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  • 【知识强化】第三章 数据链路层 3.6 局域网

    在第一章的时候,我们学习计算机网络的分类。按照分布范围,也就是它一个通信的距离,我们会把网络分成局域网、广域网、城域网、个人区域网。所以这是一个要注意的点,局域网呢它是应用的广播信道,而并不是点对点信道。局域网的覆盖范围呢大概就是在几千米之内的这样一个范围。当然局域网它也有无线局域网,那那个时候传输介质就是空气了。那具体的这样一个数据传输速率,会对应一类型的网络,也就是我们在下节课要对于以太网进行的一个细分。因为在广播信道当中呢我们知道,这些计算机它们进行通信是共享的。它是共享这样一个公用的信道的。那对于这个广播和组播呢,我们之后在网络层啊还有之后的章节都会去细讲,在这里面就不做展开。大家只要记住这个局域网呢,它使用的是广播信道,大家呢都会采用一个广播式通信来共享这个信道就可以了。局域网的以上几个特性,是由这三个主要要素来决定的,这几个特点是由这几个要素来决定的。

    那我们先来看第一个要素,网络拓扑。集线器它是一个多端口的物理层设备。星型拓扑结构的这个共享能力差呢是相对于总线型拓扑结构来说的。因为总线型它的这个共享能力我们在这个图上就可以看到,所有的人都在共享这样一条主干信道。而星型拓扑结构的共享能力就会稍微低一点。可以看到这个总线型啊,拓扑我们基本说的都是它的优点。那就说明这个总线型拓扑是我们在日常生活当中常用的局域网当中都会使用的一种拓扑结构。那这个总线型拓扑如果有一个结点,有一个主机宕机了,其实对于其他并没有什么太大的影响。但是这个星型拓扑就不一样,如果集线器,这个中间结点宕机的话,坏了的话对于我们所有的其他的主机都是无法进行通信的。

    单点故障问题就是指,如果是有一个结点宕机了,去世了,那对于整个系统、整个网络来说会影响非常大。因为这个树形拓扑呢和环型拓扑它们如果拓扑构建好了,这个通信的方向就已经确定好了。这个环型拓扑如果一建好,它就会规定这个方向是逆时针还是顺时针,我们可以结合之前讲过的这个令牌环网来想象一下,如果有这样一个令牌,我们最开始就会规定,令牌只能从这一端往这个顺时针或者是逆时针的方向来传递。那可以看到,综合这几种拓扑来说呢,总线型拓扑它的优势最大,而且呢它的造价也并没有很高。

    因此总线型拓扑是比较好的,也是我们现在局域网当中非常常用的一种拓扑结构。我们的以太网呢其实就是一种逻辑上的总线型拓扑结构。

    接下来我们来看一下局域网的传输介质。局域网按照传输介质呢可以分成有线局域网以及无线局域网。

    在现实生活当中非常常用的一种局域网技术——以太网。

     基带不用讲,总线呢就是说它的逻辑上是总线型的拓扑结构。局域网的规范也可以叫做是一种局域网的技术。以太网络呢使用的就是CSMA/CD这种介质访问控制的技术,所以我们只要说这个局域网它采用的是这种CSMA/CD的技术,就可以说它是一个以太网。

    那这个便宜和简单主要体现在它在组网、建网、扩网还有修改一些故障啊,修改一些结点故障的时候会更加简单、更加便宜。

    第四个就是,也是最重要的一点,它可以满足网络速率的要求。由于现在技术的发展呢,人们对于这个啊网络速率的要求也就越来越高,从传统以太网原来的10M比特每秒到百兆以太网、千兆以太网,再到现在的高速以太网10Gb/s,所以这种速率呢是非常满足我们现实生活当中的需求的,因此以太网也比较通用。

    这节课我们来学习一下IEEE 802.11标准以及无线局域网。

    因此,802.11它所规定的全部内容全都是围绕无线局域网的。那可以看到802.11下属呢还有很多个啊小的标准,那都是在802.11基础上进行额外的扩充以及改善的。

    那我们通常说的WiFi和这个无线局域网是一样的吗?啊当然不是,我们在刚开始的时候就讲过这个无线局域网它所覆盖的范围,要比WiFi范围大得多。那无线局域网它可以覆盖的范围有几千米,但是WiFi呢可能就是一间屋子,啊很小一个空间。那WiFi呢就是我们这里面802.11b还有这个802.11g所定义的这个标准,就是满足这样的标准的都是属于这个WiFi了。那这种技术大家就要跟无线局域网来区分开。

    那接下来我们看一下802.11当中MAC帧的帧头格式。因为我们在考试当中啊,遇到过这样的题目,好,就是需要我们知道802.11它的这个MAC帧的格式以及帧头的格式。那因为MAC帧呢它的这个长度比较长,而且802.11当中这个MAC帧它的啊各个字符种类非常多,

