计算机网络学习--局域网技术

1.目前在局域网中常见的有：以太网（Ethernet）、令牌网（Token Ring）、FDDI网、异步传输模式网（ATM）等几类。

2.（1）标准以太网
　　最开始以太网只有10Mbps的吞吐量，它所使用的是CSMA／CD（带有冲突检测的载波侦听多路访问）的访问控制方法，通常把这种最早期的10Mbps以太网称之为标准以太网。以太网主要有两种传输介质，那就是双绞线和同轴电缆。所有的以太网都遵循IEEE 802.3标准，下面列出是IEEE 802.3的一些以太网络标准，在这些标准中前面的数字表示传输速度，单位是“Mbps”，最后的一个数字表示单段网线长度（基准单位是100m），Base表示“基带”的意思，Broad代表“宽带”。
　　·10Base－5 使用粗同轴电缆，最大网段长度为500m，基带传输方法；
　　·10Base－2 使用细同轴电缆，最大网段长度为185m，基带传输方法；
　　·10Base－T 使用双绞线电缆，最大网段长度为100m；
　　·1Base－5 使用双绞线电缆，最大网段长度为500m，传输速度为1Mbps；
　　·10Broad－36 使用同轴电缆（RG－59／U CATV），最大网段长度为3600m，是一种宽带传输方式；
　　·10Base－F 使用光纤传输介质，传输速率为10Mbps；

2）快速以太网（Fast Ethernet）
　　随着网络的发展，传统标准的以太网技术已难以满足日益增长的网络数据流量速度需求。在1993年10月以前，对于要求10Mbps以上数据流量的LAN应用，只有光纤分布式数据接口（FDDI）可供选择，但它是一种价格非常昂贵的、基于100Mpbs光缆的LAN。

3）千兆以太网（GB Ethernet）

4）10G以太网

2、令牌环网（Token Ring）
　　令牌环网是IBM公司于20世纪70年代发展的，现在这种网络比较少见。在老式的令牌环网中，数据传输速度为4Mbps或16Mbps，新型的快速令牌环网速度可达100Mbps。令牌环网的传输方法在物理上采用了星形拓扑结构，但逻辑上仍是环形拓扑结构。结点间采用多站访问部件（Multistation Access Unit，MAU）连接在一起。MAU是一种专业化集线器，它是用来围绕工作站计算机的环路进行传输。由于数据包看起来像在环中传输，所以在工作站和MAU中没有终结器。
　　在这种网络中，有一种专门的帧称为“令牌”，在环路上持续地传输来确定一个结点何时可以发送包。令牌为24位长，有3个8位的域，分别是首定界符（Start Delimiter，SD）、访问控制（Access Control，AC）和终定界符（End Delimiter，ED）。首定界符是一种与众不同的信号模式，作为一种非数据信号表现出来，用途是防止它被解释成其它东西。这种独特的8位组合只能被识别为帧首标识符（SOF）。

3、FDDI网（Fiber Distributed Data Interface）
　　FDDI的英文全称为“Fiber Distributed Data Interface”，中文名为“光纤分布式数据接口”，它是于80年代中期发展起来一项局域网技术，它提供的高速数据通信能力要高于当时的以太网（10Mbps）和令牌网（4或16Mbps）的能力。

FDDI的访问方法与令牌环网的访问方法类似，在网络通信中均采用“令牌”传递。它与标准的令牌环又有所不同，主要在于FDDI使用定时的令牌访问方法。FDDI令牌沿网络环路从一个结点向另一个结点移动，如果某结点不需要传输数据，FDDI将获取令牌并将其发送到下一个结点中。如果处理令牌的结点需要传输，那么在指定的称为“目标令牌循环时间”（Target Token Rotation Time，TTRT）的时间内，它可以按照用户的需求来发送尽可能多的帧。因为FDDI采用的是定时的令牌方法，所以在给定时间中，来自多个结点的多个帧可能都在网络上，以为用户提供高容量的通信。
　　FDDI可以发送两种类型的包：同步的和异步的。同步通信用于要求连续进行且对时间敏感的传输（如音频、视频和多媒体通信）；异步通信用于不要求连续脉冲串的普通的数据传输。在给定的网络中，TTRT等于某结点同步传输需要的总时间加上最大的帧在网络上沿环路进行传输的时间。FDDI使用两条环路，所以当其中一条出现故障时，数据可以从另一条环路上到达目的地。连接到FDDI的结点主要有两类，即A类和B类。A类结点与两个环路都有连接，由网络设备如集线器等组成，并具备重新配置环路结构以在网络崩溃时使用单个环路的能力；B类结点通过A类结点的设备连接在FDDI网络上，B类结点包括服务器或工作站等。

4、ATM网（Asynchronous Transfer Mode）
　　ATM的英文全称为“asynchronous transfer mode”，中文名为“异步传输模式”，它的开发始于70年代后期。ATM是一种较新型的单元交换技术，同以太网、令牌环网、FDDI网络等使用可变长度包技术不同，ATM使用53字节固定长度的单元进行交换。它是一种交换技术，它没有共享介质或包传递带来的延时，非常适合音频和视频数据的传输。ATM主要具有以下优点：
　　（1）ATM使用相同的数据单元，可实现广域网和局域网的无缝连接。
　　（2）ATM支持VLAN（虚拟局域网）功能，可以对网络进行灵活的管理和配置。
　　（3）ATM具有不同的速率，分别为25、51、155、622Mbps，从而为不同的应用提供不同的速率。
　　ATM是采用“信元交换”来替代“包交换”进行实验，发现信元交换的速度是非常快的。信元交换将一个简短的指示器称为虚拟通道标识符，并将其放在TDM时间片的开始。这使得设备能够将它的比特流异步地放在一个ATM通信通道上，使得通信变得能够预知且持续的，这样就为时间敏感的通信提供了一个预QoS，这种方式主要用在视频和音频上。通信可以预知的另一个原因是ATM采用的是固定的信元尺寸。ATM通道是虚拟的电路，并且MAN传输速度能够达到10Gbps。

