局域网基本原理
 
使用的协议及线程
物理层
数据链路层
网络层
  
局域网设备
集线器
交换机
CSMA/CD
  
说明

 
使用的协议及线程
 
物理层
 
双绞线（异类直连，同类交叉）
 线序：T568A T568B
 线型：直连线 交叉线
 
 
同轴电缆
 
 
光纤
 多模光纤
 单模光纤
 
无线电
 
数据链路层
 
以太网 唯一事实标准
 令牌环 淘汰
 FDDI 光纤分布式接口 淘汰
 
网络层
 
IP 唯一事实标准
 IPX 淘汰
 Apple talk 淘汰
 
局域网设备
 
集线器
 
内部为总线型拓扑（总线型拓扑有的缺点集线器同样也有：任意时间只能由一台主机占用总线）连接的设备位于同一冲突域（设备发送数据会产生冲突的网络范围，集线器的所有接口在同一个冲突域，交换机的每个接口都是一个独立的冲突域）
 工作在物理层，没有任何的寻址能力，所有数据广播式转发
 
 
交换机
 
外观上，和集线器差不多
 在交换机内部，每两个接口都有一条独立的链路
 工作在数据链路层的设备，基于mac地址寻址，数据可以单点转发（交换机里有CPU和一张mac地址表）
 
 
CSMA/CD
 
CSMA/CD即载波侦听多路访问/冲突检测，是广播型信道中采用一种随机访问技术的竞争型访问方法，具有多目标地址的特点。它处于一种总线型局域网结构，其物理拓扑结构正逐步向星型发展。CSMA/CD采用分布式控制方法，所有结点之间不存在控制与被控制的关系。
 
说明
 
图片来源于网络

 
局域网并不同于外界通讯使用的TCP/IP协议体系，它是一种建立在传统以太网（Ethernet）结构上的网络分布，除了使用TCP/IP协议，它还涉及许多协议。

在局域网里，计算机要查找彼此并不是通过IP进行的，而是通过网卡MAC地址，它是一组在生产时就固化的唯一标识号，根据协议规范，当一台计算机要查找另一台计算机时，

它必须把目标计算机的IP通过ARP协议（地址解析协议）在物理网络中广播出去，“广播”是一种让任意一台计算机都能收到数据的数据发送方式，计算机收到数据后就会判断这条信息是不是发给自己的，如果是，就会返回应答，在这里，它会返回自身地址。

当源计算机收到有效的回应时，它就得知了目标计算机的MAC地址并把结果保存在系统的地址缓冲池里，下次传输数据时就不需要再次发送广播了，这个地址缓冲池会定时刷新重建，以免造成数据冗余现象。

实际上，共享协议规定局域网内的每台启用了文件及打印机共享服务的计算机在启动的时候必须主动向所处网段广播自己的IP和对应的MAC地址，然后由某台计算机（通常是局域网内某个工作组里第一台启动的计算机）承担接收并保存这些数据的角色，

这台计算机就被称为“浏览主控服务器”，它是工作组里极为重要的计算机，负责维护本工作组中的浏览列表及指定其他工作组的主控服务器列表，为本工作组的其他计算机和其他来访本工作组的计算机提供浏览服务，它的标识是含有\ \_MSBROWSE_名字段。

这就是我们能在网络邻居看到其他计算机的来由，它实际上是一个浏览列表，用户可以使用“nbtstat -r”来查看在浏览主控服务器上声明了自己的NetBIOS名称列表。

浏览列表记录了整个局域网内开启的计算机的资源描述，当我们要访问另一台计算机的共享资源时，系统实际上是通过发送广播查询浏览主控服务器，然后由浏览主控服务器提供的浏览列表来“发现”目标计算机的共享资源的。

但是仅知道彼此的地址还不够，计算机之间必须建立一条连接的数据链路才能正常工作，这就需要另一个基本协议来进行了。

NetBIOS（网络基本输入输出系统）协议是IBM开发的用于给局域网提供网络以及其他特殊功能的命令集，几乎每个局域网都必须在这种协议上面进行工作，NetBIOS相当于 Intranet上的TCP/IP协议。

而后推出的NetBEUI协议（NetBIOS用户扩展接口协议）则是对前者进行了功能扩充，这几个协议都是组成局域网的基本必备，最后，为了建立连接，局域网还需要TCP/IP协议。

