42.第十章网络协议和管理配置(三)

2024-01-16 18:08:16

2.3 以太网技术

2.3.1 概述

以太网（Ethernet）是一种产生较早且使用相当广泛的局域网，由美国Xerox（施乐）公司的Palo Alto研究中心（简称为PARC）于20世纪70年代初期开始研究并于1975年研制成功

2.3.2 以太网MAC帧格式

2.3.3 MAC地址

在局域网中，硬件地址又称为物理地址或MAC地址（因为这种地址用在MAC帧中）

IEEE 802标准为局域网规定了一种48位的全球地址（一般都简称为“地址”)，是局域网中每一台计算机固化在网卡ROM中的地址

IEEE 的注册管理机构 RA 负责向厂家分配地址字段的前三个字节(即高位 24 位)

地址字段中的后三个字节(即低位 24 位)由厂家自行指派，称为扩展标识符，必须保证生产出的适配器没有重复地址

各大厂商MAC识别码:

http://standards-oui.ieee.org/oui/oui.txt

2.3.4 冲突检测的载波侦听多路访问CSMA/CD

工作原理

先听后发
边发边听
冲突停止
延迟重发

2.4 虚拟局域网 VLAN

2.4.1 VLAN 原理

虚拟局域网 VLAN 是由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组

这些网段具有某些共同的需求。每一个 VLAN 的帧都有一个明确的标识符，指明发送这个帧的工作站是属于哪一个 VLAN。虚拟局域网其实只是局域网给用户提供的一种服务，而并不是一种新型局域网

优点

（1）更有效地共享网络资源。如果用交换机构成较大的局域网，大量的广播报文就会使网络性能下降。VLAN能将广播报文限制在本VLAN范围内，从而提升了网络的效能

（2）简化网络管理。当结点物理位置发生变化时，如跨越多个局域网，通过逻辑上配置VLAN即可形成网络设备的逻辑组，无需重新布线和改变IP地址等。这些逻辑组可以跨越一个或多个二层交换机

（3）提高网络的数据安全性。一个VLAN中的结点接收不到另一个VLAN中其他结点的帧

虚拟局域网的实现技术

（1）基于端口的VLAN

（2）基于MAC地址的VLAN

（3）基于协议的VLAN

（4）基于网络地址的VLAN

2.4.2 IEEE 802.1Q 帧结构

IEEE 802.1Q 帧结构

VLAN 标签各字段含义
TPID：Tag Protocol Identifier（标签协议标识符），2Byte，表示帧类型，取值为0x8100时表示IEEE802.1Q的VLAN数据帧。如果不支持802.1Q的设备收到这样的帧，会将其丢弃，各设备厂商可以自定义该字段的值。当邻居设备将TPID值配置为非0x8100时，为了能够识别这样的报文，实现互通，必须在本设备上修改TPID值，确保和邻居设备的TPID值配置一致

PRI：Priority，3bit，表示数据帧的802.1p（是IEEE 802.1Q的扩展协议）优先级。取值范围为0～7，值越大优先级越高。当网络阻塞时，交换机优先发送优先级高的数据帧

CFI：Canonical Format Indicator（标准格式指示位），1bit,表示MAC地址在不同的传输介质中是否以标准格式进行封装，用于兼容以太网和令牌环网。CFI取值为0表示MAC地址以标准格式进行封装，为1表示以非标准格式封装。在以太网中，CFI的值为0

VID：VLAN ID，12bit，表示该数据帧所属VLAN的编号。VLAN ID取值范围是0～4095。由于0和4095为协议保留取值，所以VLAN ID的有效取值范围是1～4094

2.5 分层的网络架构

架构一

架构二

3.TCP/IP 协议栈

3.1 TCP/IP 标准

3.1.1 TCP/IP 介绍

Transmission Control Protocol/Internet Protocol 传输控制协议/因特网互联协议

TCP/IP是一个Protocol Stack，包括TCP、IP、UDP、ICMP、RIP、TELNET、FTP、SMTP、ARP等许多协议

最早发源于1969年美国国防部（缩写为DoD）的因特网的前身ARPA网项目，1983年1月1日，TCP/IP取代了旧的网络控制协议NCP，成为今天的互联网和局域网的基石和标准,由互联网工程任务组负责维护

RFC文档: https://www.ietf.org/rfc/rfc1180.html

http://www.cnpaf.net/Class/Rfcen/200502/2176.html

3.1.2 TCP/IP 分层

共定义了四层，和 OSI参考模型的分层有对应关系

RFC文档: https://www.ietf.org/rfc/rfc1122#section-1.3.3

RFC官方分为四层:

Application Layer
Transport Layer
Internet Layer
Link Layer(media-access)

TCP/IP 应用层

TCP/IP 网络模型有几层？分别有什么用？

TCP/IP网络模型总共有五层
1.应用层:我们能接触到的就是应用层了，手机，电脑这些这些设备都属于应用层。
2.传输层:就是为应用层提供网络支持的，当设备作为接收⽅时，传输层则要负责把数据包传给应⽤，但是⼀台设备上可能会有很多应⽤在接收或者传输数据，因此需要⽤⼀个编号将应⽤区分开来，这个编号就是端⼝。所以 TCP 和 UDP 协议就是在这一层的
3.网络层:是负责传输数据的，最常使用的 ip 协议就在该层，⽹络层负责将数据从⼀个设备传输到另⼀个设备，世界上有很多设备，⽹络层需要有区分设备的编号。我们⼀般⽤ IP 地址给设备进⾏编号
4.数据链路层:每⼀台设备的⽹卡都会有⼀个 MAC 地址，它就是⽤来唯⼀标识设备的。路由器计算出了下⼀个⽬的地 IP 地址，再通过 ARP 协议找到该⽬的地的 MAC 地址，这样就知道这个 IP 地址是哪个设备的了。路由器就是通过数据链路层来知道这个 ip 地址是属于哪个设备的，它主要为⽹络层提供链路级别传输的服务。
5.物理层:当数据准备要从设备发送到⽹络的时候，需要把数据包转换成电信号，让其可以在物理介质中传输，它主要是为数据链路层提供⼆进制传输的服务。