【计算机网络层】数据链路层：局域网和交换机

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🎯局域网

🚦局域网简述

🚦局域网的拓扑结构

✨星型拓扑（Star Topology）

✨总线型拓扑（Bus Topology）

✨环形拓扑（Ring Topology）

🎯点对点协议

🎯交换机及其工作原理

🚦交换机自学习和转发帧的步骤

🚦交换机的性能指标- 转发技术

✨直通转发技术

✨存储转发技术

✨碎片隔离式

✨交换机时延

🎯部分习题跟练

🚦第一题

🚦第二题

🎯局域网

🚦局域网简述

局域网（Local Area Network，简称LAN）是一种计算机网络，覆盖范围相对较小，通常局限于一个建筑物或一组建筑物内。使用广播信道。

局域网的主要特点包括：

地理范围：局域网的覆盖范围通常较小，如一个办公室、一所学校或一个工厂。

传输速率：局域网的传输速率通常较高，可以达到10Mbps、100Mbps、1Gbps甚至更高。

拓扑结构：局域网可以采用多种拓扑结构，如星型、环型、总线型等。

协议：局域网通常使用以太网（Ethernet）协议，这是一种广泛使用的局域网通信协议。

决定局域网的主要要素为：网络拓扑，传输介质与介质访问控制方法。

🚦局域网的拓扑结构

星型拓扑、总线型拓扑和环形拓扑是局域网中常见的三种网络拓扑结构，每种拓扑都有其独特的特点和适用场景。下面我将分别介绍这三种拓扑结构：

✨星型拓扑（Star Topology）

所有节点直接连接到一个中心节点，通常是交换机。
中心节点控制数据传输，易于监控和管理。
故障隔离性好，单个节点的故障不会影响其他节点。
易于扩展，添加或移除节点相对容易。
布线可能较为复杂，成本相对较高。

✨总线型拓扑（Bus Topology）

所有节点共享一条通信线路，即总线。
数据在总线上广播，所有节点都能接收到，但只有目标节点会处理数据。
布线简单，成本较低。
总线故障可能导致整个网络瘫痪。
随着网络规模的扩大，数据传输效率可能降低。

✨环形拓扑（Ring Topology）

每个节点通过两个接口连接到另外两个节点，形成一个闭合的环。
数据在环中按顺序传递，每个节点接收数据后转发给下一个节点。
环的完整性对于网络的运行至关重要，单个节点的故障可能影响整个网络。
易于监控和管理。
扩展性较差，添加或移除节点需要重新配置环。

🎯点对点协议

点对点协议（Point-to-Point Protocol，PPP）是一种在两个网络节点之间进行数据传输的链路层协议。

PPP协议的帧格式：标志字段F=0x7E。
PPP是面向字节的，所有的PPP帧的长度都是整数字节。
PPP帧格式：PPP采用7EH作为一帧的开始和结束标志，地址域（A）和控制域（C）取固定值（A=FFH，C=03H）
标志字段：F=0x7E
PPP有一个2个字节的协议字段，当协议字段为0x0021时，PPP帧的信息字段就是IP数据报；若为0xC021，则信息字段是PPP链路控制数据；若为0x8021，则表示这是网络控制数据。

🎯交换机及其工作原理

在数据链路层扩展局域网是使用交换机。

交换机工作在数据链路层，它根据MAC帧的目的地址对收到的帧进行转发。

交换机具有过滤帧的功能，但没有转发帧的功能。

当交换机收到一个帧时，并不是向所有接口转发此帧，而是先检查此帧的目的MAC地址，然后再确定该帧转发到哪一个接口。

🚦交换机自学习和转发帧的步骤

交换机收到一帧后先进行学习，查找交换表中与收到帧的源地址有无匹配的项目。
没有，就在交换表中增加一个项目（源地址，进入的接口和有效时间）
有，把原有的项目进行更新（进入的接口和有效时间）
转发帧。查找表中与收到帧的目的地址有无相匹配的项目。
没有，向进入接口除外的所有其他接口转发。
有，按交换表中给出的接口进行转发。