广域网

广域网的基本概念

广域网(Wide Area Network，WAN)，通常跨接很大的物理范围，所覆盖的范围从几十公里到几千公里，它能连接多个城市或国家，或横跨几个洲并能提供远距离通信，形成国际性的远程网络。
广域网的通信子网主要使用分组交换技术。广域网的通信子网可以利用公用分组交换网、卫星通信网和无线分组交换网，它将分布在不同地区的局域网或计算机系统互连起来，达到资源共享的目的。如因特网(Internet)是世界范围内最大的广域网。
广域网和局域网的区别和联系：
联系与相似点：①广域网和局域网都是互联网的重要组成构件，从互联网的角度上看，二者平等(不是包含关系) ②连接到一个广域网或一个局域网上的主机在该网内进行通信时，只需要使用其网络的物理地址
区别：

	广域网	局域网
覆盖范围	很广，通常跨区域	较小，通常在一个区域内
连接方式	结点之间都是点到点连接，但为了提高网络的可靠性，一个结点交换机往往与多个结点交换机相连	普遍采用多点接入技术
OSI参考模型层次	三层：物理层，数据链路层，网络层	两层：物理层，数据链路层
着重点	强调资源共享	强调数据传输

常见的两种广域网数据链路层协议是PPP协议和HDLC协议。PPP目前使用的最广泛，而HDLC已很少使用。

点对点(Point-to-Point，PPP)协议

点对点协议PPP(Point-to-Point Protocol)是目前使用最广泛的数据链路层协议，用户使用拨号电话接入因特网时一般都使用PPP协议
PPP协议应满足的要求：
①简单：对于链路层的帧，无需纠错，无需序号，无需流量控制
②封装成帧：帧定界符
③透明传输：与帧定界符一样比特组合的数据应该如何处理(异步线路用字节填充，同步线路用比特填充)
④多种网络层协议：封装的IP数据报可以采用多种协议
⑤多种类型链路串行/并行，同步/异步，电/光…
⑥差错检测：错就丢弃
⑦检测连接状态：链路是否正常工作
⑧最大传送单元：数据部分最大长度MTU
⑨网络层地址协商：知道通信双方的网络层地址
⑩数据压缩协商
PPP协议无需满足的要求：①纠错 ②流量控制 ③序号和确认机制 ④不支持多点线路
PPP协议的三个组成部分：
①链路控制协议(LCP)：建立并维护数据链路连接
②网络控制协议(NCP)：PPP可支持多种网络层协议，每个不同的网络层协议都要一个相应的NCP来配置，为网络层协议建立和配置逻辑连接
③一个将IP数据报封装到串行链路的方法
PPP帧的格式：
PPP帧的前3个字段和最后两个字段与HDLC帧是一样的，标志字段(F)仍为7E(01111110)，前后各占1字节，若它出现在信息字段中，就必须做字节填充，使用的控制转义字节是7D(01111101)。但在PPP中，地址字段(A)占1字节，规定为0xFF，控制字段(C)占1字节，规定为0x03，两者的内容始终是固定不变的。PPP是面向字节的，因而所有PPP帧的长度都是整数个字节。
第4个字段是协议段，占2字节，在HDLC中没有该字段，它是说明信息段中运载的是什么种类的分组
第5段信息段的长度是可变的，大于等于0且小于等于1500B。为了实现透明传输，当信息段中出现和标志字段一样的比特组合时，必须采用一些措施来改进
【因为PPP是点对点的，并不是总线形，所以无须采用CSMA/CD协议，自然就没有最短帧，所以信息段占0～1500字节，而不是46-1500字节】
第6个字段是帧检验序列(FCS)，占2字节，即循环冗余码检验中的冗余码。检验区包括地址字段、控制字段、协议字段和信息字段

高级数据链路控制(High-Level Data Link Control，HDLC)协议

高级数据链路控制(High-Level Data Link Control或简称HDLC)，是一个在同步网上传输数据、面向比特的数据链路层协议，它是由国际标准化组织(ISO)根据IBM公司的SDLC(SynchronousData Link Control)协议扩展开发而成的.数据报文可透明传输，用于实现透明传输的"0比特插入法"易于硬件实现。
所有帧采用CRC检验，对信息帧进行顺序编号，可防止漏收或重份，传输可靠性高
HDLC的站：主站、从站、复合站
1.主站的主要功能是发送命令(包括数据信息)帧、接收响应帧，并负责对整个链路的控制系统的初启、流程的控制、差错检测或恢复等
2.从站的主要功能是接收由主站发来的命令帧，向主站发送响应帧，并且配合主站参与差错恢复等链路控制
3.复合站的主要功能是既能发送，又能接收命令帧和响应帧，并且负责整个链路的控制
三种数据操作方式：①正常响应方式 ②异步平衡方式 ③异步响应方式
HDLC的帧格式：

