三级网络技术20xx9版笔试复习资料

三级网络技术20xx9版笔试复习资料内容摘要：

环型结构通常采用分布式控制方法，环中每个结点都要执行发送和接收的控制逻辑。 ： 局域网介质类型：同轴电缆、双绞线、光纤和无线通道。 局域网介质访问控制方法： 标准定义了共享介质局域网有以下 3 类 : 带冲突检测的载波侦听多路访问（ CSMA/CD） 总线网 令牌总线（ token bus） 总线网 令牌环（ token ring） 环型网 4. IEEE802 参考模型 IEEE802(局域网标准委员会 )，专门从事局域网标准化工作。 重点是解决局部范围内的计算机组网问题。 研究者只需要面对 OSI 模型中数据链路层和物理层，网络层及以上高层不属于局域网协议的研究范围。 局域网领域中有典型的三种技术：以太网、令牌总线和令牌环。 数据链路层的功能复杂，设计者将链路层分为两部分： LLC （逻辑链路控制子层）和 MAC（介质访问控制子层）。 解决方案：不同的局域网在 LLC 中必须使用相同的协议。 LLC 子层与传输介 质和介质访问控制方法无关。 在 MAC 子层和物理层中不同局域网可以采用不同协议。 5. IEEE802 标准 IEEE802 标准规定了局域网中不同层次（数据链路层和物理层）中的标准。 可简单分为 3 类： 定义局域网的体系结构、网络互连、网络管理与性能测试的 定义逻辑链路控制（ LLC）的功能与服务的 标准。 定义不同介质访问控制技术的相关标准。 如下图： 80 10 二、以太网 1976 年 7 月， Bob 在 ALOHA 网络的基础上，提出总线型局域网的设计思 想，并提出冲突检测、载波侦听与随机后退延迟算法，将这种局域网命名为以太网（ Ether）。 以太网的核心技术是： 介质访问控制方法 CDMA/CD. 这种方法解决了多结点共享公用总线的问题。 早期以太网的传输介质是同轴电缆，后用双绞线，再后用光纤。 （ 1）以太网数据发送流程 冲突：多个站点同时利用总线发送数据，导致数据接收不正确。 总线网没有控制中心，如果一个站点发送数据帧，以广播方式通过总线发送，每一个站点都能收到数据帧，其它站点也可以同时发送，因此 冲突不可避免。 实现公共传输介质的控制策略，需要解决的问题是： 载波侦听，冲突检测，冲突后的处理方法。 CSMA/CD 发送流程可简单概括为：先听后发，边听边发，冲突停止，延迟重发。 如下图： （ a）载波侦听 结点利用总线发送数据时，首先侦听总线是否空闲，以太网规定发送数据采用曼彻斯特编码。 判断总线是否空闲可以判断总线上是否有电平跳变。 不发生跳变总线空闲。 此时如果有结点已准备好发送数据，可以启动发送。 （ b）冲突检测方法 载波侦听不能完全消除冲突，原因是数字信号是以一定的速率传输的。 例如：结点 A 发送数据帧时，离他 1000m距离的结点在一定的时间延迟后才能收到数据帧，此时间段内如果 B 也发送数据，造成冲突。 从物理层上看，冲突时多个信号叠加，导致波形不同于任何结点的波形信号。 解决方案：结点 A 发送数据前，先发送侦听信号，如果侦听信号在最大距离传输时间 2 倍时，没有冲突信号出现，结点 A 肯定取得总线的访问权。 冲突信号的延迟时间 =2*D/V 其中： D 是结点到最远结点的距离， V 表示信号传输速度，信号往返的时间为延迟时间。 进行冲突检测的方法有两种：比较法和编码违例法。 比较法：将发送信号波形与从总线上接收的 信号比较，如果不同说明有冲突。 违例编码法：检查总线上的波形是否符合曼彻斯特编码规则，不符合说明有冲突。 体系结构与网络互连 11 （ c）冲突解决方案 发现冲突，停止发送 如果发送数据的过程中检测出冲突，为解决信道争用冲突，发送结点停止发送，随机延迟后重发的流程。 随机延迟后重发的第一步：发送冲突加强信号，目的是延续冲突的持续时间，使得网络中的所有结点都能检测出冲突的存在，并立即丢弃冲突帧，提高信道利用率。 随机延迟重发 以太网协议规定每帧的最大重发次数不得超过 16 次，若超过则认为线路故障。 为公平解决信道争用问题，需要确定后退延迟 算法。 典型的 CSMA/CD 采用二进制指数退避算法，退避延迟时间计算为： t=2k R a 其中： a 是冲突窗口大小， R 是随机数， k 为冲突次数，定义 k 的最大值，一旦 k 是最大值时是最后一次发送。 每次的延迟时间都会根据公式求出。 以太网中任何结点都需要通过 CSMA/CD 方法争取总线使用权，从准备发送到成功发送时间不确定。 