【计算机网络】局域网原理与技术（局域网概述、以太网技术、高速以太网、虚拟局域网、无线局域网）
局域网原理与技术
- 局域网概述
- 局域网的相关标准（IEEE 802、LLC、 MAC）
- 重点总结
- 局域网的技术特性（传输媒体、传输技术、网络拓扑、媒体访问控制方法）
- 传输媒体（有线媒体、无线媒体）
- 传输技术（基带传输、频带传输）
- 网络拓扑（星型、总线型、环型、树型）
- 媒体访问控制方法（信道划分、轮询、随机访问）
- 以太网技术
- 以太网概述
- 重点总结
- MAC地址与帧格式（48位、单播帧、广播帧、多播帧）
- Wireshark（网络封包分析软件）
- 以太网工作原理（CSMA/CD、征用期、有效帧长）
- CSMA/CD具体含义
- 争用期（2τ）
- 有效帧长
- 【例题】最短有效帧长
- 【例题】CSMA/CD 综合题
- 二进制指数退避算法
- 【例】退避算法
- 重点总结
- 局域网的扩展
- 冲突域与广播域
- 数据链路层扩展局域网
- 【例题】以太交换机转发方式实例
- 高速以太网（100BASE-T以太网、千兆以太网）
- 100BASE-T以太网
- 千兆以太网
- 虚拟局域网（VLAN）
- 虚拟局域网的概念（基于端口、MAC地址、网络层协议、IP组播）
- 虚拟局域网的格式
- 无线局域网
- 无线局域网分类（有固定基础设施、无固定基础设施）
- CSMA/CA协议
- 帧间间隔（SIFS、PIFS、DIFS）
- 小结
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局域网概述
- 局域网是指将分散在一个局部地理范围的多台计算机通过传输媒体连接起来的通信网络。
- 网络覆盖的区域相对较小。
- 传输速率高，误码率低。
- 传输质量高。
- 局域网具有专用性质。
- 局域网大多采用广播方式传输数据。
局域网的相关标准（IEEE 802、LLC、 MAC）
IEEE 802 标准 中将局域网的数据链路层定义了两个子层，即逻辑链路控制LLC（Logical Link Control）子层和媒体访问控制MAC（Medium Access control）子层。
重点总结
- 局域网具有传输速率高，误码率低的特点
- 采用广播方式传输数据，不需要考虑路由选择
- 逻辑链路控制子层和媒体访问控制子层
局域网的技术特性（传输媒体、传输技术、网络拓扑、媒体访问控制方法）
- 传输媒体：指用于连接网络设备的介质类型，常用的有双绞线、同轴电缆、光纤，以及微波、红外线和激光等无线传输媒体。
- 传输技术：指借助传输媒体进行数据通信的技术，常用的有基带传输和宽带传输（频带传输）两种。
- 网络拓扑：物理结构和形状
- 媒体访问控制方法：指多台计算机对传输媒体的访问控制方法
传输媒体（有线媒体、无线媒体）
局域网的传输媒体包括：
- 有线媒体
- 同轴电缆
- 双绞线
- 光纤
- 同轴电缆
- 无线媒体
- 微波
- 红外线
- 激光
10BASE-2（细同轴电缆）
- 10 代表传播速率为10Mbps
- Base 代表 基带传输
- 2 表示最大延伸距离接近200米，200米内不需要转接器
10BASE-5（粗同轴电缆）
- 10 代表传播速率为10Mbps
- Base 代表 基带传输
- 5 表示最大延伸距离接近500米，500米内不需要转接器
10BASE-T（双绞线以太网）
- 10 代表传播速率为10Mbps
- Base 代表 基带传输
- T 代表双绞线
传输技术（基带传输、频带传输）
- 基带传输
- 频带传输
局域网中通常采用基带传输技术。
网络拓扑（星型、总线型、环型、树型）
局域网的典型拓扑结构
媒体访问控制方法（信道划分、轮询、随机访问）
基于信道划分的媒体访问控制
基于轮询的媒体访问控制
- 令牌总线网
- 令牌环网
基于随机访问的媒体访问控制
ALOHA
时隙ALOHA
1 - 持续CSMA
1 指的是站点一旦侦听到信道空闲，其发送数据的概率为100%。这种协议中，因站点发送数据前先侦听信道，减少了对前面发送数据的站的冲突，其性能较纯ALOHA和时隙ALOHA要好非持续CSMA
与1 - 持续CSMA相比，该协议降低了站点间冲突概率，具有较高的信道利用率，但增大了发送延时。p - 持续CSMA
站点在发送数据之前，首先侦听信道，如果信道空闲，就以概率p传送，而以概率q＝1－p把该次发送推迟到下一时隙。若发生冲突，则等待一随机时间后重新开始。
以太网技术
以太网概述
Ethernet，1975年由 Xerox 公司的 Metcalfe 提出。
