计算机网络(4)----局域网与广域网
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1.局域网
局域网(LocalArea Network):简称LAN，是指在某一区域内由多台计算机互联成的计算机组，使用广播信道。
特点:
① 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。
② 使用专门铺设的传输介质(双绞线、同轴电缆)进行联网，数据传输速率高(10Mb/s~10Gb/s)
③ 通信延迟时间短，误码率低，可靠性较高。
④ 各站为平等关系，共享传输信道。
⑤ 多采用分布式控制和广播式通信，能进行广播和组播。
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。
(1)局域网拓扑结构
星型拓扑
中心节点是控制中心，任意两个节点间的通信最多只需两步，传输速度快并且网络构形简单、建网容易、便于控制和管理但这种网络系统，网络可靠性低，网络共享能力差，有单点故障问题(若集线器down,那么其他结点就无法进行通信)
总线型拓扑
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时，对整个网络系统影响小。
环形拓扑
系统中通信设备和线路比较节省。有单点故障问题(例如,令牌环网中的令牌会逆时针或顺时针传递,若中间某个结点故障,则其他结点也无法工作);由于环路是封闭的，所以不便于扩充，系统响应延时长，且信息传输效率相对较低。
树型拓扑
易于拓展，易于隔离故障，也容易有单点故障。
综合这几种拓扑结构,总线型拓扑的优势最大,造价也不高,所以总线型拓扑是局域网中非常常用的拓扑结构
(2)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
(3)局域网介质访问控制方法
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。它是把总线型或树型网络中的各个工作站按一定顺序如按接口地址大小排列形成-个逻辑环。只有令牌持有者才能控制总线，才有发送信息的权力。
令牌环
用于环形局域网，如令牌环网。
令牌环网逻辑上的拓扑结构与物理上的拓扑结构并不要求一样,物理拓扑结构主要考虑物理线路如何连接,而逻辑拓扑结构考虑的是在构造好物理拓扑结构之上,各种设备数据传输的顺序或方式。即逻辑上是环形拓扑结构,但物理上可以是星型拓扑结构。
(4)局域网的分类
1.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IEEE802.3系列标准规范。逻辑拓扑总线型，物理拓扑是星型或拓展星型。使用CSMA/CD.
2.令牌环网
物理上采用了星形拓扑结构，逻辑上是环形拓扑结构。已是“明日黄花”.
3.FDDl网(Fiber Distributed Data interface)(了解)
物理上采用了双环拓扑结构，逻辑上是环形拓扑结构.
4.ATM网(Asynchronous Transfer Mode)(了解)
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.
5.无线局域网(Wireless Local Area Network;WLAN)
采用IEEE 802.11标准。
(5)IEEE 802标准
IEEE 802系列标准是IEEE802 LAN/MAN 标准委员会制定的局域网、城域网技术标准(1980年2月成立)。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。
•IEEE802.3标准:以太网介质访问控制协议(CSMA/CD)及物理层技术规范。
•IEEE802.5标准:令牌环网(Token-Ring)的介质访问控制协议及物理层技术规范。
•IEEE 802.8标准:光纤技术咨询组，提供有关光纤联网的技术咨询。(FDDI网)
•IEEE 802.11标准:无线局域网(WLAN)的介质访问控制协议及物理层技术规范
(6)MAC子层与LLC子层
IEEE 802标准所描述的局域网参考模型只对应OS参考模型的数据链路层与物理层，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:
LLC负责识别网络层协议，然后对它们进行封装。LL报头告诉数据链路层一旦帧被接收到时，应当对数据包做何处理。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:
MAC子层的主要功能包括数据帧的封装/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。MAC子层的存在屏蔽了不同物理链路种类的差异性。
