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  • 计算机网络:局域网协议

    千次阅读 2020-05-24 14:43:12
    根据计算机网络的拓扑结构,可将网络分为总线型、树型、...局域网中传输数据的基本单元为“帧”,当采用不同的局域网通信协议时,其中具体的数据帧格式也会不同,目前常见的数据帧格式包括PPP帧和MAC帧。所有的局域网

    根据计算机网络的拓扑结构,可将网络分为总线型、树型、星型、环型和网状型五种类型。常见的局域网组网方式包括令牌环、光纤分布数字接口和以太网等。

    一、概述

    在不同类型的网络拓扑结构中,网络设备的连接方式、传输介质的选择、网络的可靠性及可扩展性均存在差异。在组建网络时,通常需要综合网络功能和性能需求、环境状况和投入成本等因素,以确定所采用的网络拓扑方案。

    局域网中传输数据的基本单元为“帧”,当采用不同的局域网通信协议时,其中具体的数据帧格式也会不同,目前常见的数据帧格式包括PPP帧和MAC帧。所有的局域网通信协议都需要解决帧定界、透明传输和差错检测这三个基本问题。

    常见的局域网组网方式包括令牌环、光纤分布数字接口(FDDI,Fiber Distributing Data Interface)和以太网等。

    1.令牌环

    令牌环网络的拓扑结构为环型拓扑,它使用同轴电缆作为传输介质,抗干扰性强。在令牌环网络中,使用一种被称为令牌的特殊数据帧进行访问控制,令牌循环遍历环路中的每台主机,主机在接收到令牌后才能发送数据。这种网络的结构固定,不便于网络拓展和增加主机,且维护令牌需要付出额外代价,在令牌损坏后,整个网络将不能正常工作。

    2.光纤分布数字接口

    光纤分布数字接口FDDI的网络拓扑结构同样为环型拓扑,采用光纤作为传输介质,有着较高的网络带宽。FDDI组网方式只支持采用光缆或5类电缆作为传输介质,这种组网方式成本较高,多用于连接多个局域网的骨干网。

    3.以太网

    以太网相对于前两种方式具有结构简单、成本低的特点,在实际应用中也更为常见。以太网使用双绞线作为传输介质,最大覆盖半径可达数百米之内。随着以太网技术的发展,其数据传输速率可达到从10Mbps到100Gbps不等。

    二、PPP帧与MAC帧

    数据链路层的常用信道有两种,即点对点信道和广播信道。

    在点对点信道中,发送端仅发送数据给接收端,是一种一对一的通信方式。

    在广播信道中,发送端将数据发送给连接至信道的多个设备,由于信道被多个设备共享,数据碰撞概率高,故需要通过网络协议来进行协调。

    1.点对点信道

    PPP(Point-to-Point Protocol)协议只提供无比特差错的数据传输服务,是目前使用点对点信道的网络中应用最广泛的数据链路层协议。

    终端用户通过因特网服务提供商(ISP,Internet Service Provider)所提供的数据链路层协议,获得相应的网络访问服务,中国电信和网通等ISP均采用PPP协议为终端用户提供通信服务。PPPoE(Point-to-Point Protocol over Ethernet)协议及PPPoA(Point-to-Point Protocol over ATM)协议是由PPP协议衍生而来的两个协议, 目前家庭常用的ADSL宽带上网方式就是采用了PPPoE协议技术。

    PPP协议规定的数据帧格式如图2-11所示,数据帧首部包含4个字段,尾部包含2个字段。首部的第一个字段和尾部的第二个字段均为标志字段,起到帧定界符的作用。标志字段Flag被规定为十六进制数0x7E,转化成二进制数即为01111110。在PPP帧的首部,标志字段之后依次为地址字段和控制字段,地址字段规定为0xFF,控制字段规定为0x03。首部最后一个字段长度为2字节,为协议字段,表示数据部分所对应的网络层协议。若协议字段值为0x0021,则表示数据部分为IP数据报;若协议字段值为0xC021,则表示数据部分为链路控制协议LCP的数据。尾部第一个字段即帧校验序列,用于检测数据比特差错。

    图2-11 PPP数据帧格式

    为保证数据的透明传输,PPP协议对异步和同步这两种传输方式分别采用了字符填充法和比特填充法。使用异步传输时,PPP协议定义转义字符为0x7D,在RFC1662文档中定义了相应的字符填充方法;在同步传输中,则采用“零”比特填充法实现透明传输。

    2.广播信道

    数据链路层被拆分为两个子层:逻辑链路控制LLC子层和介质访问控制MAC子层。MAC子层负责与接入到传输介质相关的所有工作,LLC子层的作用被逐渐淡化。

    以太网MAC帧的格式具有两种标准,一种是以太网V2标准(DIX Ethernet V2),另一种是IEEE 802.3标准,其中以太网V2标准的MAC帧应用最为广泛。

    如图2-12所示为MAC帧的格式示意图,前两个长度为6字节的字段分别代表目的地址和源地址,第三个字段长度为2字节,用于表示上一层协议的类型。若第三个字段值为0x0800,则表示上一层使用IP协议,数据部分为IP数据报。数据部分的长度在46~1500字节。从图2-12中可以看出,物理层所传输的数据比MAC帧多8个字节,前7个字节用于实现接收端与发送端时钟频率的同步,第8个字节为帧开始定界符,标识MAC帧的开始。

    图2-12 MAC帧格式

    这里的MAC地址由IEEE802.3规定的扩展唯一标识EUI-48(EUI,Extended Unique Identifier)表示,它是一个由48位二进制表示的字符串,又称为物理地址、硬件地址。此地址由24位公司ID(也称为制造商ID)和24位扩展ID(也称为网卡ID)组成。公司ID被唯一指派给每个网络适配器的制造商;扩展ID在装配时被唯一指派给每个网络适配器。两者组合,即可生成全球唯一的48位的MAC地址。

    三、CSMA/CD协议

    CSMA/CD协议是以太网所采用的一种监听避免“碰撞”的协议,该协议工作在OSI模型数据链路层的MAC子层,是一种“争用”型的半双工介质访问控制协议,包含以下几个要素。

    1.多点接入

    CSMA/CD协议的应用环境为总线型网络,网络中的主机以多点接入的方式连接在总线上。

    2.载波监听

    CSMA/CD协议要求发送端在发送数据前对总线进行监听,若监听到其他计算机在发送数据,则等待一段时间后,确认总线空闲时才开始发送数据。

    3.“碰撞”监听

    在数据发送过程中需保持对总线上信号的监听,根据信号电平的变化幅度即可判断是否发生了“碰撞”。一旦监听到“碰撞”,就立即停止数据发送,等待一段时间后再次尝试重发,直至发送成功。

    四、虚拟局域网

    虚拟局域网(VLAN,Virtual Local network)是一种将局域网设备从逻辑上划分为多个网段,从而实现虚拟工作组的交换技术。

    在典型的局域网中,通常一个工作组属于同一个网段,多个逻辑工作组之间通过网桥或者路由器交换数据,逻辑工作组受到节点所在物理位置的限制。

    虚拟局域网使用交换机,以软件的方式实现逻辑工作组的划分与管理,不受物理位置的限制而组建的局域网。

    如图2-13所示为一个虚拟局域网,一个VLAN可以包含一台或多台交换机,如图中椭圆形区域所示,有3个VLAN。PC-1、PC-2、PC-3、PC-4在同一个VLAN中,但连接到不同的交换机。同时,一个VLAN中的所有主机也可以连接到同一台交换机上,如PC-5与PC-6连接到Switch A。

