局域网的传输介质主要有

按地理覆盖范围，计算机网络分为局域网LAN（Local Area Network）和广域网WAN（Wide Area Network）两类。局域网LAN是一种局限在较小范围的计算机网络，通常覆盖一栋大楼或一组建筑群，往往为一个单位或部门所有，为所在单位的网络通信、信息管理、资源共享等提供服务。例如，一个计算机教室中的计算机组成的网络属于一个局域网；一个单位办公大楼内的计算机组成的网络和一个学校多栋大楼组成的网络属于一个有一定规模的局域网。

广义上讲，LAN以外的网络都可以归为WAN的范畴。有的网络定义在LAN和WAN之间引入了校园网、企业网和城域网的概念，前者指覆盖大学校园、企业园区分散建筑群的网络，后者指以同一城市、同一行业范围内建设的专用网络，覆盖范围为数十千米。从本质上讲，校园网、企业园区网也是局域网范畴，属于规模较大的局域网，涉及的技术也是以局域网技术为主。而城域网跨度大，需要采取远程通信技术，即广域网技术，实际上是广域网和局域网技术的结合。

4.1.1　局域网的特点及技术

局域网由于通信距离局限在一定的范围内，具有与城域网、广域网完全不同的技术和特点。局域网主要的特点如下：

①地理范围有限，涉及范围一般只有几千米，覆盖范围可以是办公室、机房、建筑物、公司和学校等；

②通信速率高，一般采用基带传输，局域网的速率决定于传输介质和网络设备，数据传输速率较高，一般为100Mbps、1000Mbps、10Gbps，目前已出现速率高达100Gbps的局域网；

③可采用多种通信介质，如双绞线、同轴电缆或光纤等；

④可靠性高，误码率通常为10-11～10-8以下；

⑤网络构型有特定的拓扑结构。

相对广域网，局域网具有自己特有的技术。局域网根据自己特有的特性采取了特有的网络拓扑结构及数据传输方式，另外由于局域网的数据传送具有突发性的特点，采用了符合突发特征的共享介质的访问技术。

局域网一般采用三种典型的拓扑结构：总线形、环形和星形，如图4-1所示。

总线形拓扑是局域网中采用最多的一种拓扑结构，其优点是结构简单、组网容易，建网成本低、扩充方便。

图4-1 局域网的三种拓扑结构

①总线形拓扑结构的网络通过总线进行数据传输，当一个站有数据帧发送时，该数据帧传输到总线上，所有连接在总线上的工作站都能接收到该数据帧，每个站根据数据帧中的地址决定是否接收（拷贝）该数据帧，地址相符则接收该数据帧，对于地址不相符的站则丢弃该帧。通过这种方式，实现了网络上任意两个站之间的数据通信，实现了网络数据传输功能。显然，总线形网络的数据传输方式属于广播式传输。

②环形拓扑结构组网的各个站连接到传输介质组成的环上，数据传输时信息在网中按固定方向单向传输，传输的数据帧通过环组成的传输链路从前一个站到下一个站不断的转发，使得任意一个站发出的数据帧能够传输到网络上得任意一个站。同样每个站在收到环上传输来的数据帧时，将数据帧中的地址与自己的地址进行核对，与自己地址相符说明自己就是目的站，则进行接收（复制），若与自己地址不相符说明自己不是目的站，则不接收该帧，同时将该帧继续向后继站转发，以此种方式，环上的每一个站都能收到该帧，所以环形网的数据传输方式仍然是广播式传输方式。

环形拓扑结构的网络组网时，需要将各个站连入到环路上，并明确前向站，后继站关系，在网络需要扩充，加入新的工作站时，环形网需要断环将新的工作站接入到环路上，还需重新对所有的站重新明确前向站，后继站关系。所以相对总线形拓扑结构，网络环形拓扑结构的网络组网复杂、扩充性不好，但环形结构的网络控制简便、公平性好。

