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  • 验证了基本服务集当中两个终端之间的互相通信,在实际的校园网或者企业网当中,往往需要在无线局域网当中的终端与以太网当中的终端实现互相的通信 实验内容 构建以下无线局域网和以太网 AP实验无线局域网和以太网...

    前面做了一个基本服务集的实验 单BSS实验
    验证了基本服务集当中两个终端之间的互相通信,在实际的校园网或者企业网当中,往往需要在无线局域网当中的终端与以太网当中的终端实现互相的通信

    实验内容

    • 构建以下无线局域网和以太网
    • AP实验无线局域网和以太网互连
    • 查看无线MAC帧和以太网MAC帧转换过程
    • 查看交换机转发表内容变化过程

    实验目的

    • 验证AP完成无线局域网MAC帧格式与以太网MAC帧格式相互转换的过程
    • 验证无线局域网和以太网中终端的通信过程

    实验原理

    • 分配终端IP地址信息时,每个终端需要配置相同网络地址,因为以太网和无线局域网互连后是同一个网络
    • AP是链路层设备,能够完成两种格式之间转换原因
      • 无线局域网和以太网的MAC地址相同
      • 两种网络MAC帧格式相同

    实验步骤

    这个是在上一个基本服务集实验的基础上来完成的,如果没有完成请观看开头的 单BSS实验

    首先切换到物理工作区,打开城市家园
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    添加一台二层交换机和两台PC机,让AP和交换机相连
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    切换到逻辑工作区
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    给PC机配置IP地址,这里选择DHCP自动获取,在没有配置DHCP服务器的情况下,由操作系统自动的在保留地址169.254.0.0/16当中随机分配IP地址,这样就和无线局域网当中两台笔记本电脑的网络号相同了,两台PC机同样方法配置在这里插入图片描述
    验证Laptop0和PC0之间的通信过程,我们可以看到都是可以相互通信的
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    进入到模拟操作模式
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    选择ICMP
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    然后启动Laptop0到PC0的ICMP报文传输过程
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    点这个开始传输
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    我们先看一下Laptop0传送给AP0的帧格式,可以看到这是无线局域网MAC帧的格式
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    再来看一下AP0传送给交换机的帧格式,我们可以看到这是以太网的MAC帧格式,也就是说AP完成了两种格式的转换

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    这个实验就做到这

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  • 以太网与局域网相关;1、基本概念;2、LAN组件-计算机、互联设备、网络设备、协议;3、LAN功能;4、以太网-定位(一种常见LAN模型)、标准、CSMA/CD作用/流程、以太网帧、以太网寻址(网络通信三大方式)、以太网...
  • 局域网一般采用三种典型的拓扑结构:总线形、环形和星形,所有网上的主机都是直接连接,采用广播式发送,当同属于一个局域网中的主机发送数据帧时,其它所有主机都能收到该数据帧,目的主机可以通过核对帧的目的地址...

    ——

    因为有用到相关方面的知识所以浅显地学习了一下。
    参考自《计算机网络》 邓世昆
    《现场总线技术及应用教程(第2版)》 王永华

    按地理覆盖范围,计算机网络分为局域网LAN和广域网WAN,通常LAN以外的网络都可归为WAN的范畴。

    1局域网

    局域网一般采用三种典型的拓扑结构:总线形、环形和星形。
    所有网上的主机都是直接连接,采用广播式发送,当同属于一个局域网中的主机发送数据帧时,其它所有主机都能收到该数据帧,这种工作方式带来了冲突问题,需要采用相应的介质访问控制方式,目的主机可以通过核对帧的目的地址确认该帧是否是发给自己的,然后完成该帧的接收。
    基于这个原因,在不考虑互联时,局域网不存在路由问题,一个单独的局域网通过数据链路层物理层就可以实现网络数据通信功能。