    图2-13 虚拟局域网

    不同虚拟局域网的组网方法,主要表现在对虚拟局域网成员的定义上,通常有四种:交换机端口号、MAC地址、网络层地址和IP广播组等方式。虚拟局域网不同划分方法的优缺点如表2-8所示。

    表2- 8虚拟局域网不同划分方法的优缺点

    划分方法

    优点

    缺点

    交换机端口

    可简单定义VLAN成员,将交换机端口定义为相应的VLAN组当用户改变端口时,需要重新进行配置

    MAC地址

    当用户物理位置改变时,VLAN不用重新配置当交换机初始化时,所有的用户都必须进行配置

    网络层地址

    根据协议类型划分,方便网络管理效率低,检查每个数据包的网络层地址需要消耗处理时间

    IP广播组

    灵活性好,且较易通过路由器进行扩展不适合局域网,因其效率不高

    五、高速以太网

    高速以太网是指传输速率达到或超过100Mb/s的以太网,适用于较远距离的传输。

    1.快速以太网

    快速以太网(Fast Ethernet)的传输速率比传统10BASE-T以太网快10倍,数据传输速率达到100Mb/s。100BASE-T标准的快速以太网仍使用IEEE802.3的CSMA/CD(Carrier Sensing Multiple Access with Collision Detection)协议,并采用星型拓扑结构。用户只需更换一个适配器,再配上一个100Mb/s的集线器就可方便地由10BASE-T以太网直接升级到100Mb/s。目前的10Mb/s和100Mb/s以太网是使用无屏蔽双绞线布线的。

    100BASE-T以太网有3种与传输介质相关的标准,如表2-9所示。

    1)100BASE-TX:支持2对5类非屏蔽双绞线(UTP)或2对1类屏蔽双绞线(STP)。其中,一对双绞线用于发送,而另一对双绞线用于接收。因此,100BASE-TX工作在全双工模式,每个节点均可以同时以100Mb/s的速率发送与接收数据。

    2)100BASE-T4:支持4对3类或5类非屏蔽双绞线。其中,3对双绞线用于数据传输,每一对均以33.3 Mb/s的速率传送数据;而另一对用作冲突检测的接收信道。

    3)100BASE-FX:支持两芯的多模或单模光纤。其中,一根光纤用于数据发送,另一根光纤用于数据接收。100BASE-FX工作在全双工模式,主要用作高速主干网,从节点到集线器的距离可以达到2 km。

    表2- 9不同传输介质的100BASE-T以太网技术指标

    以太网标准

    100BASE-TX

    100BASE-T4

    100BASE-FX

    传输介质

    2对UTP-5

    2对STP-1

    4对UTP-3/5

    2芯光纤

    信号技术

    MLT-3

    MLT-3

    8B6T,NTZ

    4B5B,NRZI

    数据速率

    100Mb/s

    100Mb/s

    100Mb/s

    100Mb/s

    最大段长

    100m

    100m

    100m

    200m

    网络跨度

    200m

    200m

    200m

    400m

    2.吉比特以太网

    吉比特以太网的数据传输速率是快速以太网的10倍,可达到1Gb/s。吉比特以太网保留了传统10BASE-T以太网的基本特征,具有相同的帧格式和类似的组网方法。

    吉比特以太网定义了基于双绞线的物理层标准1000BASE-T和基于光纤通道的物理层标准1000BASE-X:

    1)1000BASE-T,即IEEE 802.3ab,使用4对5类非屏蔽双绞线,双绞线长度可达100 m。

    2)1000BASE-X,即IEEE 802.3z,有以下3种有关传输介质的标准:

    (1)1000BASE-CX;

    (2)1000BASE-LX;

    (3)1000BASE-SX。

    IEEE 802.3z标准的吉比特以太网具有以下特点:

    1)支持全双工和半双工两种工作方式;

    2)在半双工方式下采用CSMA/CD协议,而在全双工方式下不采用该协议;

    3)向后兼容10BASE-T和100BASE-T技术。

    3.10吉比特以太网

    10吉比特以太网又称万兆以太网,使用IEEE 802.3以太网介质访问控制MAC协议。与传统的以太网标准相比,10吉比特以太网具有以下特征:

    1)只支持双工模式,不支持单工模式,而传统的以太网标准均支持单工/双工模式。

    2)由于传输速率高,10吉比特以太网只能使用光纤作为传输介质,而传统的以太网标准均支持同轴电缆。

    3)不支持CSMA/CD协议,因为该协议只适用于速率较慢的单工以太网。

    4)使用64B/66B和8B/10B两种编码方式,而传统以太网只使用8B/10B的编码方式。

    5)具有支持局域网和广域网的接口,且有效距离可达40 km,而传统的以太网只支持局域网应用,有效传输距离不超过5 km。

    100 Mb/s以太网、1 Gb/s以太网和10 Gb/s以太网均属于共享介质方式的高速以太网。这里,介绍一些其他类型的高速以太网。

    1)光纤分布式数据接口。光纤分布式数据接口(FDDI,Fiber Distributed Data Interface)是一个使用光纤作为传输介质的令牌环网,使用共享介质方式。其主要具有以下几个特点:

    (1)使用IEEE 802.5的单令牌环网MAC协议。

    (2)兼容IEEE 802标准的局域网。

    (3)数据传输速率为100 Mb/s,联网的节点数不超过1000,环路长度为100 km。

    (4)使用双环结构,提高容错能力。

    (5)可以使用多模或单模光纤。

    2)高性能并行接口。高性能并行接口(HIPPI,High-Performance Parallel Interface)是一个美国国家标准协会标准,主要用于连接外围设备、处理器和巨型机等。

    HIPPI标准具有以下特点:

    (1)HIPPI提供点对点的接口,可以在两个设备间建立连接。

    (2)HIPPI工作在单工模式下,只能沿着一个方向传输数据,但是,两条单工通道可以组成一条双工通道。

    由于光纤价格昂贵,HIPPI在设计之初,只能采用双绞线作为数据传输的媒介。

    3)光纤通道。光纤通道(FC,Fibre Channel)是一种高速网络互联技术,主要用于连接计算机存储设备。

    光纤通道标准定义了三种不同的拓扑结构:点到点、仲裁环和交换网。

    六、宽带接入技术

    1.xDSL 技术

    xDSL技术是使用数字技术改造现有的模拟电话用户线,可以承载宽带业务。

    前缀x表示在数字用户线(DSL,Digital Subscriber Line)上实现的不同带宽方案。

    表2-10列出了xDSL的几种类型。其中ADSL(Asymmetric DSL)表示非对称数字用户线,HDSL(High speed DSL)表示高速数字用户线,SDSL(Single-line DSL)表示1对线的数字用户线,VDSL(Very high speed DSL)表示甚高速数字用户线。

    表2- 10 xDSL类型

    xDSL

    对称性

    下行带宽

    上行带宽

    极限传输距离

    ADSL

    不对称

    1.5 Mb/s

    64 kb/s

    4.6~5.5 km

    HDSL(1对线)

    对称

    768 Kb/s

    768 kb/s

    2.7~3.6 km

    SDSL

    对称

    1.5 Mb/s

    1.5 Mb/s

    3 km

    VDSL

    不对称

    52 Mb/s

    1.6~2.3 Mb/s

    0.3 km

    DSL(ISDN)

    对称

    160 Kb/s

    160 Kb/s

    4.6~5.5 km

    ADSL有上行和下行之分,其不对称的原因在于用户下载的数据量要大于上传的数据量。

    如图2-14所示,ADSL接入网包含数字用户线接入复用器(DSLAM,DSL Access Multiplexer)、用户线和用户设施如ADSL调制解调器(ATU-R,ADSLTransceiver Unit Remote Terminal End)、电话机和PC等。

