局域网

局域网本章主要讲解局域网与广域网的基本知识及网络互联设备的基本原理与选型应用。通过本章学习，读者应该掌握以下内容:了解局域网的基本技术了解广域网的基本技术共享式集线器的工作原理及使用交换机的工作原理、分类、使用路由器的基本原理、分类、使用5.1局域网局域网:指范围在几百米到十几公里内办公楼群或校园内的计算机相互连接所构成的计算机网络。局域网最主要的特点是：网络为一个单位所拥有，且地理范围和站点数目均有限。一、概述局域网特点：1.覆盖的地理范围较小2.以微机为主要联网对象3.通常属于某个单位或部门所有4.传输速率高5.管理方便6.价格低廉7.实用性强，使用广泛二、局域网技术1、Ethernet局域网的发展历史1972年，Xerox公司开始Ethernet实验网的研究；1979年，Xerox公司宣布了Ethernet产品；1980年，Xerox、DEC与Intel联合宣布EthernetV2.0规范；20世纪90年代，10Base-T标准使得Ethernet性能价格比大大提高；目前，交换式Ethernet与最高速率为10Gb/s的高速Ethernet的出现，更确立了它在局域网中的主流地位2、802参考模型1980年2月，美国电气和电子工程师学会（IEEE）成立了局域网标准化委员会，称为IEEE802委员会，从事局域网标准化工作。IEEE802委员会提出了局域网的体系结构，即著名的IEEE802参考模型并形成了一系列的标准，称为IEEE802标准。1984年，IEEE802标准被采纳为国际标准，称为ISO8802标准。局域网只是一个计算机通信网，并且不存在路由选择问题，因此它不需要网络层，而只有最低的两个层次。为了使数据链路层能更好地适应多种局域网标准，802委员会就将局域网的数据链路层拆成两个子层：逻辑链路控制LLC(LogicalLinkControl)子层。媒体接入控制MAC(MediumAccessControl)子层802.2802.3802.3该参考模型中各层作用物理层完成发送数据的编码和接收数据的译码、前同步码的产生和去除、比特的传输和接收等工作。介质访问控制MAC子层的主要功能为：实现和维护MAC协议，发送数据时将上层的数据封装成MAC帧进行发送，接收时进行相反的操作，进行比特差错检测、寻址等。逻辑链路控制LLC子层的主要功能为：建立和释放数据链路层的逻辑连接、提供与高层的接口、进行差错控制、给帧加上序号等。3、IEEE802标准IEEE802.1——概述、局域网体系结构、网络管理和网际协议。IEEE802.2——逻辑链路控制协议和标准。IEEE802.3——CSMA/CD总线网MAC子层和物理层技术规范。IEEE802.4——令牌传递总线网的MAC子层和物理层技术规范。IEEE802.5——令牌传递环形网的MAC子层和物理层技术规范。IEEE802.6——城域网MAN的MAC子层和物理层技术规范。IEEE802.7——宽带网络访问方法及物理层技术规范。IEEE802.8——分布式数据光纤（FDDI）访问方法及物理层技术规范。IEEE802.9——综合话音与数据局域网技术。IEEE802.10——可互操作的局域网安全规范。IEEE802.11——无线局域网技术。IEEE802.12——优先级高速局域网（100VG-AnyLAN）。IEEE802.14——电缆电视（Cable-TV）。IEEE802.15——无线个人局域网。IEEE802.16——无线城域网。详见书上解释IEEE802.1标准:定义了IEEE802标准和ISO开放系统互连（OSI）参考模型之间的关系。IEEE802.2标准:定义了逻辑链路控制（LLC）子层功能和服务。这些协议确保数据在一条通信链路上可靠地传输。IEEE802.3标准:定义了在各种介质上带有冲突检测的载波监听多路访问（CSMA／CD）控制子层与物理层规范。这个标准还在同轴电缆、双绞线以及光纤介质上定义了联网方法。IEEE802.4标准:定义了令牌总线介质访问控制子层与物理层规范。网络采用了在一个广播总线网上令牌传递的方法。在LAN环境中，这个标准的应用不是很广。IEEE802.5标准:定义了令牌环介质访问控制子层与物理层规范。它为令牌环局域网定义了访问协议、电缆布线以及接口。IBM使得这个标准非常流行。光纤分布式数据接口（FDDI）是基于802．5令牌环协议的，它是由Accredited标准委员会（ASC）X3T9开发的。FDDI与802．2逻辑链路控制层兼容，因此也就与其它802联网标准兼容。IEEE802.6标准:定义了城域网（MAN）介质访问控制子层与物理层规范。定义了一个高速协议，协议规定网上的每个站点都使用一种叫分布式队列双总线（DQDB）的访问方法共享一条双光纤总线。IEEE802.7标准:定义了宽带网络技术。IEEE802.8标准:定义了光纤传输技术。IEEE802.9标准:定义了综合语言与数据局域网技术。把声音、数据和视频信号集成到802局域网（LAN）和综合业务数字网（ISDN）上传输。该规范已经被称为综合的声音和数据规范，或IVD。IEEE802.10标准:定义了可互操作的局域网安全性规范。定义在多个网络上进行互操作时的标准安全模型，在这个模型中加入鉴别和加密方法。IEEE802.11标准:定义了无线局域网技术。IEEE标准之间的关系IEEE802委员会为局域网制定了一系列标准，统称为IEEE802标准，并因为新技术的产生和发展，不断有新的标准制定和添加进去。三、CS/CDMA1、起因最初的以太网是将许多计算机都连接到一根总线上。当初认为这样的连接方法既简单又可靠，因为总线上没有有源器件。B向D发送数据CDAE匹配电阻（用来吸收总线上传播的信号）匹配电阻不接受不接受不接受接受B只有D接受B发送的数据总线上的每一个工作的计算机都能检测到B发送的数据信号。由于只有计算机D的地址与数据帧首部写入的地址一致，因此只有D才接收这个数据帧。