③星形拓扑结构的网络是各工作站以星形方式连接起来的，在这种结构的网络系统中，任意两站间的通信只要经过中心节点的转发即可达到，所以传输速度快，网络构形简单、建网容易、便于控制和管理。但这种网络拓扑可靠性较低，一旦中心节点出现故障则导致全网瘫痪。

星形拓扑结构的网络的组网可以是一组工作站通过一台交换机互联起来，此时，交换机是中心节点，各个工作站以星形的方式连接在交换机上，通过交换机的交换实现数据转接，所以星形网络本质上还是总线网络。

在局域网的拓扑结构中，它们都有一个共同的特点，即它们的网络都仅由一条物理传输介质连接所有的设备，局域网上的各节点以分时共享传输介质方式进行数据发送，当一个站在发送数据时，只能由该站占用传输介质，其他站都不能发送数据。所以局域网面对的是多个源站的传输，在传输数据之前首先要解决由哪个源站发送数据的问题，也即由哪个源节点占用该传输介质的问题。解决由哪个节点占用传输介质的方法在网络技术中称为介质访问控制方法，局域网技术的一个重要方面就是介质访问控制技术，不同的局域网采用了不同的介质访问控制方法，具有不同的技术特性。

局域网的介质访问控制方法和拓扑结构密切相关，一定的拓扑结构对应着一定的介质访问控制方法。例如总线结构，采用载波侦听多路访问／冲突检测（CSMA／CD）的介质访问控制方法；环形结构，则采用令牌（Token）控制的介质访问控制方法。拓扑结构、介质访问控制方法和介质种类一旦确定，则在很大程度上决定了网络的响应时间、吞吐率和利用率等各种网络技术特性。

局域网使用基带传输方式，即将数字信号直接送到介质上进行传输。局域网一般使用的传输介质有双绞线、基带同轴电缆和光缆等。早期的局域网一般采用50欧基带同轴电缆传输，现在的局域网一般采用光缆和双绞线进行传输。在一个园区内各楼宇间采用光缆进行传输，在楼宇内部则采用双绞线进行传输。

在局域网的发展过程中，以太网由于其特有的优越性，受到市场的青睐，最近几年来，成为各种局域网的一枝独秀，占据了局域网市场份额的90%。最近10年来，以太网速度不断提升，网络速率也从原来的10Mbps以太网，发展到100Mbps、1000Mbps、10Gbps，以太网的应用也得到不断地延伸，从传统的局域网应用，开始渗透到广域网领域。以太网技术成为网络技术中重要的网络技术。

4.1.2　局域网的体系结构

局域网由于拓扑结构比较简单，所有网上的主机都是直接连接，而且采用广播式发送，当同属于一个局域网中的主机发送数据帧时，其他所有主机都能收到该数据帧，目的主机可以通过核对帧的目的地址确认该帧是否是发给自己的，然后完成该帧的接收。也就是说，在不考虑局域网之间的互联时，局域网不存在路由问题，一个单独的局域网通过数据链路层和物理层就可以实现网络数据通信功能，所以理论上单独的局域网体系结构中只有数据链路层和物理层，而不设网络层。

局域网除了解决网络的通信功能外，还要解决局域网络与主机交互的问题，即解决与高层交互的问题。按照OSI模型，完整的网络系统由低层和高层两个部分组成。低层负责通信控制，对应网络部分，高层负责数据处理，对应主机部分。主机处于高层的层次，主机连入网络，通过网络实现主机间的通信。为了实现局域网与高层的交互，局域网在数据链路层与高层的界面设置了服务访问点LSAP，局域网与高层（主机）的交互通过数据链路层上面的服务访问点LSAP实现。

在实际的组网过程中，仅有物理层和数据链路层实现的网络是只能实现简单的网络，实际上的网络一般都比较复杂，或者是若干个简单局域网的互联，或者将一个规模较大的网络被分成若干小的子网再互联起来的网络，所以实际网络仍然存在简单的网络之间互联的问题，即网际间的互联问题。