    图2-14 ADSL接入网的组成

    ADSL的优势在于可以利用现有电话网中的用户线,而不需要重新布线。

    2.光纤同轴混合网

    光纤同轴混合网(HFC,Hybrid Fiber Coax)是一种居民宽带接入网,在原有有线电视网(CATV,Community Antenna TeleVision)的基础上发展而来。HFC网不仅能够传输电视信号,还能提供电话、数据等业务。

    HFC网采用光纤作为主干线路,并使用模拟光纤技术,如图2-15所示。头端发射出的光信号经过模拟光纤到达光纤节点,光纤节点将接收到的光信号转换为电信号,电信号经由光纤节点下游的同轴电缆传送到居民区。

    图2-15 HFC网的体系结构

    HFC网具有以下特点:

    1)HFC网以光纤作为主干线路。

    2)HFC网采用节点体系结构。

    3)HFC网具有更宽的频谱,且具有双向传输能力。

    4)用户接口盒。每个家庭都需要安装一个用户接口盒(UIB,User Interface Box)。

    3.FTTx 技术

    光纤通信是利用光波作为载波,以光纤作为传输媒体,将信息从源节点传送至目的节点的一种通信方式。

    光纤通信具有容量大、传输距离远、抗干扰能力强、性能稳定和保密性能好等优点,已在各种不同的骨干网中得到了广泛应用。

    FTTx中x代表不同的技术。

    1)光纤到户(FTTH,Fiber To The Home)是家庭接入的解决方案,即将光纤一直铺设到用户家庭内。

    2)光纤到大楼(FTTB,Fiber To The Building)方案能解决一幢大楼有多个用户连接宽带的情况。

    3)光纤到路边(FTTC,Fiber To The Curb)是指将光纤铺设到离家庭或办公室1km以内的路边,从路边到单个用户,可以采用双绞线或同轴电缆,以星型结构连接。FTTC代替了普通旧式电话服务,只需通过一条线就可以完成电话、有线电视、多媒体和其他通信业务。

    FTTx还提供其他宽带接入方案,如光纤到节点或邻区(FTTN,Fiber To The Node/Neighborhood)、光纤到交换机(FTTE,Fiber To The Exchange)、光纤到小区(FTTZ,Fiber To The Zone)和光纤到办公室(FTTO,Fiber To The Office)等。

     

     

     

     

     

    IEEE 802

     

    IEEE 802也指IEEE标准中关于局域网和城域网的一系列标准。更确切的说,IEEE 802标准仅限定在传输可变大小的网络。

    系列标准

    IEEE 802系列标准是IEEE 802 LAN/MAN 标准委员会制定的局域网、城域网技术标准。其中最广泛使用的有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工作组负责。

    IEEE 802委员会成立于1980年2月,它的任务是制定局域网和城域网标准。IEEE 802中定义的服务和协议限定在OSI模型[OSI网络参考模型]的最低两层(即物理层数据链路层)。事实上,IEEE 802将OSI的数据链路层分为两个子层,分别是逻辑链路控制(Logical Link Control, LLC)和介质访问控制(Media Access Control, MAC),如下所示:

    · 数据链路层

    · 逻辑链路控制子层

    · 介质访问控制子层

    · 物理层

    IEEE 802系列标准是IEEE 802 LAN/MAN 标准委员会制定的局域网、城域网技术标准。其中最广泛使用的有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工作组负责。

    802委员会前有20多个分委员会。

    IEEE 802现有标准

    IEEE 802.1 :局域网体系结构、寻址、网络互联和网络

    IEEE 802.1A:概述和系统结构

    IEEE 802.1B:网络管理和网络互连

    IEEE 802.2 :逻辑链路控制子层(LLC)的定义。

    IEEE 802.3 :以太网介质访问控制协议 (CSMA/CD)及物理层技术规范 [1]  

    IEEE 802.4 :令牌总线网(Token-Bus)的介质访问控制协议及物理层技术规范。

    IEEE 802.5 :令牌环网(Token-Ring)的介质访问控制协议及物理层技术规范。

    IEEE 802.6 :城域网介质访问控制协议DQDB (Distributed Queue Dual Bus 分布式队列双总线)及物理层技术规范。

    IEEE 802.7 :宽带技术咨询组,提供有关宽带联网的技术咨询。

    IEEE 802.8 :光纤技术咨询组,提供有关光纤联网的技术咨询。

    IEEE 802.9 :综合声音数据的局域网(IVD LAN)介质访问控制协议及物理层技术规范。

    IEEE 802.10:网络安全技术咨询组,定义了网络互操作的认证和加密方法。

    IEEE 802.11无线局域网(WLAN)的介质访问控制协议及物理层技术规范。

    IEEE 802.11,1997年,原始标准(2Mbit/s,播在2.4GHz)。

    IEEE 802.11a,1999年,物理层补充(54Mbit/s,播在5GHz)。

    IEEE 802.11b,1999年,物理层补充(11Mbit/s播在2.4GHz)。

    IEEE 802.11c,符合802.1D的媒体接入控制层桥接(MAC Layer Bridging)。

    IEEE 802.11d,根据各国无线电规定做的调整。

    IEEE 802.11e,对服务等级(Quality of Service, QoS)的支持。

    IEEE 802.11f,基站的互连性(IAPP,Inter-Access Point Protocol),2006年2月被IEEE批准撤销。

    IEEE 802.11g,2003年,物理层补充(54Mbit/s,播在2.4GHz)。

    IEEE 802.11h,2004年,无线覆盖半径的调整,室内(indoor)和室外(outdoor)信道(5GHz频段)。

    IEEE 802.11i,2004年,无线网络的安全方面的补充。.

    IEEE 802.11j,2004年,根据日本规定做的升级。

    IEEE 802.11l,预留及准备不使用。

    IEEE 802.11m,维护标准;互斥及极限。

    IEEE 802.11n,更高传输速率的改善,基础速率提升到72.2Mbit/s,可以使用双倍带宽40MHz,此时速率提升到150Mbit/s。支持多输入多输出技术(Multi-Input Multi-Output,MIMO)。

    IEEE 802.11k,该协议规范规定了无线局域网频谱测量规范。该规范的制订体现了无线局域网络对频谱资源智能化使用的需求。

    IEEE 802.11p,这个通信协定主要用在车用电子的无线通信上。它设置上是从IEEE 802.11来扩充延伸,来符合智能型运输系统(Intelligent Transportation Systems,ITS)的相关应用。

    IEEE 802.11ac,802.11n的潜在继承者,更高传输速率的改善,当使用多基站时将无线速率提高到至少1Gbps,将单信道速率提高到至少500Mbps。使用更高的无线带宽(80MHz-160MHz)(802.11n只有40MHz),更多的MIMO流(最多8条流),更好的调制方式(QAM256)。目前是草案标准(draft),预计正式标准于2012年晚些时间推出。Quantenna公司在2011年11月15日推出了世界上第一只采用802.11ac的无线路由器Broadcom公司于2012年1月5日也发布了它的第一支支持802.11ac的芯片。

    IEEE 802.11ae-2012

    IEEE 802.12 : [1]  [2-3]  需求优先的介质访问控制协议(100VG AnyLAN)。

    IEEE 802.13 :(未使用 )【不吉利的数字,没有人愿意使用它---查自《计算机网络-Andrew S. Tanebaum》 Page 63 - 1.6.2 国际标准领域中最有影响的组织】