其他所有的计算机（A,C和E）都检测到不是发送给它们的数据帧，因此就丢弃这个数据帧而不能够收下来。具有广播特性的总线上实现了一对一的通信。2、以太网为了通信简便的措施采用较为灵活的无连接的工作方式，即不必先建立连接就可以直接发送数据。以太网对发送的数据帧不进行编号，也不要求对方发回确认。这样做的理由是局域网信道的质量很好，因信道质量产生差错的概率是很小的。3、CSMA/CDCSMA/CD（CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection）称为带冲突检测的载波侦听多路访问控制。CSMA/CD有效地解决了介质共享、信道分配和信道冲突等问题，是目前局域网中采用的最常见的一种介质访问方法。CSMA/CD有两方面的含义：一是载波侦听多路访问即CSMA，二是冲突检测即CD。“多路访问”表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。“载波侦听”是指每一个站在发送数据之前先要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据，如果有，则暂时不要发送数据，以免发生碰撞。总线上并没有什么“载波”。因此，“载波侦听”就是用电子技术检测总线上有没有其他计算机发送的数据信号。“冲突检测”就是计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小。当几个站同时在总线上发送数据时，总线上的信号电压摆动值将会增大（互相叠加）。当一个站检测到的信号电压摆动值超过一定的门限值时，就认为总线上至少有两个站同时在发送数据，表明产生了冲突。总结：“先听后发，边发边听，冲突停止，随机延迟再发”。4、CSMA/CD的重要特性使用CSMA/CD协议的以太网不能进行全双工通信而只能进行双向交替通信（半双工通信）。每个站在发送数据之后的一小段时间内，存在着遭遇碰撞的可能性。这种发送的不确定性使整个以太网的平均通信量远小于以太网的最高数据率。5、IEEE802.3、以太网与CSMA/CD1975年，美国施乐（Xerox）公司研制成功实验以太网使用CSMA进行介质访问控制，数据传输速率为2.94Mbps，并命名为以太网。1981年，施乐公司与DEC公司以及Intel公司合作，联合提出了以太网的规约ETHE80。1982年修改为第二版规约，成为世界上第一个局域网产品的规约。以太网是特指使用CSMA/CD介质访问控制方法的DIXEthernetV2所描述的技术。1983年，IEEE802委员会以DIXEthernetV2为基础，推出了IEEE802.3标准，规定了CSMA/CD总线网的MAC子层和物理层技术规范。IEEE802.3与DIXEthernetV2都使用CSMA/CD，但在帧格式的细节上略有不同。在忽略网络协议细节时,人们一般习惯将IEEE802.3称为以太网，实际应用中也是完全兼容的。四、MAC地址1、MAC地址在局域网中，硬件地址又称为物理地址，或MAC地址。802标准所说的“地址”严格地讲应当是每一个站的“名字”或标识符。Ethernet地址→网络物理地址→物理网络地址;Ethernet地址=ManufactureID+NICID24bit+24bit公司：Cisco00-00-0cNovell00-00-1B00-00-D83Com00-20-AF00-60-8CIBM08-00-5A典型的Ethernet地址：00-60-8C-01-28-12000000001010000010001100000000010010100000010010Ethernet地址具有惟一性，取决于你所使用的网卡。Ethernet物理地址的十六进制与二进制的表示方法08-01-00-2A-10-C3000010000001000000101001000000000000000111000011十六进制地址格式二进制地址格式2、帧结构这里只讲802.3的MAC子层帧格式前导码与帧前定界符字段目的地址和源地址字段长度字段LLC数据字段帧校验字段前导码(7位)帧前定界符(1位)目的地址DA(2/6位)LLC数据(长度可变)帧校验字段FCS(4位)源地址SA(2/6位)长度域(2位)前导码与帧前定界符字段前导码：7个字节，10101010…101010比特序列。帧前定界符：1字节，10101011。目的地址和源地址字段地址字段长度：2个字节或6个字节。目的地址类型：单一结点地址（unicastaddress）；多点地址（multicastaddress）；广播地址（broadcastaddress）。长度字段帧的最小长度为64字节，最大长度为1500字节。LLC数据字段LLC数据字段是帧的数据字段，长度最小为46个字节少于46个字节，需要填充。帧校验字段采用32位的CRC校验校验的范围是：目的地址、源地址、长度、LLC数据等字段。3、关于无效的MAC帧数据字段的长度与长度字段的值不一致；帧的长度不是整数个字节；用收到的帧检验序列FCS查出有差错；数据字段的长度不在46~1500字节之间。有效的MAC帧长度为46~1500字节之间。对于检查出的无效MAC帧就简单地丢弃。以太网不负责重传丢弃的帧。五、令牌总线（TokenBus）、令牌环（TokenRing）1、令牌环在TokenRing中，所有结点通过环接口连接成环形拓扑结构。所有结点的数据发送都由在环中传递的一个“令牌”（Token，也称为权标）进行控制，令牌是一种特殊的MAC控制帧。当环正常工作时，令牌总是沿着物理环单向逐站传送。当各结点都没有数据帧发送时，令牌的形式为01111111，称为空闲令牌。当一个结点有数据要发送时，需等待空令牌到来并持有它，然后将它改为忙令牌，即01111110。并将数据附在令牌后面构成数据帧发送到环上。TokenRing控制方式具有以下特点确定的介质访问延迟时间。通过令牌控制，没有信