9.1.2　局域网协议类型

局域网将数据链路层分割为LLC子层和MAC子层两个子层，从而使LAN体系结构能适应多种传输介质。因此，对各种类型的局域网来说，其物理层和MAC子层需要随着所采用介质和访问方法的不同发生改变，而这些不同对LLC子层来说都是透明的。

1．LLC子层

本节主要涉及LLC的功能和服务访问点（Service Access Point，SAP）的服务规范。

（1）LLC的功能

IEEE802.2是描述LLC子层的功能及特性的协议规范。LLC子层作为数据链路层的一个子层，使用MAC子层提供的服务，通过与对等实体中LLC子层的交互为它的上层即网络层提供服务。因此，在LLC子层协议中，规定了以下3种类型的服务规范。

·网络层与LLC子层间接口的服务规范：用于描述LLC子层及其下各层为网络层提供的服务。

·LLC子层与MAC子层间接口的服务规范：用于描述LLC子层要求MAC子层提供的服务。

·LLC子层与LLC子层间的服务规范：用于描述提供给LLC子层的管理服务。

网络层、LLC子层、MAC子层与物理层关系如图9-5所示。

图9-5　OSI参考模型中各层关系示意图

（2）网络层与LLC子层间接口的服务规范

同一个系统中上下层之间的通信，是通过SAP来实现的。LLC子层就是通过LLC服务访问点（Link Service Access Point，LSAP）为网络层提供服务的。LLC子层为网络层提供以下3种类型的服务。

1）无确认无连接的服务

这是一种数据报服务，数据帧在LLC实体间交换时，无需在同等层实体间事先建立逻辑链路，对这种LLC帧既不确认也不进行任何流量控制或差错恢复，因而不能保证数据的可靠提交，可以在允许数据偶然丢失的情况下使用这种服务。否则，就必须在高层软件中对可靠性问题进行处理。数据的传输可为点到点方式、多点式或广播式。

2）有确认无连接的服务

除了对LLC帧进行确认之外，与无确认无连接服务类似。具有无确认无连接服务的高效性和面向连接服务的可靠性，适合传送少量而重要的数据。

3）面向连接的服务

提供服务访问点之间的虚电路服务，在对任何数据帧进行交换之前，必须在一对LLC实体间建立逻辑链路。在数据传输过程中，数据帧按序发送，并提供差错恢复和流量控制功能。数据传输的可靠性提高，但建立连接所需的时间增加了。

（3）LLC子层与MAC子层间接口的服务规范

LLC子层通过介质访问控制服务访问点（Media Access Control Service Access Point，MSAP）来使用MAC子层为它提供的服务。

LLC子层通过使用MAC子层提供的服务来与对等实体中的LLC子层交换LLC数据单元，完成LLC子层的功能。

MAC子层可以提供多种可供选择的介质访问控制方式，使用MSAP支持LLC子层时，MAC子层负责实现帧的寻址和识别。MAC子层到MAC子层的操作通过同等层间协议来实现。

MAC子层向LLC子层提供服务时使用的原语包括：MA-DATA.request、MA-DATA.indication和MA-DATA.confirm。

（4）LLC子层与LLC子层间的服务规范

在OSI参考模型中，一个实体与其对等实体之间的通信是由两个对等实体间的协议来定义的。

（5）LLC子层的协议规范

逻辑链路控制子层的PDU格式如图9-6所示。

图9-6　LLC的PDU格式

其中，LLC数据为上层传输下来的用户数据：目的服务访问点（Destination Service Access Point，DSAP）、源服务访问点（Source Service Access Point，SSAP）和控制字段为LLC子层添加的控制头部。

1）DSAP字段

结构如图9-7所示。

·地址类型：1bit，用来标识DSAP地址是单个地址还是组地址。其中，0表示个人DSAP，1表示组DSAP。

·实际地址：7bit。

2）SSAP字段

结构如图9-8所示。

图9-7　DSAP结构示意图

图9-8　SSAP结构示意图

·命令/响应标志位：1bit，用来识别LLC的PDU是命令还是响应。其中0表示命令，1表示响应。

·实际地址：7bit。

DSAP字段全“1”为全局地址，由MAC实际服务的全部DSAP组成。DSAP或SSAP地址字段全“0”为空地址，空地址表示与MAC的服务访问点地址有关的LLC，不识别网络层或有关管理的任何服务访问点。