    IEEE 802.14:采用线缆调制解调器(Cable Modem)的交互式电视介质访问控制协议及网络层技术规范。

    IEEE 802.15:采用蓝牙技术的无线个人网(Wireless Personal Area Networks,WPAN)技术规范。

    IEEE 802.15.1:无线个人网络。

    IEEE 802.15.4:低速无线个人网络

    IEEE 802.16:宽带无线连接工作组,开发2~66GHz的无线接入系统空中接口

    IEEE 802.17:弹性分组环 (Resilient Packet Ring,RPR)工作组,制定了单性分组环网访问控制协议及有关标准。

    IEEE 802.18:宽带无线局域网技术咨询组(Radio Regulatory)。

    IEEE 802.19:多重虚拟局域网共存(Coexistence)技术咨询组。

    IEEE 802.20:移动宽带无线接入( Mobile Broadband Wireless Access ,MBWA)工作组,制定宽带无线接入网的解决 。

    IEEE 802.21:媒介独立换手(Media Independent Handover)。

    IEEE 802.22: [4]  无线区域网(Wireless Regional Area Network)

    IEEE 802.23:紧急服务工作组 (Emergency Service Work Group)

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  • 而且最好能够了解一些各层所使用的的协议,比如应用层使用的Telnet协议、FTP协议;传输层使用的是TCP协议、UDP协议;网络互联层自然使用的就是IP协议、ICMP协议;网络接口层自然使用的就是ARP协议了。这只是我举的...

    温故:

            上一篇文章《网络基础之TCP/IP》中我大致 讲了一些关于TCP/IP协议的知识点,最重要的一点是希望大家记住TCP/IP是四层模型,这一点要和OSI模型区分开来,这四层分别是应用层、传输层、网络互联层和网路接口层。而且最好能够了解一些各层所使用的的协议,比如应用层使用的Telnet协议、FTP协议;传输层使用的是TCP协议、UDP协议;网络互联层自然使用的就是IP协议、ICMP协议;网络接口层自然使用的就是ARP协议了。这只是我举的个别例子,还有一些协议如POP协议、TFTP协议等等大家有兴趣的话可以去了解。

            关于《网络基础之TCP/IP》的链接如下,又兴趣的朋友可以去看看:

    网络基础之TCP/IP协议

    知新:

    师出有名(概念)

            说起这个局域网的体系结构,还和之前讲过的OSI 网络七层有些关系。事情是这样的,由于OSI 网络七层存在的时间之久使其影响根深蒂固,所以在它的影响下形成了局域网的体系结构,因此IEEE 802标准所描述的局域网体系的参考模型一般来说仅包含OSI 模型的最下面两层,当然了并不是说将这两层拿之即用。为了适应局域网的特征,于是将数据链路层又划分了两个子层,分别是逻辑链路控制子层(LLC)和媒体访问控制层(MAC).

    去伪存真 (答疑)                                                    

    1、为什么只用了OSI 中的最下面两层

            首先局域网只包含了OSI 的最下面的两层,是因为局域网只涉及通信子网的功能,所以只关注下面三层即可,但是又因为局域网大多采用公共信道进行传输,连接局域网的链路只有一条,不需要设立路由器选择和流量控制功能,而且流量控制功能、差错控制功能都已经可以再数据链路层实现了,就更不需要网络层了,因此你看到的局域网体系中没有网络层;

    2、为什么要把数据链路层再分成两层?(很重要

            在考虑这个问题之前,我们先回顾一个前面讲过的问题,我说过既然局域网中的多个设备一般共享公共的传输介质,那么传输数据是就要考虑时序问题,即哪个设备先占用,哪个后使用,所以就要求数据链路层要具备介质访问控制功能。那么我前面有讲过,介质访问控制功能的实现不是独立的,它需要根据传输介质和拓扑结构来选择合适的介质访问控制方法,所以要实现数据链路层的介质访问控制是离不开介质的。

            然而还有一个问题需要解决,因为底层的传输介质和拓扑的不确定性,我们总不能将介质访问控制方法设置为统一的吧。所以我们一共要将解决两个问题:第一是要有介质访问控制方法;第二是要求介质访问控制方法是可变的。于是前辈们就将数据链路层分为了两层,让LLC层完成与介质无关的功能,让MAC层完成依赖于物理介质的介质访问控制功能。这样的好处是可以将数据链路层中与硬件有关的部分和无关的部分都分开,就可以实现在LLC层不变的情况下,只需改变MAC子层就可以适应不同的传输介质和访问控制方法,是的局域网可以适应多种传输介质。

    3、这两层的数据是如何进行传输的呢?

            上层数据在数据链路层上的封装如果细分的话也可以认为有两个封装头,先是更高的LLC子层封装,然后是mac子层的封装。

    继往开来(总结)

            数据链路层的MAC和LLC子层的区别为:实现不同、依赖体不同、主要功能不同。

    一、实现不同

    1、MAC子层:MAC子层是由网络接口卡(NIC:网卡)来实现。

    2、LLC子层:LLC子层是由传输驱动程序实现的。

    二、依赖体不同

    1、MAC子层:MAC子层依赖于各自的物理层。

    2、LLC子层:LLC子层在IEEE802.2标准中定义,为802标准系列共用。

    三、功能不同

    1、MAC子层:MAC子层的的主要功能为数据帧的封装/卸装,帧的寻址和识别,帧的接收与发送,链路的管理,帧的差错控制。

    2、LLC子层:LLC子层的主要功能为传输可靠性保障和控制,数据包的分段与重组,数据包的顺序传输。

    今天暂且聊到这里,咱们明天继续《计算机网络基础之以太网》。

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  • 一、网络体系结构协议 1、ISO/OSI参考模型 2、网络协议 3、IP地址与子网掩码 二、局域网 1、局域网 2、虚拟局域网 一、网络体系结构协议 1、ISO/OSI参考模型 在OSI参考模型中,将整个通信功能分为7层:...

    目录

    一、网络体系结构及协议

    1、ISO/OSI参考模型

    2、网络协议

    3、IP地址与子网掩码

    二、局域网

    1、局域网

    2、虚拟局域网


    一、网络体系结构及协议

    1、ISO/OSI参考模型

    在OSI参考模型中,将整个通信功能分为7层:物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。如下图所示。每一层向相邻上层提供服务,并屏蔽服务实现细节。通信在同意计算机的相邻层进行。每一层都按照一组协议来实现某些网络功能,各层之间问题相互独立,易于分开解决,无需依赖过多外部信息

    OSI参考模型

    1. 物理层

     物理层是OSI的最低层,它建立在物理通信介质的基础上,作为通信系统和通信介质的接口,用来实现数据链路实体间透明的比特(bit)流传输。为建立、维持和拆除物理连接,物理层规定了传输介质的机械特性、电气特性、功能特性和规程特性

    2. 数据链路层

    数据链路层从网络层接收数据,并加上有意义的比特位形成报文头部和尾部(用来携带地址和其他控制信息)。这些附加了信息的数据单元称为数据链路层负责将数据帧无差错地从一个站点送达下一个相邻的站点,即通过一些数据链路层协议完成在不太可靠的物理链路上实现可靠的数据传输

    3. 网络层

    网络层关心的是通信子网的运行控制,主要解决如何使数据分组跨越通信子网从源传送到目的地的问题,这就需要在通信子网中进行路由选择。另外,为避免通信子网中出现过多的分组而造成网络阻塞,需要对流入的分组数量进行控制。当分组要跨越多个通信子网才能到达目的地时,还要解决网际互连的问题。

