网络基础知识

冲突域：在以太网中，如果某个CSMA/CD网络上的两台计算机同时通信会发生冲突，那么这个CSMA/CD网络就是一个冲突域。使用交换机可以有效避免冲突，因为交换机可以使用物理地址进行选路，它的每一个端口为一个冲突域。简单说，冲突域就是连接在同一缆线上的所有工作站的集合，或者说是同一物理网段上所有节点的集合，或是以太网竞争同一带宽的集合。所以对网络进行分段可以分离流量并创建更小的冲突域来使用户获得更高的带宽。

以太网组网：以太网采用竞争型的介质访问方法，允许网络上的主机共享同一条链路的带宽。以太网很受欢迎，因为它的扩展性很好，这意味着它相对来说容易引入新技术，比如容易将FE(快速以太网)和GE(千兆位以太网)技术引入到现有的网络设施中。以太网的实现也相对容易一些，这样一来，以太网的故障排除就容易直接进行。以太网采用了数链层和物理层的规范。以太网采用带冲突检测的载波侦听多路访问(CSMA/CD)技术，这是一种介质访问控制方法，用来帮助网络上的设备均匀地分享带宽，而不会使两台设备同时在网络介质上传送数据。当网络中的不同节点同时传送数据包时，不可避免地会产生冲突，CSMA/CD就用来解决这种冲突问题。在以太网中，好的冲突管理是非常必要的，因为当CSMA/CD网络中的一个节点发送数据时，网络中所有其他的节点都会收到并检查这些数据。

CSMA/CD的工作原理：当一台主机想在网络中传送数据时，它首先检查线路上是否有其他主机的信号正在发送，如果没有信号正在发送，就将自己的数据发送出去。正在传送数据的主机要不断地监听线路，以确信其他的主机没有在发送数据。如果主机在线路上检测到有其他的信号，它就会发送出一个加强阻塞的信号，以通知网段上其他所有的节点停止发送数据。作为对该信号的响应，网络上的节点会在试图重新发送数据之前先等一会。退避算法决定了发生冲突的站点什么时候可以重新发送数据。如果在试了15次之后还是产生冲突，试图发送数据的节点将超时。在以太网中，当发生冲突时：1。加强阻塞的信号会让所有设备都知道发生了冲突；2。冲突会激活随机退避算法；3，以太网网段中的每台设备都会等待一小段时间，直到定时器到期；4。定时期到期后，所有主机重新发送数据的机会是均等的。

半双工和全双工网：半双工以太网在原始的802.3Ethernet中定义，它只使用一对电缆线，数字信号在线路上是双向传输的。当然，这与IEEE规范所讨论的半双工工作过程稍微有一点不同，但CISCO所说的是通常在以太网中所发生的事情。半双工以太网也采用CSMA/CD协议，发防止产生冲突，如果产生了冲突，就允许重传。在CISCO看来，半双工以太网---典型的10BaseT---只有30%-40%的效率，因为一个大的10BaseT网络通常最多只给出3Mb/s-4Mb/s的带宽。但全双工以太网使用两对电缆线，而不是像半双工那样使用一对电缆线。全双工方式在发送设备的发送方和接收设备的接收方之间采用点到点的连接，这就意味着在全双工数据传送方式下，可以得到更高的数据传输速率。由于发送数据和接收数据是在不同的电缆线上完成的，因此不会产生冲突。之所以不会产生冲突，是因为现在就好象有了带多个入口的高速公路，而不是由半双工方式所提供的只有一条入口的路。全双工以太网能够在两个方向上提供100%的效率，比如可以用运行在全双工方式下的10Mb/s以太网得到20Mb/s的速率。当网络中有两个节点时，全双工以太网需要点到点的连接。除了集线路以外，其他任何设备都可以运行全双工。也许现在有人会问，我可以达到这样的传输速率，但却不一定能进行传输，为什么呢？事实上，当一个全双工以太网端口加电时，它首先连接到远程端，然后与FE链路的另一端进行协商，这称为“自动检测机制”。这种机制首先决定交换能力，这意味着它通过检测来决定是否能运行10Mb/s或100Mb/s传输速率下，然后它通过检测决定是否能运行在全双式方式下，如果不能运行在全双工方式下，它就运行在半双工方式下。记住，半双工以太网共享一个冲突域，它所提供的有效吞吐量比全双工以太网低。最后请记住：1。在全双工模式下不会有冲突域；2。专用的交换机端口可用于全双工节点；3。主机的网卡和交换机端口必须能够运行在全双工模式下