局域网的体系结构仍然按照OSI参考模型的原则进行架构，局域网的体系结构定义了局域网的物理层和数据链路层的功能以及与网际互联有关的网络层接口服务功能。局域网的体系结构参考模型由IEEE制定，IEEE802参考模型与ISO／OSI参考模型的对应关系如图4-2。

由于局域网的数据具有突发性的特点，所以局域网一般都采用共享同一传输介质的信道方式，在这种方式中，各个站点的突发数据，通过介质访问控制机制的控制被组织成传输介质上持续的数据流，使得传输线路得到了有效的利用。

局域网中，不同的局域网采用了不同的介质访问方式，为了区别不同局域网采用不同的介质访问方式，在局域网的参考模型中，将介质访问控制的问题独立出来，形成一个单独的介质访问控制子层MAC，通过它描述不同局域网不同的介质访问控制方式。所以局域网参考模型的数据链路层被进一步细分为逻辑链路控制子层LLC和介质访问控制子层MAC。

图4-2 IEEE802参考模型与ISO／OSI参考模型的对应关系

数据链路层被进一步细分为LLC子层和MAC子层的好处在于，不同局网采用的不同的介质访问控制方式可以单独地表示出来，使得LLC子层与介质及介质访问控制方式无关，无论MAC层采用什么样的介质访问控制方式，都可以采用统一的LLC子层实现逻辑链路层功能，同时，LLC子层在高层与MAC子层之间起到了一个隔离作用，使得对高层屏蔽了底层的实现细节。

通过这样的分层，局域网的参考模型变成由逻辑链路控制子层LLC层、介质访问控制子层MAC层和物理层PHY三个部分构成。在这三个部分中，数据链路子层功能与OSI定义的数据链路层的功能基本是一样的，而且所有不同的局域网都使用同一个数据链路层。也就是说不同局域网的LLC层是相同的，不同局域网的数据链路控制子层具有同样的结构、采用同样的协议和实现同样的功能，它们在规范标准中统一以逻辑链路控制子层LLC来表达，各种各样的局域网的差别主要是在介质访问控制方式和物理层，在局网的规范标准中，它们被独立的表示出来。

前面谈到，局域网与主机的交互通过数据链路层上面的服务访问点SAP实现。在计算机网络的一个主机上，可能同时存在多个进程与另外一个或多个主机的不同进程进行通信，为了解决不同进程之间的通信问题，在LLC子层的上边界处设置多个链路层服务访问点LSAP，例如，用户使用一台主机通过网络在进行网页的访问，同时还在收发电子邮件，此时该主机具有两个LSAP，一个LSAP实现网页访问，另一个LSAP实现收发电子邮件，该主机同时与远端的网站服务器在通信，还在与邮件服务器在通信。

此外，在MAC层的上边界设置了单个介质访问控制服务访问点MSAP，MAC层实体通过MSAP向LLC实体提供访问服务，在物理层上边界处设置了单个物理服务访问点PSAP，物理层实体通过PSAP向MAC实体提供访问服务，各层的SAP示意如图4-2所示。

4.1.3 IEEE802参考模型

局域网的发展，一开始就注重了标准化的工作。1980年2月，美国电气与电子工程师协会IEEE成立了局域网标准化委员会（简称IEEE802委员会），专门从事局域网协议标准的制定，形成了一系列标准，称为IEEE802标准（即1980年2月推出的标准），IEEE 802标准被国际标准化组织ISO采纳，作为局域网的国际标准系列，称为ISO8802标准。

局域网的体系结构由物理层、逻辑链路控制子层、介质访问控制子层构成，同时局域网还涉及局域网之间以及局域网与其他网络的互联问题、网络的寻址问题、管理问题，所以IEEE802标准体系由实现网络互联、网络寻址、网络管理等功能的802.1标准和逻辑链路控制子层802.2标准以及介质访问控制子层、物理层标准构成。

由于在局域网标准中，网际互联层、逻辑链路控制子层都是统一的标准，不同的局域网的差别主要体现在采用了不同的介质访问控制方式、传输介质、传输编码、和网络接口，所以在局域网标准中，逻辑链路控制层是统一定义的，不同局域网的介质访问控制子层和物理层的标准是分别定义的。IEEE802标准的参考模型如图4-3所示。

