考研笔记

局域网的基本概念和体系结构

局域网是 3.5 那三类介质访问控制协议真正落地的地方。这一节本身不长，只做两件事：给出局域网的五个特征，以及说明 IEEE 802 为什么要把数据链路层劈成两个子层。后者是理解后面以太网、802.11、VLAN 为什么只谈”MAC”的钥匙。

机制

决定局域网特性的三要素

局域网（Local Area Network，LAN）指在一个较小的地理范围内（如一所学校），用双绞线、同轴电缆等介质把计算机、外部设备和数据库系统互相连接起来，组成资源和信息共享的计算机互联网络。它的特点可归为五条：为一个单位所拥有，地理范围和站点数量均有限；所有站点共享较高的总带宽；时延和误码率都较低；各站为平等关系而非主从关系；能进行广播和多播。

其中”共享”和”平等”两条是后面一切的起点。站点平等、共享一条信道，就必须有一套规则决定谁在什么时候发——这正是 3.5.2 随机访问与 3.5.3 令牌传递要解决的问题。所以教材说局域网的特性由拓扑结构、传输介质、介质访问控制方式三个要素决定，其中最重要的是介质访问控制方式，它决定着局域网的技术特性。

拓扑、介质与访问控制的对应

常见拓扑有四类：星形、环形、总线形，以及星形和总线形结合的复合型。介质可以是铜缆、双绞线、光纤等，双绞线是主流。访问控制方法主要有 CSMA/CD、令牌总线和令牌环三种，前两种用于总线形局域网，令牌环用于环形局域网。

教材专门点出三种”逻辑拓扑与物理拓扑不一致”的实现：

网络标准逻辑拓扑物理拓扑
以太网802.3总线形星形
令牌环802.5环形星形
FDDI802.8环形双环

以太网”物理星形、逻辑总线”是高频判断点。用集线器连起来的以太网，线缆看上去是星形，但集线器只是把比特转发到所有其他接口，所有站仍在同一条共享信道上竞争，行为上与一根总线没有区别。拓扑的”逻辑”指的是信号怎么走、站点怎么争用，“物理”指的是线怎么接。

IEEE 802 为什么要把数据链路层拆开

IEEE 802 标准定义的局域网参考模型只对应 OSI 参考模型的数据链路层和物理层，并把数据链路层拆为两个子层：逻辑链路控制（LLC）子层和介质访问控制（MAC）子层。

flowchart LR
    subgraph OSI["OSI 参考模型"]
        direction TB
        O7["应用层"] --- O6["表示层"] --- O5["会话层"] --- O4["传输层"] --- O3["网络层"] --- O2["数据链路层"] --- O1["物理层"]
    end
    subgraph IEEE["IEEE 802 参考模型"]
        direction TB
        L["逻辑链路控制 LLC 子层<br/>与介质无关"] --- M["介质访问控制 MAC 子层<br/>与介质有关"] --- P["物理层"]
    end
    O3 -. "服务访问点" .-> L
    O2 -.-> M
    O1 -.-> P
    classDef mac fill:#dbeafe,stroke:#2563eb
    class M mac

拆分的理由在于：局域网有多种介质和多种访问方式，而网络层不应该关心这些差别。于是把”与介质有关”的内容全部收进 MAC 子层——组帧和拆卸帧、比特传输差错检测、透明传输——由它向上屏蔽各种物理层访问的差异；“与介质无关”的部分留给 LLC 子层，它向网络层提供无确认无连接、面向连接、带确认无连接、高速传送四种不同的连接服务类型。

这个设计后来被市场架空了。以太网在局域网市场取得垄断地位，几乎成了局域网的代名词，802 委员会制定的 LLC 子层作用已经不大，现在许多网卡只装 MAC 协议而不装 LLC 协议。这就是为什么后面讲以太网帧、802.11 帧、交换机转发时，只见 MAC、不见 LLC。

边界

“局域网参考模型只有两层”不等于”局域网上的主机不跑网络层”。 它说的是 IEEE 802 标准只规定到数据链路层为止，局域网上的主机当然照样运行 IP。但对局域网内部的通信而言，所有站都在一条广播信道上，帧直接送达目的站，确实用不着网络层。这一点直接决定了下面这道错题。

错题复盘：广播式网络可以不要网络层，但不能不要服务访问点

王道 3.6.5 第 3 题：关于广播式网络，错误的是（A. 共享广播信道　B. 不存在路由选择问题　C. 可以不要网络层　D. 不需要服务接入点）。答案 D。

广播式网络使用共享的广播信道，通常是局域网的通信方式，而局域网工作在数据链路层，所以 B、C 都成立：所有站都在一条信道上，没有”选路”可言，也就用不着网络层。但分层结构本身不能省——数据链路层使用物理层的服务必须通过服务访问点，向高层提供服务也必须通过服务访问点。

易错之处是把 C 当成违反常识的选项排除。C 恰恰是局域网参考模型只有两层的直接推论。（服务接入点与服务访问点是同一概念的两种译法，见 1.2.2 服务访问点。）

“介质访问控制方式最重要”只对局域网成立。 广域网是点对点连接，每条链路只有两端，不存在多站争用信道，访问控制的问题根本不出现——对照 3.7 广域网的表 3.5。

LLC 能提供”面向连接""带确认”的服务，不代表以太网可靠。 以太网实际不用 LLC，它的 MAC 协议提供的是无连接、不可靠的服务，见 3.6.2。王道 3.6.6 第 11 题的解析说得更直接：MAC 子层的主要功能是控制和协调所有站点对共享介质的访问，能否实现带确认的可靠传输与介质访问控制子层无关。

对照速查

子层与介质的关系主要功能
MAC有关组帧与拆帧、比特传输差错检测、透明传输；向上屏蔽物理层访问差异
LLC无关向网络层提供四种服务；现在许多网卡已不装
说法对错
IEEE 802 参考模型对应 OSI 的物理层和数据链路层✅
以太网物理上是星形，逻辑上是总线形✅
令牌环逻辑上是环形，物理上也是环形❌（物理上是星形）
广播式网络不需要服务访问点❌
局域网特性三要素中最重要的是传输介质❌（是介质访问控制方式）
能否提供带确认的可靠传输取决于 MAC 子层❌（与 MAC 子层无关）

考点

  • 局域网特性由拓扑、介质、介质访问控制方式决定，访问控制方式最重要
  • CSMA/CD、令牌总线用于总线形，令牌环用于环形
  • 以太网逻辑总线、物理星形；令牌环逻辑环、物理星形；FDDI 逻辑环、物理双环
  • IEEE 802 只对应物理层 + 数据链路层，数据链路层拆为 LLC + MAC，LLC 现已少用
  • 广播式网络可以不要网络层、没有路由选择，但仍需服务访问点

链接

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