    4. 传输层

    传输层的主要任务是向会话层提供服务,服务内容包括传输连接服务和数据传输服务。前者是指在两个传输层用户之间负责建立、维持和在传输结束后拆除传输连接;后者则是要求在一对用户之间提供互相交换数据的方法。传输层的服务,使高层的用户可以完全不考虑信息在物理层、数据链路层和网络层通信的详细情况,方便了用户使用

    5. 会话层

     会话层是网络对话控制器,它建立、维护和同步通信设备之间的交互操作,保证每次会话都正常关闭而不会突然中断,使用户被挂在一旁。会话层建立和验证用户之间的连接,包括口令和登录确认;它也控制数据交换,决定以何种顺序将对话单元传送到传输层,以及在传输过程的哪一点需要接收端的确认。

    6. 表示层

    表示层保证了通信设备之间的互操作性。该层的功能使得两台内部数据表示结构不同的计算机能实现通信。它提供了一种对不同控制码、字符集和图形字符等的解释,而这种解释是使两台设备都能以相同方式理解相同的传输内容所必须的。表示层还负责为安全性引入的数据加密和解密,以及为提高传输效率提供必需的数据压缩及解压等功能

    7. 应用层

    应用层是OSI参考模型的最高层,它是应用进程访问访问网络服务的窗口。这一层直接为网络用户或应用程序提供各种各样的网络服务,它是计算机网络与最终用户之间的界面。应用层提供的网络服务包括文件服务、打印服务、报文服务、目录服务、网络管理以及数据库服务等。

    在上述的七层中上五层一般由软件实现,而下面的两层由硬件和软件实现。

    2、网络协议

    1. TCP/IP特点

     TCP/IP是一组通信协议的代名词,它是因特网的核心,利用TCP/IP协议可以很方便地实现多个网络的无缝连接,通常所谓的”某台机器在因特网上”,就是指该主机具有一个因特网地址,运行TCP/IP协议,并可向因特网上所有其他主机发送IP数据报。

    TCP/IP有如下特点:

    1.开放的协议标准,可以免费使用,独立于特定的硬件与操作系统。

    2.独立于特定的网络硬件,可以运行在局域网、广域网,互联网中。

    3.统一的地址分配方案,整个TCP/IP设备在网中都具有唯一的地址。

    4.标准化的高层协议,可以提供多种可靠的用户服务。

    2. TCP/IP层次结构

    TCP/IP分为四个层次,分别是网络接口层、网际层、传输层和应用层。TCP/IP的层次结构与OSI层次结构的对照关系如下图:

    【信息在个层之间的传递】

    3. TCP/IP协议集

    1.网络接口层协议

    网络接口层上的TCP/IP协议用于使用串行线路连接主机与网络或连接网络与网络的场合,这就是SLIP协议和PPP协议。使用串行线路进行连接的例子,如家庭用户使用电话线和调制解调器接入网络,或两个相距较远的网络利用数据专线进行互联等。

    2.网际层协议

    网际层上包含五个协议:IP、ARP、RARP、ICMP和IGMP

    IP是用于传输IP数据报的协议,ARP实现IP地址到物理地址的映射,RARP实现物理地址到IP地址的映射,ICMP用于网际层上控制信息的产生和接收分析,IGMP是实现组选功能的协议。

    3.传输层协议

    传输层有两个主要的协议:TCP协议和UDP协议

    UDP协议是一种简单的面向数据报的传输协议,它提供的是无连接的、不可靠的数据报服务,通常用于不要求可靠传输的场合;TCP协议被用来在一个不可靠的网络中为应用程序提供可靠的端点间的字节流服务。

    4.应用层

    应用层包含了许多使用广泛的协议,传统的协议有提供远程登录的TELNET、提供文件传输的FTP、提供域名服务的DNS、提供邮件传输的SMTP等,近年来,又出现了诸如网络新闻NTTP、超文本传输协议HTTP协议等许多新的协议。

    4. TCP/IP协议簇

    TCP/IP协议其实是一组协议,它包括许多协议,组成了TCP/IP协议簇。但传输控制协议(TCP)和网际协议(IP)是其中最重要的,确保数据完整传输的两个协议

    TCP/IP协议的基本传输单位是数据包,TCP/IP协议负责把数据分成若干数据包,并给每个数据包加上包头,每个数据包的包头再加上接收端的地址。如果传输过程中出现数据丢失、数据失真等情况,TCP/IP协议会自动要求数据重新传输,并重新组包。

    IP协议保证数据的传输,TCP协议确保数据传输的质量

    1.TCP/IP的数据链路层

    数据链路层不是TCP/IP协议的一部分,但它是TCP/IP赖以存在的各种通信网和TCP/IP之间的接口,这些通信网包括多种广域网如ARPANFT、MILNET和X.25公用数据网,以及各种局域网,如Ethernet、IEEE的各种标准局域网等。IP层提供了专门的功能,解决与各种网络物理地址的转换。

    一般情况下、各物理网络可以使用自己的数据链路层协议和物理层协议,不需要在数据链路层上设置专门的TCP/IP协议。但是,当使用串行线路连接主机与网络,或连接网络与网络时,例如用户使用电话线和MODEM接入或两个相距较远的网络通过数据专线互连时,则需要在数据链路层运行专门的SLIP(serial Line IP)协议的PPP(Point to Point Protocal)协议

    (1)SLIP协议

    SLIP提供在串行通信线路上封装IP分组的简单方法,用以使用远程用户通过电话线和MODEM能方便地接入TCP/IP网络。

    SLIP是一种简单的组帧方式,使用时还存在一些问题。首先,SLIP不支持在连接过程中的动态IP地址分配,通信双方必须事先告知对方IP地址,这给没有固定IP地址的个人用户上Internet网带来了很大的不便:其次,SLIP帧中无协议类型字段,因此它只能支持IP协议;再有,SLIP帧中列校验字段,因此链路层上无法检测出传输差错,必须由上层实体或具有纠错能力的MODEM来解决传输差错问题

    (2)PPP协议

    为了解决SLIP存在的问题,在串行通信应用中又开发了PPP协议。PPP协议是一种有效的点一点通信协议,它由串行通信线路上的组帧方式,用于建立、配制、测试和拆除数据链路的链路控制协议LCP及一组用以支持不同网络层协议的网络控制协议NCPs三部分组成。

    由于PPP帧中设置了校验字段,因而PPP在链路层上具有差错检验的功能。PPP中的LCP协议提供了通信双方进行参数协商的手段,并且提供了一组NCPs协议,使得PPP可以支持多种网络层协议,如IP、IPX、OSI等。另外,支持IP的NCP提供了在建立连接时动态分配IP地址的功能,解决了个人用户上Internet的问题。

    2.TCP/IP网络层

    网络层中含中有四个重要的协议:互联网协议IP、互联网控制报文协议ICMP、地址转换协议ARP和反向地址转换协议RARP

    (1)互联网协议IP(Internet Protocol)

    网络层最重要的协议是IP,它将多个网络联成一个互联网,可以把高层的数据以多个数据报的形式通过互联网分发出去。

    (2)互联网控制报文协议ICMP

    从IP互联网协议的功能,可以知道IP提供的是一种不可靠的无法接报文分组传送服务。若路由器故障使网络阻塞,就需要通知发送主机采取相应措施。

    为了使互联网能报告差错,或提供有关意外情况的信息,在IP层加入了一类特殊用途的报文机制,即互联网控制报文协议ICMP。

    (3)地址转换协议ARP

    在TCP/IP网络环境下,每个主机都分配了一个32位的IP地址,这种互联网地址是在国际范围标识主机的一种逻辑地址。为了让报文在物理网上传送,必须知道彼此的物理地址。这样就存在把互联网地址变换为物理地址的地址转换问题。

    以以太网(Ethernet)环境为例,为了正确地向目的站传送报文,必须把目的站的32位IP地址转换成48位以太网目的地址DA。这就需要在网络层有一组服务将IP地址转换为相应物理网络地址,这组协议即是ARP。

    在互联网环境下,为了将报文送到另一个网络的主机,数据报先定向发送方所在网络IP路由器。因此,发送主机首先必须确定路由器的物理地址,然后依次将数据发往接收端。除基本ARP机制外,有时还需在路由器上设置代理ARP,其目的是由IP路由器代替目的站对发送方ARP请求做出响应

    (4)反向地址转换协议RARP

    反向地址转换协议用于一种特殊情况,如果站点初始化以后,只有自己的物理地址而没有IP地址,则它可以通过RARP协议,发出广播请求,征求自己的IP地址,而RARP服务器则负责回答。这样,无IP地址的站点可以通过RARP协议取得自己的IP地址,这个地址在下一次系统重新开始以前都有效,不用连续广播请求。RARP广泛用于获取无盘工作站的IP地址.