图4-3 IEEE802标准的参考模型

1980年2月IEEE802标准推出后，局域网得到了快速的发展，新的技术不断呈现，使得IEEE802标准需要不断地推出新标准。自从1980年2月IEEE802委员会成立以来，最初有6个分委员会，分别制定802.1～802.6标准，现在已经增加到20多个分委员会，分别研究和制定相关标准，目前IEEE802主要标准如下：

802.1——LAN概述、体系结构和网络互联、网络寻址、网络管理等。

802.2——逻辑链路控制子层LLC，定义了数据链路子层的规范与高层协议以及与MAC子层的接口。事实上，LLC子层是高层协议与任何一种MAC子层之间的标准接口。

802.3——CSMA／CD共享总线的以太网，定义共享总线网的介质接人控制和物理层的相关规范以及设备的互操作方式。802.3是最早的10Mbps以太网的标准，而后随着以太网的发展，速率不断提升，IEEE802.3不断推出了100Mbps、1Gbps以及10Gbps以太网的标准IEEE 802.3u、IEEE 802.3z、IEEE 802.3ab，以及IEEE 802.3ae系列标准。目前，局域网络中应用最广泛的就是基于IEEE802.3标准的各类以太网。

802.4——令牌总线网，定义了令牌传递总线网的介质接入控制和物理层的相关规范。

802.5——令牌环形网，定义了令牌传递环形网的介质接人控制和物理层的相关规范。

802.6——城域网，定义了城域网的介质接入控制和物理层的相关规范（分布式队列双总线DQDB）。

802.7——宽带局域网技术标准。

802.8——光纤网络技术标准（FDDI）。

802.9——综合话音数据局域网，定义了LAN-ISDN接口。

802.10——可互操作的局域网的安全标准（SILS），以802.10a（安全体系结构）和802.10c（密匙管理）的形式提出了一些数据安全标准。

802.11——无线局域网标准，定义了无线局域网介质访问控制子层与物理层相关规范，主要包括四个标准，即IEEE802.11a、IEEE802.11b、IEEE802.11g、IEEE802.11n。

802.12——需求优先级局域网协议（100VG—AnyLAN），为100Mbps需求优先MAC的开发提供了两种物理层和中继规范。

802.13——100BASE—X以太网。

802.14——交互式电视网（包括CableModem），定义了有线电视和有线调制解调器的物理与介质访问控制层的规范。

802.15——无线个人网络WPAN，规定了短距离无线网络（WPAN）规范，包括蓝牙技术的所有技术参数。

802.16——固定宽带无线接入标准，主要用于解决最后1000m本地环路问题。标准从一开始就提出了有关声音、视频、数据的服务质量问题。

802.17——弹性封包环传输技术，利用空分复用、统计复用技术提高带宽利用率，优化在MAN拓扑环上数据报的传输。

802.20——移动宽带无线接入标准，目标是为高速运动（250km／小时）的车载终端提供1～4Mbps的数据速率，覆盖距离可达24km。

802.21——异种局域网切换技术，允许各种无线网络用不同的切换机制实现相互之间的切换。

802.22——无线区域网，感知无线广域接入网络技术，是在VHF／UHF频段内，不干扰授权用户的情况下，灵活、自适应地合理配置频谱。

其中，802.15～802.22分委员会的活动仍然很活跃，相关标准有待进一步明朗。

4.1.4　逻辑链路控制子层

逻辑链路控制子层LLC完成向高层提供多个服务访问点；为高层提供复用功能，即为多个应用提供服务；并提供帧发送、接收中的顺序控制、差错控制和流量控制等功能。

（1）SAP的功能

局域网只有两层，数据链路层和物理层，局域网之上就是高层，即应用系统，局域网中数据通信的问题由数据链路层和物理层实现，而数据处理的问题由高层实现。

逻辑链路控制子层LLC处于高层与MAC之间，向上通过IEEE802.2规范向高层提供服务，向下使用MAC提供的服务，通过本层的实体实现本层功能。LLC通过逻辑链路控制子层上边界处设置的服务访问点SAP与主机的应用进程建立联系。层间的关系如图4-4所示。

