2010 【三级网络技术】 分章考点总结——【第3章局域.doc

第三章 局域网基础（by崔巍）2010最新版局域网仅定义了OSI参考模型中的物理层、数据链路层。局域网与城域网的基本概念决定局域网与城域网特点的三要素是：网络拓扑、传输介质、介质访问控制（MAC）方法局域网的基本通信机制与广域网完全不同，从存储转发方式改变为共享介质与交换方式。局域网的网络拓扑结构主要分为总线型、环形与星型。总线型拓扑结构：是局域网的主要拓扑结构之一。总线型局域网的介质访问控制方法采用共享介质方式。 所有结点都通过网卡连接到作为公共传输介质的总线上。局域网常用的传输介质包括：同轴电缆、双绞线、光纤、无线信道。IEEE802.2标准定义的共享介质局域网有以下3类： 1）带冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）方法的总线型局域网。（802.3） 2）令牌总线（Token Bus）方法的总线型局域网（802.4） 3）令牌环（Token Ring）方法的环形局域网（802.5）IEEE802标准只制定对应OSI模型的数据链路层与物理层。要想为多种局域网技术和产品制定一个共用的协议模型，IEEE802.2设计者提出将数据链路层划分为两个子层：逻辑链路控制（LLC）子层，介质访问控制（MAC）子层。不同局域网在MAC子层和物理层可以采用不同的协议，但是在LLC子层必须采用相同的协议。这点与网络层IP协议的设计思路相似。不管局域网的介质访问控制方法与帧结构以及采用的物理传输介质有什么不同。LLC子层统一将它们封装到固定结构的LLC帧中。LLC子层与低层采用的传输介质、介质访问控制方法无关。从目前局域网的实际应用情况来看，几乎所有局域网环境都采用以太网协议，因此局域网中是否使用LLC子层已经不重要，已不使用LLC协议，而是直接将数据封装在以太网的MAC帧结构中。网络层IP协议直接将分组封装到以太网帧中802.2：LLC子层 IEEE802.3标准：定义（CSMA/CD）总线介质访问控制子层与物理层标准。IEEE802.11标准：定义无线局域网访问控制子层与物理层的标准。10Mbps以太网物理层有多种标准，目前基本使用非屏蔽双绞线（10BASE-T）标准。千兆以太网与万兆以太网：保留传统的以太网帧结构，但是它们在主干网或核心网中应用时，基本上采用光纤作为传输介质，采用点到点的全双工通信方式，而不是传统的CSMA/CD的随机争用方式。以太网以太网的核心技术是介质访问控制方法CSMA/CD。 使用光纤介质的物理层标准10BASE-F由于网中的所有结点都可以利用总线发送数据，并且网络中没有控制中心，因此冲突的发生将不可避免。 CSMA/CD的发送流程可以简单概括为4点：先听后发、边听边发、冲突停止、延迟重发。载波侦听 以太网的物理层规定发送的数据采用曼彻斯特编码方式。如果一个结点已准备好发送的数据帧，并且总线此时处于空闲状态，则这个结点就可以“启动发送”。冲突检测方法 如果超过两倍的传输延迟2t时间没有检测出冲突，就能肯定该结点已获得总线访问权。进行冲突检测可以有两种方法：比较法和编码违例判决法。在以太网协议标准中，规定的冲突窗口长度为51.2us。以太网的数据传输速率为10Mbps，冲突窗口的51.2us可以发送512bit（64B）数据。64B是以太网最短帧的长度。这就意味着当结点发送一个最短帧，或一个长帧的前64B都没有发现冲突时，则表示该结点已经获得总线发送权，并可以继续发送后续的字节。以太网帧结构：前导码7B、帧前定界符1B、【目的地址6B、源地址6B、类型2B、数据461500B、帧校验4B】8B的前导码与帧前定界符主要用于接收同步阶段，在接收后不需要保留，也不计入帧长度中。 目的地址与源地址分别表示帧的接收结点地址与发送结点的硬件地址。硬件地址一般称为MAC地址、物理地址或以太网地址。地址长度为6B（48b）。目的地址可以是单一结点地址、多点地址、广播地址3类。 类型字段表示的是网络层使用的协议类型。数据字段：是高层待发送的数据部分。数据字段最小长度为46B。如果帧的数据字段值小于46B，应该将它填充至46B。由于帧头部分包括6B长的目的地址、6B长的源地址字段、2B长的类型字段与4B长的帧校验字段，因此帧头部分长度为18B。以太网帧的最小长度为64B。如果接受帧的长度小于规定的帧的最小长度64B，则表明冲突发生，应该丢弃该帧，结点重新进入等待接收状态。 如果没有发生冲突，则结点完成一个数据帧的接收后，首先需要检查帧的目的地址。如果目的地址为单一结点的物理地址，并且是本站点地址，则接受该帧；如果目的地址是组地址，接收结点属于该组，则接受该帧；如果目的地址是广播地址，则接受该帧；如果目的地址不符，则丢弃该帧。以太网协议将接收出错分为3种类型：帧校验错、帧长度错、帧位错。以太网实现方法，从层次的角度来看，这些功能覆盖了IEEE802.3标准的MAC子层与物理层。以太网的物理地址MAC地址48位（6B）的连续的以太网物理地址编码方法，允许分配的以太网的物理地址应该有247个。为每个网卡生产商分配以太网物理地址的前3B，后面的3B由网卡的厂商自行分配。当一家网卡生产商获得前3B地址的分配权后，它可以生产的网卡数量是224个。