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DISCOVERY SEM1,3.3本地网络中的通信,来源：/,目录,源、通道和目的 通信规则 消息编码 消息格式 消息大小 消息时序 消息模式 通信中的协议使用,协议的重要性,计算机像人一样，也要按照规则或协议进行通信。 协议在本地网络上尤其重要。在有线环境中，本地网络定义为所有主机必须“讲同一种语言”（用计算机术语表示就是“共享一个公共协议”）的区域。 如果同一间房里的每个人都讲不同的语言，肯定无法交流。同样，如果本地网络中的设备不使用同一个协议，就无法互相通信。 本地有线网络中最常用的协议集是以太网。 以太网协议定义了本地网络通信的许多方面，包括：消息格式、消息大小、时序、编码和消息模式。,协议的标准化,在网络的早期发展阶段，每个厂商都使用自己专用的方法来连接网络设备和网络协议。不同供应商的设备之间无法通信。 随着网络的不断普及，用来定义不同厂商设备操作的规则也逐渐开发出来。这些标准给网络带来多方面的益处： 方便设计 简化产品开发 促进竞争 提供一致的互连方式 便于培训 客户有更多的厂商可以选择 实际上不存在官方的本地网络标准协议，但随着时间的发展，以太网逐渐成为最受人们推崇的一种技术， 并已成为事实标准。,协议的标准化,电气电子工程师协会（亦称 IEEE）负责维护网络标准，包括以太网和无线标准。IEEE 委员会主要负责审批和维护连接标准、介质要求及通信协议。每项技术标准都有一个编号，指代负责审批和维护该标准的委员会。负责以太网标准的委员会是 802.3。 以太网自从 1973 年创立以来，其标准经历了多次发展，用于规范更快、更灵活的技术。以太网这种不断改进的能力正是它如此受欢迎的主要原因之一。每个以太网版本都有相关的标准。例如，802.3 100BASE-T 代表使用双绞线电缆标准的 100 兆以太网。此标准的具体解释为： 100 是以兆位每秒 (Mbps) 为单位的速度 BASE 代表基带传输 T 代表电缆类型，这里是指双绞线。 以太网的早期版本速度非常慢，只有 10 Mbps。时过境迁，最新版本的以太网运行速度已经超过每秒 10 千兆（吉）。可以计算一下，新版本比原始以太网版本快了多少倍！,消息编码,在发送消息时，首先执行的步骤之一是对消息进行编码。书面文字、图片和口头语言都有各自一套编码、声音、姿势和（或）符号来表达共享的思想。编码是将思想转换成语言、符号或声音以便于传输的过程。解码是编码的逆向过程，其目的是解释思想。 假设一个人正在欣赏日落，然后打电话给另一个人描述日落的壮丽景观。为了沟通这一信息，发送方必须先将其对于日落的想法和感觉转换或编码成文字。然后通过声音和语调的变化对着电话讲出这些文字，将这一信息传达给对方。电话线另一端的聆听者收到信息后，对其进行解码，眼前便浮现出发送方描述的日落景观。 计算机通信也要进行编码。主机之间的编码必须采用适合介质的形式。通过网络发送的消息先由发送主机转换成位。根据用来传输位的网络介质，将每个位编码成声音、光波或电子脉冲的样式。目的主机接收并解码信号，解释收到的消息。,物理寻址,所有通信都需要一种标识源和目的的方法。在人际交流中，源和目的用名字来表示。 当有人叫唤一个名字时，被唤到名字的人就会聆听消息并作出反应。房间里的其他人可能会听到该消息，但不会在意，因为消息不是说给他们听的。 以太网络也用类似的方法来标识源主机和目的主机。每台连接到以太网络的主机都会获得一个物理地址，用于在网络中标识自己。 每个以太网络接口在制造时都有一个物理地址。此地址称为介质访问控制 (MAC) 地址。MAC 地址用于标识网络中的每台源主机和目的主机。 以太网络是基于电缆的，亦即主机和网络设备使用铜缆或光缆连接。这是主机之间通信时使用的通道。 当以太网络上的主机通信时，它会发送包含自己 MAC 地址（作为源地址）和预定接收方 MAC 地址的帧。收到帧的主机将对帧进行解码，并读取目的 MAC 地址。