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  • <TCP/IP原理> (三) 底层网络技术

    传输介质

    局域网(LAN)

    交换(Switching)

    广域网(WAN)

    连接设备

    第三章 底层网络技术

    引言

    1)Interne不是一种新的网络

    建立在底层网络上的网际网

    底层网络——“物理网”,网际网——“互联网”

    2)物理网为上层提供通信支持

    物理网称为互联网的“信道”或“接口”

    互联网的接口——物理网提供的通信服务

    3.1 传输介质

    1.有线介质——导线管(导向媒体)

    双绞线 Twisted-pair cable

    同轴电缆 Coaxial cable:金属铜导线、电流

    光纤 Fiiber-optic cable:玻璃或塑料线缆,光(传输容量,距离好,代价大,安装复杂)

    2.无线介质——电磁波(非导向媒体)

    8个频段

    不同的传输介质决定了在物理网内物理层的传输方式不一样。

    电缆:电信号 电平高低标识01;

    光纤:光信号 光信号强度标识01;

    3.2 局域网(LAN)(网路接入层对应的物理层和数据链路层)

    1.局域网技术

    1)Local Area Network

    允许一些独立设备在受限地理范围内彼此能够直接通信,通信信息经由第三者转发,可以为路由器,交换机......

    共享介质——广播式

    2)技术

    CSMA/CD 竞争有冲突

    令牌传递 无冲突信道访问机制

    局域网里的物理地址一般称为MAC地址(Medium Access Control)

    局域网里数据链路层又分为了LLC子层(逻辑链路控制子层,考虑对上有一个统一的接口)和MAC子层。

    广域网里没有MAC地址。

    2.Etherent帧格式

    1) Ethernet封装(RFC 894)(大部分采用)

    类型字段 Type字段>1500

    前两个字段(前导码和帧定位符)这两个字段告诉物理层从哪部分开始构成一帧,物理层再上交给数据链路层。并不是以太网里的帧格式里的字段,为了数据链路层和物理层通信的控制字段。

    第三个字段,目的MAC地址(物理地址)。

    第四个字段,源MAC地址(物理地址)。

    Type字段 标识数据部分所封装的分组类型 IP分组、ARP分组等等。

    FCS字段 帧校验序列,校验数据的正确性。

    网络层的分组直接分组在以太网的数据部分。

    协议头+协议尾一共18个字节。

    数据一共46~1500字节。

    以太网最小帧长64个字节(为了检测冲突),最长帧长1518个字节。

    2)IEEE 802.2/802.3封装(RCF 1042)

    长度字段 Len字段<1500

    长度字段用来表示当前数据部分的长度,无法标识分组类型

    3)冲突问题(Collision)

    普通传送

    所有主机共享一个介质,广播传播方式,A发送,其他所有站点都可以监听到,根据目的MAC地址决定是否接收。

    冲突传送

    造成信息失真,数据传输过程中会被破坏。只要有一个比特发生改变,当前包含该比特的数据帧就会被破坏。

    载波监听/冲突检测

    以太网最主要问题为冲突问题。

    双绞线以太网物理层标准:10Base-T 10Mbps Baseband Twisted pair

    网卡接口标准:RJ45 jack

    双绞线:Unshielded twisted-pair cable

    3.3 交换(Switching)(大部分应用于广域网或者网络层,因为局域网为广播的发送机制)

    1.交换系统:有多个输入和输出的“黑盒子”

    2.电路交换 Circuit Switching 典型实例:电话系统

    建立连接、数据传输、拆除连接

    每个主机有独立的信道,中间为交换设备,不同站点之间直接可以同时通信。

    共用信道时时分复用、频分复用等等

    3.分组交换 Packet Swiching(数据以分组为单位传输):数据报 Datagram、虚电路 Virtual Circuit,VC 

    1)数据报

    传输路径不一定一致,没有建立连接,以一定顺序发送,接收方不一定以相应的顺序接收

     

    2)虚电路

    需要建立连接,所以会以原来的顺序接收

    与电路交换区别:分组交换,以分组为单位传输;电路交换传输为流的形式

    电路交换的电路是实际存在的,物理上的电路;分组交换为虚拟的逻辑电路

    分组原因:最大传输限制

    4.报文交换,Message Switching

    3.4 广域网(WAN)

    1.Wide Area Network

    在一个很大的地理范围内提供数据、话音和视频信息的长距离传输。

    交换网络——点到点式(不能共享介质,参考局域网的广播机制):电路交换、分组交换。

    2.技术

    LAN vs WAN

    比较:

    地理范围:早期区分方式(局域网<广域网),光纤传输范围很长。

    速率、延迟:早期,局域网速率>广域网速率。

    信道:局域网为广播机制、广域网为点到点式机制。

    协议:局域网三种,广域网很多。

    构成方式:LAN通常使用自己的通信设施(校园网,自己的通信线路和通信设备,自己管理、自己建设),WAN利用公用的、租用的或专用的通信设施。

    3.5 连接设备

    转发器 Repeater/ 集线器 Hub:连接主机(物理层)

    网桥 Bridge/交换机 Switch:连接主机(数据链路层+物理层)

    路由器 Router:连接不同的物理网络(网络层+数据链路层+物理层)

    网关 Gateway(7层)

     

    覆盖范围不一样,设备连接方式不一样。

    1.转发器/集线器(物理层)

    仅仅发生在物理层,为了完成物理层如何完成比特流的传输。

    局域网:一段口进,所有端口出,同一时刻只有一台主机可以发送设备,串接的集线器越多,冲突域也就会增加

    带宽角度:加入所有线路为10M线路,共享10M,影响网络性能,主机越多,有效网络带宽资源越少

     2.网桥/交换机(数据链路层)

    物理层可以为不同的物理层标准,不同类型的接口

    AD传输没有经过网桥,在网桥同一个端口,网桥会监听到,但不是自己的MAC地址

    AG通信,位于网桥的不同接口,经由网桥转发。

    判定是否需要经由其转发:地址表和端口信息,目的地址和源地址在同一个端口就不转发,目的地址和源地址不在同一个端口就转发。

    网桥接受所有数据到数据链路层查看转发还是丢弃。

    网桥和集线器连接:

    网桥/交换机基于地址表来判断转发,网桥用软件来实现(连接的端口个数和网络规模有限制),交换机用硬件来实现(网络接口可以很多)

    网桥分割了整个网络的冲突域。集线器共享,网桥独享。

    3.路由器(网络层)

    数据链路层和物理层的转发接口可以不同,所以路由器可以连接不同类型的物理网络。

    网桥通常用于局域网,局域网将数据链路层分为了LLC子层和MAC子层,不同的局域网的MAC子层不同,但LLC子层相同。

    数据在互连设备上转发,针对不同的系统在该层次上必须一致或有共同点。共同层次转发,不同层次不能转发。

    路由器端口少,一般不会和主机直接相连,因为端口少,一般和一个网络连接。

    在局域网内部一般使用集线器或交换机来扩展局域网范围,在不同的物理网络之间使用路由器互连。

    4.网关(高层)

    协议栈不同时用网关实现  

                                           

    1.LAN和WAN

    基本概念、特点

    2.电路交换、分组交换

    概念、特点

    比较:电路交换 vs 虚电路,虚电路 vs 数据报

    3.HUB、Switch、Router、GateWay

    功能层次结构

    数据转发层次

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