(7)常用的局域网技术---以太网
以太网(Ethernet)指的是由Xerox公司创建并由Xerox、Inte!和DEC公司联合开发的基带总线局域网规范，是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。以太网络使用CSMA/CD(载波监听多路访问及冲突检测)技术。
以太网在局域网各种技术中占统治性地位:
1.造价低廉(以太网网卡不到100块)。
2.是应用最广泛的局域网技术。
3.比令牌环网、ATM网便宜，简单。
4.满足网络速率要求:10Mb/s~10Gb/s。
以太网的两个标准:
DIX Ethernet V2:第一个局域网产品(以太网)规约。
IEEE 802.3:IEEE 802委员会802.3工作组制定的第一个IEEE的以太网标准。两者的帧格式略有不同,只要某个局域网满足DIX Ethernet V2规约或IEEE802.3标准,都被称为以太网,所以我们通常会把以太网称为802.3局域网。
以太网提供无连接,不可靠的服务:
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，差错纠正由高层负责。注:以太网只实现无差错接收(若接收方通过差错检测的方法,检测到帧出错,则会丢弃,只收下正确的帧)，不实现可靠传输(可靠传输是指只要是发送方发来的数据都要接收,若帧丢失,帧重复,帧失序,就解决这些问题,并且收下他们,这就是传输层做的工作了,以后会讲)
(8)以太网传输介质与拓扑结构的发展
以太网传输介质:
粗同轴电缆---->细同轴电缆---->双绞线+集线器
以太网拓扑结构:
总线型--->星型
如下图所示,星型拓扑结构中,集线器会将其中一个主机从某一端发来的信息,通过其他端口广播出去,虽然集线器将以太网构造为了新型的拓扑,但是在逻辑上,他与之前的传统以太网一样,都是使用总线型的结构,就是使用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网, 各站共享逻辑上的总线，使用的还是CSMA/CD协议
以太网拓扑:逻辑上总线型，物理上星型
(9)常用的以太网---10BASE-T以太网
10BASE-T是传送基带信号(10BASE-T)的双绞线以太网，T表示采用双绞线(10BASE-T)，现10BASE-T采用的是无屏蔽双绞线(UTP)，传输速率是10Mb/s(10BASE-T)。
10BASE-T以太网的特点:
1.物理上采用星型拓扑，逻辑上总线型，每段双绞线最长为100m(通过集线器可以扩大这一通信距离)。
2.采用曼彻斯特编码(一个比特有两次信号跳变(两个码元))。
3.采用CSMA/CD介质访问控制。
(10)适配器与MAC地址
计算机与外界有局域网的连接是通过通信适配器的,通信适配器是在主机箱内插入的网络接口板,也称为网络接口卡NIC(network interface card),现在计算机主板上都嵌入了适配器,所以不需要使用单独网卡了。
适配器上装有处理器和存储器(包括RAM和ROM),ROM上有计算机硬件地址MAC地址。
在局域网中，硬件地址又称为物理地址，或MAC地址。【实际上是标识符】
MAC地址:每个适配器有一个全球唯一的48位二进制地址，前24位代表厂家(由IEEE规定)，后24位厂家自己指定。常用6个十六进制数表示，如02-60-8c-e4-b1-21。
(11)以太网MAC帧
以太网有两种标准,对应的MAC帧也有两种,最常用的MAC帧是以太网V2的格式。
●以太网V2的帧格式
如图所示,MAC层在IP层的基础上加入了目的地址(6个字节),源地址(6个字节),类型以及FCS。
目的地址:
单播地址:固定主机的MAC地址
广播地址(全F的地址):这一地址会发送给所有的主机
多播地址(了解即可)
类型:
用来指明上一层(网络层)使用的是什么协议,以便把MAC层的数据上交给网络层
数据:
数据部分长度可变46~1500字节,1500个字节是链路层的最大数据传送单元,由于MAC帧最小帧长是64字节:
目的地址(6个字节)+源地址(6个字节)+类型(2个字节)+FCS(4个字节)=18个字节,若要满足最小帧长(64字节),使MAC帧成为有效的帧,则数据部分至少为46个字节
FCS:
FCS是冗余码，它可以通过CRC(循环冗余校验)得到，也可以通过其他差错检测方法得到。
注:CRC是一种差错检验方法；而FCS是帧校验序列，即冗余码；
同时在MAC层的基础上加入了8个字节的前导码,用来保证发送端与接收端收发数据的同步。前导码包括前同步码以及帧开始定界符:
前同步码:保证发送端与接收端收发数据的同步。
帧开始定界符:发送方通知接收方可以准备接收MAC帧了。
注:
1.这一前导码并不是MAC帧的一部分。
为什么有帧开始定界符而没有帧结束定界符呢?