如果目的 MAC 地址与网卡上配置的地址匹配，它就会处理收到的消息，并将其存储起来供主机应用程序使用。如果目的 MAC 地址与主机 MAC 地址不匹配，网卡就会忽略该消息。,以太网通信,以太网协议定义网络通信的许多方面，包括帧格式、帧大小、时序和编码等。 当消息在以太网络上的主机之间发送时，主机会将消息格式化为标准指定的帧结构。帧也称为协议数据单元(PDU)。 以太网帧的格式指定目的和源 MAC 地址的位置以及其它信息，包括： 定序和定时的前导码 帧首定界符 帧的长度和类型 用于检测传输错误的帧校验序列 从“目的 MAC 地址”字段到“帧校验序列 (FCS)”字段，以太网帧的大小限制为最大 1518 个字节和最小 64 个字节。如果帧不符合这一限制，接收主机将不作处理。除了帧的格式、大小和时序以外，以太网标准还定义了组成帧的位在通道中的编码形式。位可在铜缆中以电子脉冲的形式传输，或在光缆中以光脉冲的形式传输。,以太网络的层次设计,试想一下，如果仅仅依靠人的名字来发送消息，通信会有多么困难！如果没有国家、城镇和街道地址，要寄一封信给世界上某个人简直不可想像。 在以太网络中，主机的 MAC 地址类似于人的名字。MAC 地址表示某一主机的独特身份，而不指示主机在网络中的位置。如果 Internet 中的所有主机（超过 4 亿台）都只用其唯一的 MAC 地址来标识，要查找一台确定的主机无异于大海捞针。 此外，为帮助主机通信，以太网技术还会生成大量的广播流量。广播将发送到一个网络中的所有主机，它非常消耗带宽，会减慢网络速度。如果连接 Internet 的数百万台主机都在一个以太网络中，并且都使用广播，将会是一种怎样的情景？ 由于这两个原因，由许多主机组成的大型以太网络通常效率极低。因此，最好将大型网络分割成更便于管理的多个小型网段，其方法之一是使用层次设计模型。,以太网络的层次设计,在网络中，层次设计用于将设备分组到多个以分层方式构建的网络。它包括更小、更易于管理的组，可让本地流量保留在本地。只有预定流向其它网络的流量进入更高的层。 层次式分层设计提高了效率，优化了功能，加快了速度。由于可以在不影响现有本地网络性能的情况下新增本地网络，从而可以根据需要伸缩网络。 层次式设计有三个基本层： 接入层 - 提供到本地以太网络中主机的连接。 分布层 - 相互连接较小的本地网络。 核心层 - 分布层设备之间的高速连接。 在这种新型的层次式设计中，需要使用逻辑寻址方案来标识主机的位置，也就是 Internet 协议 (IP) 寻址方案。,逻辑寻址,人的名字一般不会改变，而人的住址则不然。对于主机，其 MAC 地址不会改变；它是以物理方式分配到主机网卡的地址，称为物理地址。无论主机在网络中哪个位置，其物理地址都保持不变，就像人的名字一样。 IP 地址则类似于人的住址，它称为逻辑地址，因为它是根据主机位置以逻辑方式分配的。IP 地址或网络地址由网络管理员根据本地网络分配给每台主机。 IP 地址包含两部分。一部分标识本地网络。IP 地址的网络部分对于所有连接到同一本地网络的主机都是一样的。第二部分标识特定主机。在同一个本地网络中，IP 地址的主机部分是每台主机所独有的。 在层次网络中通信的主机同时需要物理 MAC 地址和逻辑 IP 地址，就像寄送信件同时需要收信人的名字和地址一样。,接入层、分布层和汇聚层,IP 流量根据与以下各层相关的特性和设备来管理：接入层、分布层和核心层。IP 地址用于确定流量应保留在本地，还是应上移到层次式网络的更高层。 接入层 接入层为终端用户设备连接到网络提供连接点，允许多台主机通过网络设备（通常是集线器或交换机）连接到其它主机。一般而言，同一个接入层中所有设备的 IP 地址都有相同的网络部分。 根据 IP 地址的网络部分，如果某消息的发送目的是本地主机，则该消息会保留在本地。如果发送目的是不同的网络，则会上传到分布层。集线器和交换机用于连接到分布层设备（通常是路由器）。 分布层 分布层