图4-4 逻辑链路控制子层层间关系

假设主机A向主机B发送一个报文，这时主机A就会利用LLC的一个服务访问点LSAP向主机B的一个服务访问点LSAP发出一个连接请求。该连接请求中不但包含有发出请求主机A的源MAC地址，而且还有对方主机B的MAC地址，另外还包含进程在主机中的访问控制点的LSAP地址。也就是说，主机通过局域网进行通信涉及两个地址，一个是MAC地址，一个是LSAP地址。局域网使用MAC地址找到主机，通过LSAP地址找到主机的应用进程，实现通信双方的进程通信。

LLC与高层应用的寻址通过LSAP来实现。LLC通过逻辑链路控制子层上边界处设置的服务访问点LSAP与主机的应用进程建立联系，通过不同的LSAP实现同一主机中的不同进程建立通信，LSAP的设置实现了网络与主机应用进程的通信。

一台主机可以设置多个LSAP，多个LSAP的设置使得在同一台主机上可以并行运行多个应用任务，可以在发送电子邮件的同时还在浏览Web页面，甚至同时还在下载FTP文档，这时每个进程都在使用同样的MAC地址，但每个进程对应一个LSAP地址，这种通信方式在网络中被称为复用功能。

（2）LLC层提供的服务

从局域网的体系结构可以看出，LLC主要涉及三部分：第一是LLC与高层的界面，主要是向高层提供服务；第二是与MAC层的界面，指明LLC要求MAC提供的服务；第三是LLC本身的功能。

在LLC与高层的界面服务中，LLC向高层提供了三种操作类型的服务，即无确认无连接的服务、有确认面向连接的服务以及有确认无连接的服务。这三种服务类型分别对应LLC1（类型1）、LLC2（类型2）和LLC3（类型3）三种操作类型。

类型1的操作是一种数据报服务，信息帧在LLC实体间交换，无需在同等层实体间事先建立逻辑链路（建立连接）。类型1的操作对传输的LLC帧既不确认，也无任何流量控制或差错恢复。

局域网中，类型1一般用于点对点、点对多点和广播传输的情况。由于局域网具有较低的误码率，可靠性高，所以这种方式仍然适用于局域网的通信。

类型2操作是有确认面向连接的服务，类型2操作提供服务访问点之间的虚电路服务。在任何信息帧交换前，在一对LLC实体间必须建立逻辑链路（建立连接）。在数据传送过程中，信息帧依次发送，并提供差错恢复和流量控制功能，传输结束后，还需拆除连接。

类型3提供有确认的数据报服务，但不建立连接。类型3主要用于类似自控系统的过程控制的情况。在这样的系统中，为了及时传输控制命令，中心站用数据报方式发送各种控制命令，省去建立连接的时间开销，但由于控制命令的重要性，则对传输的LLC帧需要进行确认。

LLC之所以提供三种服务类型，主要是让用户可以根据传输的业务情况选择相应的操作类型，以提高最合适的服务。

（3）LLC层的帧格式

逻辑链路控制子层标准由IEEE802.2标准描述，IEEE802.2标准与高级数据链路传输控制协议HDLC是兼容的，即IEEE802.2采用了HDLC协议标准，但使用的帧格式有所不同。由于在局域网体系结构中，数据链路层被细分为LLC和MAC，所以数据链路层的整体功能也将一部分功能分到LLC实现，一部分被分到MAC实现，二者共同实现了数据链路层的整体功能。在IEEE802.2标准中，同步功能被放到MAC实现，LLC帧没有了HDLC的同步标志，也不采用位填充技术，帧校验FCS也放到MAC层去实现，所以LLC帧也没有帧的校验字段。

