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== 和 ==资源共享==

• 主要针对数据链路层和物理层而制定

• 在==数据链路层分为LLC（逻辑链路控制子层）== 和 ==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

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

最小帧长计算

• 为检测到冲突，
  
  $L=2R*d/v$
  
  • 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

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
IEEE802.3z	1000Base-LX	62.5μm多模光纤	550m
		50μm多模光纤	550m
		10μm单模光纤	5Km
	1000Base-SX	62.5μm多模光纤	275m
		50μm多模光纤	550m
	1000Base-CX	2对STP	25m
IEEE802.3ab	1000Base-T	4对5类UTP	100m

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	300m	850nm串行
	62.5μm多模光纤	65m
10GBase-L（Long）	单模光纤	10km	1310nm串行
10GBase-E（Extended）	单模光纤	40km	1550nm串行
10GBase-LX4	单模光纤	10km	1310nm 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

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

练习例题

---

1. IEEE802.3规定的最小帧长为64B，这个帧长是指 []{.gap} 。 {.quiz}

   • 从前导字段到校验和的字段 {.options}
   • 从目标地址到校验和的长度 {.correct}
   • 从帧起始符到校验和的长度 {.options}
   • 数据字段的长度 {.options}
     {.options}

2. 在以太网的帧结构中“填充”字段的作用是[]{.gap} 。 {.quiz}

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

     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[]{.gap} 。 {.quiz}

   • 1000Base-Fx {.options}
   • 1000Base-Cx {.options}
   • 1000Base-Sx {.options}
   • 1000Base-Lx {.correct}
     {.options}

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[]{.gap} bit。 {.quiz}

   • 1000 {.options}
   • 2000 {.options}
   • 10000 {.correct}
   • 2000000 {.options}
     {.options}

     • $R=1Gbps=10^9bps$
       $S=1km=1000m$
       $v=2000000m/s=2\times10^8m/s$
       $L=2R\times(S/v)=2\times10^9\times(1000/2\times10^8)=10000bit$

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[]{.gap} 。 {.quiz}

   • 冲突次数越多，后退的时间越短 {.correct}
   • 平均后退次数的多少与负载有关 {.options}
   • 后退时延的平均值与负载大小有关 {.options}
   • 重发次数达到一定极限后放弃发送 {.options}
     {.options}

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）{multi.quiz}

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