    局域网的体系结构仍按OSI参考模型的原则进行架构。
    数据链路层被进一步细分为逻辑链路控制子层LLC介质访问控制子层MAC,因此局域网的参考模型编程由LLC层、MAC层和物理层三部分构成。
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    介质访问控制(MAC,Media Access Control),主要负责控制与连接物理层的物理介质。
    为什么需要介质访问控制? 因为局域网是一种广播式的网络,所有联网计算机都共享一个公共信道,所以,需要一种方法能有效地分配传输介质的使用权,使得两对结点之间的通信不会发生相互干扰的情况,这种功能就叫介质访问控制。

    不同局域网的LLC层相同,MAC层和物理层不同,可参阅【IEEE802参考模型】。
    LLC子层的主要工作是控制信号交换、数据流量控制、解释上层通信协议传来的命令并产生响应、克服数据在传送过程中所可能发生的各种问题。

    MAC层定义介质访问控制方法和MAC帧格式。
    不同类型的局域网具有不同的MAC帧格式,以以太网的MAC帧为例:
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    1. 前导码:用于通知接收端即将有数据到来,使接收端能够利用编码的信号跳变来同步时钟。
    2. 起始符:用来指示数据帧的开始

    MAC子层的主要工作是数据帧的封装/卸装、帧的寻址和识别、帧的接收与发送、链路的管理、帧的差错控制等。

    2以太网Ethernet

    2.1标准以太网

    以太网的局域网标准是IEEE802.3。

    目前以太网成为局域网技术的主流技术,淘汰了当时流行的令牌环、FDD1和ARCNET。
    以太网是一种以总线方式连接、广播式传输的网络,采用CSMA/CD介质访问控制。

    2.2工业以太网

    工业以太网就是在工业控制系统中使用的以太网。工业以太网在技术上与商用以太网是兼容的。通过减轻以太网负荷、提高网络速度、采用交换式以太网和全双工通信、采用优先级和流量控制即虚拟局域网等技术,可以极大提高实时响应速度,相当于现有的现场总线。由于传统意义上的工业以太网还不满足实际应用的条件,目前常见的组合是现场总线技术和工业以太网技术结合,底层使用现场总线,上层使用工业以太网。

    工业以太网帧结构及数据封装过程如下图所示:
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    1. 在应用层加上应用首部信息成为数据包送往传输层;
    2. 在传输层加上包括端口号的TCP或UDP首部,成为分组信息(对TCP)或报文段(对UDP)送往网络层,在发送方和接收方主机之间建立起一条可靠的端到端的连接;
    3. 在网络层加上包括IP地址的IP头成为数据包,使得每一个数据包都可以通过互联网络进行传输;
    4. 最后在以太网的链路层加上包含确定的物理地址的IEEE 802.3帧头和帧尾,封装成为以太网的数据帧;
    5. 在传输媒介上,帧转换为比特流,并采用数字编码和时钟方案进行可靠传输。

    2.3实时工业以太网

    对于响应时间小于5ms的应用,传统意义上的工业以太网已不能胜任,为此提出了种种提升工业以太网实时性的技术解决方案,这些方案都建立在IEEE 802.3标准的基础上,通过对其和相关标准的实时扩展提高实时性,并做到与标准以太网的无缝连接,这就是 实时以太网 RTE(Real Time Ethernet)。
    虽然实时工业以太网是未来的发展方向,但从应用角度来看目前它还难以马上取代现场总线在工业控制网络中表现出的技术优势。

    3无线局域网WLAN

    无线局域网WLAN(Wireless Local Area Network)是指以无线方式接入有线网络的局域网络,其网络主干仍是有线网络,通过在有线网络的接入层连接无线接入设备,实现无线方式接入优先设备,延伸了有线网络的覆盖范围。
    WLAN采用CSMA/CA介质访问控制。

    WLAN技术标准
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    WLAN标准简介 https://blog.csdn.net/GarfieldGCat/article/details/81809004

    WLAN的传输方式

    WLAN采用电磁波作为信息传输介质,调制方式主要为扩展频谱方式与窄带调制方式。

    调制技术
    WLAN采用载波调制技术实现信息传输,发送端通过调制将传输的数据信息载在射频载波上进行传输,接收端将受到的射频载波进行解调,从载波中提取传输数据信息,恢复出传输数据信息。