以太网的数据链路层：以太网的数据链路层负责以太网寻址，通常称其为硬件寻址或MAC寻址。以太网负责将网络层接下来的数据包组合成帧，并准备通过以太网连接的介质访问方法在本地网络上进行传输。

以太网寻址：它采用介质访问控制(MAC)地址进行寻址。MAC地址被烧入每个以太网网卡中。MAC地址也叫硬件地址，它采用12位的十六进制表示。

Ethernet帧：数据链路层负责将位组合成字节，并将字节组合成帧。帧被用在数据链路层，从网络层传递过来的数据包被封装成帧，以根据介质访问的类型进行传输。以太网的功能是使用一组称为MAC帧格式的位，在站点之间传送数据帧。在帧格式中，采用循环冗余检验(CRC)进行差错检测。记住，只是差错检测，不是差错纠正。下面是802.3帧和Ethernet帧的各个字段的详细说明。

前导(preamble)：它采用交替为1和0的模式，在每个数据包的起始处提供5Mhz的时钟信号，以允许接收设备锁定进入的比特流。

帧起始定界符/同步(start frame delimiter,sfd/synch)：前导为7字节，SFD为1字节。SDF为10101011，这里的最后一对11允许接收者进入中间某处的交替0、1模式中，却仍然能够同步并检测到数据的开始。

目的地址(DA)：它首先使用最低有效位(LSB)传送48位值。接收方站点使用DA来决定一个进入的数据包是否被送特定的节点。目的地址可以是单独的地址，或者是广播或组播MAC地址。记住，广播地址全为1(十六进制形式全为F)并被送往所有设备，但组播地址只被送往网络中节点的同类子集。

源地址(SA)：SA是48位的MAC地址，用来识别发送设备，它首先使用LSB。在SA字段中，广播和组播地址格式是非法的。

长度(length)或类型(type)：802。3使用长度字段，但Ethernet帧使用类型字段来识别网络层的协议。802。3不能识别上层协议，且必须与专用的LAN(比如IPX)一起使用。

数据：这是从网络层传送到数据链路层的数据包。它的大小可以在46-1500字节之间变化。

帧检验序列(FCS)：FCS是位于帧末尾的字段，它用来存放循环冗余检验(CRC)。

以太网的物理层：以太网最早由DIX(digital,inten和xerox)实现。他们创建并实现了第一个以太网LAN规范。IEEE根据这个规范设立了IEEE802。3委员会。这是一种传输速率为10Mb/s的网络，其物理介质(也叫传输介质)可以同同�S电缆、双绞线和光缆。IEEE将802。3委员会扩展为两个新委员会，分别称为802.3U(FE) 和802.3ab(5类线上的GE)，最后成了802.3ae(光缆和同轴电缆上的10Gb/s)。在设计一个局域网时，了解可用的、不同类型的以太网介质是非常重要的。当时，GE到每个桌面、交换机之间的传输速率达到10Gb/s是很了不起的事，尽管有一天可能会实现它，但现在看业，它的成本之高是不太可能让人接受的。但如果将目前能够使用的不同类型的以太网介质混合起来当适当调配，就可以用合适的价格获得相当好的网络性能。EIA/TIA是为以太网创建物理层规范的标准实体。EIA/TIA规定：以太网使用带4、5接线顺序的非屏蔽双绞线(UTP)连接已注册的插座(RJ)连接器(即RJ-45)。然而，工业中只是把它称为8针组合式连接器。

由EIA/TIA所指定的每一种以太电缆类型都是有固定的衰减的，这种衰减的定义为信号在电缆上传输时的强度损失，用分贝数(dB)来衡量。在公司和家用市场上所使用的电缆线是根据类型来衡量的。电缆线的类别越高，其质量就越好，衰减就越低。例如，5类线就比3类线要好一些，因为5类线在每英寸上绞的更密，因而串扰更小。串扰是指电缆来自邻近线对的信号干扰。下面介绍原始的IEEE802。3标准。