5、无线局域网（Wireless Local Area Network；WLAN）

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△ 以太网的连接 

拓扑结构

总线型：所需的电缆较少、价格便宜、管理成本高，不易隔离故障点、采用共享的访问机制，易造成网络拥塞。早期以太网多使用总线型的拓扑结构，采用同轴缆作为传输
         介质，连接简单，通常在小规模的网络中不需要专用的网络设备，但由于它存在的固有缺陷，已经逐渐被以集线器和交换机为核心的星型网络所代替。 
星型：管理方便、容易扩展、需要专用的网络设备作为网络的核心节点、需要更多的网线、对核心设的可靠性要求高。采用专用

传输介质
以太网可以采用多种连接介质，包括同轴缆、双绞线和光纤等。其中双绞线多用于从主机到集线器或交换机的连接，而光纤则主要用于交换机间的级联和交换机到路由器间
的点到点链路上。同轴缆作为早期的主要连接介质已经逐渐趋于淘汰。 

接口的工作模式
以太网卡可以工作在两种模式下：半双工和全双工。 

△ 以太网的工作原理 
以太网采用带冲突检测的载波帧听多路访问（CSMA/CD）机制。以太网中节点都可以看到在网络中发送的所有信息，因此，我们说以太网是一种广播网络。
以太网的工作过程如下： 
当以太网中的一台主机要传输数据时，它将按如下步骤进行： 
1、帧听信道上收否有信号在传输。如果有的话，表明信道处于忙状态，就继续帧听，直到信道空闲为止。 
2、若没有帧听到任何信号，就传输数据 
3、传输的时候继续帧听，如发现冲突则执行退避算法，随机等待一段时间后，重新执行步骤1（当冲突发生时，涉及冲突的计算机会发送会返回到帧听信道状态。 
注意：每台计算机一次只允许发送一个包，一个拥塞序列，以警告所有的节点） 
4、若未发现冲突则发送成功，计算机所有计算机在试图再一次发送数据之前，必须在最近一次发送后等待9.6微秒（以10Mbps运行）。 

△ 帧结构 
以太网帧的概述： 
以太网的帧是数据链路层的封装，网络层的数据包被加上帧头和帧尾成为可以被数据链路层识别的数据帧（成帧）。虽然帧头和帧尾所用的字节数是固定不变的，但依被
封装的数据包大小的不同，以太网的长度也在变化，其范围是64～1518字节（不算8字节的前导字）。 
△ 冲突/冲突域 
冲突（Collision）：在以太网中，当两个数据帧同时被发到物理传输介质上，并完全或部分重叠时，就发生了数据冲突。当冲突发生时，物理网段上的数据都不再有效。 

冲突域：在同一个冲突域中的每一个节点都能收到所有被发送的帧。 

△ 广播/广播域 
广播：在网络传输中，向所有连通的节点发送消息称为广播。 
广播域：网络中能接收任何一设备发出的广播帧的所有设备的集合。 
广播和广播域的区别：广播网络指网络中所有的节点都可以收到传输的数据帧，不管该帧是否是发给这些节点。非目的节点的主机虽然收到该数据帧但不做处理。 
广播是指由广播帧构成的数据流量，这些广播帧以广播地址（地址的每一位都为“1”）为目的地址，告之网络中所有的计算机接收此帧并处理它。

△ 共享式以太网 
共享式以太网的典型代表是使用10Base2/10Base5的总线型网络和以集线器（集线 器）为核心的星型网络。在使用集线器的以太网中，集线器将很多以太网设备集中到一台
中心设备上，这些设备都连接到集线器中的同一物理总线结构中。从本质上讲，以集线器为核心的以太网同原先的总线型以太网无根本区别。 

广播帧和组播帧向所有的端口转发。 
交换机的三个主要功能： 
·学习：以太网交换机了解每一端口相连设备的MAC地址，并将地址同相应的端口映射起来存放在交换机缓存中的MAC地址表中。 
·转发/过滤：当一个数据帧的目的地址在MAC地址表中有映射时，它被转发到连接目的节点的端口而不是所有端口（如该数据帧为广播/组播帧则转发至所有端口）。 
·消除回路：当交换机包括一个冗余回路时，以太网交换机通过生成树协议避免回路的产生，同时允许存在后备路径。 
交换机的工作特性： 
·交换机的每一个端口所连接的网段都是一个独立的冲突域。 
·交换机所连接的设备仍然在同一个广播域内，也就是说，交换机不隔绝广播（唯一的例外是在配有VLAN的环境中）。 
·交换机依据帧头的信息进行转发，因此说交换机是工作在数据链路层的网络设备 
△ 交换机的分类： 
依照交换机处理帧的不同的操作模式，主要可分为两类。 
存储转发：交换机在转发之前必须接收整个帧，并进行检错，如无错误再将这一帧发向目的地址。帧通过交换机的转发时延随帧长度的不同而变化。 
直通式：交换机只要检查到帧头中所包含的目的地址就立即转发该帧，而无需等待帧全部的被接收，也不进行错误校验。由于以太网帧头的长度总是固定的，因此帧通
过交换机的转发时延也保持不变。 
注意： 
直通式的转发速度大大快于存储转发模式，但可靠性要差一些，因为可能转发冲突 帧或带CRC错误的帧。