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文章目录
- 前言
- 一、局域网
- 二、以太网(ETHERNET)
- 三、802.11无线局域网
- 四、虚拟局域网(VLAN)
- 总结
前言
一、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，如一座或集中的建筑群内
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)
3.通信延迟时间短，误码率低，可靠性较高
4.各站为平等关系，共享传输信道
5.多采用分布式控制和广播式通信，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。
局域网传输介质
有限局域网：双绞线，同轴电缆，光纤
无线局域网：电磁波
局域网分类有：以太网，令牌环网，FDDI网，ATM网，无线局域网
访问控制模式：
(1)CSMA/CD
(2)令牌总线
(3)令牌环
二、以太网(ETHERNET)
以太网指的是由Xerox公司，Intel,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（载波监听多路访问及冲突检测）技术
以太网: “统治地位” 的有线LAN技术
1.造价低廉(NIC不足￥100.00)
2.应用最广泛的LAN技术
3.比令牌局域网和ATM等，简单、便宜
4.满足网络速率需求： 10 Mbps – 10 Gbps
物理拓扑
(1)总线(bus)
所有结点在同一冲突域(collision domain) (可能彼此冲突)
(2)星型(star): 目前主流网络拓扑
中心交换机(switch), 每个结点一个单独冲突域(结点间彼此不冲突)
以太网提供无连接、不可靠的服务
(1)无连接(connectionless): 发送帧的网卡与接收帧的网卡间没有“握手”过程
(2)不可靠(unreliable): 接收网卡不向发送网卡进行确认
差错帧直接丢弃，丢弃帧中的数据恢复依靠高层协议 (TCP)，否则，发生数据丢失
以太网的MAC协议: 采用二进制指数退避算法的CSMA/CD
1.NIC（网络接口控制器） 从网络层接收数据报， 创建数据帧
2.监听信道：如果NIC监听到信道空闲， 则开始发送帧；
如果NIC监听到信道忙，则一直等待到信道空闲， 然后发送帧。
3.NIC发送完整个帧， 而没有检测到其他结点的数据发送， 则NIC确认帧发送成功
4.如果NIC检测到其他结点传输数据， 则中止发送，
并 发 送 堵 塞 信 号 (jam signal)
5.中止发送后， NIC进入二进制指数退避：
第m次连续冲突后：取n = Min(m, 10)，NIC 从{0,1,2, …, 2n-1}中随机选择一个数K，NIC等待K*512比特的传输延迟时间， 再返回第2步，连续冲突次数越多， 平均等待时间越长
以太网帧结构
发送端网卡将IP数据报(或其他网络层协议分组)封装到以太网帧中
(1)前导码(Preamble)(8B):
7个字节的10101010，第8字节为10101011 ，用于发送端与接收端的时钟同步
(2)目的MAC地址、 源MAC地址(各6B):
如果网卡的MAC地址与收到的帧的目的MAC地址匹配， 或者帧的目的MAC地址为广播地址(FF-FF-FF-FF-FF-FF)， 则网卡接收该帧， 并将其封装的网络层分组交给相应的网络层协议; 否则， 网卡丢弃(不接收)该帧
(3)类型(Type)(2B): 指示帧中封装的是哪种高层协议的分组
如， IP数据报、 Novell IPX数据报、 AppleTalk数据报等
(4)数据(Data)(46-1500B): 指上层协议载荷
R=10Mbps， RTTmax=512μs， Lmin / R = RTTmax
Lmin=512bits=64B， Datamin=Lmin-18=46B
(5)CRC(4B): 循环冗余校验码，丢弃差错帧
三、802.11无线局域网
IEEE 802.11是无线局域网的一系列协议标准，制定了MAC层协议，运行在多个物理层标准上。除基本的协调访问问题外，标准还进行错误控制(以克服通道固有的不可靠性)、适宜的寻址和关联规程(以处理站的可携带性和移动性)、互联过程(以扩展无线站的通信范围)，并且允许用户在移动的同时进行通信
