第三章局域网[1]基础3.1局域网与城域网[2]的基本概念<1>决定局域网与城域网性能的三要素网络拓扑[3]传输介质介质访问控制[4]方法<2>广域网[5]基本通信机制:存储转发[6]局域网基本通信机制:共享介质与交换<3>传输介质:双绞线[7]、同轴电缆[8]、光纤、无线信道<4>总线型拓扑:结构简单、实现容易、易于扩展、可靠性好特点：①所有网卡连接到作为公共传输介质的总线上②总线一般为同轴电缆或双绞线③一段时间内只能有一个结点[9]发送数据④同一时刻≥2个结点同时发送即出现冲突，传输失败⑤需解决多个结点访问总线的介质访问控制<5>环型拓扑：结点之间通过网卡利用点到点线路连接构成闭合环形，环中数据________饶欢逐站传递结构简单、实现容易、延迟确定、可在负荷较重、实时性高的环境下工作<6>星型拓扑<7>由IEEE802.2标准定义的介质访问控制方法①带冲突检测[10]的载波[11]侦听多路访问(CSMA/CD)方法的总线型以太网[12]局域网②令牌总线(Token Bus)方法的总线型局域网③令牌环[13](Token Ring)方法的环型局域网*IEEE802.5制定令牌环网具体标准<8>数据链路[14]逻辑链路控制[15](LLC)子层(高层)协议相同介质访问控制(MAC)子层(低层)协议不同IEEE802.3定义带冲突检测的载波侦听多路访问(CSMA/CD)总线总线介质访问控制子层与物理层标准3.2以太网(Ethernet)<1>发展历程核心技术：随机争用型介质访问控制方法，即带冲突检测的载波侦听多路访问来自无线分组交换[16]网ALOHA<2>工作流[17]程：先听后发，边听边发，冲突停止，延迟重发①载波侦听过程物理层上以曼彻斯特编码[18]数据，如总线电平不跳变，即总线空闲②冲突检测方法冲突窗口：2倍的传输延迟τ=总线最大长度D/电磁波在介质中传播速率(光速的65%)V标准协议冲突窗口为51.2μs使用________、________③发现冲突、停止发送第一步是发出冲突加强信号，是所有结点检测出冲突的存在④随机延迟重发最大重发16次后延时间τ=2k×R×aKmin=(重发次数,10)R=Randoma=冲突窗口τmax=1023个时间片[19]<3>以太网帧结构：Ethernet V2.0的DIX帧64B~1518B①前导码(7B)与帧前定界符(1B)前导码1010101……;帧前定界符10101011;用于稳定电路[20]②目的地址(6B)源地址(6B)一般为MAC、物理以太网地址目的地址分为：单一结点地址(第一位为0)、多点地址(第一位为1)、广播地址(全为1)③类型字段(2B)网络层协议④数据字段(64~1500B)⑤帧校验字段(FCS,4B)循环冗余检验[21](CRC)范围：目的地址、源地址、长度、LLC数据<4>接收检验LLC字段错：帧长度错不是8b的整数倍：帧校验错帧位错<5>以太网物理地址48位(EUI-48),写入网卡只读存储器[22](ERROM),6组两位16进制数；共有247个；前3B分配给生产商3.3高速局域网的工作原理<1>解决方法①提高传输速率，帧结构不变(10Mbps10Gbps)②分隔大型局域网，隔离子网通讯量③将共享介质方式改变为交换方式(局域网交换机[23])<2>快速以太网[24]IEEE802.3u数据传输率[25]:100Mbps采用相同的帧格式、介质访问控制方法与组网方法，降低每位发送时间LLC使用IEEE802.2，MAC使用CSMA/CD，调整物理层100BASE-T定义MII<3>千兆以太网[26]IEEE802.3z数据传输率:1Gbps采用相同的帧格式、类似的组网方法，降低每位发送时间LLC使用IEEE802.2，MAC使用CSMA/CD，调整物理层1000BASE-T定义GMII<4>万兆以太网[27]IEEE802.3ae数据传输率:10Gbps保留以太网最大最小帧长度规定使用单模光纤[28](有时使用多模光纤[29])全双工，无介质争用，无CSMA/CD物理层标准:局域网/广域网物理层(万兆介质独立接口10GMII)3.4交换式局域网与虚拟局域网[30]<1>核心设备：局域网交换机：可以在多个端口之间(结点或Hub)建立多个________交换式以太网[31]核心部件：以太网交换机[32]<2>技术特点低交换延迟支持不同的传输速率和工作模式(全双工/半双工):完成不同端口速率切换支持虚拟局域网服务<3>工作原理交换机可隔离本地信息，从而避免网络上不必要的数据流动，这也是________利用端口号/MAC地址映射[33]表进行交换数据地址学习:获得端口号/MAC表，动态维护<4>帧转发方式直接交换方式:只接收目的地址，而后直接转发存储转发交换方式:接收完整帧，并进行差错检测改进的直通交换方式:接受前64B，判断头部是否正确<5>虚拟局域网VLAN按工作性质划分的”逻辑工作组”不受物理位置限制，可以连在不同但互连的交换机上以软件方式划分与管理技术基础：交换技术组织方法：用交换机端口号定义虚拟局域网用MAC地址定义虚拟局域网用网络层地址定义虚拟局域网基于IP广播组的虚拟局域网优点：方便管理、安全性好、改善服务质量3.5无线局域网[34]WLAN<1>介质：微波、激光与红外线等无线电波[35]实现物理层与数据链路层<2>传输技术：红外线、窄带微波、扩频MAC层采用CSMA/CA方法避免冲突<3>无线自组网(Ad hoc)不需基站，对等结构<4>红外无线局域网：视距方式定向光束、全方位红外、漫反射安全性好，抗干扰强，安装简单，易于管理，传输距离受限<5>扩频无线局域网军事对抗常用方法跳频扩频通信、直接序列[36]扩频通信<6>无线局域网标准IEEE802.113.6局域网互联与网桥工作原理<1>网桥：数据链路层设备实现多个网络系统之间的数据交换，起到数据接收，通过帧地址进行地址[37]过滤和数据转发，以隔开网中的流量<2>网桥的特点①可互联2个使用不同数据链路层协议、传输介质与传输速率的网络②以接收、储存、地址过滤与转发的方式实现通信③互联的网络要在数据链路层以上使用相同协议④可分隔2个网络之间的广播通信，增加安全性<3>工作特性①其不更改接收帧的数据字段的内容与格式，所以要求在MAC以上使用相同协议②性能参数为每秒接收与转发的帧数③具有寻址[38]能力与路由选择[39]能力④MAC、物理层协议可以不同<4>透明网桥[常用]IEEE802.1d标准路由表信息：站地址、端口、时间①网桥进行路由选择②一般用于互联两个MAC协议相同的网络③容易安装，即插即用采用生成树[40]算法，创建逻辑上无环路的拓扑结构[41]，避免帧在环网中循环<5>源路由[42]网桥IEEE802.5制定由发送帧的结点负责路由选择<6>广播风暴新增机多、盲目广播、以扩大地址-结点表