    扩频技术
    扩展频谱方式将数据基带信号的频谱扩展几到几十倍,然后通过射频调制后进行传输。虽牺牲了频带带宽,却提高了通信系统的抗干扰能力和安全性。
    •扩频技术由于信号频谱的展宽,导致干扰也需要在更宽的频带上进行干扰,分散了干扰功率,提高通信的抗干扰能力。

    MAC帧

    WLAN的MAC层的功能主要是负责客户终端与无线AP之间的通信。
    WLAN中发送的各种类型的MAC帧都采用这种帧结构。
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    地址类型包含基本服务组标识(BSS-ID)、源地址、目标地址、发送站地址(AP)和接收站(AP)地址。
    MAC帧分为数据帧、管理帧、控制帧。

    扫描与SSID信息

    客户端通过扫描发现当前环境存在的无线AP,或是在漫游时寻找新的无线AP。扫描存在主动扫描和被动扫描两种方式。
    •WLAN通常采用被动扫描方式。当AP上设置了SSID信息后,AP会定期发送一个管理帧,客户端通过侦听无线AP定期发送的管理帧来发现AP。
    •当系统需要隐藏某个SSID信息时,可采用主动扫描方式获得连接此SSID。

    WLAN组网

    相关设备

    1. 无线工作站STA:即带有无线网卡的无线终端;
    2. 无线接入点AP:提供无线接入服务,不同的无线接入服务用不同的服务集标识码SSID(Service Set Identifier)来表示。AP相当于有线局域网中的集线器。

    一个AP和多个STA构成的网络称为基本服务集(BSS)

    组网方式
    infrastructure模式
    最常见的组网方式,包含一个无线AP和多个无线工作中STA以及有线网络。
    在家庭中也采用这种模式构成家庭无线网。
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  • 局域网的基本概念体系结构 (1)局域网的概念及特点 (2)局域网拓扑结构 (3)局域网传输介质 (4)局域网介质访问控制方法 (5)局域网分类 (6)IEEE 802 标准 (7)MAC子层...

    文章目录

     


    0.思维导图

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    1.局域网的基本概念与体系结构

    (1)局域网的概念及特点

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    (2)局域网拓扑结构

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    (3)局域网传输介质

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    (4)局域网介质访问控制方法

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    (5)局域网分类

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    (6)IEEE 802 标准

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    重点:
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    (7)MAC子层与LLC子层

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    2.以太网与IEEE 802.3

    (1)以太网概述

    • 此节内容是关于IEEE 802.3标准的学习
    • 以太网应当按DIX Ethernet V2标准,但是它与IEEE 802.3只有一丢丢不同,因此通常将802.3局域网简称为以太网。
    • IEEE 802.3标准是一种基带总线型的局域网标准,它描述物理层和数据链路子层MAC子层的实现方法。
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    (2)以太网提供无连接、不可靠的服务

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    (3)传输介质及拓扑结构

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    (4)10BASE-T以太网

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    (5)适配器和MAC地址

    • 计算机与外界局域网的连接是通过主机箱内插入的一块网络接口板[又称网络适配器(Adapter)
      或网络接口卡(Network Interface Card, NIC)]实现的。
    • 网卡上装有处理器和存储器,是工作在数据链路层的网路组件。
    • 网卡是局域网中连接计算机和传输介质的接口,不仅能实现与局域网传输介质之间的物理连接和电信号匹配,还涉及帧的发送与接收、帧的封装与拆封、介质访问控制、数据的编码与解码及数据缓存功能等。
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    • 查MAC地址和生产厂家的网址:查询入口

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    (6)以太网DIX Ethernet V2标准的MAC帧的格式

    • 前同步码:其功能是使接收器建立比特同步。编码形式为多个“1”或“0”交替构成的二进制序列,最后一比特为“0”。在这种编码形式下,经过曼彻斯特编码后为一周期性方波。
    • 帧开始界符(sfd):该字段的功能是指示一帧的开始。
    • 目的地址和源地址:
      目的地址字段用来指出帧要发住的工作站。
      源地址段指示发送该帧的工作站地址。
    • 类型指明了上层所有的协议是什么
    • 帧检验序列(FCS)处于帧的最后,其长度为32比特,用于检验帧在传输过程中有无差错。
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    (7)高速以太网