①地址字段A，共8位，根据不同的传送方式，表示从站或应答站的地址
②控制字段C，共8位，HDLC的许多重要功能都靠控制字段来实现
(1)信息帧(I)第1位为0，用来传输数据信息，或使用捎带技术对数据进行确认
(2)监督帧(S)10，用于流量控制和差错控制，执行对信息帧的确认、请求重发和请求暂停发送等功能
(3)无编号帧(U)11，用于提供对链路的建立、拆除等多种控制功能

PPP协议 & HDLC协议

相同点：HDLC、PPP只支持全双工链路；都可以实现透明传输；都可以实现差错检测，但不纠正差错
不同点：

PPP协议	面向字节	2B协议字段	无序号和确认机制	不可靠
HDLC协议	面向比特	没有	有编号和确认机制	可靠

数据链路层设备

网桥的基本概念

两个或多个以太网通过网桥连接后，就成为一个覆盖范围更大的以太网，而原来的每个以太网就称为一个网段。
【网段：一般指一个计算机网络中使用同一物理层设备(传输介质，中继器，集线器等)能够直接通讯的那一部分】
网桥工作在链路层的MAC子层，可以使以太网各网段成为隔离开的碰撞域(又称冲突域)。如果把网桥换成工作在物理层的转发器，那么就没有这种过滤信息量的功能。由于各网段的相对独立，因此一个网段的故障不会影响到另一个网段的运行。网桥必须具有路径选择的功能，接收到帧后，要决定正确的路径，将该帧转送到相应的目的局域网站点。
网络1和网络2通过网桥连接后，网桥接收网络1发送的数据帧，检查数据帧中的地址，如果是网络2的地址，那么就转发给网络2；如果是网络1的地址，那么就将其丢弃，因为源站和目的站处在同一个网段，目的站能够直接收到这个帧而不需要借助网桥的转发。
网桥的分类：透明网桥 & 源路由网桥
透明网桥：“透明”指以太网上的站点并不知道所发送的帧将经过哪几个网桥，是一种即插即用设备——自学习
源路由网桥：在发送帧时，把详细的最佳路由信息(路由最少/时间最短)放在帧的首部中【方法：源站以广播方式向欲通信的目的站发送一个发现帧】
网桥优点：
1.过滤通信量，增大吞吐量
2.扩大了物理范围
3.提高了可靠性
4.可互连不同物理层、不同MAC子层和不同速率的以太网

局域网交换机

交换机的原理和特点

局域网交换机，又称以太网交换机。从本质上说，以太网交换机是一个多端口的网桥，它工作在数据链路层。交换机能经济地将网络分成小的冲突域，为每个工作站提供更高的带宽。以太网交换机的原理是，它检测从以太端口来的数据帧的源和目的地的MAC(介质访问层)地址，然后与系统内部的动态查找表进行比较，若数据帧的MAC地址不在查找表中，则将该地址加入查找表，并将数据帧发送给相应的目的端口。
以太网交换机的特点：
(1)以太网交换机的每个端口都直接与单台主机相连(网桥的端口往往连接到以太网的
一个网段)，并且一般都工作在全双工方式
(2)以太网交换机能同时连通许多对端口，使每对相互通信的主机都能像独占通信媒体那样，无碰撞地传输数据
(3)以太网交换机是一种即插即用设备(和透明网桥一样)，其内部的帧的转发表也是通过自学习算法自动地逐渐建立起来的
(4)以太网交换机由于使用专用的交换结构芯片，因此交换速率较高。
(5)以太网交换机独占传输媒体的带宽
以太网交换机主要采用两种交换模式：①直通交换机 ②存储转发式交换机
直通交换机：查完目的地址(6B)就立刻转发
【延迟小，可靠性低，无法支持具有不同速率的端口的交换】
存储转发式交换机：将帧放入高速缓存，并检查否正确，正确则转发，错误则丢弃
【延迟大，可靠性高，可以支持具有不同速率的端口的交换】
冲突域和广播域：
冲突域：在同一个冲突域中的每一个节点都能收到所有被发送的帧。简单的说就是同一时间内只能有一台设备发送信息的范围
广播域：网络中能接收任一设备发出的广播帧的所有设备的集合。简单的说如果站点发出一个广播信号，所有能接收到这个信号的设备范围称为一个广播域