计算机网络——局域网

目录

局域网

网络拓扑

局域网介质访问控制方法

局域网的分类

以太网

以太网传输介质与拓扑结构的发展

适配器与MAC地址

以太网MAC帧

高速以太网

有固定基础设施的无线局域网

无固定基础设施的无线局域网

广域网

PPP协议

PPP组成部分

PPP的帧格式

PPP协议状态图

HDLC协议​

PPP与HDLC的比较

扩展以太网

冲突域

在物理层扩展以太网

在数据链路层扩展以太网

 

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局域网

局域网(Local Area Network) :简称LAN, 是指在某一区域内由多台计算机互联成的计算机组，使用广播信道。

特点1:覆盖的地理范围较小，只在一个相对独立的局部范围内联，如一座或集中的建筑群内。

特点2:使用专门]铺设的传输介质(双绞线、同轴电缆)进行联网，数据传输速率高(10Mb/s ~ 10Gb/s)。

特点3:通信延迟时间短，误码率低，可靠性较高。

特点4:各站为平等关系，共享传输信道。

特点5:多采用分布式控制和广播式通信，能进行广播和组播。

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。

网络拓扑

局域网介质访问控制方法

最早以太网是将计算机连接到总线上，这种方式需要在发送数据的时候指明目的地址，收到数据帧的时候与自己的适配器(在下面)地址进行比对，一致则留下，不一致丢弃。为了通信方便，以太网采取：1.无连接工作方式：不必建立连接就可以直接发送数据，不要求对方发回确认。2.使用曼切斯特编码形式，每一个码元分成两个相等的间隔。

1.CSMA/CD常用于总线型局域网，也用于树型网络。特点：多点接入；载波监听(每个站步听的检测信道)；碰撞检测(边发送变监听)

2.令牌总线常用于总线型局域网，也用于树型网络 它是把总线型或树型网络中的各个工作站按一定 顺序如按接口地址大小排列形成一 个逻辑环。只有令牌持有者才能控制总线，才有发送信息的权力。

3.令牌环用 于环形局域网，如令牌环网

局域网的分类

1.以太网：以太网是应用最为广泛的局域网，包括标准以太网(10Mbps) 、快速以太网(100Mbps) 、 千兆以太网( 1000 Mbps)和10G以太网，它们都符合IEEE802.3系列标准规范。逻辑拓扑总线型，物理拓扑是星型或拓展星型。使用CSMA/CD.

2.令牌环网 物理上采用了星形拓扑结构，逻辑上是环形拓扑结构。已是“明日黄花”。

3.FDDI网(Flber Distributed Data Interface)物理 上采用了双环拓扑结构，逻辑上是环形拓扑结构。

4.ATM网(Asynchronous Transfer Mode)较新型的单元交换技术,使用53字节固定长度的单元进行交换。

5.无线局域网(Wireless Local Area Network; WLAN)采用IEEE 802.11标准。

以太网

以太网(Ethernet)指的是由Xerox公司创建并由Xerox、Intel和DEC公 司联合开发的基带总线局域网规范，是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。以太网络使用CSMA/CD(载波监听多路访问及冲突检测)技术。

以太网在局域网各种技术中占统治性地位:

1.造价低廉(以太网网卡不到100块) ;

2.是应用最广泛的局域网技术;

3.比令牌环网、ATM网便宜，简单;

4.满足网络速率要求: 10Mb/s~10Gb/s.

以太网两个标准

DIX EthernetV2:第一个局域网产品(以太网)规约。

IEEE 802.3: IEEE 802委员会802.3工作组制定的第一个IEE的以太网标准。( 帧格式有一丢丢改动)

因为厂商的商业竞争，IEEE 802委员会被迫指定了几个不同的局域网标准：802.4令牌总线网、802.5令牌环网等。

IEEE 802委员为了使数据链路层更好的适应多种局域网标准，将数据链路层划 分为逻辑链路层LLC子层和介质访问控制MAC子层。

LLC与MAC分别与网络层和物理层相连 所以会有不同的作用。

IEEE 802标准所描述的局域网参考模型只对应OSI参考模型的数据链路层与物理层。

但是到了后面以太网的垄断，TCP/IP体系经常使用的局域网只剩下DIX Ethernet V2，所以IEEE制定的LLC作用已经消失了。

以太网传输介质与拓扑结构的发展

1999年IEEE制定出星型以太网10BASE-T的标准802.3i。

适配器与MAC地址

计算机与外界有局域网的连接是通过通信适配器的。

网络接口板 网络接口卡NIC (network interface card) NOW，不再使用单独网卡。

适配器上装有处理器和存储器(包括RAM和ROM)。

ROM上有计算机硬件地址MAC地址。

在局域网中，硬件地址又称为物理地址，或MAC地址。[ 实际上是标识符]

MAC地址:每个适配器有一个全球唯一的48位二进制地址，前24位代表厂家(由IEEE规定)，后24位厂家自己指定。常用6个十六进制数表示，如02-60-8c-e4-b1-21。

以太网MAC帧

最常用的MAC帧是以太网V2的格式。

 

第三个字段是类型，用来标识上一层用的什么协议。

一个数据帧的最小长度为64字节，减去目的地址等的18字节，就剩下46字节。

FCS使帧检测序列，用的CRC。

在数据帧前面会插入一个帧开始定界符，每一个帧会有间隔，曼切斯特编码特点是一个bit内由=有两个码元，所以发送的时候会优电压变化，发送完成就没有电压变化了，所以在前数4个字节，就可以知道什么时候结束。

