局域网（LAN）与广域网（WAN）

TCP/IP 的网络接口层包括物理层和数据链路层，既是局域网（LAN）技术起作用的分层，又是广域网（WAN）技术和连接管理协议发挥作用的层次。

局域网（LAN）

局域网（Local Area Network，LAN）是指一个局部的地理范围内（如一个学校、公司、单位），将各种计算机、外部设备和数据库等互相连接起来组成的计算机通信网。局域网通常是封闭的，但它可以通过数据通信网或专用数据电路，与远方的局域网、数据库或处理中心相连接，构成一个大范围的信息处理系统。局域网可以实现硬件资源（如服务器、打印机、扫描仪等）共享和软件资源（应用软件、文件管理等）共享，还可以实现办公自动化（如工作组内的日程安排、电子邮件和传真通信服务）等。

局域网协议标准

IEEE 802 是为了规范随着局域网技术进步而产生的种类繁多的局域网产品而制定的标准，有时也称为局域网参考模型。它包括 CSDM/CD、令牌总线和令牌环网等底层（物理层和数据链路层）网络协议。

IEEE 802 标准中规定局域网体系结构由物理层和数据链路层组成，且数据链路层又划分为：介质访问控制（Media Access Control，MAC）子层和逻辑链路控制（Logical Link Control，LLC）子层。

####### 物理层

物理层主要规定了局域网的机械、电气、功能和规程等方面的特性。例如，局域网采用的物理介质、传输距离、传输速率、传输信号数据编码与解码、物理接口特性、拓扑结构，以及的节点之间采用何种连接方式等硬件方面的问题。

####### 介质访问控制（MAC）子层

**局域网组网的一个显著特点是网上所有计算机使用一条共享信道进行广播式通信，这是与点对点链路组成的广域网通信的重要区别。**因此，局域网协议需要解决的一个重要问题就是多个节点如何接入一条共享信道，即介质访问控制（MAC 访问）问题。

MAC 子层构成数据链路层的下半部分，它直接与物理层相邻，负责介质访问控制机制的实现，处理与特定类型的局域网相关的问题。例如，处理信道管理算法，如令牌传递、带有冲突检测的载波监听多路访问（CSMA/CD）、优先权（802.5 和 802.4）、差错检测和成帧。MAC 子层有以下两个主要功能：

• 支持 LLC 子层完成介质访问控制空能，MAC 子层为不同的物理介质定义了介质访问控制标准。
• 在发送数据时，将从上一层接受的数据组装成带 MAC 地址和差错检测字段的数据帧；在接收数据时拆帧，并完成地址识别和差错检测。

####### 逻辑链路控制（LLC）子层

LLC 子层构成数据链路层的上半部分，与网络层和 MAC 子层相邻，负责屏蔽掉 MAC 子层的不同实现，隐藏各种局域网技术之间的差别，向网络层提供服务。LLC 子层的功能主要是建立、维持和释放数据链路，提供一个或多个服务访问点，为网络层提供面向连接的或无连接的服务。另外 LLC 子层还提供差错控制、流量控制和发送顺序控制等功能。

以太网

以太网（Ethernet）主要采用总线型拓扑的基带传输系统，使用相当广泛。随着技术的发展，网桥、交换机等产品的出现，以太网得到了进一步的发展，快速以太网、吉比特以太网甚至万兆以太网相继出现。在以太网技术中，快速以太网是一个里程碑，确立了以太网技术在桌面的统治地位。以太网技术作为局域网链路层标准战胜了令牌总线、令牌环网等技术，成为局域网事实标准。

广域网（WAN）

广域网（Wide Area Network，WAN）是指将跨地区的计算机互联在一起组成的计算机网络，又称为远程网。广域网除了直接连接分散的、独立的计算机之外，常被用来连接多个局域网，而 Internet 是连接多个广域网、局域网和分散的计算机所组成的网际网。

