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[网络协议]局域网的前世与今世

创作不易,请给位看官老爷点点赞。

首先局域网使用的范围场所在哪里?

一个网吧、一个企业、一栋写字楼还是一个家庭。

其实都是的,她主要用于范围小的单一机构中,实现多种设备互联、信息交换和资源共享的过程

局域网根据物理层和数据链路层的特性来制定的,因为传输距离小,传输范围近,不需要传输层网络层、来反复检错纠错、来选择传输的路径,就像在一个家庭里头,一坨网线、几个路由或AP就可满足实现家庭的实际需求。

先提一个知识点,在广域网中,有一种传输数据单位的结构叫做帧中继FR。

帧中继主要工作在OSI七层协议的最低二层,分别是物理层、数据链路层

她在数据链路层建立了一个叫永久虚电路(双发一旦建立连接,就永久连接,有点像电路,但是他不是物理线路而是逻辑线路)和一个叫交换虚电路(临时建立传输通道,传输完成后,线路自动销毁,等待下次传输数据再建立其他通道线路),在数据链路层主要是进行数据业务的工作,因而网络层的工作被数据链路层干了,她也没有在帧中继的工作中有突出的贡献,在帧中继的作用为弱化了,为以后新建立的网络传输协议提供了宝贵的借鉴。

帧中继FR,因为本身的主要工作没有传输层和网络层的参与,因而帧中继只检错,没有了传输层的重传,也没有这两层的流量控制,有一万数据就发一万,有多少数据发送多少,相比她的老大哥们,那速度是望尘莫及,所以在各个国家都风靡一时。而她只需要进行拥塞控制(交警梳理交通堵塞),而数据的纠错交由高层的软件去做(应用层、会话层、表示层),

数字以字节为单位

既然帧中继,不使用传输层和网络层的协议,,物理层也是傻大黑粗,不管你三七二十一,看到数据比特流就传送,那只能依靠数据链路层的协议来实现数据的转发。

既然数据链路层不存在IP地址,那她是怎么知道你的数据(你的小姐姐)要去往哪里,假如她随机发送到你的女神手机上,而不是你的好兄弟,那不就社死了吗?

所以在数据链路层协议那里制定了一个类似邮政编码的东西叫DLCI(数据链路标识符),如你所在城市地区的区号,给全国各地都统一编辑上一个邮政编号,给全国各地打上身份证号,她就像每个设备在数据链路层的MAC地址是唯一标识的,存放在一台专门记录全国各地的数据链路标识符是多少的服务器。比如深圳是0755、长沙是0731,在每台交换机和路由器上配置上DLCI身份证号,数据要去往深圳,数据以帧中继的形式传到深圳,只需在她的地址位告诉他要到DLCI为0755的目的地址就行了。

好了下面开始进入正题

所以从图上看到,她主要就使用了底层的两层协议,传输速度十分快 。

也就是说她封装数据快,就只封装了两层,其实在数据链路层和物理层中,只有数据链路层干了数据封装的工作,她不像OSI七层协议要进行层层封装打包,从而造成数据传输速率的慢。

局域网(LAN)所使用的是IEEE国际电气与电子工程师协会下面有个802委员会来制定的标准

其中 802.3是MAC层数据链路层的标准

??????? 802.11是无线局域网的标准

?其中LLC的标准和广域网的HDLC协议兼容,她没有HDLC的数据帧校验位,帧校验位放到了MAC层的MAC帧。开头的DSAP为1个字节8位比特的目标地址,SSAP为1字节8比特的源地址,包括8位或16位的控制位,以及一个8比特的倍数的信息位。

她主要的目的是屏蔽不同的介质访问控制方法,以及向高层如网络层提供统一的服务和接口。LLC地址是SAP

哪有人要问了什么叫屏蔽不同的介质访问方法

其实在物理层要实现数据传输有很多方式,有的使用光纤、有的使用网线、有的使用同轴电缆,但是怎么多的介质肯定实现传输的方式都不同,那怎么给高层来匹配便于和高层对接呢?