【定义】

为了完整地给出LAN的定义，必须使用两种方式：一种是功能性定义，另一种是技术性定义。

前一种将LAN定义为一组台式计算机和其他设备，在物理地址上彼此相隔不远，以允许用户相互通信和共享诸如打印机和存储设备之类的计算资源的方式互连在一起的系统。这种定义适用于办公环境下的LAN、工厂和研究机构中使用的LAN。

就LAN的技术性定义而言，它定义为由特定类型的传输媒体（如电缆、光缆和无线媒体）和网络适配器（亦称为网卡）互连在一起的计算机，并受网络操作系统监控的网络系统。

功能性和技术性定义之间的差别是很明显的，功能性定义强调的是外界行为和服务；技术性定义强调的则是构成LAN所需的物质基础和构成的方法。

局域网（LAN）的名字本身就隐含了这种网络地理范围的局域性。由于较小的地理范围的局限性，LAN通常要比广域网（WAN）具有高得多的传输速率。

例如，LAN的传输速率为10Mb/s，FDDI的传输速率为100Mb/s，而WAN的主干线速率国内仅为64kbps或2.048Mbps，最终用户的上限速率通常为14.4kbps。

LAN的拓扑结构常用的是总线型和环行，这是由于有限地理范围决定的，这两种结构很少在广域网环境下使用。LAN还有诸如高可靠性、易扩缩和易于管理及安全等多种特性。局域网一般为一个部门或单位所有，建网、维护以及扩展等较容易，系统灵活性高。其主要特点是：
    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。
    使用专门铺设的传输介质进行联网，数据传输速率高（10Mb/s～10Gb/s）
    通信延迟时间短，可靠性较高
    局域网可以支持多种传输介质

局域网的类型很多，若按网络使用的传输介质分类，可分为有线网和无线网；

若按网络拓扑结构分类，可分为总线型、星型、环型、树型、混合型等；

若按传输介质所使用的访问控制方法分类，又可分为以太网、令牌环网、FDDI网和无线局域网等。

其中，以太网是当前应用最普遍的局域网技术。
 
转载于:https://www.cnblogs.com/csguo/p/7251828.html

 
文章目录
 
一、 局域网
二、 局域网 拓扑结构
三、 局域网 传输介质
四、 局域网 介质访问控制方法
五、 局域网 分类
六、 IEEE 802 标准
六、 数据链路层 LLC、MAC 子层

 

 

 

 

 
一、 局域网
 
 

 
局域网 ( Local Area Network , LAN ) 概念 : 某一区域内 , 多台计算机互连组成的 计算机组 , 使用 广播信道 ;
 
信道类型 说明 : 与 广播信道 相对的是 点对点信道 ;
 

 

 
局域网 特点 :
 
① 地理范围 : 局域网覆盖范围小 , 只在一个相对独立的局部范围连接 , 如 一栋楼 , 一所学校 ;
 
② 速率高 : 局域网 使用 专门的 传输介质 , 如 双绞线 , 同轴电缆 , 进行联网 , 信道传输速率高 , 10Mb/s ~ 10Gb/s ;
 
③ 可靠性 : 延迟低 , 误码率低 , 可靠性高 ;
 
④ 站点关系 : 局域网中各个站点平等 , 共享传输信道 ;
 
⑤ 通信方式 : 局域网 多采用 分布式控制 , 广播式通信 , 可以进行 广播 , 组播 ;
 

 

 
局域网 的 主要因素 :
 
网络拓扑
传输介质
介质访问控制方法
 

 

 

 

 
二、 局域网 拓扑结构
 
 

 
局域网 拓扑结构 : 推荐使用 总线型拓扑结构 ;
 
星型拓扑
总线型拓扑
环形拓扑
树形拓扑
 

 

 
星型拓扑 : 中间是集线器 ;
 
① 优点 : 任意两台主机之间通信 , 只需要两个步骤 ; 传输速度快 , 组网简单 ,控制管理简单 ;
 
② 缺点 : 星型拓扑 可靠性低 , 网络共享能力差 , 存在单点故障问题 ;
 
 

 

 
总线型拓扑 ( 推荐 ) 优点 : 网络可靠性高 , 节点响应速度快 , 共享资源能力强 , 设备投入量少 , 成本低 , 安装使用方便 ; 单个工作站点出现故障时 , 对整个网络没有影响 ; ( 全是优点 )
 

