3.6.2 局域网传输系统
局域网是同一网内计算机之间的通信网络，拓扑结构非常简单，任意两个节点之间只有唯一的一条链路，不需要进行路由选择和流量控制，各个站点共享传输信道。
在以太网成功运营后，1983年美国电气和电子工程师协会IEEE 802委员会802工作组制定了第一个局域网标准，编号为IEEE 802.3，数据率为10Mbit/s。
802局域网工作组仅对以太网标准中的数据帧格式作了很小的改动，并允许DIX V2以太网标准和802.3局域网标准的硬件可以在同一个局域网上互操作。现在都把执行IEEE 802.3通信协议的局域网通称为以太网。
局域网只需要相当于OSI参考模型的最低两层：物理层和数据链路层，就可建立通信链路完成数据通信。
1.局域网物理层的基本功能
局域网物理层的任务是建立物理连接和传输比特流，与OSI参考模型的物理层功能相同。
2.局域网数据链路层的基本功能
IEEE 802工作组把数据链路层分为上层LLC（Logical Link Control）逻辑链路控制子层和下层MAC（Media Access Control）媒体访问控制子层。
MAC（媒体访问控制）层的主要功能是完成数据链路层的协议工作：解决共用信道的数据冲突处理和信道与通信资源的分配问题，方法是采用载波监听多路访问冲突检测（CSMA/CD）。
网络上的主机发送数据时，CSMA/CD可以事先侦察和判断局域网上是否有人在发送数据，如果网络空闲，则给数据单元加上一些控制信息后，把数据及控制信息以规定的格式发送到物理层。
主机接收数据时，MAC协议首先判断输入的数据信息是否有传输错误，如果没有错误，则去掉控制信息发送至LLC（逻辑链路控制）层。
LLC（数据链路控制）层根据MAC中的源地址和目的地址（又称硬件地址或网卡地址），识别和找到本网络中的设备。MAC地址只能解决本网络内部的寻址问题。跨网通信时，每个子网中的设备还会被分配一个IP网络地址（称为逻辑地址）。
3.IP地址与MAC地址（网卡硬件地址）的区别
媒体访问控制MAC帧中的源地址和目的地址都是硬件地址，每个通信主机都有一个MAC地址（又称网卡地址），MAC地址用来定义主机在本网内部的位置。不同局域网互联时还会有一个IP网络地址。
硬件地址已固化在网卡上的ROM（Read Only Memory，只读存储器）中，因此通常把硬件地址称为物理地址。硬件地址、物理地址和MAC地址常作为同义词。
图3-35说明了IP地址与硬件地址的区别。IP地址是IP数据包的地址，放在数据包的首部。从层次角度看，IP地址是网络层及其以上各层使用的地址。
通信设备（主机或路由器）根据媒体访问控制MAC帧首部的硬件地址接收，在剥去MAC帧首部和尾部后再将MAC层的数据交给上面的网络层（此时MAC层的数据变成了IP数据包）。网络层才能在IP数据包的首部找到源IP地址和目的IP地址。
总之，放在IP数据包首部的IP地址是网络层及以上使用的IP地址，放在MAC帧首部的硬件地址是数据链路层及以下使用的硬件地址。因此在数据链路层是看不见数据包IP地址的。
图3-35 IP地址与硬件地址的区别
4.局域网传输的数据单元——MAC帧
MAC数据单元由帧头、数据部分、帧尾三部分组成。帧头和帧尾包含必要的控制信息，比如同步信息、地址信息、差错控制信息等；数据部分则为主机要传送的46～1500B的数据帧，如图3-36所示。
图3-36 MAC帧的结构
（1）第一部分：前导字符+起始界定符。由7B的前导字符和1B的开始字符组成。这8B是提醒网络内所有的接收器，要开始传送新的MAC帧了。
（2）第二部分：地址信息：为2×6B的目的地址和源地址。
（3）第三部分：为2B的以太网类型信息。
网卡按照收信地址，就可以通过MAC包头的内容判断出这个数据包应该交给哪个处理模块进行处理。
（4）第四部分：由46～1518B构成的数据包。
（5）最后部分：为4B的帧校验序列，负责检查MAC帧的数据的准确性。对于数据帧来说，1bit的错误信息可以有99.9%的概率被检测出来。
MAC数据帧包头（目的地址、源地址和网络类型协议）数据处理完成后，接下来就是把46～1518B的数据包交给与网络类型协议对应的处理模块进行处理。数据传输到目的地之后，MAC帧被接收主机打开。
如果2B的以太网类型信息为X’08-01，则为跨网（因特网）服务的数据包，它还包含因特网的目的地址（IP地址）、源地址、协议（TCP）和IP数据包，因此为因特网服务的以太网数据包为大数据包中包含着一个小的数据包，如图3-37所示。
图3-37 为跨网（因特网）服务的大数据包结构
何谓10Base-T和100Base-TX?
以太网可使用多种电缆作为传输媒体，用得最多的是双绞线缆。10Base-T：“10”表示信息传输的速率为10兆比特每秒（10Mbit/s）；“Base”表示电缆上传输的信号为基带信号；“T”代表是双绞线电缆。
“100”表示传输速率为100bit/s的快速以太网；“TX”为使用两对5类非屏蔽双绞线，一对用于发送数据，另一对用于接收数据，最大网段长度为100m，
5.局域网常用的拓扑结构
网络拓扑结构是指传输媒体互连的各种设备的物理布局。局域网的网络拓扑结构有星形网、环形网、总线网和树形网。其中，星形结构的局域网获得了广泛的应用，树形结构的局域网是总线网的一种变形，如图3-38所示。
6.局域网传输距离扩展
局域网的传输媒体通常以超5类或6类双绞线组网，千兆局域网通常采用光缆传输。
如果用集线器连接网络节点，则双绞线的最大传输距离为50m。如果用交换机或路由器连接网络节点，则双绞线的最大传输距离为100m。
图3-38 局域网的拓扑结构
a）星形网 b）环形网 c）总线网 d）树形网
为扩展传输距离，两段双绞线之间可安装中继器（转发器），任意两个站点之间最多可安装4个中继器，此时双绞线的最大传输距离为500m。
图3-39是同轴电缆组网图。网段1和网段2各通过一个转发器经过750m同轴电缆组成点到点的链路。网段2和网段3各通过一个转发器经过250m同轴电缆组成点到点的链路。此外，还有3段500m长的连接同轴电缆和在6个连接点上各有50m长的连接电缆，因此从通信点A到通信点B之间的总长度可达到2.8km。
图3-39 局域网传输距离扩展方法