高速局域网的工作原理传统局域网技术建立在“共享介质”的基础上，网中所有结点共享一条公共传输介质，典型的共享介质访问控制方法是CSMA/CD、令牌环、令牌总线。将以太网传输速率从10Mbps提高到100Mbps，甚至1Gbps、10Gbps。将共享介质方式改为交换方式，促进了交换式局域网技术的发展。交换式局域网的核心设备是局域网交换机，它可以在多个端口之间建立多个并发连接。在交换方式出现后，局域网开始被分为两种类型：共享式局域网和交换式局域网。快速以太网（标准IEEE802. 3u）：数据传输速率达到100Mbps，但是它保留着传统10Mbps以太网的基本特征，采用相同的帧格式、介质访问控制方法与组网方法。IEEE802. 3u标准在LLC子层使用IEEE802. 2标准，在MAC子层使用CSMA/CD方法，只是在物理层进行必要的调整，定义新的物理层标准100BASE-T标准。千兆以太网（标准IEEE802. 3z）：传输速率1Gbps，保留着传统10Mbps以太网的基本特征，它们具有相同的帧格式与类似的组网方法。IEEE802. 3z标准在LLC子层使用IEEE802. 2标准，在MAC子层使用CSMA/CD方法，只是在物理层做一些必要调整，它定义了新的物理层标准1000BASE-T。万兆以太网（标准IEEE802. 3ae）：10Gbp Ethernet。万兆以太网帧格式与普通以太网、快速以太网、千兆以太网帧格式相同。仍保留着802.3标准对以太网最小和最大帧长度的规定。不再使用双绞线，而是使用光纤作为传输介质。万兆以太网只有全双工工作方式，因此不存在介质争用的问题，使用CSMA/CD协议。交换式局域网与虚拟局域网交换式局域网的核心设备是局域网交换机。交换机可以在多个端口之间建立多个并发连接。典型的交换式局域网是交换式以太网，它的核心部件是以太网交换机。 集线器Hub局域网交换机有以下几个技术特点：1）低交换延迟 2）支持不同的传输速率和工作模式:端口可以支持两种工作模式：半双工与全双工。例如，对于100Mbps的端口，半双工端口带宽为100Mbps，全双工端口带宽为200Mbp。 3）支持虚拟局域网服务：交换式局域网是虚拟局域网的基础。交换机可以隔离本地信息，从而避免网络上不必要的数据流动。这就是交换机与集线器最重要的区别。 以太网交换机利用（端口号MAC地址映射表）进行数据交换。交换机利用“地址学习”功能来动态建立和维护端口号MAC地址映射表，“地址学习”功能是通过读取帧的源地址并记录帧进入交换机的端口号。以太网交换机的帧转发方式分为3类：直通交换方式、存储转发交换方式、改进的直通交换方式。虚拟局域网VLAN：交换技术的发展为虚拟局域网的实现提供了技术基础。在传统的局域网中，通常一个工作组是在同一个网段上。虚拟网络建立在局域网交换机的基础上，它以软件方式实现逻辑工作组的划分与管理，工作组中的结点不受物理位置的限制。相同工作组的成员不一定连接在相同的物理网段。虚拟局域网VLAN的组网方法：1）用交换机端口号定义虚拟局域网 2）用MAC地址3)用网络层地址（如IP地址） 4）基于IP广播组的虚拟局域网虚拟局域网的优点：1）方便网络用户管理，减少网络管理开销。 2）提供更好的安全性 3）改善网络服务质量：相对减少潜在的广播风暴的危害。无线局域网无线局域网以微波、激光与红外线等无线电波作为传输介质。无线自组网Ad hoc 采用一种不需要基站的“对等结构”移动通信模式。Ad hoc网络中没有固定的路由器，这种网络中的所有用户都可能移动，“移动分布式多跳无线网络”。红外无线局域网、扩频无线局域网。无线局域网采用的扩频技术有两种：跳频扩频通信、直接序列扩频通信。 无线局域网标准：IEEE 802.11IEEE 802.11的MAC层采用CSMA/CA的冲突避免方法。局域网互连与网桥的工作原理局域网互连以及局域网互连设备网桥的工作原理网桥是数据链路层互联的设备。网桥以接受、存储、地址过滤与转发的方式实现互联网之间的通信。 网桥最常见的用法是用于连接两个局域网。网桥必须具有寻址能力和路由选择能力。 网桥所连接的局域网的MAC子层与物理层协议可以不同。网桥的重要工作是构建和维护路由表。路由表用于记录不同结点的物理地址与网桥转发端口的关系。 网桥按照路由表的建立方法分为两类：透明网桥与源路由网桥。透明网桥：透明网桥的路由表记录3个信息：站地址、端口与时间。 透明网桥由网桥自己来决定路由选择，局域网中的各个结点不负责路由选择，网桥对于互连局域网的各结点来说是“透明”的。 环形结构可能使网桥反复地复制和转发同一个帧，为防止出现这种情况，透明网桥使用的是一种生成树算法。 生成树算法通过网桥之间的协商构造出一个生成树。该过程将保证网络中的任何两个设备之间只有一个通路，创建一个逻辑上无环路的网络拓扑结构。源路由网桥：源路由网桥由发送帧的源结点负责路由选择。源路由网桥假定每个结点在发送帧时，都已经知道发往各个目的结点的路由，问题关键是源结点如何知道应该选择怎样的路由。 为了发现适合的路由，源结点以广播方式向目的结点发送一个用于探测的发现帧，发现帧在通过网桥互联的各个局域网中沿着所有可能的路由传送，从所有可能的路由中选择出一个最佳路由。为了解决集线器