3.6 局域网

3.6.1 局域网基本概念和体系结构

1、决定局域网的主要要素

• 网络拓扑

• 传输介质

• 介质访问控制方法

2、局域网拓扑结构

• 星型拓扑

  • 便于搭建

  • 单点故障

• 总线型拓扑

  • 好

• 环形拓扑

  • 不便于扩充、单点故障

• 树形拓扑

  • 易于拓展

3、局域网传输介质

• 有线局域网

  • 双绞线

  • 同轴电缆

  • 光纤

• 无线局域网

  • 电磁波

4、局域网介质访问控制方法

• CSMA/CD：用于总线型、树形局域网

• 令牌总线：用于总线型、树形局域网

  • 将一条总线上的设备编成一个逻辑环，顺序使用总线资源

• 令牌环：用于环形局域网

5、局域网的分类

• 以太网

  • 结构：逻辑拓扑为总线型，物理拓扑为星型或拓展星型

  • 使用CSMA/CD

  • 标准为IEEE 802.3标准

• 令牌环网：不用了

  • 采用IEEE 802.5标准

• FDDI：光纤分布式数字接口

  • 逻辑拓扑为环形拓扑结构，物理拓扑为双环形拓扑结构

  • 采用IEEE 802.8标准

• WLAN：无线局域网

  • 采用IEEE 802.11标准

3.6.2 以太网与IEEE 802.3标准

1、MAC子层和LLC子层

MAC子层和LLC子层

将数据链路层分为了两个子层

• LLC子层：逻辑链路控制子层，为网络层提供服务

  • 无确认无连接、 面向连接、带确认无连接

  • 高速传送

  • 差错控制

  • 给帧加序号

• MAC子层：介质访问控制子层

  • 数据帧的封装/卸装

  • 帧的寻址和识别

  • 帧的接收与发送

  • 竞争处理

  • 比特差错检测

2、以太网概述

以太网的两个标准

• DIX Ethernet V2

• IEEE 802.3

以太网使用CSMA/CD技术，提供无连接、不可靠的连接服务。

以太网的传输介质和拓扑结构

传输介质发展历程：

• 粗同轴电缆

• 细同轴电缆

• 双绞线+集线器

拓扑结构：

• 逻辑上

  • 总线型

• 物理上

  • 星型

3、以太网MAC帧

MAC地址

• 前导码：不属于MAC帧，用于标识MAC开始

• MAC帧

  • 目的地址、源地址：均为MAC地址，用6个十六进制数表示的48位二进制数

  • 类型：表示数据使用何种协议

  • 数据：46~1500字节大小

    • 46字节：以太网中的最小帧长为64B，64-(6+6+2+4)=46

    • 1500字节：规定的最大帧长

  • FCS：CRC循环冗余校验使用

4、高速以太网

（1）100BASE-T以太网

• 传输介质：（屏蔽）双绞线

• 编码：曼彻斯特编码

• 拓扑结构

  • 逻辑：总线型

  • 物理：星型

• 介质访问控制：CSMA/CD

• 通信方式：全双工、半双工

• 传输速率：100Mb/s的信号

（2）吉比特以太网

• 传输介质：光纤、双绞线（5类线）

• 传输速率：1Gb/s

• 通信方式：全双工、半双工

（3）10吉比特以太网

• 传输介质：光纤

• 传输速率：10Gb/s

• 通信方式：全双工

5、以太网卡

• 网卡实现的功能主要位于物理层和数据链路层

• 每个网卡之间使用曼彻斯特机制来进行同步

• 以太网卡具有的独一无二的代码，称为介质访问控制(MAC)地址

3.6.3 IEEE 802.11与无线局域网

1、802.11 MAC帧头格式

802.11头格式

• RA：接收端所连接AP的MAC地址

• TA：发送端所连接AP的MAC地址

• DA：接收端的MAC地址

• SA：发送端的MAC地址

不同的MAC帧头格式

	Add1	Add2	Add3	Add4	From DS	To DS
IBSS	DA	SA	BSSID	-	0	0
To AP	AP的地址	源地址	目的地址	-	0	1
From AP	目的地址	AP的地址	源地址	-	1	0
WDS	下一条地址	上一跳地址	目的地址	源地址	1	1

2、IEEE 802.11标准

• 有固定基础设施的无线局域网

  • 每台设备通过AP组成一个基本服务集（BSS）

  • AP之间通过主干分配系统（DS）相连接，构成扩展服务集（ESS）

• 无固定基础设施的无线局域网

  • 设备之间自由组网，保持在一个网段内，没有AP等设备

3.6.4 VLAN

1、传统局域网的缺陷

• 缺乏流量隔离：广播流量会跨越整个机构网络（ARP、RIP、DHCP协议）

• 一个单位的不同部门共享一个局域网，对安全不利

2、VLAN

• 将局域网内的设备划分成与物理位置无关的逻辑组的技术

• VLAN是通过软件的方式实现的，因此节点的位置不受物理位置的限制

• 每个VLAN是一个单独的广播域/不同的子网

• 实现

  • 基于接口：交换机中除了转发表，还存在一张VLAN表，记录了各个端口号和它对应的VLAN号

  • 基于MAC地址：VALN表中记录的是各个MAC地址和它对应的VLAN号

  • 基于IP地址：可以进行跨路由器扩展

• VLAN之间的通信：将帧上附加相应的VLAN标签

• 优点

  • 有效的共享资源

  • 优化管理

  • 提高了安全性

3、IEEE 802.1Q帧

• VLAN标记共4个字节

  • 前两个字节表明这是一个IEEE802.1Q帧

  • 之后4位无用

  • 后12位是VLAN标识符VID

• 802.1Q帧是由交换机处理的，主机和交换机间交换的就是普通的MAC帧