计算机网络——数据链路层之局域网、以太网和无线局域网

2024-02-29 23:15:04

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局域网

局域网（Local Area 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，如一座或几种的建筑群内

特点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）

特点3：通信延迟时间短，误码率低，可靠性较高

特点4：各站为平等关系，共享传输信道

特点5：多采用分布式控制和广播式信道，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

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，传输速率快，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

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

环型拓扑

系统中通信设备和线路比较节省。有单点故障问题；由于环路是封闭的，所以不便于扩充，系统响应延时长，且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，排列形成一个逻辑环。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
令牌环网。物理上采用了星型拓扑结构，逻辑上是环形拓扑结构。已是“明日黄花”
FDDI网（Fiber Distributed Data Interface）。物理上采用了双环拓扑结构，逻辑上是环形拓扑结构
ATM网（Asynchronous Transfer Mode）。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（Wireless Local Area Network, WLAN）采用了IEEE802.11标准

IEEE 802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 802.3：以太网介质访问控制协议（CSMA/CD）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 802.8：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及物理层技术规范

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OSI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和介质访问控制MAC子层

LLC子层：负责识别网络层协议，然后对它们进行封装。LLC报头告诉数据链路层一旦帧被接收到时，应当对数据包如何处理。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

以太网

概述

以太网（Ethernet）指的是由Xerox公司创建并由Xerox、Intel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。以太网使用CSMA/CD技术

以太网在局域网各种技术中占统治性地位：

造价低廉（以太网网卡不到100块）
是应用最广泛的局域网技术
比令牌环网、ATM网更便宜，简单
满足网络速率要求：10Mb/s~10Gb/s

以太网两个标准：

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。802.3局域网即以太网

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。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

粗同轴电缆=>细同轴电缆=>双绞线+集线器

以太网拓扑结构

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

10BASE-T以太网

10BASE-T是传送基带信号的双绞线以太网，T表示采用双绞线，现10BASE-T采用的是无屏蔽双绞线（UTP），传送速率是10Mb/s

物理上采用星型拓扑，每段双绞线最长为100m。采用曼切斯特编码。采用CSMA/CD介质访问控制

适配器与MAC地址

计算机与外界有局域网的链接是通过通信适配器的。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

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

以太网MAC帧

最常用的MAC帧是以太网V2的格式：

与IEEE 802.3的区别：

第三个字段是长度/类型
当长度/类型字段值小于0x0600时，数据字段必须装入LLC子层

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IEEE 802.3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