3.6 局域网
采用广播信道
3.6.1 局域网的基本概念和体系结构
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特点:
- ①覆盖范围小
- ②专门通信介质【双绞线,同轴电缆】
- ③通信延时短,误码率低,可靠性高。
- ④通信质量好。因此采用无确认,无连接的服务。
- ⑤关系平等,共享信道
- ⑥分布式控制,广播信道,广播,组播
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决定因素:
- ①拓扑结构: 星型
(使用集线器),环形结构,总线结构,星型和总线复合型(树形) - ②传输介质:双绞线,同轴电缆,光纤
- ③介质访问控制:CSMA/CD
【总线/树形】,令牌总线【总线/树形】,令牌环【逻辑上环形,物理上星型】
- ①拓扑结构: 星型
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局域网分类:
- ①以太网：逻辑上总线型,物理星型或拓展性
- ②令牌环网：物理星型,逻辑环形
- ③FDDI网：物理双环拓扑,逻辑环形
- ④ATM网：使用53字节单元进行交换
- ⑤WLAN：IEEE802.11标准
3.6.2 以太网与IEEE 802.3
以太网是
基带总线(数字信号)局域网规范,使用CSMA/CD
IEEE802标准规定了{物理层,逻辑链路层,介质访问层}
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以太网标准:
①DIX Ethernet V2标准
②IEEE 802.3标准
③区别是帧的部分格式不同 -
使用以太网原因:
- ①成本低
- ②应用最广泛
- ③比令牌环网/ATM网便宜
- ④网络速度快
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以太网简化通路措施:
- ①无连接工作方式
- ②不对数据帧进行编号
- ③最大努力交付数据,
提供不可靠服务 - ④使用
曼彻斯特编码
-
(1)以太网传输介质与网卡
重点记忆介质:10BASE-T，传播基带信号,使用非屏蔽双绞线。使用曼彻斯特编码，星型结构，最大段长100m，最多节点数为2。
传统使用物理结构:总线型当前使用物理结构:星型(集线器)
传统逻辑结构和当前使用的逻辑结构都是总线型。采用CSMA/CD协议。
网卡的ROM芯片保存物理地址(MAC地址)。
| 逻辑链路控制层(LLC层) | 为网络层提供服务,无确认无连接,面向连接,带确认无连接,高速传送 |
|---|---|
| 介质访问控制层(MAC层) | 帧的封装和卸装,帧的寻址和识别,帧的转发和接收,链路管理,帧的差错控制。屏蔽物理层链路层种类差异。 |
| 物理层 | 信号编码,译码,比特接收和传输 |
无连接:接收方和发送方无握手过程。
不可靠传输:不对数据帧进行编号,接收方不进行确认。出现差错直接丢弃,纠正由高层(传输层)负责。
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(2)以太网的MAC帧
MAC地址由网络层的ARP协议查询。
-
字段说明
- 目的地址:
①单播形式(单个主机物理地址)
②广播(全1地址),所有主机接收
③多播 - 类型:网络层协议
- 数据帧长:1500是规定的最大长度，最短
46字节,是因为以太网使用CSMA/CD协议,帧长不能短于64B。 - 帧结束定界符:
在这里并没有使用帧定界符,是因为每两个帧直接有发送间隔,而以太网使用曼彻斯特编码,每个编码都会跳变。在一定时间内没有跳变,说明传输结束。但在数据链路层上帧既有首部又有尾部。 - FSC:使用CRC
(循环冗余码)检验帧序列。
- 目的地址:
-
(3)高速以太网
- 一.100BASE-T 以太网
- 双绞线传输100Mb/s基带信号
星型拓扑结构半双工模式使用CSMA/CD协议全双工模式不适用CSMA/CD协议。无冲突