 

 
 
环形拓扑 :
 
① 优点 : 节省 通信设备 , 线路 ;
 
② 缺点 : 存在单点故障问题 ; 扩充难度大 , 系统响应延迟大 , 信息传输效率低 ;
 
 

 

 
树形拓扑 :
 
① 优点 : 拓展容易 , 易于隔离故障 ;
 
② 缺点 : 单点故障 ;
 
 

 

 

 

 
三、 局域网 传输介质
 
 

 
局域网 传输介质 :
 
① 有线局域网 :
 
双绞线
同轴电缆
光纤
 
② 无线局域网
 
电磁波
 

 

 

 

 
四、 局域网 介质访问控制方法
 
 

 
局域网 介质访问控制方法 :
 
① CSMA / CD : 载波监听多点接入 / 碰撞检测 协议 ;
 
网络类型 : 总线型局域网 , 树形网络 ;
 
② 令牌总线 :
 
应用网络类型 : 总线型局域网 , 树形网络 ;
物理拓扑结构 : 总线型 / 树型 拓扑结构 ;
逻辑拓扑结构 : 将 总线型 / 树型 网络 中各个主机 按照一定顺序 排列成 逻辑环 ;
工作机制 : 只有持有 令牌 的主机 , 才能控制总线 , 有发送数据的权利 ;
 
③ 令牌环 : 用于 环境拓扑结构 , 令牌环网 ;
 

 

 

 

 
五、 局域网 分类
 
 

 
局域网 分类 :
 
① 以太网 : 最广泛的局域网 ;
 
 
类型 : 标准以太网 ( 10Mbps ) , 快速以太网 ( 100Mbps ) , 千兆以太网 ( 1000Mbps ) , 10G 以太网 ;
 
 
标准 : 符合 IEEE 802.3 标准规范 ;
 
 
物理拓扑 : 星型拓扑 , 或 拓展星型 拓扑
 
 
逻辑拓扑 : 总线型
 
 
介质访问控制方法 : CSMA / CD ;
 
 
② 令牌环网 : 一个节点挂了 , 整个网络瘫痪 , 已经淘汰 ;
 
物理拓扑 : 星型拓扑
逻辑拓扑 : 环形拓扑
 
③ FDDI 网 : Fiber Distribute Data Interface , 光纤分布式数据接口 ;
 
物理拓扑 : 双环拓扑结构
逻辑拓扑 : 环形拓扑结构
 
④ ATM 网 : Asynchronous Transfer Mode , 新型单元交换技术 , 使用 53 字节固定长度单元进行交换 ;
 
⑤ 无线局网 : Wireless Local Area Network , ALAN , 使用 IEEE 802.11 标准 ;
 

 

 

 

 
六、 IEEE 802 标准
 
 

 
IEEE 802 标准 :
 
① IEEE 802.3 标准 : 以太网介质访问控制协议 ( CSMA/CD ) , 及 物理层技术规范 ;
 
② IEEE 802.5 标准 : 令牌环网 介质访问控制协议 , 及 物理层技术规范 ;
 
③ IEEE 802.8 标准 : 光纤技术咨询组 , 提供光纤联网技术咨询 ;
 
④ IEEE 802.11 标准 : 无线局域网 介质访问控制协议, 及 物理层技术规范 ;
 

 

 

 

 
六、 数据链路层 LLC、MAC 子层
 
 

 
IEEE 802 标准中 , 将数据链路层划分为
 
逻辑链路层 LLC 子层
介质访问控制 MAC 子层
 

 

 
逻辑链路层 LLC 子层 :
 
① 功能 :
 
识别 网络层 协议 , 对网络层数据进行封装 ;
LLC 报头 通知 数据链路层 , 收到帧后 , 如何处理数据包 ;
 
② LLC 子层为网络层 提供的服务 :
 
无确认无连接服务
面向连接服务
有确认无连接服务
高速传输服务
 

 

 
介质访问控制 MAC 子层 :
 
① 功能 :
 
数据帧 封装 / 卸装
帧的 寻址 识别
帧 的 发送 接收
链路管理
帧差错控制
 
② 意义 : MAC 子层 屏蔽了 不同物理链路的差异性 ;

