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
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
3
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。
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