HDLC帧格式如图所示，IEEE802标准中所采用的LLC的帧格式如图4-5所示。逻辑链路控制子层帧结构中的各字段如下：

图4-5 IEEE802标准中所采用的LLC的帧格式

LLC帧中的地址段是LLC的服务访问点地址，即SAP地址。其中DSAP为目的地址，SSAP为源地址。

DSAP——目的地址。DSAP地址字段包含一个字节，其中七位为DSAP的实际值，I／G位为地址类型标志，I／G＝0，表示单个DSAP，当I／G＝1时表示数据发往某一个特定站的一组SAP，一般用于无确认无连接服务。另外当DSAP全为1时，表示所有的DSAP，即广播地址。

SSAP——源地址。SSAP字段也包含一个字节，其中七位为DSAP的实际值，在源地址中，C／R位为命令／响应标志位，用于指示命令帧和响应帧，C／R＝0为命令帧，C／R＝1为响应帧。命令帧和响应帧用于数据传输的两个站工作在主从站关系时，在这种方式中，从站不能主动发起数据传输，只有主站給它命令（C／R＝0），从站才可以响应方式（C／R＝1）向主站发送数据。

控制字段占8位或16位，当LLC帧为无编号帧时，控制字段为8位，当LLC帧为信息帧或监督帧时，控制字段为16位。其中，信息帧和监督帧的控制字段与HDLC的扩展字段的格式一样，无编号帧也与HDLC一样。

LLC采用HDLC的异步平衡方式工作，不支持HDLC的其他操作。异步平衡方式是指传输数据的两个站工作在准平衡方式。在这种方式中，主站、从站都可以主动发起数据传输，但是，链路管理只能由主站进行。控制帧字段主要实现传输控制，存在三种帧，分别是信息帧、监视帧S帧、无编号帧U帧。

①信息帧：信息帧用来完成信息传送，信息帧以控制字段首位为0进行标识。信息帧通过N（S）、N（R）实现顺序控制，N（S）表示发送站发送帧的序号，N（R）表示发送站已经正确接收了对方发来的N（R）帧，期望继续接收N（R＋1）帧，显然，N（R）是采用了捎带应答方式。

P／F是探寻、终止位。意义与HDLC一样，在主站发出命令帧中将P／F置为1，表示要求从站立即发送响应帧。从站在响应主站命令时，在发出数据的响应帧中也将P／F置为1，即P／F＝1，表示数据已经发送，传输结束。

②监督帧：监督帧用于链路的差错控制和流量控制，监督帧以控制字段首部的两位为10进行标识。监督帧有四种形式，分别用SS＝00、SS＝01、SS＝10、SS＝11来标识（如表4-1所示）。

表4-1 监督帧的形式

RR和RNR为流量控制帧，当返回RNR帧时，表示队列已满，已经不能接收新的帧，要求对方暂停发送，当队列已空，处于可以继续接收新的帧时，返回RR帧，通知可以继续发送。

REJ和SREJ为差错控制帧。当返回REJ帧时，REJ帧中的N（R）表示发来序号为N（R）的帧出错，希望重新发送从N（R）开始的各帧（GO-back-N）策略；当返回SREJ帧时，SREJ帧中的N（R）表示发来序号为N（R）的帧出错，希望重新发送序号为N（R）的这一帧（选择重发）策略。

③无编号帧：无编号帧用来实现链路管理功能。无编号帧以控制字段首部的两位为11进行标识。无编号帧主要用于设置链路操作方式、建立数据链路等管理。无编号帧使用控制字段的第3、第4位以及第6、第7、第8位，共5位组成各种32种不同编码，实现不同的链路管理功能。有关更详细的描述，可参阅IEEE802.2文本。

逻辑链路控制子层的数据帧的封装。由于局域网的数据链路层被细分为逻辑链路控制子层LLC和介质访问控制子层MAC两个部分，所以局域网在数据链路层存在两种协议数据单元PDU，即LLC帧和MAC帧。