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    3. 无线局域网IEEE 802.11

    (1)IEEE 802.11标准简介

    • IEEE 802.11是无线局域网的一系列协议标准,它们制定了MAC层协议,运行在多个物理层标准上。除基本的协调访问问题外,标准还进行错误控制(以克服通道固有的不可靠性)、适宜的寻址和关联规程(以处理站的可携带性和移动性)、互联过程(以扩展无线站的通信范围),并且允许用户在移动的同时进行通信。
    • 802.11的MAC层采用CSMA/CA协议进行介质访问控制。冲突避免要求每个发送结点在发
      送帧之前先侦听信道。如果信道空闲,那么结点可以发送帧;发送站在发送完一-帧之后,必须再
      等待一个短的时间间隔,检查接收站是否发回帧的确认ACK。如果接收到确认,那么说明此次发
      送未出现冲突,发送成功;如果在规定的时间内没有接收到确认,那么表明出现冲突,发送失败,
      重发该帧,直到在规定的最大重发次数之内,发送成功。
    • 注意:在无线局域网中,即使在发送过程中发生了碰撞,也要把整个帧发送完毕。而在有线
      局域网中,发生冲突则结点立即停止发送数据。要熟悉局域网的各种协议。
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    (2)IEEE 802.11的MAC帧头格式

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    • 几种不同功能的帧头格式
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    (3)无线局域网的分类

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    1️⃣ 有固定的基础设施的无线局域网

    • 802.11标准规定无线局域网的最小构件是基本服务集( Basic Service Set, BSS)。 一个基本服
      务集包括一个基站和若干移动站。所有的站在本BSS内都可以直接通信,但在与本BSS外的站
      通信时都要通过本BSS的基站。基本服务集中的基站也称接入点(Access Point, AP),其作用和
      网桥相似。
    • 一个基本服务集可以是孤立的,也可通过接入点(AP)连接到一个主干分配系统(Distribution
      System,DS), 然后再接入另一个基本服务集,构成扩展的服务集(Extended Service Set, ESS), 扩展服务集(ESS)还可通过称为门桥(Portal) 的设备为无线用户提供到非802.11 无线局域网(如到.
      有线连接的因特网)的接入。门桥的作用相当于-一个网桥。基本服务集和扩展服务集如图所示。
    • 移动站A从某个基本服务集漫游到另一个基本服务集时,仍然能保持与另-一个移动站B进
      行通信。
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    2️⃣ 无固定基础设施无线局域网的自组织网络

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    参考:

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  • 由于局域网与数据链路层的关系颇多,所以《计算机网络》一书中把局域网放到了数据链路层来讲,但这并不代表局域网只与这一层相关。 局域网的数据链路层被拆分为2个子层,即逻辑链路控制LLC子层和媒体接入控制MAC子...

