基于CSMA/CD技術的局域網，為了實現不同的數據傳輸速率，其物理層的分層變得比較復雜。下圖1-3給出了100GMbit/s速率的CSMA/CD技術局域網的參考模型（RM）示例，可見其物理層的分層。

圖 1-3：100GMbit/s速率的CSMA/CD技術局域網的參考模型（RM）

二、LAN的MAC子層

1、概述

對于不同媒體訪問控制方法的局域網（LAN），其關鍵區別就在于媒體訪問控制（MAC）子層的實現，即MAC協議的不同。然而，各種技術的局域網MAC子層的基本功能是相同的，MAC子層用來處理共享通信媒體使用權限控制，因為局域網大都采用“競爭”或輪流使用“發送權標”（如Token，也譯作令牌）的方式來控制共享媒體的使用權。下表2-1列出了局域網MAC層的通用功能。根據IEEE 802的相關局域網技術的標準，MAC子層應規范的內容包括：MAC子層的服務規范；MAC子層的幀結構；MAC的功能、方法與操作等內容。

表 2-1局域網MAC層的通用功能

2、MAC規范內容介紹

MAC子層的服務：通常應包括MAC與LLC層間的服務、PHY層與MAC層間的服務以及與管理層的交互等。這種服務是用抽象的方法描述的，即用“原語”，并不隱含任何的實現或任何外漏接口。

MAC子層的幀結構：我們知道，局域網絡都是具有一種基于幀（frame-based）的基本通信功能，這就需要規范MAC子層的幀結構。為了實現不同的媒體訪問控制方法，不同的局域網技術的幀格式是有所不同的，即構成的字段不同。但幀結構就是一個數字比特序列（多常用十六進制表示），通常應包括：幀起始部分或稱報頭部分、MAC地址部分、數據信息部分和幀結束部分或稱報尾部分，各部分又有多個字段構成包括字段的比特位數。各部分的作用詳見下表2-2的描述。特別指出的是，各48位的源地址和目的地址其分配與管理是由IEEE注冊機構（RA，Registration Authority）實施的，以確保世界上每臺接入局域網的設備都有唯一的MAC地址。

表 2-2：MAC幀結構各部分的用途

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MAC的功能、方法與操作：其內容是依據不同的媒體訪問控制方法，對MAC子層提出具體的功能要求、具體媒體訪問的控制方法和操作做出規定。

三、LAN的物理層（PHY）

1、概述

在國際標準化組織（ISO）定義的開放系統互聯/基本參考模型（OSI/RM）分層中，其物理層（PHY）的作用是：為數據鏈路層提供一個物理連接。在這里，“物理連接”不是永遠存在于物理媒體上的，而是需要有物理層去建立、維持和終止。總之，物理層的功能是提供機械、電氣、功能和規程特性。物理層的數據傳輸單位是比特。其物理層的具體功能可詳見下表3-1的描述。在IEEE 802的不同局域網技術的標準中，對其物理層的這些功能做出了具體詳細規范。

表3-1：物理層的具體功能描述

表中，對于物理層關于物理媒體的選擇，可以是有線媒體和無線媒體，如果選擇自由空間的無線媒體就成為了無線局域網（WLAN）。應該說，這里所說的局域網多是指采用有線媒體。對于有線媒體，最早的局域網技術采用的是同軸電纜（粗纜）作為傳輸媒體，后來逐步采用了雙絞線線對（屏蔽或非屏蔽）和光纖（單模或多模）。目前基于CSMA/CD技術的局域網，當采用光纖媒體，其支持的數據傳輸速率可達400Gbit/s甚至更高。

2、CSMA/CD技術局域網的物理層

在我國，目前在網使用的局域網幾乎都是基于CSMA/CD技術的局域網（甚至包括WLAN）。對于CSMA/CD-LAN，為了適應多種不同物理媒體、不同的拓撲結構和不同傳輸速率的需要，IEEE 802.3工作組將其物理層進一步分層，且隨著物理層支持的數據傳輸速率的提高，其分層更多，分層的層間對應有專門的接口，其分層和對應接口完成不同的功能，使得物理層的分層更為復雜。下圖3-2示例了10/100/1000Mbit/s物理層分層情況，以助于了解其CSMA/CD-LAN物理層隨數據速率的提高的分層變化情況。

圖3-2：10/100/1000Mbit/s物理層分層情況示意圖

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四、網間互連

對于一個局域網（LAN），大多數情況是網內各端站間的通信，但是，也有網內某端站需與其它LAN（或不同技術的LAN）、或其它IEEE 802網絡上的端站進行通信。此時，就需要網間的互聯互通，對于局域網的互聯互通的方法，IEEE 802標準根據局域網的分層建立了三種機制：一是通過物理層互連（使用通常稱為中繼器或集線器的設備）；二是通過MAC層互連（使用被稱為橋接器的設備）；三是通過網絡層互連（使用通常稱為路由器的設備）。

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欲進一步了解相關技術LAN的請進入：CSMA/CD-LAN；令牌環LAN；令牌總線LAN