    3.TCP/IP的传输层:

    TCP/IP在这一层提供了两个主要的协议:传输控制协议(TCP)和用户数据协议(UDP),另外还有一些别的协议,例如用于传送数字化语音的NVP协议。

    (1)传输控制协议 TCP

    TCP提供的是一种可靠的数据流服务。当传送受差错干扰的数据,或基础网络故障,或网络负荷太重而使网际基本传输系统(无连接报文递交系统)不能正常工作时,就需要通过其他协议来保证通信的可靠。TCP就是这样的协议,它对应于OSI模型的运输层,它在IP协议的基础上,提供端到端的面向连接的可靠传输。

    TCP采用“带重传的肯定确认”技术来实现传输的可靠性。简单的“带重传的肯定确认”是指与发送方通信的接收者,每接收一次数据,就送回一个确认报文,发送者对每个发出去的报文都留一份记录,等到收到确认之后再发出下一报文分组。发送者发出一个报文分组时,启动一个计时器,若计时器计数完毕,确认还未到达,则发送者重新送该报文分组。

    (2)用户数据报协议 UDP

    用户数据报协议是对IP协议组的扩充,它增加了一种机制,发送方使用这种机制可以区分一台计算机上的多个接收者。每个UDP报文除了包含某用户进程发送数据外,还有报文目的端口的编号和报文源端口的编号,从而使UDP的这种扩充,使得在两个用户进程之间的递送数据报成为可能。

    UDP是依靠IP协议来传送报文的,因而它的服务和IP一样是不可靠的。这种服务不用确认、不对报文排序、也不进行流量控制,UDP报文右能会出现丢失、重复、失序等现象。

    4.TCP/IP 的应用层:

    TCP/IP的上三层与OSI参考模型有较大区别,也没有非常明确的层次划分。其中FTP、TELNET、SMTP、DNS是几个在各种不同机型上广泛实现的协议,TCP/IP中还定义了许多别的高层协议。

    (1)文件传输协议 FTP

    文件传输协议是网际提供的用于访问远程机器的一个协议,它使用户可以在本地机与远程机之间进行有关文件的操作。FTP工作时建立两条TCP连接,一条用于传送文件,另一条用于传送控制。

    FTP采用客户/服务器模式,它包含客户FTP和服务器FTP。客户FTP启动传送过程,而服务器对其做出应答。客户FTP大多有一个交互式界面,使用权客户可以灵活地向远地传文件或从远地取文件。

    (2)远程终端访问 TELNET

    TELNET的连接是一个TCP连接,用于传送具有TELNET控制信息的数据。它提供了与终端设备或终端进程交互的标准方法,支持终端到终端的连接及进程到进程分布式计算的通信。

    (3)域名服务 DNS

    DNS是一个域名服务的协议,提供域名到IP地址的转换,允许对域名资源进行分散管理。DNS最初设计的目的是使邮件发送方知道邮件接收主机及邮件发送主机的IP地址,后来发展成为可服务于其他许多目标的协议。

    (4)简单邮件传送协议 SMTP

    互联网标准中的电子邮件是一个单间的基于文件的协议,用于可靠、有效的数据传输。SMTP作为应用层的服务,并不关心它下面采用的是何种传输服务,它可能过网络在TCP连接上传送邮件,或者简单地在同一机器的进程之间通过进程通信的通道来传送邮件

    5. IPv6协议

    1.IPv4的缺点

    第一、有限的地址空间:理论上可以达到2的32次方,大约43亿个。

    第二、路由选择效率不高:庞大的路由表项增加了路由查找和存储的开销,成为互联网进一步发展的瓶颈。

    第三、安全性:IPv4自身缺乏安全机制

    第四、服务质量:IPv4协议对所有的数据没有类型区分,都会尽力投递,这样无法为一些新业务提供有效的支持。

    2.IPV6特点

    1)简化的报文头格式

    2) 充足的地址空间

    3) 层次化的地址结构

    4) 地址自动配置

    5)内置安全性

    6)支持 QoS

    7) 增强的邻居发现机制

    8)灵活的扩展报文头

    IPv4报文头和IPv6基本报文头格比较

    3. IPV6地址

    (1)IPV6地址表示

    IPv6地址被表示为以冒号(:)分隔的一连串 16比特的十六进制数每个 IPv6地址被分为 8组,每组的 16比特用 4个十六进制数来表示,组和组之间用冒号隔开,比如:2001:0000:130F:0000:0000:09C0:876A:130B。

    (2)IPv6地址的简化

    每组中的前导"0"可以省略,即上述地址可写为2001:0:130F:0:0:9C0:876A:130B。

    如果地址中包含连续两个或多个均为 0 的组,则可以用双冒号“::”来代替,即上述地址可写为 2001:0:130F::9C0:876A:130B。在一个IPv6地址中只能使用一次双冒号“::”,否则当设备将“::”转变为 0以恢复128位地址时,将无法确定“::”所代表的 0的个数。

    (3)IPv6地址的组成

    IPv6地址由两部分组成:地址前缀与接口标识。其中,地址前缀相当于 IPv4 地址中的网络号码字段部分,接口标识相当于 IPv4地址中的主机号码部分。地址前缀的表示方式为:IPv6地址/前缀长度。其中,IPv6 地址是前面所列出的任一形式,而前缀长度是一个十进制数,表示 IPv6地址最左边多少位为地址前缀。

    (4)IPv6地址的分类

    IPv6主要有三种类型的地址:单播地址、组播地址和任播地址。

    单播地址:用来唯一标识一个接口,类似于 IPv4 的单播地址。发送到单播地址的数据报文将被传送给此地址所标识的接口。

    组播地址:用来标识一组接口(通常这组接口属于不同的节点),类似于 IPv4的组播地址。发送到组播地址的数据报文被传送给此地址所标识的所有接口。

    任播地址:用来标识一组接口(通常这组接口属于不同的节点)。发送到任播地址的数据报文被传送给此地址所标识的一组接口中距离源节点最近(根据使用的路由协议进行度量)的一个接口。

     

    3、IP地址与子网掩码

    1. IP地址概念

    IP地址是一个32位的二进制数,由地址类别、网络号和主机号三个部分组成。

    IP地址组成

    为了表示方便,国际上通行一种“点分十进制表示法”:即将32位地址分为4段,每段8位,组成一个字节,每个字节用一个十进制数表示。每个字节之间用点号“.”分隔。这样,IP地址就表示成了以点号隔开的四个数字,每组数字的取值.范围是0~255。

