# 局域网体系与标准

# 什么是局域网?

  • 单一机构所拥有的专用计算机网络,中等规模地理范围,实现 多个设备互联信息交换资源共享

  • 主要针对数据链路层和物理层而制定

    jywtxjg

  • 数据链路层分为 LLC(逻辑链路控制子层)MAC(介质访问控制子层)

  • LLC 为上层通过服务,MAC 依托在物理层之上

# LAN/MAN 的 IEEE802 标准

  • 802.3   CSMA/CD  
    • 以太网规范,定义 CSMA/CD
    • 还分为 IEEE 802.3ab 和 IEEE 802.3u
  • 802.6   城域网  
    • 定义城域网的每天访问控制子层和物理层规范
  • 802.11   无线局域网  
    • 定义自由空间媒体的媒体访问控制子层和物理层规范
  • 802.16   宽带无线接入标准 BWA  

# 数据链路 LLC 和 MAC

# 逻辑链路控制 LLC

  • 目的是 屏蔽不同介质访问 控制方法,以向高层(网络层)提供统一的服务和接口,LLC 地址是 SAP
  • 这个标准和 HDLC 是 兼容的,无帧校验字段,放到了 MAC 层,同时提供目标地址和源地址字段
8 位 8 位 8 位或 16 位 M*8 位
DSAP SSAP 控制 信息

# 介质访问控制 MAC

  • 长度字段表示数据实际长度,最大 1500。同时还可以表示上层协议类型,1501 以上的值
  • 6+6+2+0-1500+0-46+4
  • 最小 64,最大 1518
  • MAC 地址:采用 16 进制数表示,共 6B(48 位),有 IEEE 和厂家烧制到网卡

# CSMA/CD 协议

  • 载波监听多路访问 / 冲突检测。是分布式介质访问控制方法
    • 非坚持型:有礼貌的,等一会下楼
    • 1 坚持型:霸道点的,一直要下楼
    • P 坚持型:和事佬,有概率等下楼
监听算法 信道空闲时 信道忙时 特点
非坚持型监听算法 立即发送 等待 N,再监听 减少冲突,信道利用率降低
1 - 坚持型监听算法 立即发送 继续监听 提高信道利用率,增大了冲突
P - 坚持型监听算法 以概率 P 发送 继续监听 有效平衡,但是复杂

# 最小帧长计算

  • 为检测到冲突,

    L=2Rd/vL=2R*d/v
    • 其中,R 为网络数据速率,d 为最大段长,v 为信号传播速度
  • 二进制后退指数算法:
    1. 考虑网络负载编号
    2. 后退次数与负载大小有关
    3. 重发词素最大为 16,然后报给上层协议

# 以太网

  • 早期的 802.3 局域网,10Mbps,来源于光在空气中传播的介质 “以太(ether)”,由此得名 “以太网(Ethernet)”
  • 交换式以太网核心部件是交换机,有一个高速底板,插上一些插槽,插槽上有一些链接器,用于连接 10M 网卡的主机。如:e0/0,f0/1 (插槽 / 接口),g0/0/0 (插槽 / 模块 / 接口)
    • e: 以太网 10Mbps,f:快速以太网 100Mbps,g:吉比特以太网 1000Mbps

# 快速以太网

  • 802.3u 标准,速率 可达 100M,采用 100Base-T/F 规范
标准 传输介质 线对数 传输距离
100Base-T2 3 类 UTP 2 对 100m
100Base-T4 3 类 UTP 4 对 100m
100Base-TX 5 类 UTP 2 对 100m
100Base-TXSTP 2 对 100m
100Base-FX 多模光纤 1 对 2Km(全双工)
100Base-FX 单模光纤 1 对 40Km(全双工)

# 千兆以太网(吉比特以太网)

  • 802.3z 标准,速率可达 1000M,兼容 10M/100M 以太网
标准名称传输介质传输距离
IEEE802.3z1000Base-LX62.5μm多模光纤550m
50μm多模光纤550m
10μm单模光纤5Km
1000Base-SX62.5μm多模光纤275m
50μm多模光纤550m
1000Base-CX2对STP25m
IEEE802.3ab1000Base-T4对5类UTP100m