讲到这里大家已经知道用什么了,就是使用LLC层来实现物理层和高层的数据对接

?MAC帧结构和HDLC帧结构很像,其中前导字段和帧起始符不算在MAC层,算物理层里面。

从目的地址开始,她是6个字符的目的地址;

长度字段为2个字段位,她的作用含义有两个,一是表示数据(包裹)的实际长度,比如下图中数据是1500个字节还是1480字节,二是表示上层协议的类型,用1501及以上的字节数值来表示,如1501B表示上层(网络层以上的协议叫上层)其中一个某某协议;

数据字段位0到1500B的数值,在HDLC的数据位字段是不固定大小的,但是在MAC帧中限定了大小;

增加了填充字段 0~48个字节,填充的作用是保证MAC帧字段大小最小要有64字节,比如当MAC帧的数据位无数据携带时,数据位为0,此时填充位最大,为48B(384位),如果数据位超过48B,让MAC帧超过64字节则无需填充,而MAC帧最大字节数为6+6+2+1500+4=1518B

不难看出,MAC帧的大小范围为64B~1518B

所以当你收到一个数据帧小于64字节的,则说明该数据帧额一个坏的数据帧,需要请求上层(传输层重传数据包到下层)重传

MAC帧的目的地址和源地址就像快递的收发地址,而前面我说过,MAC地址一般烧录在主机网卡的,唯一标识一台网络设备,不可随意修改,需要特殊的手段,如以管理员身份在主机的网络配置进行修改。

CSMA/CD协议(载波监听多路访问/冲突检测),是一种分布式介质访问控制方法。

她是在802.3标准下制定的,主要是针对数据链路层的标准。

那文中提到的分布式到底是个什么玩意?

比如在一个网线里面,连接两个端头,左端要发送数据,右端也要发送数据,那如果两端同时发送,数据就会在两端打架(发生碰撞),分布式就是如何协调两端数据的收发。

我们试想一下,我是不是可先协调右端先发送她想要发送的数据,等右端完成后,左端在发送,就是尽量不要让她俩碰头见面,发送冲突,其这个作用;

介质就是传输数据使用的线材

访问控制就是字面意思,控制谁收谁发,遇到爱情(数据冲突)怎么办。

所以CSMA/CD协议起到仲裁信息收发的作用,谁先发谁后发。

CSMA/CD有三种控制数据收发的方法

1、非坚持型:占用信道空闲再发送数据;

2、1 坚持型:不管有无数据占不占用信道,发不发生的爱情冲突,一直发送;

3、 p坚持型:以概率p来发送数据,发送爱情冲突的概率也是p概率。

比如过马路,算了不讲这个例子。过马路一定要看红灯,左右前后的路况都要看清在过马路!!!

比如小区的过检门,现在都不允许打开拉链推门了,只能一个个过体温门检查登记。

假如一个理性的人要进小区,一个脾气炸裂的人出小区买吃的,很多保安在保安亭里面。

理性的人会先看有没有人要出来占用了进口,避免发送密切接触,没人了在进小区,同理她出小区也是如此,这就是非坚持的人,够理性;

而脾气炸裂的人,就是一根筋,也不管有没有人要进来,我就要出去,假如用一千个这样的人都要一个个出去,而想进来的人也不是每个都脾气好够理性的,等不及的人也有的会看不惯这种人,强行进小区,跟脾气炸裂的人发生肢体冲突,但是脾气炸裂的人就是一根筋,就是要出来占用进出口,就要占用信道就要一直发送数据,不撞南墙不回头,这就是1坚持型的人了;

而p坚持型的人呢,像保安亭里的保安,保安不是就要轮岗下班和上厕所的吗,而轮岗的时间段就是以一天时间p为概率(8小时)进行轮回的,保安下班可不管你三七二十一,下班时间到了就是天王老子来了我也要走,没人还好(无信道冲突发生),假如刚好有人进来,不可避免的小摩擦。

所以我们要做非坚持的人,多些理智,少些脾气。

而什么时候用哪些方法处理数据冲突(爱情),由写软件的(如写QQ)人写入软件编程代码里面执行。

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以太网

这个名字我相信大家都不陌生,但是具体了解她历史的人不怎么多,我来讲讲吧

以太网其实就是早期的局域网,隶属802.3的标准,只有10兆每秒的传输速率,她来源于光(数据)在空气中传播的介质(传输介质)‘以太’,意为无处不在的网络。

以太网分为老式的共享以太网和现在流行的交换式以太网

共享以太网,最典型的就是HUB。HUB是一个多端口的转发器,在以HUB为中心设备时,即使网络中某条线路产生了故障,并不影响其它线路的工作。所以早期HUB在局域网中得到了广泛的应用。

她的原理:比如你接了10兆的宽带网络,用HUB进行分接,HUB下面假如连接了10台电脑主机,你使用其中一个时,你的电脑速度只有1兆,就是10兆宽带网络被平均分到了10台主机上,这10台主机共享了这10兆,就像平分切蛋糕一样要公平,这就是共享以太网。