为什么会有前导码，因为一个站开始接收数据帧的时候，由于适配器的时钟尚未与到达的比特流达成同步，前面的若干字节就无法接收。帧开始定界符后面的两个11就是提示开始接收MAC帧。

在通信过程中，要先把信息发送给基站（发送端）,通过基站发送给对应的基站，接受端和目的地址也是不一样的，接收端是接收的基站，目的地址就是对方的主机。

 

高速以太网

 

有固定基础设施的无线局域网

如果有墙信号就会减弱，A发给基站AP1，AP1通过线传给AP2，AP2在发送给B，实现漫游，每一个Wifi都是一个基站。

无固定基础设施的无线局域网

 

广域网

广域网(WAN, Wide Area Network)，通常跨接很大的物理范围，所覆盖的范围从几十公里到几千公里，它能连接多个城市或国家，或横跨几个洲并能提供远距离通信，形成国际性的远程网络。

广域网的通信子网主要使用分组交换技术。

广域网的通信子网可以利用公用分组交换网、卫星通信网和无线分 组交换网，它将分布在不同地区的局域网或计算机系统互连起来，达到资源共享的目的。如因特网(Internet) 是世界范围内最大的广域网。

广域网：网络+链路+物理；局域网：链路+物理

PPP协议

点到点协议（Point to Point Protocol，PPP）是为在同等单元之间传输数据包这样的简单链路设计的链路层协议。 这种链路提供全双工操作，并按照顺序传递数据包。设计目的主要是用来通过拨号或专线方式建立点对点连接发送数据，使其成为各种主机、网桥和路由器之间简单连接的一种共通的解决方案。

用户通常都要连接到某个ISP(isp是为用户提供信息业务、增值业务等多种业务的电信运营商。任何一家互联网企业都需要办理isp许可证，只有拥有isp许可证，国家才会允许该运营商进入互联网服务企业。)才能接入到互联网。PPP协议就是用户计算机和ISP进行通信的是偶所使用的数据链路层协议。

其应满足的要求为：

无需满足的要求

纠错 流量控制 序号 不支持多点线路

可靠传输由运输层的TCP协议负责，音系数据链路层PPP协议不需要纠错，不需要设置序号，不需要进行流量控制。PPP协议只支持点对点的链路通信。所以PPP只支持全双工。

PPP组成部分

LCP是物理连接，NCP是逻辑连接，只有都链接了才算入网成功

PPP的帧格式

PPP的首部为4个字段，尾部为2个字段。A、C字段至今也没给出定义，两个字段实际上没有携带PPP帧信息。

PPP使用字节填充或者0比特填充来防止信息字段中出现和标志字段一样的比特组合，实现透明传输。

PPP协议状态图

当用户拨号接入ISP后，就建立了一条从用户个人电脑到ISP的物理连接。这时，用户和人电脑向ISP发送了一系列的链路控制协议LCP分组，以便建立LCP连接。之后要进行网络层的配置，NCP给新接入的用户个人电脑分配了一个临时的IP地址。

HDLC协议

现在HDLC协议很少用了，PPP使用的更广泛。

PPP与HDLC的比较

HDLC比较可靠，但是数据链路层不要求可靠，可靠交由上层实现。

扩展以太网

冲突域

冲突域是同一片冲突域只能有一台电脑发送信息

主干集线器可以扩大冲突域：实现跨域通信,扩大以太网的范围，但是通信效率降低

在物理层扩展以太网

电信号转换为光信号，光信号在转换电信号。光纤带来的时延很小，带宽很宽。如上图，三个独立的碰撞域可以通过主干集线器连接起来，形成更大的以太网。可以跨冲突域通信并且扩大了以太网的覆盖范围。但是也有缺点：

1.通过集线器连接的冲突域的吞吐量不变，原来每个冲突域的吞吐量为A，在连接之后整个以太网的吞吐量还是A。当某一个冲突域之间在发消息的时候，会进行广播，那么其他两个冲突域就不能发消息了。

2.如果不同的冲突域使用不同的以太网技术(如使用不同速率的网卡，那么大家就只能工作在最低速率)，那么就不能用集线器互联。

在数据链路层扩展以太网

网桥&交换机

网桥根据MAC帧的目的地址对帧进行转发和过滤。当网桥收到一个帧时，并不向所有接口转发此帧，而是 先检查此帧的目的MAC地址，然后再确定将该帧转发到哪一一个接口， 或者是把它丢弃(即过滤)。

网桥优点: .

1.过滤通信量，增大吞吐量。

2.扩大了物理范围。

3.提高了可靠性。

4.可互连不同物理层、不同MAC子层和不同速率的以太网。

网桥分类：透明网桥

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表也会很快更新，在自学习

源路由网桥

 

交换机就是多接口的网桥
以太网交换机的两种交换方式

直通式交换机： 查完目的地址(6B) 就立刻转发。 延迟小，可靠性低，无法支持具有不同速率的端口的交换。

存储转发式交换机 ：将帧放入高速缓存，并检查否正确，正确则转发，错误则丢弃。 延迟大，可靠性高，可以支持具有不同速率的端口的交换。