    点分十进制表示法

    2. IP地址分类

    IP地址分成五类:A类、B类、C类、D类和E类。

    IP地址分类

    (1)A类地址:A类地址网络号占一个字节,主机号占三个字节,并且第一个字节的最高位为0,用来表示地址是A类地址。

    (2)B类地址:B类地址网络号、主机号各占两个字节,并且第一个字节的最高两位为10,用来表示地址是B类地址

    (3)C类地址:C类地址网络号占三个字节,主机号占一个字节,并且第一个字节的最高三位为110,用来表示地址是C类地址。

    (4)D类地址:D类地址用于多播,多播就是同时把数据发送给一组主机,只有那些已经登记可以接收多播地址的主机,才能接收多播数据包。

    (5)E类地址:E类地址为将来预留的,同时也可以用于实验目的,它们不能被分。

    IP地址的使用范围

    3. 子网的划分

    子网的划分

    其中,表示子网号的二进制位数(占用主机地址位数)取决于子网的个数,假设占用主机地址的位数为m,子网个数n,它们之间的关系是2m=n。

    4. 几种特殊的IP地址形式

    1. 网络地址

    由一个有效的网络号和一个全“0”的主机号组成,用来表示某一个具体的网络。例如: 一台IP地址为203.2 103.225.68的主机,其网络地址为203.2 103.225.0 ,它的主机号为44。

    2. 广播地址

    (1)直接广播地址:由一个有效的网络号和一个全“1”的主机号构成,其作用是因特网的主机向网络号所指向的网络广播信息。例如:203.2 103.225.255是网络号为203.2 103.225.0的网络的广播地址。

    (2)有限广播地址:32位全为“1”的IP地址(255.255.255.255),用于本网(或本子网)广播

    3.回环地址

    A类网络的网络号为127(即01111111)的IP地址,是保留地址,可作为本地软件回环测试本主机之用,叫做回环地址。即在127.0.0.0~127.255.255.255之间,除了主机号为全0(127.0.0.0)或主机号为全1(127.255.255.255)以外都是可用的回环地址。因此,含有网络号127的数据报不可能出现在任何网络上。

    4.专用地址

    由于IP地址的紧缺,一个机构能够申请到的IP地址数目往往远小于本机构所拥有的主机数。而且,出于安全等原因,一个机构内的很多主机并不需要接入到外部的因特网,它们主要是和内部的其他主机进行通信。因此,对于这些机构内部的主机来说,只需使用仅在本机构有效的本地IP地址即可,不需要向因特网的管理机构申请全球唯一的IP地址。

     

    二、局域网

    1、局域网

    1. 什么是局域网

    局域网是将较小地理范围内的各种数据通信设备连接在一起通信网络

    2. 局域网特点

    (1) 局域网覆盖的地理范围比较小。

    (2) 数据传输速率高。

    (3) 传输时延小。一般在几毫秒至几十毫秒之间。

    (4) 出错率低。

    3. 局域网分类

    从目前的发展情况看,局域网可以分为两类:共享介质局域网(Shared LAN)、交换局域网(Switched LAN)

    局域网类型与相互关系

    4、局域网的体系结构

    为了使不同厂商生产的网络设备之间具有兼容性、互换性和互操作性,以便让用户更灵活地进行设备选型,国际标准化组织开展了局域网的标准化工作。1980年2月成立了局域网标准化委员会,即IEEE802委员会(I(nstitute of Electrical and Electronics Engineers INC,IEEE电器和电子工程师协会)。该委员会制定了一系列局域网标准,称为IEEE802标准

    5、介质访问控制方式

    在共享介质局域网中,为了实现对多结点使用共享介质发送和接收数据的控制,经过多年的研究,人们提出了很多种介质访问控制方法。目前,被普遍采用并形成国际标准的介质访问控制方法有:带有冲突检测的载波监听多路访问方法、令牌环方法和令牌总线方法

    2、虚拟局域网

    1. 什么是虚拟局域网

    虚拟网络建立在交换技术基础之上,将网络上的节点按工作性质与需要划分成若干个“逻辑工作组”,一个逻辑工作组就是一个虚拟网络。

    虚拟局域网VLAN建立在局域网交换机之上,它以软件方式实现逻辑工作组的划分与管理,逻辑工作组的站点组成不受物理位置的限制。同一逻辑工作组的成员可以不必连接在同一个物理网段上。只要以太网交换机是互联的,它们既可以连接在同一个局域网交换机上,也可以连接在不同的局域网交换机上。

    2.虚拟局域网的实现技术

    典型的VLAN物理结构与逻辑结构示意图

    1. 静态VLAN

    静态VLAN就是静态地将以太网交换机上的一些端口划分给一个VLAN。这些端口一直保持这种配置关系直到人工再次改变它们。

    2. 动态 VLAN

    所谓的动态VLAN是指交换机上的VLAN端口是动态分配的。通常,动态分配的原则以MAC地址、逻辑地址或数据包的协议类型为基础。

    如果以MAC地址为基础分配VLAN,网络管理员可以通过指定有哪些MAC地址的计算机属于哪一个VLAN进行配置,不管这些计算机连接到哪个交换机的端口,它都属于设定的VLAN。这样,如果计算机从一个位置移动到另一个位置,连接的端口从一个换到另一个,只要计算机的MAC地址不变(计算机使用的网卡不变),它仍将属于原VLAN的成员,无须网络管理员对交换机软件进行重新配置。

    3. 虚拟局域网的优点

    1. 减少网络管理开销。

    2. 控制广播活动。

    3. 提供较好的网络安全性。

    4. 利用现有的集线器以节省开支。

     

     

     

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  • 局域网中的基本概念2.Vlan 概述3.VLAN工作原理三、实验部分问题1:一个HUB的所有端口是属于同一个广播域吗?是属于同一个冲突域吗?交换机呢?问题2:能够在一条链路上承载多vlan的链路,叫什么链路?该链路上的数据...
      
    


    前言

    二层分组交换实验——VLAN划分实验
    正文内容将包括实验目的,实验原理,实验部分


    提示:以下是本篇文章正文内容,可供参考

    一、实验目的

    1.了解局域网中的基本概念及基本命令;
    2.了解 Vlan 的概念及作用;
    3.了解交换机的 Vlan 接口类型;
    4.了解 Vlan 标签协议 802.1Q;
    5.了解 Vlan 的实际应用;

    二、实验原理

    1.局域网中的基本概念

    • 局域网的拓扑结构
      局域网常用的拓扑结构有星形网环形网总线网数形网

    • 局域网中常用的传输媒质
      局域网中常用的传输媒质有双绞线同轴电缆光纤无线信道。无论用何种媒质,局域网对信道的占用分为共享信道和独占信道来完成的。共享信道带宽的分配主要采用的是动态分配,独占信道带宽的分配通过划分 VLAN 实现。

    • 共享信道的接入技术
      共享信道的接入技术主要分为两类:随机接入和受控接入

      • 受控接入又分为两大类:集中控制和分散控制。集中控制用到的主要技术为轮询方式;分散控制用到的主要技术为令牌方式。

      • 随机接入又分为两大类:载波监听多址接入和 ALOHA。

    • 局域网的分层体系结构
      局域网的分层体系结构由 IEEE 的 802 委员会制定。局域网一般分为物理层、数据链路层、网络层以及高层。为了适应物理媒质的多样性,数据链路层又被分为 MAC、LLC 子层。

    • 以太网—最常见的局域网
      IEEE 的 802.3 协议主要定义的是以太网标准。我们的工作网络也是在以太网环境里。媒质接入控制采用的是 CSMA/CD,物理媒体采用的是双绞线,网络的拓扑结构为星形网,所有的主机通过两台交换机联在一起。