那相较于她的老大哥共享以太网,交换式以太网要思考的是,我这10兆要实现分接的每台设备怎么实现都用10兆的带宽。

交换式以太网她传输数据的核心部分就是交换机。

交换机有个像电脑主机的主板(这里叫底板,叫主板也没事),电脑主板插槽插的网卡、显示器、显卡、内存等一系列在交换机叫做模块的东西,显卡上还有两个接口,如同交换机也叫接口,可以连接两个显示器。

交换机的高速主板上有多个插槽,插槽上面插有连接器(网卡),使用网卡来连接主机(主机本身也要有网卡来接收发送数据),所以是使用网卡来回交换数据的。

每台交换机的屁股像路由器屁股后面有多个接口,如E0/0,F0/1,G0/0/0

其中像E0/0,F0/1,E表示10兆的以太网网络,F表示100兆的快速以太网网络

第一位 0 表示以太网的速率插槽,第二位 0、1表示速率插槽上的第几接口

G0/0/0 (插槽/模块/接口)G表示1000兆的千兆以太网(也叫吉比特以太网)

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快速以太网,执行标准802.3u,采用100Base-T/F规范标准

如 100Base-T2、100Base-T4、100Base-TX、100Base-FX

其中100表示百兆传输速度、T表示双绞线(其首字母大写)、F表示光纤(F其首字母大写)、X表示可扩展的,数字2、4分别表示几对线。

比如100Base-T2标准的网线为3类UTP,使用的是2对,一共4根线(1、2、3、6用于收发数据,4、5、7、8用于防止线材之间电磁干扰)

市面上最常用的是执行标准为100Base-TX(腾讯网游独占半壁就这么记就行),5类UTP线材,同样是2对线,传输距离100米。

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千兆以太网,执行标准为802.3z,向下兼容10/100M以太网,速率可达1Gbs。

千兆以太网,主要是使用光波为传播介质进行数据传输

802.3z标准下面还有一些规范,如光纤的1000Base-LX(L长波的首字母)、1000Base-SX(短板波);同轴电缆的1000Base-CX(C同轴电缆,两对线材,进行收发)

千兆以太网还有个执行标准为802.3ab,规范我1000Base-T(T双绞线),4对5类的UTP,八根线全用。

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万兆以太网,执行标准为802.3ae,速率可达10Gbs,双绞线(千兆达到上限)等无法达到,在万兆领域只支持到光纤为传播介质(有单模和多模之分,只需知道单模吊打多模),不再执行采用CAMA/CD标准,用于城域网,只支持全双工,速率极快,无延时,几乎碰撞,如同高速公路和市道对比。规范有10GBase-S、10GBase-L、10GBase-E(E可扩展)、10GBase-LX4。

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虚拟以太网VLAN

她是一种逻辑规范标准,而非前面的物理规范标准,打个比方;

假如使用物理局域网规范进行布置写字办公楼,一楼是接待部,二楼是市场部,三楼是工程部,假如工程部的所有主机被一个闲人全部搬到了市场部,当有人想联系到工程部时,没有电脑在工程部,导致联系不上,这时候就要使用到虚拟以太网的VLAN码一个个标识每台主机。

比如我们将工程部的每台主机设备分配VLAN1,而市场部的主机设备都分配VLAN2,依靠路由器或交换机自动分配VLAN码。

VLAN码分配方式又有:

1、静态分配,她主要基于路由器和交换机的屁股端口,一般有VLAN1~4,使用在小型的网络交互场所如家庭这些。

2、动态分配,主要基于MAC地址。专门设有存放MAC地址的数据库,将每台设备的MAC登记下来。比如我有个MAC地址位12345678的设备,分配到VLAN2接口上,无论你连到哪个交换机上,计算机都会帮你的设备划分出一个VLAN2的给你。

其他不多说了,反正很方便

VLAN的执行标准为802.1q,也叫dot 1q。

在原来的以太帧(MAC帧)增加了34B的控制信息位,其中控制信息位包含12BVLAN虚拟局域网的标识符叫VID

她同样有MAC帧的6B的目标地址,6B的源地址,2B的长度地址,0~1500B的数据部分,4B的帧校验FCS,还有一个填充位,但是她增加了4B的标志位

VID:可使用4096位二进制码的VLAN:101010101010101010101010101010101010101010101010101010101101010100101010101010100101010101001010110010101100101011...............................................................

VID就像悟空的禁锢咒,金蝉子念念咒在哪都能找到他。

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加:2022-07-17 16:57:20  更:2022-07-17 16:59:15 
 
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