数据链路层的主要功能之一就是封装和标识上层数据，数据传输时，LLC把高层用户数据包封装成LLC帧，即把高层用户数据作为LLC帧的数据段，加上LLC的DSAP、SSAP及控制字段（帧头）构成LLC协议数据单元PDU，即LLC帧（如图4-6所示）。

图4-6 数据链路层的封装和标识功能

4.1.5　介质访问控制子层

介质访问控制子层MAC完成介质访问控制功能，根据不同的局域网提供不同的介质访问控制方式。MAC通过MSAP为LLC提供服务，MAC完成介质访问控制、完成帧发送时的封装以及帧接收时的解封，并实现帧的同步和寻址。

（1）MAC的介质访问控制

在局域网中，所有站点数据传输都采用共享同一传输介质的信道方式，需要解决有效的分配传输介质的使用权，各种局域网分配传输介质使用权的问题为局域网的介质访问控制问题。局域网中的介质访问控制主要采用竞争式、循环式、预约式等几种方式：

①竞争式：

竞争式一般用于总线式网络拓扑，所有工作站连接在总线上，共享传输总线实现数据传输。竞争式采用谁先发送成功谁获得传输介质使用权的控制方式。竞争式的主要优点是在轻负载下效率很高，即发送成功率很高，当负载较重时，效率下降，即发送成功率下降。

以太网属于总线网，以太网就是采用这种方式实现介质访问控制。以太网中的任何站在发送前，先侦听是否线路上是否空闲，空闲就发送数据，不空闲就不发送数据。侦听到空闲，并发送数据成功的站获得介质的使用权。竞争式介质访问方式的工作原理示意如图4-7所示。

②循环式：

循环式一般用于环形网络拓扑，传输线路构成环，所有工作站连接在环路上，共享环路实现数据传输。循环式让各个站轮流得到发送机会，轮流到某站时，某站获得发送权，需要发送则进行数据发送，不需要发送，则将发送权利交给下游站，继续轮询。发送站在获得发送权并发送数据后，就一直占有传输介质，直到传输结束，再将发送权交给下游站。

图4-7 竞争式介质访问方式的工作原理示意

循环式的主要优点是环上若有许多站需要发送数据，则效率较高，而当环上仅有少量的站需要发送数据时，由于必须等发送权轮询到发送站，发送站才能发送数据，使得轮询开销较大，效率不高。同时，环网的一个节点与另外一个节点通信时，网上的每个节点都要为其进行转发，参与传输，同样使得转发时间开销较大。

令牌环网采用这种方式实现介质访问控制，令牌环网使用一个被称为令牌的数据帧实现介质访问控制。令牌是一个仅有3字节的短帧，前面8位和后面8位指示帧的起始与结束，实现同步控制；中间的8位为控制段，其中3位为预约优先级RRR，3位为当前优先级PPP，它们完成令牌环网的优先级控制。1位为令牌标志位T位，1位为监控位M位。令牌既无源地址也无目的地址，在无数据发送时，T＝0，令牌为空令牌，有数据发送时，T＝1，令牌为忙令牌。在网络中没有数据传输时，空令牌沿着环形网不停地循环传递，从一个站传到下一个站点，如图4-8（1）所示。当一个站需要发送数据时，它必须等待空令牌到来，一旦空令牌达到，该站截获空令牌，在令牌帧中加上控制信息、数据信息，形成一个数据帧，并将令牌标志位T位置成T＝1进行标记，指示当前令牌为忙令牌，传输介质已被占用，其他站不可发送数据，如图4-8（2）所示。发送站形成的数据帧发出以后，数据帧沿着环路传输，经过每一个下游站时，该站核对目的地址，是本站的地址，则接收该帧，不是本站地址，则将该帧向下游站继续转发，等到该数据帧经过各站的依次传递到达目的站时，目的站接收该数据帧，如图4-8（3）所示。

目的站接收该数据帧后，将应答信息捎带在帧控制段的尾部，然后继续将该帧向前转发，直到该帧达到发送站，发送站收到该帧时，根据应答信息知道该帧已经正确收到，由发送站重新将令牌标记位置成T＝0，放出一个空令牌，此时全部发送过程结束，如图4-8（4）所示。传输结束后，再次放出的空令牌继续在网中不停地循环传递，再次出现需要发送数据的站可以通过截获空令牌获得介质使用权，继续进行数据发送。