    由于局域网与数据链路层的关系颇多,所以《计算机网络》一书中把局域网放到了数据链路层来讲,但这并不代表局域网只与这一层相关。
    局域网的数据链路层被拆分为2个子层,即逻辑链路控制LLC子层和媒体接入控制MAC子层。互联网的发展,使得以太网取代了局域网这一代词,经常使用的局域网是DIX EthernetV2标准的局域网,所以由IEE制定的LLC层已经消失,很多厂商生产的适配器就没有LLC协议。
    计算机与局域网的连接是通过适配器实现。适配器本来是在主机箱内插入的一块网络接口板(或者是在笔记本电脑中插入一块PCMCIA卡——个人计算机存储器卡接口适配器),接口板又称为网络接口卡NIC或简称为网卡。由于现在计算机主板中都已经嵌入了这种适配器,不再使用单独的网卡了,所以称适配器。适配器和局域网之间的通信是通过电缆或双绞线以串行传输方式进行的,而适配器和计算机之间的通信则是通过计算机主板的I/O总线以并行传输方式进行的。因此适配器的主要功能就是进行数据串行传输和并行传输方式的转换。
    由于网络上的数据率和计算机总线上的数据率不相同,因此适配器必须要装有暂时存储数据的存储芯片,在主板上插入适配器时,还必须把管理该适配器的驱动程序安装到操作系统中,这个驱动程序以后就会告诉适配器,需要从哪个位置把多长的数据块发送到局域网中,适配器要能够实现以太网协议。
    适配器在接收和发送各种帧时,不适用计算机的CPU,当适配器收到有差错的帧时,就把这个帧丢弃而不告诉计算机,当适配器收到正确的帧时,它就使用中断来告诉计算机,并交付协议栈中的网络层。计算机的硬件地址存储在适配器的ROM中,而IP地址则在计算机的存储器中。
    如何实现以太网总线上的一对一通信?
    方法是使每一台适配器拥有一个与其他适配器都不同的地址,在发送数据帧时,在帧的首部写明接收站的地址,仅当数据帧中的目的地址与适配器ROM存放的硬件地址一致时,该适配器才能接收这个数据帧,否则丢弃。
    由于总线上同一时间只允许一台计算机发送数据,而以太网协议采用的是随机接入,解决两个计算机发送数据的冲突问题由CSMA/CD协议(载波监听多点接入/碰撞检测)解决。
    在使用CSMA/CD协议时,一个站不可能同时进行发送和接收。因此使用CSMA/CD协议的以太网不可能进行全双工通信而只能进行双向交互通信(半双工通信)。
    以太网不能保证某一时间之内一定能够把自己的数据帧成功地发送出去(因为存在碰撞的可能),以太网的这一特点被称为发送的不确定性。如果希望在以太网上发生碰撞的机会很小,必须使整个以太网的平均通信量远小于以太网的最高数据率。
    最先发送数据帧的A站,在发送数据帧之后至多经过2t就可以 知道所发送的数据帧是否发生了碰撞,以太网的端到端的往返时间称为争用期,又称为碰撞窗口
    截断二进制指数退避算法确定重传时机
    这种算法让碰撞的站在停止发送数据帧后,不是等待信道变为空闲后就立即再发送数据,而是推迟(这叫做退避)一个随机的时间。
    (1)协议规定了基本退避时间为争用期2t,具体的争用期是51.2us,对于10Mbit/s以太网,在争用期内可发送512bit,即64字节。
    (2)从离散的整数集合[0,1,...,(2^k-1)]中随机取出一个数,记为r,重传应推后的时间是r倍的争用期。上面的参数k按下面的公式计算
    k=Min[重传次数,10]
    (3)当重传次数达16次仍不能成功时,则丢弃该帧,并向高层报告。
    **还应注意,**适配器每发送一个新的帧,就要执行一次CSMA/CD算法。适配器对过去发生过的碰撞并无记忆功能。因此,当好几个适配器正在执行指数退避算法时,很可能有某一个适配器发送的新帧能够碰巧立即成功的插入到信道中,得到了发送权,而已经推迟好几次发送的站,有可能很不巧,还要继续执行退避算法,继续等待。
    CSMA/CD协议要点:
    (1)准备发送:适配器从网络层获得一个分组,加上以太网的首部和尾部,组成以太网帧,放入适配器的缓存中,但在发送之前,必须检测信道
    (2)检测信道:若检测到信道忙,则应不停地检测,一直等待信道转为空闲,若检测到信道空闲,并在96比特时间内信道保持空闲(保证了帧间最小间隔),就发送这个帧
    (3)在发送过程中不停地检测信道,即网络适配器要边发送边监听。
    1.发送成功:在争用期内一直未检测到碰撞,这个帧一定能够发送成功,发送完后什么也不做,回到(1)
    2.发送失败:在争用期内检测到碰撞,这时立即停止发送数据,并按规定发送人为干扰信号。适配器接着就执行指数退避算法,等待r倍512比特时间后,返回到(2),继续检测信道,若重传达16次仍不能成功,则停止重传而向上报错

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空空如也

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局域网与以太网