1980年，DEC、Intel 和 Xerox 联手推出 DIX Ethernet 1.0 标准。
DIX Ethernet 2.0 标准与 IEEE 802.3 标准只有很小的区别（帧格式中两个字节的定义有小区别）。
- 总线型网络拓扑结构简单，一般采用分布式随机竞争介质访问控制方式。
- 以集线器为中心的以太网，在物理上呈星形拓扑，在逻辑上仍然属于总线式。
两个需要解决的问题，总线式广播信道中：
（1）如何实现计算机之间一对一的通信？
（2）如何协调多台计算机对总线传输媒体的访问控制问题？
重点总结
- 以太网的随机竞争介质访问控制方式
- 集线器连接以太网：物理上星形，逻辑上属于总线式
- 局域网中两个关键技术问题
（1）广播信道实现一对一通信
（2）总线传输媒体的访问控制
MAC地址与帧格式（48位、单播帧、广播帧、多播帧）
命令行里输入 ipconfig：可以看到 MAC 地址。
“发往本站的帧” 包括以下三种帧：
- 单播（unicast）帧（一对一）
- 广播（broadcast）帧（一对全体）
- 多播（multicast）帧（一对多）
Wireshark（网络封包分析软件）
Wireshark 是网络封包分析软件。
主要特点：
- 软件开源，没有版权问题；
- 捕获信息，实时查看；
- 存储捕获信息灵活，不受容量限制；
- 支持协议丰富，兼容常见抓包软件。
以太网工作原理（CSMA/CD、征用期、有效帧长）
CSMA/CD具体含义
- 多点接入
- 载波监听
- 冲突检测
争用期（2τ）
- 将总线式局域网的端到端往返时延称为争用期，也称为冲突窗口
- 从开始发送数据时刻起，在 0~2τ 时间内，存在着冲突的可能
- 而经过 2τ 时间之后，如果还没有发生冲突，则局域网上其它计算机都能感知到总线上有数据在传输
- 提供了设计总线式局域网中最小有效帧长的计算依据。
有效帧长
- 局域网的最小有效帧长不能小于争用期内传输的比特数。
- 以太网中的最大帧长。
【例题】最短有效帧长
小结：
【例题】CSMA/CD 综合题
概念挺难理解的…但是题目是真的很简单。。不要怕。。
（1）
最长时间的情况就相当于 A 的数据已经快到 B 了，B 才发出数据，此时产生冲突，A 想知道至少得等 B 的数据传到 A，因此总时间接近 2τ。
最短时间的情况相当于 A 和 B 同时出发，在中点相遇，产生冲突，那么 A 的数据到 B、B 的数据到 A 应该是同时可以到达的，因此总时间为 1τ。
（2）这个公式要记住，参数根据题意调整即可。
二进制指数退避算法
【例】退避算法
答案：24 - 1 = 15
重点总结
- 以太网采用 CSMA/CD 媒体访问控制方法
- 碰撞（或者称为冲突）在所难免
- 二进制指数退避算法：
牺牲时间效率，换取冲突概率减小
CSMA/CD 发送流程：
CSMA/CD 接收流程：
局域网的扩展
冲突域与广播域
冲突域：冲突域是指在该域内某一时刻只能有一个站点发送数据；如果两个站点同时发送数据会引起冲突，则这两个站点处于同一个冲突域内。
广播域：在以太网中，能够接收到任意站点发送的广播帧的所有站点的集合称为一个广播域。
数据链路层扩展局域网
以太交换机转发方式：
- 直通交换方式
- 存储转发方式
- 无碎片交换方式
【例题】以太交换机转发方式实例
（1）MAC1向MAC3发送数据帧时，交换机转发表为空，因此向端口2、端口3都发送了。MAC3收到数据帧后，要发送确认帧，转发表中已有MAC1的地址，因此直接将帧发送到MAC1，即向端口1发送。
（2）直通交换方式延迟最小，存储转发方式延迟最大。
高速以太网（100BASE-T以太网、千兆以太网）
100BASE-T以太网
千兆以太网
虚拟局域网（VLAN）
虚拟局域网的概念（基于端口、MAC地址、网络层协议、IP组播）
虚拟局域网的划方法：
- 基于端口划分VLAN
- 基于MAC地址划分VLAN
- 基于网络层协议划分VLAN
- 根据IP组播划分VLAN
虚拟局域网的格式
无线局域网
无线局域网分类（有固定基础设施、无固定基础设施）
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：
CSMA/CA协议
帧间间隔（SIFS、PIFS、DIFS）
- SIFS，即短帧间间隔，28微秒
- PIFS，即点协调功能帧间间隔，78微秒
- DIFS，即分布协调功能帧间间隔，128微秒
小结
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