    • 网络操作系统
      常用的网络操作系统有 windows NT、WINDOWS 2000、NOVELL、 windows XP 等。包括 WINDOWS 98 也能提供常用的网络协议。我们的实验主要通过对 WINDOWS 98的网上邻居进行协议的配置。我们加载的协议见图一协议配置。IPconfig 命令可以设置和检查各种网络接口的配置值,可以利用它为每个接口设置 IP 地址、子网掩码和广播地址。PING 主要用来测试网络的连通性。它使用了 ICMP 回送请求与回送回答报文。

    2.Vlan 概述

    • VLAN(Virtual Local Area Network)即虚拟局域网,是一种通过将局域网内的设备逻辑地而不是物理地划分成一个个网段从而实现虚拟工作组的技术。划分 Vlan 的主要作用是隔离广播域。
      在共享式的以太网上,每个设备都处于一个广播域中
      在共享式的以太网上,每个设备都处于一个广播域中。如果整个网络只有一个广播域,那么一旦发出广播信息,就会传遍整个网络,并且对网络中的主机带来额外的负担。因此,在设计LAN时,需要注意如何才能有效地分割广播域。

    3.VLAN工作原理

    • 单机Vlan的工作

    在这里插入图片描述
    上述单机VLAN下,只有在同一个VLAN下的主机能进行信息传递。跨交换机VLAN的工作如下:
    在这里插入图片描述

    • 报文类型

    • 不带标签的报文 untag
      在这里插入图片描述

    • 带标签的报文 tag
      在这里插入图片描述

    • 端口类型

      • Access端口
        发送不带标签的报文;一般与pc、server相连时使用;
      • Trunk端口
        发送带标签的报文;一般用于交换机级联端口传递多组vlan信息时使用;
    • 跨交换机VLAN的工作
      由于Trunk端口发送的是带标签的报文,因此在交换机级联的端口应该配置为Trunk,交换机与pc主机相连的端口设置为Access。如下图所示:
      在这里插入图片描述

    • VLAN小结

    • 交换机接收报文时需要判断报文在哪个vlan中转发。根据收到的报文属性判断

      • tag报文——按照tag中vid标识转发
      • untag报文——按照接收端口所在vlan转发
    • 交换机发送报文时需要判断是否携带vid标记。根据发送端口的vlan属性判断

      • access端口——发送untag报文
      • trunk端口——发送tag报文

    三、实验部分

    问题1:一个HUB的所有端口是属于同一个广播域吗?是属于同一个冲突域吗?交换机呢?

    答:hub所有的端口都在同一个广播域和冲突域下;交换机不能分割广播域,其每个端口属于不同的冲突域;

    问题2:能够在一条链路上承载多vlan的链路,叫什么链路?该链路上的数据和只能承载单个vlan的链路上的数据有什么不同?

    答:能够在一条链路上承载多vlan的链路,叫trunk链路。他能在交换机和交换机或者交换机与路由之间进行多个vlan的数据传输。而只能承载单个vlan的链路的接口一般都是access口,这种接口能够传输何种vlan完全取决于管理员对交换机的配置, 但无论如何配置,该接口的链路都只能传输一种vlan。

    问题3:使用仿真器,在六节点星型网络、树型网络、总线型网络里构造Vlan并测试。(下面例子以六节点星型网络为例,全部的仿真链接在文章末尾总结处)

    其中仿真要求:(主机ip地址的命名规则:192.168.学号后两位.*)(Vlan号码的命名规则:学号后两位)

    答:其中我的学号后两位为19。六节点星型网仿真过程如下,各PC的IP地址与局域网配置如图所示:

    • PC0:
      在这里插入图片描述

    • PC1:
      在这里插入图片描述

    • PC2:
      在这里插入图片描述

    • PC3:
      在这里插入图片描述

    • 以Switch5(Switch4同理)为例:在这里插入图片描述
      在这里插入图片描述
      在这里插入图片描述
      在这里插入图片描述
      在这里插入图片描述

    • 最终结构以及VLAN测试结果如下:
      在这里插入图片描述
      其中PC0与PC2是都是VLAN19,PC1与PC3都是VLAN20。可见只有相同VLAN下两个PC才可以成功的数据传输。

    问题4:用二层网络设备能构造环形网络吗?

    答:可以

    问题5:比较几种拓扑结构下网络的优缺点

    答:

    • (1)星型网路拓扑结构的特点及优缺点

    • 优点:1)控制简单;2)故障诊断和隔离容易;3)方便服务;

    • 缺点:1)电缆长度和安装工作量可观;2)中央节点负担较重,形成瓶颈;3)各站点的分布处理能力较低。

    • (2)总线型网络拓扑结构的特点及优缺点

    • 优点:1)总线结构所需电缆数量少;2)结构简单又是无源工作,有较高的可靠性;3)易于扩充,增减用户方便。

    • 缺点:1)传输距离有限,通信范围受到限制;2)故障诊断和隔离困难;3)分布式协议不保证信息及时传送,不具实时功能。站点必须是智能的,要有媒体访问控制功能,增加站点软件和硬件的开销。

    • (3)环型网络拓扑结构的特点及优缺点

      • 优点:1)电缆长度短;2)增减工作站时只需简单连接;3)可用光纤。
      • 缺点:1)节点故障会引起全网的故障;2)故障难检测;3)媒体访问协议都用令牌传递方式,在负载很轻时,信道利用率较低。
    • (4)树型网络拓扑结构的定义及优缺点

      • 定义:从总线型拓扑演变而来,像一棵倒置的树,顶端是树根,树根以下带分支,每个分支还可带子分支。树根接收各站点发送的数据,然后再广播发送到全网。
      • 优点:1)易于扩展;2)故障隔离较容易。
      • 缺点:1)节点对根依赖性太大,若根发生故障,则全网不能正常工作。
    • (5)混合型网络拓扑结构的定义及优缺点

      • 定义:将两种单一拓扑结构混合起来,取两者的优点构成的拓扑。
      • 优点:1)故障诊断和隔离方便;2)易于扩展;3)安装方便;
      • 缺点:1)需用带智能的集中器;2)集中器到各站点的电缆长度会增加。
    • (6)网型网络拓扑结构的特点及优缺点

      • 优点:1)应用广泛;2)不受瓶颈问题和失效问题的影响。
      • 缺点:1)结构较复杂,网络协议也复杂,建设成本高。

    问题6:使用抓包软件wireshark ,捕获广播域里的各种包。并分析。

    答:抓取WLAN网卡的网络包如下所示:

    在这里插入图片描述
    分析:封包列表的面板中显示,编号,时间戳,源地址,目标地址,协议,长度,以及封包信息。

    • 各行信息分别为:
      Frame: 物理层的数据帧概况
      Ethernet II: 数据链路层以太网帧头部信息
      Internet Protocol Version 4: 互联网层IP包头部信息
      Transmission Control Protocol: 传输层T的数据段头部信息,此处是TCP
      Hypertext Transfer Protocol: 应用层的信息,此处是HTTP协议

    且对应的OSI七层模型分别为:Hypertext Transfer Protocol对应应用层,Transmission Control Protocol对应传输层,Transmission Control Protocol对应网络层,Ethernet II对应数据链路层,Frame对应物理层。


    总结

    以上就是今天要讲的内容。其中VLAN划分,使用仿真器,在六节点星型网络、树型网络、总线型网络里构造Vlan并测试的仿真文件(文件是以学号46做的)。仿真文件下载链接如下:

    下载链接

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