# 万兆以太网

  • 802.3ae 标准,速率可达 万兆(10Gbps)只支持光纤只支持全双工,不再采用 CSMA/CD,可用于城域网
名称传输介质传输距离特点
10GBase-S(Short)50μm的多模光纤300m850nm串行
62.5μm多模光纤65m
10GBase-L(Long)单模光纤10km1310nm串行
10GBase-E(Extended)单模光纤40km1550nm串行
10GBase-LX4单模光纤10km1310nm
4x2.5Gbps
波分多路复用(WDM)
50μm的多模光纤300m
62.5μm的多模光纤300m

# 虚拟局域网 VLAN

  • 根据管理功能、组织机构或应用类型,对物理网络进行分段而形成的逻辑网络,与用户的物理位置无关

# VLAN 划分方式

  1. 静态分配 VLAN:基于端口
  2. 动态分配 VLAN:基于 MAC 地址、网络层 IP 地址、规则策略等

# 划分 VLAN 的好处

  1. 控制网络流量,抑制广播风暴
  2. 提高网络安全性,不同 VLAN 之间可以做控制
  3. 网络管理灵活,用户可以随地接入网络
  • 不同 VLAN 之间通信,需要路由器或三层交换机

# VLAN802.1q 标准(dot1q)

  • 在原来的以太帧增加了 4B 的控制信息,其中包含 12 位 VLAN 标识符 VID ,可用 4096 个 VLAN

    802.1q

# 两种端口

  • 接入端口 Access

    • 可通过单个 VLAN
  • 中继端口 Trunk

    • 可通过多个 VLAN

    vlandk

# 练习例题


  1. IEEE802.3 规定的最小帧长为 64B,这个帧长是指

    • 从前导字段到校验和的字段
    • 从目标地址到校验和的长度
    • 从帧起始符到校验和的长度
    • 数据字段的长度
  2. 在以太网的帧结构中 “填充” 字段的作用是

    • 承载任选的路由信息
    • 用于捎带应答
    • 发送紧急数据
    • 保持最小帧长

    为了保证 64B 的最小帧长让以太网识别

  3. 下面的光纤以太网标准中,支持 1000m 以上创术距离的是

    • 1000Base-Fx
    • 1000Base-Cx
    • 1000Base-Sx
    • 1000Base-Lx
  4. 一个 CSMA/CD 协议的以太网,数据速率为 1Gb/s,网段长 1km,信号速率为 200000km/s,则最小帧长为 bit。

    • 1000
    • 2000
    • 10000
    • 2000000
    • R=1Gbps=109bpsR=1Gbps=10^9bps
      S=1km=1000mS=1km=1000m
      v=2000000m/s=2×108m/sv=2000000m/s=2\times10^8m/s
      L=2R×(S/v)=2×109×(1000/2×108)=10000bitL=2R\times(S/v)=2\times10^9\times(1000/2\times10^8)=10000bit
  5. 以太网采用的 CSMA/CD 协议,当冲突发送时,要跳过二进制指数后退算法计算后退时延,关于这个算法,描述错误的是

    • 冲突次数越多,后退的时间越短
    • 平均后退次数的多少与负载有关
    • 后退时延的平均值与负载大小有关
    • 重发次数达到一定极限后放弃发送
  6. 在以太网中,载波监听是网络协议设计中很重要的一个方面。在下列载波监听算法中,信道利用率最高的是(B)监听算法,其存在的最大不足是(H)

    • 非坚持型
    • 1 - 坚持型
    • p - 坚持型
    • N - 坚持型
    • 算法的效率不够高,会降低网络速率
    • 算法的硬件实现太复杂,会等待提高成本
    • 对冲突的检测会有影响,实现起来不太容易
    • 它会增大冲突出现的概率