2.以太网使用的编码形式是曼彻斯特编码,曼彻斯特编码在每个bit内都有两次信号跳变(两个码元),如下图所示:
当发送数据时,发送方网络适配器接口上的电压会变化,没有发送数据时,则不会变化,这样就能很清楚地确定以太网帧结束的位置,以太网帧结束的位置再往前四个字节,就能确定数据部分的结束位置了。
而且每一个发送帧之间都会有一个最小间隔,因此就会有一小段空白的时间,若某一时间内没有检测到电压变化,就说明前一个帧发送完毕了。
●IEEE802.3规定的帧格式
与DIX以太网的MAC帧的区别:
802.3规定的MAC帧的第三个字段是 长度/类型 当这个字段值 大于0x0600时，就表示 类型;当 长度/类型 字段值 小于0x0600时， 数据字段必须装入上面的LLC子层的LLC帧
(12)高速以太网
速率>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。
2.无线局域网
IEEE 802.11是无线局域网通用的标准，它是由IEEE所定义的无线网络通信的标准。
wifi与无线局域网标准的区别:
IEEE802.11是无线局域网通用的标准,wifi是一个创建于IEEE 802.11标准的无线局域网技术。
(1)802.11的MAC帧头格式:
地址1(RA):代表接收端
地址2(TA):代表发送端
地址3(DA):代表目的地址
地址4(SA):源地址
无线通信的过程:
假设A,B两台主机附近分别有AP1和AP2两个基站(AP就是无线接入点),若A要与B通信,A就要将信息发送给AP1,AP1再发送给AP2,AP2以电磁波的形式将数据发送给B
这样的基站非常多,例如联通,电信在全国各地都分布有很多基站,并且这些基站是实时更新数据的,当移动设备靠近某个基站时,这一基站会将移动设备的号码更新到自己的数据库中,这就是为什么每到一个城市就会收到这个城市发送的"xx城市欢迎你"这一信息
根据这个例子,目的地址(DA)就是B的mac地址,源地址(SA)就是A的mac地址,发送端(TA)就是AP1的mac地址,接收端(RA)就是AP2的mac地址
上面讲的其实是802.11标准的一种帧类型,在802.11标准中有4类MAC帧,上面讲的是最后一类帧:
不同的帧类型对应的地址字段也是不同的,例如To AP,即发往AP的MAC帧,那么接收端(BSSID)就是AP的MAC地址,而From AP,即接收AP发来的数据,那么发送端(BSSID)就是AP的MAC地址
(2)无线局域网的分类
•有固定基础设施无线局域网
基站的作用:
1.实现各个区域内的主机通信2.实现漫游,即AP1基站范围内的主机能够与AP2基站范围内的主机通信
如何实现?
A先将数据发送给AP1,AP1会通过有线线缆接入到分配系统DS中,通过DS将数据发送到AP2,再由AP2将数据转发给主机
•无固定基础设施无线局域网的自组织网络
自组织网络中,没有AP,没有路由器等设备,只有主机,各主机会充当路由器的功能,既可以发送数据也可以帮忙转发数据
3.VLAN
传统局域网有以下局限性:
•缺乏流量的隔离:即使把组流量局域化道一个单一交换机中，广播流量仍会跨越整个机构网络(ARP、RIP、DHCP协议),所以常会遇到泛洪的问题
•管理用户不便:如果一个主机在不同组间移动，必须改变物理布线，连接到新的交换机上。
•路由器成本较高:局域网内使用很多路由器花销较大。
所以产生了VLAN(虚拟局域网):
虚拟局域网VLAN (Virtual Local Area Network)是一种将局域网内的设备划分成与物理位置无关的逻辑组的技术，这些逻辑组有某些共同的需求。每个VLAN是一个单独的广播域/不同的子网。
VLAN如何实现:
(1)不同虚拟局域网的主机通信:
交换机上生成的各VLAN互不相通，若想实现通信，需要借助:路由器以及三层交换机
(2)A,B之间的通信:
实现VLAN功能的交换机有两个转发表:一个用来记录MAC地址与端口的映射(转发表);一个用来记录VLAN ID与端口的映射(VLAN表)。
当A转发从1端口转发数据时,交换机会查VLAN表,发现A处在VLAN1中,那么就只会转发给在同一个VLAN里的主机。
若A想给B发送数据,那么交换机会先查看转发表,发现B的端口为2,再查看VLAN表,发现2端口在VLAN1中,与A在同一虚拟局域网中,则可以向B发送数据。
以上描述的是基于接口的VLAN技术,即交换机会生成另一个VLAN表记录VLAN ID与端口的映射
另一种是基于MAC地址的VLAN技术
这一技术对应的VLAN表记录的是VLAN ID 与MAC地址的映射关系
常用的是第一种方式,即基于接口的VLAN技术
(3)不同交换机之间的通信:
若A主机想发送数据到E主机:
•首先A主机将数据发送给交换机1,交换机查表发现其属于VLAN1,就会在这一数据中新增一个字段(标签tag=1)。
•接着数据会通过trunk端口(交换机与交换机之间连接的端口,这一端口会将标签保留),发送给交换机2。
•交换机2收到这一数据后,会识别这一tag标签,并将数据转发给只属于同一VLAN的主机,再通过接收端的MAC地址或端口号信息,就可以将数据发送给VLAN1中的E主机(确定主机)了。
•从交换机2输出帧时,会将tag标签去掉,还原为普通的mac帧,再发给主机。
贴标签,即插入VLAN标记:
VLAN标记总共4个字节(4*8=32位),前两个字节表明是IEEE 802.1Q帧，接下来4位没用，后面12位是VLAN标识符VID,唯一表示了该以太网帧属于哪个VLAN。
•VID的取值范围为0~4095，但0和4095都不用来表示VLAN，因此用于表示VLAN的有效VID取值范围为1~4094。
•IEEE 802.1Q帧是由交换机来处理的，而不是由用户主机来处理的。(即主机和交换机之间只交换普通的以太网帧,只有在经过交换机时,交换机内部才会打标签,使其变为IEEE 802.1Q帧)
4.广域网
广域网(WAN，WideAreaNetwork)，通常跨接很大的物理范围，所覆盖的范围从几十公里到几千公里，它能连接多个城市或国家，或横跨几个洲并能提供远距离通信，形成国际性的远程网络。
广域网的通信子网主要使用分组交换技术。广域网的通信子网可以利用公用分组交换网、卫星通信网和无线分组交换网，它将分布在不同地区的局域网或计算机系统互连起来，达到资源共享的目的。如因特网(Internet)是世界范围内最大的广域网。
广域网与局域网的区别:
1.广域网覆盖物理层,数据链路层以及网络层这三个层次,而局域网只会覆盖物理层,数据链路层这两个层次。也就是局域网只是用到交换机,集线器这类数据链路层及以下的设备,而广域网用到了路由器,交换机这类网络层及以下的设备。
2.广域网强调的是资源共享,传输速率比局域网的传输速率高,但由于数据传输距离较远,传播延迟会比局域网长。局域则网强调的是数据传输。
常用的广域网中的链路层协议:
(1)PPP协议
点对点协议PPP(Point-to-Point Protocol)是目前使用最广泛的数据链路层协议，用户使用拨号电话接入因特网时一般都使用PPP协议。(只支持全双工链路)
PPP协议需要满足的要求:
简单:对于链路层的帧，无需纠错，无需序号，无需流量控制,也不需要实现可靠传输。
封装成帧:在帧头和帧尾加入帧定界符。
透明传输:与帧定界符一样比特组合的数据应该如何处理:若为异步线路用字节填充，若为同步线路用比特填充。
多种网络层协议:封装的IP数据报可以采用多种协议。
多种类型链路:串行/并行，同步/异步，电/光.....