802.11无线局域网均使用CSMA/CA多路访问控制协议，都有基础设施(基站)网络模式和特定网(自组网)网络模式(分类）
基础设施网络模式: 无线主机，AP: 基站
自组网(ad hoc)模式: 只有主机
IEEE 802.11体系结构
基站(base station) = 访问点(access point-AP)
基本服务集BSS(Basic Service Set) ，也称为单元(cell)
802.11标准规定无线局域网的最小构件是基本服务集( Basic Service Set, BSS)
一个基本服务集包括一个基站和若干移动站，所有的站在本BSS内都可以直接通信，但在与本BSS外的站通信时都要通过本BSS的基站
基本服务集中的基站也称接入点(Access Point, AP),其作用和网桥相似
信道与AP关联：
802.11b: 2.4GHz-2.485GHz频谱划分为11个不同频率的信道，每个AP(基站)选择一个频率(信道)，存在干扰可能: 相邻的AP可能选择相同的信道
主机: 必须与某个AP关联(associate)
扫描信道，监听包含AP名称(服务集标识符-SSID )和MAC地址的信标(beacon)帧，选择一个AP进行关联，可能需要进行身份认证（像运行DHCP获取IP地址）
(1)被动扫描(scanning):
各AP发送信标帧，主机(H1)向选择的AP发送关联请求帧，AP向主机(H1)发送关联响应帧
(2)主动扫描
主机(H1)主动广播探测请求帧(Probe Request Frame)， AP发送探测响应帧(Probe Response Frame) ，主机(H1)向选择的AP发送关联请求帧，AP向主机(H1)发送关联响应帧
多路访问控制
802.11的MAC层采用CSMA/CA协议进行介质访问控制，冲突避免要求每个发送结点在发送帧之前先侦听信道；如果信道空闲，那么结点可以发送帧; 发送站在发送完一帧之后，必须再等待一个短的时间间隔，检查接收站是否发回帧的确认ACK。如果接收到确认，那么说明此次发送未出现突，发送成功;如果在规定的时间内没有接收到确认，那么表明出现冲突,发送失败，重发该帧，直到在规定的最大重发次数之内，发送成功
发送者：
(1)如果监听到信道空闲了DIFS时间, 然后发送整个帧(无同时检测冲突, 即CD)
(2)如果监听到信道忙 然后开始随机退避计时，当信道空闲时，计时器倒计时，当计时器超时时，发送帧，如果 没有收到ACK ，然后增加随机退避间隔时间重复第2步
接收者：
(3)如果正确接收帧，延迟SIFS时间后，向发送端发送ACK
由于存在隐藏站问题
改进：
基本思想：允许发送端==“预约” (reserve)信道==，而不是随机发送数据帧，从而避免长数据帧的冲突
发送端首先利用CSMA向BS发送一个很短的RTS(request-to-send)帧，RTS帧仍然可能彼此冲突 (但RTS帧很短)
BS广播一个CTS(clear-to-send)帧作为对RTS的响应，CTS帧可以被所有结点接收，消除隐藏站影响，然后发送端可以发送数据帧，其他结点推迟发送
如果预约失败，发送者会随机等待一个时间再次尝试，若A等待时间短，会先预约，预约成功后，会广播通知B，B会推迟发送，等待A发送完毕
注：在无线局域网中，即使在发送过程中发生了碰撞，也要把整个帧发送完毕
而在有线局域网中，发生冲突则结点立即停止发送数据
IEEE 802.11 MAC帧
802.11数据帧有4个地址字段
地址1~地址3：(地址4用于自组网络）
四、虚拟局域网(VLAN)
虚拟局域网(VirtualLocal Area Network)：支持VLAN划分的交
换机， 可以在一个物理LAN架构上配置、定义多个VLAN，就像多个虚拟交换机一样运行
特点：
(1)流量隔离(traffic isolation):
去往/来自端口1-8的帧只到达端口1-8, 也可以基于MAC地址定义VLAN, 而不是交换端口
(2)动态成员: 端口可以动态分配给不同VLAN
(3)在VLAN间转发: 通过路由(就像在独立的交换机之间)
跨越多交换机的VLAN
通过多线缆连接，每个线缆连接一个VLAN，中继端口(trunk port): 在跨越多个物理交换机定义的VLAN承载帧
802.1Q VLAN帧格式
总结
提示：这里对文章进行总结：