局域网基本概念和体系结构
 
局域网
 
定义
 
简称LAN，指的是在某一区域内由多台计算机互联组成的计算机组，使用广播信道
 
特点
 
覆盖的地理范围较小，只在一个相对独立的局部范围内联，例如一座或者集中的建筑内
使用专门铺设的传输介质（例如双绞线、同轴电缆）进行联网，数据传输速率高（10Mb/s~10Gb/s）
通信延迟时间短，误码率低，可靠性较高
各个站点之间是平等关系，共享传输信道
多采用分布式控制和广播式通信，能够进行广播和组播
 
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
 
局域网的网络拓扑结构
 
 
星型拓扑
 
中心节点是控制中心
 
优点：
 
任意两个节点之间的通信最多需要两步，传输速度快
网络构形简单、建网容易
便于控制和管理
 
缺点：
 
网络可靠性低
网络共享能力差
有单点故障问题
 
总线型拓扑
 
优点：
 
网络可靠性高
网络节点间响应速度快
共享资源能力强
设备投入量少、成本低、安装使用方便
当某个工作站节点出现故障的时候，对于整个网络系统的影响较小
 
环型拓扑
 
优点：
 
系统中通信设备和线路比较节省
 
缺点：
 
存在单点故障问题：由于环路是封闭的
所以不便于扩充
系统响应延迟时长
信息传输效率相对较低
 
树型拓扑
 
易于扩展，易于隔离故障，也容易有单点故障
 
局域网的传输介质
 
有线局域网
 
常用介质：双绞线、同轴电缆、光纤
 
无线局域网
 
常用介质：电磁波
 
局域网介质访问控制的方法
 
 
CSMA/CD：常用于总线型局域网，也用于树型网络
 
 
令牌总线：常用于总线型局域网，也用于树型网络
 
它是将总线型或者树型网络中的各个工作站点按照一定的顺序如接口地址大小排列形成一个逻辑环。只有令牌持有者才能够控制总线，才有发送信息的权利
 
 
令牌环：用于用于环型局域网，如令牌环网
 
 
局域网的分类
 
**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（1000Mbps）和10G以太网，它们都符合IEEE 802.3系列标准规范。逻辑拓扑是总线型，物理拓扑是星型或者拓展星型，使用CSMA/CD
**令牌环网：**物理上采用的是星型拓扑结构，逻辑上是环型拓扑结构
FDDI网：物理上采用双环拓扑结构，逻辑上是环型拓扑结构
ATM网：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
无线局域网（WLAN）：采用IEEE 802.11
 
IEEE 802标准
 
IEEE 802系列标准是IEEE 802 LAN/WAN标准委员会指定的局域网、城域网技术标准。其中最广泛使用的是以太网、令牌环、无线局域网等。这一系列标准中的每一个子标准都由委员会中的一个专门的工作组负责
 
IEEE 802.3：以太网介质访问控制协议（CSMA/CD）以及物理层技术规范
 
IEEE 802.5：令牌环网的介质访问控制协议以及物理层技术规范
 
IEEE 802.8：光纤技术咨询组，提供有关光纤联网的技术咨询
 
IEEE 802.11：无线局域网(WLAN)的介质访问控制协议以及物理层的技术规范
 
IEEE 802.11
 
IEEE 802.11是无线局域网通用的标准，它是由IEEE所定义的无线局域网络通信的标准
 
功能
To Ds
From Ds
Ad1(接收端)
Ad2(发送端)
Ad3
Ad4
IBSS
0
0
DA
SA
BSSID
未使用
To AP
(基础结构型)
1
0
BSSID
SA
DA
未使用
From Ap
(基础结构型)
0
1
DA
BSSID
SA
未使用
WDS
(无线分布式系统)
1
1
RA
TA
DA
SA
IBSS：一个服务集内的移动站点不通过基站而直接通信
To AP：服务集内的移动站点向基站通信
From AP：服务集内的基站向移动站的通信
WDS：不同服务集内的两个移动站点之间的通信
 
 
无线局域网
 
分类：
 
 
有固定基础设施无线局域网
 
 
 
无固定基础设施无线局域网的自组织网络
 每一台主机都可以充当主机和路由器的功能
 
 
 