差错检测:检测到帧错误就丢弃。
检测连接状态:链路是否正常工作。
最大传送单元:数据部分最大长度MTU(46~1500个字节)。
网络层地址协商:知道通信双方的网络层地址。
数据压缩协商:发送数据时对数据进行压缩。
PPP协议无需满足的要求:
纠错:不需要纠错只需要检错即可
流量控制:不需要进行流量控制,交给上层处理即可
序号:不需要对帧编序号
支持多点线路:只需要满足点对点之间的连接过程即可
PPP协议需要实现的三个功能:
1.将IP数据报封装到串行链路(同步串行/异步串行)
2.链路控制协议LCP:建立并维护数据链路连接(身份验证)
3.网络控制协议NCP:在建立好LCP协议的基础上,PPP可支持多种网络层协议，每个不同的网络层协议都要一个相应的NCP来配置，为网络层协议建立和配置逻辑连接。(就是将网络层的数据报进行处理,封装给链路层)
PPP协议的状态图如下:
PPP协议的帧格式:
1.PPP协议的帧格式中,标志字段为01111110(帧定界符),连续两帧之间只需要用一个标志字段。如果出现连续两个标志字段,就表示这是一个空帧,应当丢弃。
2.A(地址字段),C(控制字段):这两个字段实际上并没有携带PPP帧的信息。
3.协议字段:当协议字段为0x0021时,PPP帧的信息字段就是IP数据报。若为0xC021,则信息字段是PPP链路控制协议LCP的数据,而0x8021表示这是网络层的控制数据。
4.当信息字段中出现和标志字段一样的比特(0x7E)组合时，就必须采取一些措施使这种形式上和标志字段一样的比特组合不出现在信息字段中。
①
当PPP使用异步传输时，它把转义符定义为0x7D(即01111101)，并使用字节填充的填充方法:
(1)把信息字段中出现的每一个0x7E字节转变成为2字节序列(0x7D,0x5E)。
(2)若信息字段中出现一个0x7D的字节(即出现了和转义字符一样的比特组合),则把 0x7D 转变成为2字节序列(0x7D,0x5D)。
(3)若信息字段中出现ASCII码的控制字符(即数值小于0x20的字符)，则在该字符前面要加入一个 0x7D 字节，同时将该字符的编码加以改变。例如，出现0x03(在控制字符中是“传输结束”ETX)就要把它转变为2字节序列(0x7D,0x23)。
由于在发送端进行了字节填充，因此在链路上传送的信息字节数就超过了原来的信息字节数。但接收端在收到数据后再进行与发送端字节填充相反的变换，就可以正确地恢复出原来的信息。②
PPP协议用在SONET/SDH链路时，使用同步传输(一连串的比特连续传送)而不是异步传输(逐个字符地传送)。在这种情况下，PPP协议采用零比特填充方法来实现透明传输
零比特填充的具体做法是:
在发送端，先扫描整个信息字段(通常用硬件实现，但也可用软件实现，只是会慢些)。只要发现有5个连续1，则立即填入一个0。因此经过这种零比特填充后的数据，就可以保证在信息字段中不会出现6个连续1。接收端在收到一个帧时，先找到标志字段F以确定一个帧的边界，接着再用硬件对其中的比特流进行扫描。每当发现5个连续1时，就把这5个连续1后的一个0删除，以还原成原来的信息比特流。这样就保证了透明传输:在所传送的数据比特流中可以传送任意组合的比特流，而不会引起对帧边界的错误判断。
5.帧检验序列FCS使用的是CRC循环冗余校验方法。
(2)HDLC协议(考纲已删)
高级数据链路控制(High-Level Data Link ControI或简称HDLC)，是一个在同步网上传输数据、面向比特的数据链路层协议，它是由国际标准化组织(ISO)根据IBM公司的SDLC(SynchronousData Link Control)协议扩展开发而成的。
数据报文可透明传输,用于实现透明传输的"0比特插入法",易于硬件实现。
HDLC协议的特点:
HDLC采用的是全双工通信
所有帧采用CRC检验,对信息帧进行顺序编号,可防止漏发或重份,传输可靠性高
HDLC的站:
HDLC的站分为主站,从站以及复合站:
1.主站的主要功能是发送命令(包括数据信息)帧、接收响应帧，并负责对整个链路的控制系统的初启、流程的控制、差错检测或恢复等。
2.从站的主要功能是接收由主站发来的命令帧，向主站发送响应帧，并且配合主站参与差错恢复等链路控制。
3.复合站的主要功能是既能发送，又能接收命令帧和响应帧，并且负责整个链路的控制。根据三种站产生了三种数据操作方式:
（1）正常响应方式（Normal Response Mode，NRM）：这种方式适合不平衡配置，主站启动数据传输过程，从站只有收到命令时才能发送数据。
（2）异步平衡方式（Asynchronous Balanced Mode，ABM）：这种方式适合两端都是复合站的平衡配置，任何一方都可以启动数据传输。
（3）异步响应方式（Asynchronous Response Mode，ARM）：这种方式适合不平衡配置，从站在没有收到主站命令时，就可以启动数据传输服务。
HDLC的帧格式:
HDLC的帧格式与PPP的帧格式类似:
1.标志字段为F(01111110),若信息部分有相同的比特组合,那么就采用0比特填充法与PPP同步传输中的0比特填充法是一样的
2.地址字段(A):当数据操作方式为正常响应方式或异步响应方式,那么地址位填充的是从站的地址,若采用的是异步平衡方式,那么采用的就是应答站的地址
3.控制字段(C):决定了HDLC帧的类型,和PPP的协议字段类似,HDLC的控制字段只看前两位:
•信息帧(I):第1位为0，用来传输数据信息，或使用捎带技术对数据进行确认;
•监督帧(S):10，用于流量控制和差错控制，执行对信息帧的确认、请求重发和请求暂停发送等功能
•无编号帧(U):11，用于提供对链路的建立、拆除等多种控制功能。
(3)PPP协议和HDLC协议的对比
1.HDLC与PPP都只支持全双工链路。
2.PPP与HDLC协议都能实现透明传输:
PPP协议可以使用字节填充(异步传输),也可以使用0比特填充(同步传输)。
HDLC协议只可以使用0比特填充。
3.都可以实现差错检测,但是不纠错(检错不纠错)。
4.PPP协议是面向字节的,HDLC协议是面向比特的,PPP协议是以字节为单位帧格式(长度为8的整数倍),发送时以字节为单位发送,而HDLC是以比特为单位的帧格式,发送时发送的是一连串连续的比特位(任意位)。
5.PPP协议中有协议字段,而HDLC中是没有的,但是PPP的协议字段与HDLC的控制字段非常类似,都是规定了信息部分是什么类型。
6.PPP协议是无序号和确认机制的,HDLC是有编号和确认机制的,所以PPP协议不可靠,而HDLC可靠。
曾经在误码率比较高的链路中，HDLC曾起到了极大的作用，但随着技术的发展，在数据链路层出现差错的概率不大，因此现在全世界使用得最多的数据链路层协议是PPP协议。
5.物理层扩展以太网
主机和集线器的距离不能超过100米,若超过100米,那么失帧就会非常严重,为了使较远的主机之间能够通信,那么就需要在物理层次上扩展以太网
(1)通过光纤
光纤的传输距离长,损耗小,可以扩大数据传输的范围,若采用光纤,则需要光纤调制器(将电信号转化为光信号),以及光纤解调器(将光信号转化为电信号)
(2)通过主干集线器
每个集线器连接的主机之间构成冲突域,冲突域:同一时间内只能有一台设备能够发送信息否则会产生冲突的区域范围。
采用主干集线器后,不同集线器下的主机也可以相互通信,这样就构成了一个大的冲突域,由于冲突域内的主机增多,发生冲突的概率也增大了,实际通信的效率降低。
如何改进呢?
(3)链路层扩展以太网
网桥
网桥根据MAC帧的目的地址对帧进行转发和过滤。当网桥收到一个帧时，并不向所有接口转发此帧，而是先检查此帧的目的MAC地址，然后再确定将该帧转发到哪一个接口，或者是把它丢弃(即过滤)。
网段:一般指一个计算机网络中使用同一物理层设备(传输介质，中继器，集线器等)能够直接通讯的那一部分。下图中,一个冲突域就是一个网段。
网桥的优点:
1.过滤通信量,增大吞吐量。网桥可以将各个冲突域分隔开,不同网段间的通信不会相互干扰,从而增大了吞吐量。例如,每个网段的数据传输速率(带宽)为10MB/s,那么3个网段最大的吞吐量就为30MB/s,但是若将网桥换做集线器等物理层设备,那么3个网段最大的吞吐量还是10MB/s。
2.扩大了物理范围。
3.提高了可靠性,当网络出现故障时,通常只有1个网段受到影响。
4.可互连不同物理层、不同MAC子层和不同速率的以太网。
网桥的分类:
网桥分为透明网桥与源路由网桥
透明网桥:
“透明”指以太网上的站点并不知道所发送的帧将经过哪几个网桥，是一种即插即用设备---自学习(网桥刚插入时转发表内没有数据,是在通信过程中逐步完善的)。
自学习的过程:
A-->B:
若A给B发送数据帧,那么A发送的数据帧会在网段中广播出去,B和网桥的接口1都会收到这一数据帧,即使B已经收到了A的数据帧,但是发送没有停止。网桥的接口1会收到数据帧,接下来网桥会按照A的mac地址查找转发表,发现转发表中没有A的MAC地址,所以就把地址A的mac地址以及收到这个帧的接口1写入转发表中。
接下来网桥会根据目的地址B查找转发表,发现转发表中没有B的地址,那么就会从除了1接口外的所有接口转发出去。
转发出去的数据帧会到达C,D主机以及网桥2的接口1:
C,D会丢弃这一数据帧,而网桥2的接口1收到数据帧后,会先将这一源地址(A的MAC地址)记录下来,接下来也有查看转发表中有无目的地址B的信息,没有,则从其他接口转发出去,E,F主机收到后也会将其丢弃。
F--->C:
若F想给C发送数据,那么F发送的数据帧会在网段内广播出去,网桥2的接口2收到数据后会先在转发表中查看关于源地址的相关信息,若没有,则将源地址的相关信息填入转发表。
接着会查看有无关于目的地址C的相关信息,若没有,则从其他接口转发出去数据帧,C,D和网桥1的2号接口都会收到这一数据帧,网桥1收到这一数据帧后,会记录源地址F的相关信息,同时,因为没有目的地址的相关信息所以从其他接口发送出去。
B--->A:
B发送的数据帧会广播到网段中的所有主机,A会收到数据帧,网桥1也会收到数据帧,网桥1会查看网桥是否有关于源地址的相关信息,若没有,则记录B主机相关信息:
接下来网桥会查找有无关于目的地址A的相关信息,发现有,而且接口为1,所以网桥不会继续转发帧了,因为源地址与目的地址在同一网段中,而是会将这一帧丢弃。
转发表隔一段时间会更新一次,就是将其中的记录全部删除,然后再通过一次自学习完善转发表
源路由网桥:
源路由网桥:在发送帧时，把详细的最佳路由信息(路由最少/时间最短)放在帧的首部中。
方法:源站以广播方式向欲通信的目的站发送一个发现帧,发送路径有很多个。发送帧到达目的站后,会原路返回,并且告诉源站这条发送路径的相关信息(路径长短,时间长短),源站会选择一个路径作为最佳路由信息放在帧的首部。
以太网交换机(多接口网桥)
以太网交换机通常有很多端口(十几个端口),每个端口引出的区域都是一个冲突域。
以太网交换机可以独占传输媒体带宽。例如,某个集线器连接的主机之间构成的冲突域,带宽为10Mb/s,那么每个主机分得的带宽就是2.5Mb/s,若以太网交换机的带宽是10Mb/s,那么交换机的每个端口都会分得10Mb/s。
以太网交换机的两种交换方式:
直通式交换机:
查完目的地址(6B)就立刻转发。但是延迟小，可靠性低(不会对发来的数据帧进行差错检测)，无法支持具有不同速率的端口的交换。
存储转发式交换机:
将帧放入高速缓存，并检查否正确，正确则转发，错误则丢弃。延迟大，可靠性高，可以支持具有不同速率的端口的交换。
交换机的自学习功能:
交换机的自学习和网桥的自学习过程是一样的,只是交换机的端口要多一些:
A--->B:
若A要把数据发送给B,那么交换机会查看转发表中是否有A的相关信息,若没有,则会将A的相关信息记录到转发表中。
转发表中同样没有目的主机B的相关信息,所以会从其他端口转发出去,C,D主机收到数据帧后,发现数据不是发送给自己的,就会将其丢弃,只有B才会将数据收下。
B-->A:
若B要把数据发送给A,那么交换机会先记录B主机的相关信息,接着交换机发现转发表有目的主机的相关信息,那么就会将这一数据通过接口1,发送给目的主机A。
同理,交换机的转发表也会隔一段时间更新一次(动态更新)
补充:冲突域与广播域
冲突域:在同一个冲突域中的每一个节点都能收到所有被发送的帧。简单的说就是同一时间内只能有一台设备发送信息的范围。
广播域:网络中能接收任一设备发出的广播帧的所有设备的集合。简单的说如果站点发出一个广播信号，所有能接收收到这个信号的设备范围称为一个广播域。数据链路层设备可以隔离冲突域,并且每一个端口就是一个冲突域,但是不能隔离广播域
网络层设备可以隔离冲突域,也可以隔离广播域
例如,下图就有4个冲突域和1个广播域
原文地址：https://blog.csdn.net/weixin_69884785/article/details/136401991
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