局域网基本原理

1.局域网技术a.以太网Ethernet b.令牌环 token ring 由IBM公司开发IEEE802.5就是在此基础上 i.工作模式需要发送数据的时候需要等待空闲令牌收到后才能发送令牌是一种特殊的MAC控制帧 c.FDDI 光纤分布式数据接口 i.也是利用了环型拓扑 ii.使用基于IEEE802.4令牌总线介质访问控制协议 iii.使用IEEE802.2协议 iv.数据传输速率100Mbps连网节点数1000 环路长度100km v.可以使用双环结构 vi.使用多模或单模光纤 vii.具有动态分配带宽的能力能支持同步和异步数据传输2.局域网技术对应OSI参考模型的物理层和数据链路层也就是TCP/IP模型中的网络接口层i.物理层 1.用于10BASE-T 100BASE-TX 1000BASE-T的双绞线和RJ-45接头 2.各种以太网传输的光纤 3.用WLAN的无线电波 ii.数据链路层 1.LLC 逻辑链路控制 a.实现数据链路层与硬件无关的功能如流量控制差错重传等 b.主要功能封装和表示上层数据IEEE 802.2 定义了LLC子层 c.LLC子层对网络层数据添加802.2 LLC头进行封装为了区别网络层数据类型实现多种协议复用链路 i.SAP 服务访问点标志上层协议 1.SSAP 源服务访问点 标识发送方网络层协议 2.DSAP 目的服务访问点 表示接收方网络层协议 ii.SAP长度为1字节且仅保留了6位用于表示上层协议因此能够标识的协议书不超过32种 iii.IEEE 发布了 802.2 SNAP 标准也用LLC头封装但其扩展了LLC属性将SAP的值置为AA新添加一个2字节长的type字段支持更多的协议 2.MAC 介质访问控制 a.提供LLC层和物理层之间的接口 b.不同局域网MAC层不同LLC层相同 c.负责对入站数据帧进行完整性校验 3.适应多种传输介质在任何一种特定的介质上处理信道的占用、站点的表示和寻址问题 a.802.3 定义了以太网MAC子层 b.802.4 定义了令牌总线网的 MAC子层 c.802.5 定义了令牌环网的MAC子层3.以太网技术基础a.以太网介绍 i.共享式以太网 在同一个冲突域同一个广播域使用CSMA/CD载波监听多路访问/冲突检测机制避免节点冲突 ii.交换式以太网 每个端口都处于独立的冲突域终端主机独占端口的带宽 b.MAC地址 i. 48位2进制通常由12位16进制数表示 ii.前24位OUI组织唯一标识符后24位的EUI扩展唯一标识符IEEE是MAC地址的法定管理机构负责分配OUI组织自行分配EUI iii.固化在网卡ROM只读存储器 Read Only Memory每次启动时计算机读取出来 c.以太网中的单播 Unicast i.以太帧中的目的MAC地址是单一的终端地址则是单播 d.以太网中的广播 Broadcast i.以太帧中的目的MAC地址是广播地址FFFF:FFFF:FFFF所有终端都会收到这是广播 e.以太网中的组播 i.以太帧的目的MAC地址是一个组播组MAC地址是组播 f.以太网卡有过滤filtering功能维护了一个地址表表中有自己的MAC地址 广播地址和自己所属的组播地址收到以太帧后会匹配地址中属于接收不属于丢弃。 g.还有一些网卡工作在混杂模式promiscuous mode可以接收任意帧通常这类网卡用于sniffer等网络监视工具 h.以太网流量控制 i.半双工下背压式流控back pressure 1.接收方反向发送电压信号制造冲突是发送方停止发送 ii.全双工下采用802.3 PAUSE流控 1.接收方向保留组播地址0180.C200.0001发送64字节的PAUSE帧告诉发送方暂停发送。 i.铜质双绞线缆和接口 i.UTP ii.STP j.常用光介质和连接器 i.单模光纤 1.纤芯与光波长相同传送单一波长的激光 2.衰耗小传输距离可达数十千米 3.成本高 ii.多模光纤 1.较粗的纤芯传输多种不同波长不同角度的激光 2.衰耗大传输距离通常在千米内 3.成本低 iii.光纤接口 1.ST 卡接式圆形光纤接头 2.FC 带螺纹的圆形光纤接头 3.SC 矩形光纤接头 4.LC 一种mini型连接器 5.MT-RJ 一头双纤、收发一体节约设备面板空间 6.MTP/MPO 一种特殊类型的多光纤连接器iv.快速以太网和千兆以太网| 名称 | 速度 | 介质类型 | 最大线缆长度 | 协议标准 | | 100BASE-TX | 100 Mbps | 2对5类UTP | 100m | 802.3u | | 100BASE-FX | 100 Mbps | 多模光纤 | 2000m | 802.3u | | 100BASE-T4 | 100 Mbps | 4对3类UTP | 100m | 802.3u | | 1000BASE-SX | 1 Gbps | 多模光纤 | 275m / 550m | 802.3z | | 1000BASE-LX | 1 Gbps | 单模光纤 | 550m / 5000m | 802.3z | | 1000BASE-CX | 1 Gbps | 2对STP | 25m | 802.3z | | 1000BASE-T | 1 Gbps | 4对5类UTP | 100m | 802.3ab |i.