    所以我们只挑这个MAC帧头来讲。因为这个帧头是最重要的,尤其呢是这四个地址,地址1、2、3、4,大家一定要清楚它们代表的分别是什么。

    首先地址1,它是RA,指的接收端。地址2,TA,发送端。地址3是DA,目的地址。地址4是SA,源地址。那这个A呢都表示Address,前面的这些字母呢大家都可以想象一下它和下面中文对应的应该是哪个单词。那我们现在举一个习题,或者说举一个例子,我们来理解一下。

    假如说现在有两台主机A和B,它们要进行通信。那A呢?A附近有一个基站,叫做AP1。B附近有一个基站叫做AP2。好,这个AP1和AP2就是一个比较新的概念。AP1指的就是无线接入点,也称作基站。那这个接入点顾名思义就是我们设备或者说我们主机,想要访问网络的这样一个啊,通过这样无线介质可以接入到的这样一个设备叫做无线的接入点,也叫做基站。那现在离A最近的基站就是AP1,离B最近的基站呢就是这个AP2。如果A要给B通信,A就要先把它的信息啊通过电磁波发给AP1。然后呢AP1再发给这个AP2,啊,也可以是无线也可以是有线的一个网络,可以通过光纤连上然后呢把这个数据传给AP2。接下来AP2再以这种信号通过电磁波的形式传给B。那这就是A和B通过基站或者说通过接入点进行通信的一个过程。那其实我们这个基站呢有非常的多,有非常多。比如说我们中国移动啊,中国电信,在这个全国各地就会分布有非常非常多的基站。但是我们在这个手持移动设备行走的时候呢,我们手机号它在这个基站的数据库当中也要有更新。什么意思?假如说我们现在手机在这儿,啊我们手机在这端离这个1号基站比较近,那现在我们手机的这个电话号就已经存储在1号基站的数据库当中。那如果我们现在往前走,离这个1号比较远了,离2号比较近,那我们现在继续更新一下数据库。当然这个更新的速度会非常快了,一直在更新数据库。那如果离这个2号基站比较近,就把这个手机号注册到2号基站的数据库当中。那现在,就可以在2号基站当中查询到我的手机号。这就是为什么我们到一个新的地方到一个新的城市啊就会先收到一条信息,北京欢迎你。那就是因为你刚到这个城市,你离这个城市的第一个基站啊比较近了,所以呢你的手机号就会被注册到这个基站里面。那因此这个基站它肯定就有这样一个功能,它会把此时此刻注册到我这个基站数据库当中的手机号记录下来,并且呢给这些手机号发送一个啊北京欢迎你的信息。那这个就是它们的作用。

    那我们回到这道题,现在A和B要进行通信,那离A比较近的基站是AP1,离B比较近的这个基站是AP2,那现在我们来看一下这4个地址分别是什么?首先这个目的地址DA和源地址SA是非常好说的,这个目的地址呢指的就是B的MAC地址,那源地址呢就是A的MAC地址。因为我们这里面讨论都是都是链路层的啊MAC帧,MAC帧里面肯定都是MAC地址。所以我们这个源地址和目的地址,也就是SRC和DA分别指的就是我们实际在通信过程当中这两个设备啊,把它们的这个物理地址存入就可以了。接下来再看接收端和发送端,那在这个例子当中呢,接收端其实指的就是AP2,因为我们这个数据要从AP1基站发送到AP2基站。那发送端呢指的就是AP1这个基站。因此我们就可以简单地把这个接收端和发送端分别记为在实际通信过程当中实现发送和接收数据的两个基站。那因此这个接收端所对应的地址,也就是AP2的MAC地址,那发送端呢对应的就是AP1的MAC地址。好,那这个MAC帧的帧头格式呢我们掌握到这里基本就差不多了,考试呢其实并不会考太多的东西。

