软考知识点(局域网基础)

一.局域网参考模型

1.定义

局域网标准,称为IEEE 802标准。按IEEE 802标准,局域网体系结构由物理层、媒介访问控制子层(Media Access Control,MAC)和逻辑链路控制子层(Logical Link Control,LLC)组成。

┌─────────────────────────────────────┐

│ 应用层 / 高层 │ ← 不属于IEEE 802范畴

├─────────────────────────────────────┤

│ 逻辑链路控制子层 (LLC) │ ← 802.2 标准

│ (Logical Link Control) │

├─────────────────────────────────────┤

│ 介质访问控制子层 (MAC) │ ← 802.3/4/5/11/15等

│ (Media Access Control) │

├─────────────────────────────────────┤

│ 物理层 (PHY) │ ← 802.3/4/5/11/15等

│ ┌──────────────┬──────────────┐ │

│ │ 传输技术层 │ 传输媒体层 │ │

│ └──────────────┴──────────────┘ │

└─────────────────────────────────────┘

2.功能

IEEE 802 参考模型的最低层对应于 OSI 模型中的物理层,包括如下功能。

(1)信号的编码/解码。

(2)前导码的生成/去除(前导码仅用于接收同步)。

(3)比特的发送/接收。

3.MAC和LLC

IEEE802参考模型的MAC和LLC合起来对应OSI模型中的数据链路层。

局域网中采用了两级寻址,用 MAC 地址标识局域网中的一个站LLC 提供了服务访问点(SAP)地址,SAP 指定了运行于一台计算机或网络设备上的。

个或多个应用进程地址。

1.MAC功能:

(1)在发送时将要发送的数据组装成帧,帧中包含地址和差错检测等字段。

(2)在接收时,将接收到的帧解包,进行地址识别和差错检测。

(3)管理和控制对于局域网传输媒介的访问。

2.LLC功能:

(1)为高层协议提供相应的接口,即一个或多个服务访问点(Service Access Point,SAP),通过 SAP 支持面向连接的服务和复用能力。

(2)端到端的差错控制和确认,保证无差错传输。

(3)端到端的流量控制。

二.局域网拓扑结构

扑是一种研究与大小、距离无关的几何图形特性的方法。网络拓扑结构是指用传输媒介连接的各种设备所形成的物理布局。按照不同的物理布局,局域网拓扑结构通常分为三种,分别是总线拓扑结构、星形拓扑结构和环形拓扑结构。

1.总线拓扑结构:

总线拓扑结构是使用同一媒介或电缆连接所有端用户的一种方式,也就是说,连接端用户的物理媒介由所有端用户共享。为了保证它们平等的使用媒介不发生冲突机制,带有碰撞检查的载波侦听多路访问(CSMA/CD)应运而生。

这种结构具有费用低、端用户入网简单灵活、某个端用户或站点失效不影响其他端用户或站点通信的优点,缺点是:

(1)同一时刻仅能有一个端用户发送数据,在此期间,其他端用户必须保持静默等待,否则将会发生冲突。

(2)随着 LAN 中端用户数量的增加,网络传输效率将会快速降低。因此,媒介访问的获取机制较复杂。

(3)该网络使用粗同轴电缆和细同轴电缆,以及相应的连接器进行组网,组网的便利程度相较于双绞线和水晶头困难,且其连接的稳定性受到设备的移动影响。

2.星型拓扑结构:

星形拓扑结构存在中心节点,每个节点通过点 对点的方式与中心节点相连,任何两个节点之间的通信都要通过中心节点来转接。

种结构便于集中控制,因为端用户之间的通信必须经过中心站。

种结构便于集中控制,因为端用户之间的通信必须经过中心站。这种结构非常不利的一点是中心系统必须具有极高的可靠性,因为中心系统一旦损坏,整个系统便会瘫 痪。为此,中心系统通常采用双机热备份,以提高系统的可靠性。

3.环形拓扑结构:

环形拓扑结构在 LAN 中使用较多。这种结构中的传输媒介从一个端用户到另一个端用户,直到将所有端用户连成环。这种结构显然消除了端用户通信时对中心系统的依赖性。

三.局域网媒介访问方法

所有局域网均由共享该网络传输能力的多个设备组成。

目前,计算机局域网常用的访问控制方式有 3 种,分别是载波侦听多路访问 / 冲突检测(CSMA/CD)、令牌环访问控制法(Token Ring)和令牌总线访问控制法(Token Bus)。

1. CSMA/CD(载波侦听多路访问 / 冲突检测)

适用:总线型以太网(IEEE 802.3)

  • 载波侦听(CS):发送前先侦听总线,若空闲则发送,忙则等待。

  • 多路访问(MA):所有站点共享同一传输介质。

  • 冲突检测(CD):发送同时检测电压变化,若发生冲突→立即停止发送→发送干扰信号(Jam)→随机退避(Backoff)后重发。

  • 要点"先听后发,边发边听,冲突停发,随机重发"

  • ⚠️ 半双工模式使用;全双工交换式以太网已不再需要。


2. Token Ring(令牌环访问控制法)

适用:环形拓扑(IEEE 802.5)

  • 网络中传递一个特殊的令牌(Token)帧

  • 有令牌的站点才允许发送数据,发完后将令牌交给下一站。

  • 无数据发送时,令牌继续沿环传递。

  • 要点"拿到令牌才能发,无令牌不发送,顺序轮转"

  • ✅ 无冲突;❌ 令牌丢失/环路故障会影响全网。


3. Token Bus(令牌总线访问控制法)

适用:总线/树形拓扑(IEEE 802.4,工业控制网)

  • 物理上是总线拓扑(所有站点共享介质),

  • 逻辑上是令牌环(站点按逻辑顺序形成虚拟环,令牌按逻辑顺序传递)。

  • 只有持有令牌的站点可发送数据,发完传给逻辑后继站点。

  • 要点"总线物理连接 + 令牌逻辑环控制,无冲突、确定性时延"

  • 常用于实时性要求高的现场总线/工业局域网。

四.对比:

方法 拓扑 冲突 核心特点
CSMA/CD 总线 有(检测并处理) 先听后发,随机竞争
Token Ring 环形 令牌轮转,顺序发送
Token Bus 总线(逻辑环) 令牌+总线,确定性强
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