万兆以太网| 名称 | 速度 | 介质类型 | 最大线缆长度 | 协议标准 | | :--- | :--- | :--- | :--- | :--- | | 10GBase-SR | 10 Gbps | 多模光纤 | 300m | 802.3ae | | 10GBase-LR | 10 Gbps | 单模光纤 | 10km | 802.3ae | | 10GBase-ER | 10 Gbps | 单模光纤 | 40km | 802.3ae | | 10GBase-ZR | 10 Gbps | 单模光纤 | 80km | 厂商自有规范 | | 10GBase-LRM | 10 Gbps | 多模光纤 | 260m | 802.3aq | | 10GBase-LX4 | 10 Gbps | 多模或单模 | 300m多模/10km单模 | 802.3ae | | 10GBase-CX4 | 10 Gbps | 屏蔽双绞线 | 15m | 802.3ak |i.超高带宽以太网名称速度介质类型最大线缆长度协议标准25GBASE-SR25 Gbps多模光纤100m802.3by25GBASE-CR25 Gbps双轴铜缆5m802.3by40GBASE-SR440 Gbps多模光纤100m802.3ba100GBASE-SR4100 Gbps多模光纤100m802.3ba200GBASE-SR4200 Gbps多模光纤100m802.3bs400GBASE-SR16400 Gbps多模光纤100m802.3bs4.WLAN Wireless LAN是计算机网络和无线通信技术相结合a.用射频RF技术替代双绞线 b.具有部署简单、移动方便 使用便捷等优点 c.基于IEEE802.11标准利用高频信号作为传输介质的无线局域网。 d.WIFI 技术标准发展 e.802.11 协议体系概览 i.无线设备被限定在某个频段frequency band上操作每个频段都有相应的频宽bandwidth即该频段可供使用的频率空间综合频宽是评价链路link数据传输能力的基准 ii.合法频宽/频率范围国家或国际相关组织为特定无线设备规定的工作的频率范围 iii.非重叠信道互相之间频段不交叠的信道 iv.调制技术将数字基带信号转换成模拟基带信号通过电磁波发送出去的技术 v.物理发送速率物理层发送数据的速度单位是Mbps或Gbps同时本速率也与终端协商 信道频宽强相关 vi.无线覆盖范围无线设备发射能量所能到达 的距离一般以实际环境为准 f.2.4G工作频段划分图无线信道 1.802.11协议中2.4频段中定义了14个信道每个信道的频宽是22MHz两个信道中心频率间隔5MHz 2.信道1的中心频率是2.412MHz信道2的中心频率是2.417MHz以此类推信道14是特别针对日本所定义的中心频率与信道13相差了12MHz i.5G工作频段 1.中国大陆主要使用5.2G 和 5.8G频段 a.在频宽为20M的情况下5.8G信道为149 153 157 161 165, 5.2G信道可用36 40 44 48 52 56 60 64 52 56 60 64 与国家使用雷达冲突应避免 b.频宽设置为 40M是将信道36 和信道40 合并 g.无线覆盖原则 i.蜂窝式覆盖 1.任意相邻区域使用无频率交叉的频道如1 6 11 2.适当调整发射功率避免跨区域同频干扰 3.蜂窝式无线覆盖实现无交叉频率重复使用 ii.多楼层信道立体覆盖 1.信道设置要着眼三维空间的考量依然采用蜂窝式进行立体频点规划一楼使用 1、6、11 二楼使用11、1、6三楼使用6、11、1这样无论哪个方向都会减少重叠 h.802.11无线网络的介质访问控制 i.使用CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance载波侦听多路访问/冲突避免)协议 j.一方面载波侦听查看介质是否空闲另一方面通过随机的时间等待是信号冲突发生的概率减到最小 k.802.11还在MAC层提供了ACK确认机制如果发送者没有收到ACK帧就会重传数据帧。 l.上图工作站的工作机制 i.侦听介质 一直侦听到介质空闲为止 ii.固定帧间隔时长侦听到介质空闲后再侦听一个DIFSDCF interfram spaceDFC帧间隔时长以保证基本的空闲时间 iii.启动定时器再启动一个backoff计时器进行倒计时初始值为一个随机整数其取值处于0与CWcontention window竞争窗口之间计数器美国一个固定的Slottime即减1 iv.发送与重传完成backoff计时器后就会发送帧 1.如果发送失败需要重传上述过程再来一遍且CW的尺寸会随着重传次数递增 2.如果发送成功或到重传次数上限工作站会重置CW的尺寸 v.其他终端状态在backoff 计时器减到零之前如果信道上有其他工作站开始发送数据即本端检测到介质忙则计时暂停。 1.如果工作站仍要发送数据则在介质下次空闲后仍需等待DIFS时长和backoff计时器时间不过计时器的值不会再随机分配而是继续上次的技术直至零为止。