- 二.吉比特以太网
- 光纤和双绞线
- 全双工。无冲突,不使用CSMA/CD协议。
- 半双工。使用CSMA/CD协议。
- 三.10吉比特以太网
- 光纤
仅支持全双工,无冲突。
- 一.100BASE-T 以太网
以太网和IEEE802.3的异同
同:都使用CSMA/CD介质访问控制
异:帧首部细微不同；IEEE802.3标准定义了同轴电缆,双绞线,光纤。以太网只使用同轴电缆。
3.6.3 IEEE 802.11无线局域网
局域网的组帧:
3.6.4 VLAN基本概念于基本原理
以
软件划分，于物理位置无关。
ARP/PIR/DHCP协议都是使用广播帧传输。
- 传统局域网问题:
- ①缺乏流量隔离
- ②管理主机不方便
- ③增删节点不便
- ④路由器成本高 【隔离广播域】
- VLAN
①各VLAN之间互不相通 需要借助三层交换机或路由器。
②同一VLAN之间使用转发表,不同VLAN之间使用转发表和VLAN表。
③VLAN表有基于交换机端口号,网卡地址,网络层地址划分。
③主机将帧发给交换机后会添加VLAN标签(4字节长度)变成802.1Q帧。再发给其他交换机,当交换机发给主机前就会去除VLAN标签。
④VLAN标签前2字节表明802.1Q帧。再后4位无效,最后12位表示VID号。
3.7 广域网
3.7.1 广域网的基本概念
| 局域网和广域网层次对比 | ||||
| 局域网 | 物理层,数据链路层 | 节点交换机 | 多点接入 | 强调数据传输 |
| 广域网 | 物理层,数据链路层,物理层 | 路由器 | 点对点服务 | 强调资源共享 |
| 广域网 | 局域网 | |
|---|---|---|
| 覆盖范围 | 很广,通常跨区 | 很小,在一个区域 |
| 连接方式 | 点到点连接 | 普遍采用多点接入 |
| OIS参考层次 | 物理层,数据链路层,网络层 | 物理层,数据链路层 |
两者之间是平等关系。
需要使用到网络的物理地址
3.7.2 PPP 协议
- 简单:无纠错,流量控制功能。 无序可靠传输,交给
高层处理 - 封装成帧:帧定界。
- 透明传输:经处理后任何比特都能正常传输。
- 同步:比特填充
- 异步:字符传输
- 多种协议: 封装IP数据有多种格式
- 支持多种链路类型: 串行/并行传输
- 差错控制: 错就丢弃
- 检测链路状态: 链路是否正常
- 最大传输单元: 最大长度MTU<1500B
各字段解释:- F:用
7E作为定界符 - A和C:地址和控制,暂时不包含任何信息
- 信息部分:如果有7E,就在前面加【7D】作为转义字符。面向字节。
- FCS:使用CRC循环冗余码
- F:用
需要实现:
- 1.将IP数据报封装到串行电路上
- 2.链路控制协议LCP:建立并维护链路。 进行身份认证
- 3.网络控制协议NCP: PPP支持多种物理层协议。
不需要实现:
- 1.不纠错,只检错
- 2.无需对帧编号
- 3.不支持多种链路
3.8 链路层设备:网桥和交换机
交换机就是多端口网桥
物理层扩充以太网:【扩大了冲突域】
①使用光纤调制解调器增加距离。
②使用集线器连接集线器或主机。
优点:
- ①过滤通信 增大吞吐量
- ②扩大物理范围
- ③提高了可靠性
- ④可以连接不同物理层,MAC层以太网速度可以不同
直通式交换机:检查完MAC地址后立即转发,延迟小,可靠地,不支持不同速率端口。
存储式转发交换机:帧放入告诉缓存,检查是否正确,正确转发.错误丢弃。时延大,可靠性高,支持不同速率端口。
如果交换机不知道目的地址在哪个端口,就洪泛发送出去。
每个表项都有生存周期,超时后删除。
冲突域:多个设备同时发信息,造成冲突的范围。
广播域:网络中能接收任意设备的广播帧。
| 冲突域 | 广播域 | |
|---|---|---|
| 物理层设备 | 不能隔离 | 不能隔离 |
| 数据链路层设备 | 可以隔离 | 不能隔离 |
| 网络层设备 | 可以隔离 | 可以隔离 |
