局域网组网技术-编程阁

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：

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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）。