3）控制字段

其结构如图9-9所示。

图9-9　SSAP结构示意图

LLC的帧格式，尤其是控制字段的格式与HDLC的类似。LLC将帧分为如下所述3类，由控制字段的前两位来区分。

·信息帧：2字节，用于信息数据传输。控制字段第1位为“0”。

·管理帧：2字节，用于流量控制。控制字段前两位为“10”。

·无编号帧：1字节，用于LLC子层控制信号的传输，以建立或释放逻辑链路。控制字段的前两位为“11”。

·帧结构中各字段含义如下所述。

·N（S）（Transmitter Send Sequence Number，发送端发送序列号）：帧的序列号。

·N（R）（Transmitter Receive Sequence Number，发送端接收序列号）：指示下一次希望接收的帧序列号。与N（S）配合工作以实现流量和差错控制功能。

·P/F：Poll/final位（探询/终止位）。

·S：管理功能位，00——准备接收（Receive Ready，RR），通过N（R）指示下一次希望接收的帧序列号；01——拒绝（Reject，REJ），说明拒收序列号为N（R）及N（R）之后所有的帧；10——未准备接收（Receive Not Ready，RNR），通过N（R）指示下一次希望接收的帧序列号，同时通知发送端停止发送；11——选择拒绝（Selective Reject，SREJ），说明拒收序列号为N（R）的帧。

·M——修正功能位。

·X—预留位，设置为0。

4）LLC数据

长度为8的倍数，长度上限取决于所使用的介质访问控制方法。

局域网中数据传输过程的帧结构如图9-10所示。

图9-10　LLCPDU与MAC帧

从图中9-10可以看出，在LLC子层和MAC子层中，都添加了相应的头部（及尾部），在这些头尾部信息中包含的是本层与对等实体间的交互信息。其中，LLCPDU和MAC帧中都包含有地址信息，MAC帧中的地址信息是数据帧的源和目的地址，而LLCPDU中的地址信息则是源或目的端的服务访问点。

2．MAC子层

在局域网中，各节点可以共享网络中的传输介质，但这并不意味着可以在传输介质上同时传送多个帧。当某个节点要向共享介质发送数据时，要先获得对介质的访问权。MAC子层就是用来实现介质访问控制功能的网络实体。MAC子层的主要功能包括数据帧的封装/卸载、帧的寻址与识别、帧的接收与发送、链路的管理、帧的差错控制及MAC协议的维护等。

根据介质访问控制权的归属可以将介质访问控制方式分为集中式和分布式两类。根据各节点可用通信流量的分配方式，将介质访问控制方式分为同步方式和异步方式。其中，异步方式又可以进一步划分为循环式、预约式和竞争式。

（1）集中式与分布式

1）集中式

在集中式介质访问方式中，指定某个控制节点拥有访问网络的控制权，其他节点必须得到该控制节点的准许才能发送数据。采用这种方式时，对控制节点的可靠性要求很高，且控制节点的效率会直接影响到全网的工作效率。但其他各节点中的控制逻辑相对简单，通过控制节点的统一分配可以使节点的优先权和可用带宽得到保证。

2）分布式

在分布式介质访问方式中，由各节点集体完成介质访问控制功能，动态确定各节点的发送顺序。采用这种方式时，各节点中都要添加相应的控制逻辑，但某个节点的故障不会影响到全网的工作。

（2）同步方式与异步方式

·同步方式：在同步方式中，每个连接都被分配以一定的传输带宽。缺点是带宽不能随节点流量的变化而随时改变，不适用于局域网。

·异步方式：根据实际情况为各节点分配传输带宽。异步方式又可以分为循环式、预约式和竞争式。

此三种异步方式的特点和应用如表9-1所示。

表9-1　介质访问控制方式

比较常用的方式为循环式和竞争式。IEEE802规定的MAC子层有CSMA/CD、令牌总线、令牌环等。

3．物理层

物理层的功能是实现比特流的传输，是数据通信的基础。物理层协议规定了与建立、维持及断开物理信道有关的特性，包括机械特性、电气特性、功能特性和规程特性四个方面。

机械特性主要是指DTE与DCE之间连接器的标准。电气特性规定了DTE和DCE之间导线的电气连接方式、信号电平、发生器的输出阻抗、接收器的输入阻抗等电气参数。功能特性说明了接口信号的特定功能。规程特性规定了使用交换电路进行数据交换的控制步骤，这些控制步骤的应用使得比特流传输得以完成。