**广域网由通信子网和资源子网两部分构成。**通信子网是由通信链路、通信节点等网络设备组成的通信网，主要使用分组交换技术。局域网使用的协议大多数是位于数据链路层或者物理层，而广域网的协议除了物理层和数据链路层外，更多集中在网络层。

广域网通信技术

广域网链路分成两种：一种是专线连接，另一种是交换连接。专线是永久的点对点的服务，常用于为某些重要的企业用户提供核心或骨干连接。交换连接包括电路交换、分组交换，很少使用报文交换。

####### 分组交换

分组交换是将数据分隔为一个个分组（数据包）进行传送，有两种实现方式：虚电路（Virtual Circuit）和数据报（Datagram）。

• 虚电路

  采用虚电路方式，源节点要与目的结点进行通信之前，首先必须建立一条从源节点到目的节点的虚电路（逻辑连接），然后通过该虚电路进行数据传输，最后当数据传输结束时，释放该虚电路。虚电路方式为每一对节点之间之间的通信预先建立一条虚电路，后续的数据通信沿着建立好的虚电路进行，交换节点不必为每个报文进行路由选择。

• 数据报

  采用数据报方式，交换机在传输数据过程中不必记录每条打开的虚电路，只需要一张表来指明到达所有可能的目的端交换机的输出线路。数据报方式中，每一个交换节点为每一个进入的报文进行一次路由选择，每个报文的路由选择独立于其他报文。

####### 电路交换

电路交换是在源和目的之间建立一条实在的物理专用链路，可以由一条实际的物理线路构成，也可以通过多路复用技术产生。电路交换支持按需连接，通信结束时就会被切断。

PPP 协议

常用的广域网协议有高级数据链路控制规程（HDLC）、点到点协议（PPP）、串行链路通信协议（SLIP）等。随着互联网的快速发展，现在全世界使用最广泛的数据链路层协议是点到点协议（Point-to-Point Protocol，PPP）。PPP 是使用串行线路通信的面向字节（B）的协议，它通过同步电路和异步电路提供路由器到路由器和主机到网络的连接，还可与包括 IP 在内的多种网络层协议协同工作，并且内置安全机制，如 PAP 和 CHAP 认证。

####### PPP 协议组件

• 用于封装的 HDLC 协议

  PPP 用于在点对点链路上封装数据报的是 HDLC 协议。许多数据链路层协议的封装方式都是基于 HDLC 的封装格式的，PPP 也不例外，它也采用了 HDLC 的定界帧格式。HDLC 是一种面向位（bit）的数据链路控制协议，提供了面向连接和无连接服务，是其他许多重要数据链路控制协议的基础。

• 链路控制协议

  PPP 提供了链路控制协议（Link Control Protocol，LCP）。LCP 用于建立、配置和测试数据链路连接。它能用来协商 PPP 协议的一些配置参数选项，处理不同大小的数据帧，检测链路环路，终止一条链路。LCP 提供链路中对等体的身份认证，决定连接成功或者失败。

• 网络控制协议

  PPP 包括一系列用于建立和配置各种网络层协议的网络控制协议（Network Control Protocol，NCP）。PPP 的网络层交由各自的网络层协议管理。PPP 支持同时使用多种网络层协议。

PPP 协议主要包括以上三部分，PPP 执行的大部分工作是由 LCP 和 NCP 在数据链路层和网络层完成的。LCP 负责建立 PPP 连接、设置其参数，以及终止 PPP 连接；而 NCP 负责配置上层协议。

结语

对于局域网内的通信，只需要用到 MAC 寻址即可确定目标主机；而对于广域网通信不仅要用到 MAC 寻址，还需要用到 IP 地址进行标识，才能在全局唯一的确定目标主机。因为，MAC 地址实际上只在局域网内有效，虽然不同的设备 MAC 地址是唯一的，但由于每经过一个路由网段，数据包的源和目的 MAC 地址都要更改（源和目的 IP 地址不变），所以不同网段中存在相同的 MAC 地址也是可以的。