    其实我们刚才在讲的呢只能说是802.11标准当中的一种帧类型,其实在802.11标准当中我们会把帧的类型翻译成以下四类,IBSS、To AP、From AP以及WDS,那刚才的四种地址的帧的格式,自然就是第四种,Address1到Address4这四种地址都有。但是前面三种呢,它们是只有三个地址,分别是Address1、2还有3。不同的帧类型对应着我们地址字段也是不一样的,比如说对应这个To AP,To AP指的就是要发往AP的这样一个帧。如果它是要发往AP,那这个接收端就应该是AP这个基站的地址,基站的MAC地址就是BSSID。那这个SA呢指的就是发送端的地址,也就是这个Address2,第二个地址。那第三个地址呢,就是DA。DA就是我们的目的地址。那再来看这个第三种,这个From AP。From AP就是由AP基站发来的帧,那如果是由基站AP发来的,那我们这个发送端其实就可以叫做就是这个AP基站的MAC地址,因此这个地址1的接收端,其实指的就是我们要发往的那个目的地址。那接下来这个第三个地址,第三个地址就是SA,也就是源地址,源MAC地址。那再来看这个IBSS,那这样一种类型呢,它的1地址、2地址、3地址所对应的的地址字段就是以下三种。那在考试当中啊,通常都会给我们一个实际的情景,比如说现在是有一台主机,一个笔记本电脑,要通过基站给另一台主机发送信息。那如果我们在这台主机和基站中间放了一个帧,然后问你这个帧所对应的几个地址,那你就应该对应出来应该就是To AP中类型。因为这个帧现在是要发给基站AP的,所以我们就来想,这个To AP,它的三个地址分别对应的是什么,然后再对号入座,选出正确答案就可以了。

    那接下来我们来学习一下无线局域网的分类。无线局域网主要分成两类,有固定基础设施的无线局域网,以及没有固定基础设施的自组织网络。首先我们来看第一种。

    首先啊,我们看到这个东西。它有一个小的引线,它其实就是一个基站。可以给它记为AP1和AP2,那这个基站的作用呢就是可以实现让我这一个区域内的各个主机进行通信,当然也可以实现一个漫游。也就是使这个基站范围内的主机可以和另一个基站范围内的主机进行一个通信。假如说现在A主机要给这个里面的B主机,啊C主机进行通信,这个肯定是可以的。因为只要它们都在AP1这个这个无线接入点它所覆盖的范围内都是可以进行通信的。因此它就会发送它的信号给AP1,AP1呢就根据它所发送的数据帧然后找到这个C,啊从这个端口发出,就把这个信号传给了C。因此呢我们这样一个啊一个基站它所覆盖的这样一个范围,基站包括这几个主机就构成了一个基本服务集BSS。所有的站呢在这个本服务集当中,本BSS内都可以进行直接的通信。但是我们现在看到的是,中间好像都是空气,这个还是比较宽阔的。但是如果呢如果中间这儿有一堵墙,那D它现在的信号就会被大大地削弱。因为我们知道这个无线AP1它这个信号的转发过程容易受到阻碍,如果有个墙啊有一面镜子或者有个门啊等等,就会使得我们的信号得到大大的衰弱,因此我们这个D信号就不是很强。

    那现在我们讲的是一个基本服务集,如果是有第二个基本服务集出现呢?啊那这个A主机和这个B主机,可不可以通信?当然是可以的。那这个时候就需要借助这样一个分配系统DS。其实这个分配系统DS就是相当于把我们这个无线和有线结合在一起。假如说A要给B进行通信,那如果这个中间的距离非常非常的远啊,跨了一个省。那A就会先把它的数据发送给它的基站AP1,然后这个基站呢都会接入到这样一个有线的线缆上面去。接入到线缆,就是到了这样一个分配系统DS当中,那就是可以进行有线的通信,这个数据就通过这样一个线路走到AP2,然后呢再由AP2把这个数据转发给主机B。这样就实现了一个有线和无线结合的一个通信过程。那这样几个基本服务集组合在一起就形成了一个扩展的服务集。

    那这个基站呢在我们生活当中也是比较常见的,比如说我们在连WiFi的时候啊,可以看到这儿有很多个很多家的WiFi。那这个很多家的这样一个WiFi的名字,我们给它起名叫做服务集标识符,服务集标识符。那每一个呢分别对应的就是一个基站,每一个对应的都是一个无线的接入点。那以后我们到别的地方问他们家WiFi就可以不用说你们家WiFi是多少了,啊就直接问你们家服务集标识符的密码是多少。考试当中呢这个并不是重点考点。

    那我们再来看下一个——无固定基础设施的无线局域网自组织网络。那这种没有固定基础设施呢就是指它没有任何的转发器、集线器,路由器、基站都没有。只有一些主机,它们自己组成一个网络。那这里每一台主机呢,它们都可以充当主机以及路由器的功能。也就是既可以发送数据,也可以帮忙转发数据。各结点之间的地位呢都是相互平等的,而且每一个结点呢又可以任意地移动。比如说许多人开会的时候,就可以不需要集线器、路由器,也不需要基站等等,那这一些主机可以组成一个自组织网络。至于这个组网的过程呢也是非常简单的,只需要我们来自己安排把我们所有主机安排在一个网段就可以了。那这个自组织网络呢大家不需要做太多的了解,考研当中呢是基本不会考到这个内容的。那有关于无线局域网以及IEEE的802.11标准呢我们就了解到这儿。下节课呢我们来讲一下广域网。

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