MAC子层和LLC子层
 
IEEE 802标准所描述的局域网参考模型只对应着OSI参考模型的数据链路层和物理层，它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子层：**负责识别网络层的协议，然后对它们进行封装。LLC报头告诉数据链路层一旦帧被收到的时候，应该如何处理数据包。为网络层提供服务：无确认无连接、面向连接、带确认无连接、高速传送
 
**MAC子层：**负责包括数据帧的封装/卸装，帧的寻址和识别、帧的接收和发送，链路的管理、帧的差错控制等，MAC子层的存在屏蔽了物理链路种类的差异性
 
以太网
 
以太网采用的是CSMA/CD技术
 
以太网在局域网技术中占据统治性地位的原因
 
造价低廉，网卡便宜
是应用技术最广泛的局域网技术
比令牌环网、ATM网便宜简单
满足网络要求的速率：10Mb/s~10Gb/s
 
以太网的两个标准
 
DIX Ethernet V2：第一个局域网产品规约
IEEE 802.3：IEEE 802委员会IEEE 802.3工作组指定的第一个IEEE的以太网标准
 
以太网提供的无连接、不可靠服务
 
无连接：发送方和接收方之间无"握手过程"
 
不可靠：不对发送方的数据帧编号，接收方不向发送方进行确认，差错帧直接丢弃，差错帧由高层负责
 
以太网只实现无差错接收，不实现可靠传输
 
以太网传输介质与拓扑结构的发展
 
graph LR
粗同轴电缆--->细同轴电缆--->双绞线+集线器
 
物理拓扑
 
graph LR
总线型--->星型
 
使用集线器的以太网在逻辑上任然是一个总线网，各站共享逻辑上的总线，使用的仍然是CSMA/CD协议
 
以太网的拓扑结构：逻辑上是总线型，物理上是星型
 
10BASE-T以太网
 
10BASE-T以太网是传送基带信号的双绞线以太网，T表示的是采用双绞线，现在10BASE-T以太网使用的是无屏蔽双绞线(UTP)，传输速率为10Mb/s
 
物理上采用星型拓扑，逻辑上采用的是总线型，每段双绞线最长为100M
 
采用的是曼彻斯特编码
 
采用CSMA/CD介质访问控制
 
适配器与MAC地址
 
计算机与外界局域网是的连接是通过通信适配器连接的
 
在适配器上我们会装上处理器和存储器(RAM和ROM)
 
ROM：存储有计算机硬件的MAC地址
 
在局域网中硬件地址又称为物理地址或者MAC地址
 
MAC地址：每个适配器都有一个全球唯一的48位二进制地址。前24位代表厂家(由IEEE规定)，后24位由厂家自己在指定，通常使用6个十六进制数表示
 
以太网的MAC帧
 
最常用的MAC帧采用的是以太网V2的格式
 
 
目的地址的类型：
 
单播地址：一个专有的MAC地址
广播地址：发送给所有的主机
多播地址
 
类型指
 
网络层使用的数据协议
 
数据
 
数据部分的长度是可变的，范围46B~1500B
 
1500：MTU，链路层的最大数据传输单元
 
46B：CSMA/CD协议的最小长度为64B，46=64-6-6-2-4
 
FCS
 
CRC的循环帧检验序列
 
数据链路层的数据到达物理层后，在开头出加帧开始定界符，没有在尾部加帧结束定界符的原因
 
以太网使用的编码形式位曼彻斯特编码，而曼彻斯特编码的特点就是在每一个比特内都会有两个码元，因此发送数据的过程实际上就是一个电压不断变化的过程，但我们停止发送数据的时候，电压就停止变化，所以发送方在发送完一个码元之后就不会再继续发送数据了，每一个帧在发送结束之后会有一个短暂的间隔，我们可以根据这个间隔来确定发送帧的结束的位置
 
高速以太网
 
速率$\ge$100Mb/s的以太网称为高速以太网
 
100BASE-T以太网
 在双绞线上传送100Mb/s基带信号的星型拓扑以太网，仍使用IEEE802.3的CSMA/CD协议。
 支持全双工和半双工，可在全双工方式下工作而无冲突。
吉比特以太网
 在光纤或双绞线上传送1Gb/s信号。
 支持全双工和半双工，可在全双工方式下工作而无冲突。
10吉比特
 10吉比特以太网在光纤上传送10Gb/s信号。
 只支持全双工，无争用问题。