图4-8 令牌环网实现介质访问控制的方式

在总线拓扑的竞争式的介质访问控制方式中，由于各个站是采用竞争的方式获得总线的使用权的，所以存在处理性能高的站获得介质使用权的几率更高，而处理性能较低的站获得介质使用权的几率会更低，即存在相对不公平的问题，这是竞争式网络存在的缺点。而在循环式的介质访问控制方式中，由于拓扑结构是环网，空令牌将顺着每个站依次传递，各个站得到空令牌的机会是一样的，所以它们获得介质使用权的概率是一样的，对介质访问获取的机会对每个站都是公平的，这正是环网的优点所在。环网通过逐个站的依次传递似乎速度较慢，但在现在的实际网络中，环网一般都是通过光纤组成光纤环网，传输速度可以达到很高。

③预约式：

预约式的介质访问方式采用事先预约的方法实现介质访问控制。需要发送数据的站向网络的管理者事前申请传输介质，获准后，在获准的时间进行数据传输，而没有申请或申请没有获准的站是不能发送数据的，按照这样的方式也能实现介质的访问控制，使得介质上的传输有序的进行。

（2）MAC帧格式

在局域网中，不同的局域网具有不同的MAC帧格式。这里以以太网的MAC帧进行讨论。以太网的MAC帧如图4-9所示。

在以太网的MAC帧中，通过封装前导码、起始符、长度实现帧的同步接收，通过封装目的地址、源地址信息实现寻址，通过封装校验码，对收到的数据帧进行校验。

图4-9 以太网的MAC帧格式

在数据帧传输时，来自LLC的LLC帧传递给MAC，MAC又把LLC帧封装成MAC帧，即把LLC帧作为MAC帧的数据段，加上源主机的MAC地址和目的主机的MAC地址，帧起始同步信息（MAC头），帧校验系列FCS、帧结束同步信息（MAC尾）构成MAC帧，封装好的MAC帧将传递给物理层进行比特流传输。各层数据单元的封装关系如图4-10所示。

图4-10 各层数据单元的封装关系

通过物理层传递的比特流达到后，完成比特同步，接收数据流，再交给MAC，MAC通过前导码、起始符、长度等同步信息，完成MAC帧的同步接收和帧校验等处理，经过校验得到接收帧是正确的情况下，去除帧帧尾，恢复LLC帧，将LLC帧继续交给LLC；经过校验得到接收帧是出错的情况下，MAC向LLC报告，然后由LLC按照规范处理出错帧。通过这样的方式，数据帧透明地在数据链路间进行传输。

从前面的讨论可以看出，数据链路子层完成了与高层应用的交互、通过LASP实现对不同应用进程的寻址，并完成了链路管理、差错控制、流量控制，而介质访问控制子层完成了对主机的物理地址寻址、数据帧的同步、介质访问控制、最小帧处理等，LLC和MAC一起共同完成了局域网体系结构中的数据链路层的功能。物理层完成数据编码、码元同步然后形成比特通过网络接口完成发送、接收。局域网通过数据链路控制子层、介质访问控制子层以及物理层实现了局域网的通信功能。

4.1.6　物理层

物理层是局域网体系结构的最低层，涉及的是网络物理设备间的接口关系。物理层的功能是发送方与接收方之间提供比特流的传输，为在物理介质上建立、维持和终止传输数据比特流的物理连接提供机械的、电气的、功能的和规程的手段。

具体地说，在局域网中为了实现物理层的功能，物理层必须定义比特流传输的比特同步和数据编码方式，定义使用的传输介质、接口类型、传输速率等规范。由于局域网往往支持多种传输介质、多种传输速率、不同的标准采用了不同的编码方式、不同的网络接口，所以对于局域网的物理层规范将在具体的局域网技术标准体现，这里不加以详细的讨论。