10Base2：它的传输速率为10Mb/s，采用基带传输，每个网段的距离限制为185为。它被称为细缆网，在每个网段上最多可支持30个工作站。它采用是的带AUI连接器的总线结构，并且在物理上和逻辑上都采用总线结构。10表示传输速率为10Mb/s，BASE表示采用基带传输技术，2代表最大距离几乎为200米。10Base2以太网网卡使用BNC和T型连接器连接到网络中。

10Base5：它的传输速率为10Mb/s，采用基带传输技术，每个网段的距离限制为500米。它被称为粗缆网。它采用的是带AUI连接器的总线结构，并且在物理上和逻辑上都采用总线结构。如果采用中继器，最大传输距离可达2500米，在所有网段上最多可支持1024个用户。

10BaesT：它的传输速率为10Mb/s，采用3类非屏蔽双绞线。与10Base2和10Base5 网络不同的是，它的每一台设备必须连接到集线器或交换机上，对每段电缆来说，只能连接一台主机。它使用RJ-45连接器，其物理拓扑结构是星型的，逻辑拓扑规则则是总线型的。每一种802.3标准定义了一个连接单元接口(AUI)，它允许根据数据链路层的介质访问方法实现到物理层的一次一位的传输。这就允许MAC保持不变，并且使得物理层可以支持任何现在的和新的网络技术。原始的AUI接口是15针的连接器，它允许采用收发器提供从15针到双绞线的转换。事实上，AUI接口不支持100Mb/s以太网，因为其工作频率太高了。因此，100BaseT需要一种新的接口，802.3U规范就创建了一种新的接口，名为介质无关接口(MII)，它能够提供100Mb/s的吞吐量。MII采用的是半字节，定义为4位。GE采用千兆介质无关接口(GMII)，一次是8位。802.3u(FE)与802.3Ethernet兼容，因为它们的物理特性是一样的。FE和Ethernet采用相同的最大传输单元(MTU)，相同的介质访问控制机制，并保留了10BaseT以太网所采用的帧格式。FE基本上是基于IEEE802。3规范的扩展，只是它的传输速率比10BaseT增加了10倍。下面介绍扩展的IEEE Ethernet802。3标准。

100BaseTX(IEEE802.3u)：采用EIA/TIA5、6或7类非屏蔽双绞线。每个网段一个用户，电缆线最大长度为100米。它采用RJ-45 MII连接器，其物理拓扑结构为星状。

100BaseFX(IEEE802.3u)：采用62.5/125微米的多模光缆进行布线。为点到点的拓扑结构，光缆最大长度为412米，采用ST或SC连接器，它们是介质接口连接器。

1000BaseCX(IEEE802.3z)：采用名为twinax(一种平衡的同轴线对)的铜质双绞线，电缆线最大长度仅为25米。

1000BaseT(IEEE802.3ab)：采用5类双绞线，其中包含4对UTP电缆，电缆线最大长度为100米。

1000BaseSX(IEEE802.3z)：采用62。5微米和50微米芯线的MMF，采用850纳米的激光，使用62.5微米的芯线时光缆最大长度可达220米，使用50微米的芯线时光缆最大长度可达550米。

1000BaseLX(IEEE802.3z)：单模光纤，采用9微米芯线和1300纳米激光的单模光缆，光缆最大长度可达3千米到10千米。

如果希网络介质不容易遭受电磁干扰(EMI)，可以选择光缆。光缆的安全性好、传输距离远，在高速传输时不容易遭受EMI干扰。

568B：橙白、橙、绿白、蓝、蓝白、绿、棕白、棕

568A：绿白、绿、橙白、蓝、蓝白、橙、棕白、棕

直连线：568B-568B

交叉线：568B-568A

IEEE802.3：CSMA/CD访问方法和物理层技术规范

IEEE802.11：无线局域网(802.11a-54Mb/s，802.11b-11Mb/s，802.11g-54Mb/s，802.11n-300Mb/s)