因此又称为随机争用介质访问控制方法。 简单易实现。 （ 2）以太网帧结构 PA： 前同步码 10101010 序列，用于使接收方与发送方同步 SFD： 帧首定界 10101011 DA： 目的 MAC 地址； SA： 源 MAC 地址 LEN：数据长度（数据部分的字节数）（ 01500B） Type： 类型。 高层协议标识 LLC PDU+pad 最少 46 字节 , 最多 1500 字节 Pad：填充字段，保证帧长不少于 64 字节 (若 Data 域≥ 46 字节，则无 Pad) FCS： 帧校验序列（ CRC32） （ 3）以太网接收流程 如果一个结点利用总线成功发送数据，其它结点都应该处于接收状态。 所有结点只要不发送数据，就应该处于接收状态。 一个结点接收帧，首先判断帧的长度。 （规定了最小长度，若小与最小长度， 冲突，丢弃该帧，结点重新进入接收状态） 如果没有冲突，结点接收帧后首先检查帧的目的地址。 （目的地址单一地址或组地址或广播地址，属于自己则保留，否则丢弃） 地址匹配后确认是自己应该接收的帧，进一步进行 CRC 校验。 如果校验正确，则进一步检测 LLC 数据长度是否正确。 出错则报告 ”帧长度错 “，否则报告 ”成功接收 ”，进入结束状态。 如果检验出错，首先判断该帧是否是 8 为的整数倍，是，表示没有丢失位，则记录 ”帧检验错 “，否则报告 ”帧位错 “，进入结束状态。 以太网协议将接收出错分为 3 类：帧检验错、帧长度错与帧位错。 每个站点都可以接收到所有来自其他站点的数据 为决定那个站点接收，需要寻址机制来标识目的站点 目的站点将该帧复制，其他站点则丢弃该帧 12 IEEE802 标准为每个 DTE 规定了一个 48 位的全局地址，它是站点的全球唯一的标识符，与其物理位置无关。 ——MAC 地址（物理地址） MAC 地址为 6 字节（ 48 位）。 MAC 地址的前 3 个字节（高 24 位）由 IEEE 统一分配给厂商，低 24 位由厂商分配给每一块网卡。 网卡的 MAC 地址可以认为就是该网卡所在站点的 MAC 地址。 三、高速局域网工作原理 传统局域网技术建立在 ”共享介质 “的基础上，网中所有结点共享一条公共传输介质，典型的控制方法有：CSMA/CD、令牌环和令牌总线。 介质访问控制方法使得每个节点都能够 ”公平 “使用公共传输介质，如果网络中结点数目增多，每个结点分配的带宽将越来越少，冲突和重发现象将大量增加，网络效率急剧下降，数据传输的延迟增长，网络服务质量下降。 解决方案： （ 1）增加公共线路的带宽。 优点：仍然是局域网保护用户已有的投资。 （ 2）将大型局域网划分成若干个用网桥或路由连接的子网。 优点：每个子网作为小型局域网，隔离子网间的通信量，提高网络的安全性。 （ 3）将共享介质改为交换介质 优点：交换式局域网的设备是交换机，可以在多个端口之间建立多个并发连接。 交换方式出现后，局域网分为：共享式和交换式局域网。 以太网采用相同的帧格式，同样的介质访问控制与组网方法，将速率从 10Mbps 提高 10 倍到 100Mbps。 解决方法只要在 MAC 子层使用 CSMA/CD，在物理层进行必要调整，定义新的物理层标准。 形成快速以太网标准。 100baseT 标准定义 了介质独立接口，它将 MAC 子层与物理层隔开，传输介质和信号编码方式的变化不会影响 MAC 子层。 100BASET 的有关传输介质标准主要有 3 种： （ 1） 100baseTX：支持 2 对 5 类非屏蔽双绞线或 2 对 1 类屏蔽双绞线；其中 1 对用来发送， 1 对用来接收，是全双工系统，每个结点可同时以 100Mbps 发送和接收数据。 （ 2） 100baseT4：支持 4 对 3 类非屏蔽双绞线，其中 3 对用于数据传输， 1 对用于冲突检测。 （ 3） 100baseFX：支持 2 芯的单模或多模光纤，主要用于高速主干网，从结点到集线器的距离可达 2km。 是全双工系统。 在电视会议、三维图形与高清晰图像应用中，需要使用更高带宽的局域网。 设想方案： （ 1）桌面 10M,部门采用快速以太网 100M，企业级采用 1G 的千兆以太网。 （ 2）将现有网络连入到 ATM 网上，异构网络连接。 标准定义了千兆网标准。 方法： 在物理层做一些必要调整，定义了 1000BASET 标准。 支持多种传输介质。 4 种标准： 13 （ 1） 1000baseT:5 类非屏蔽双绞线，距离 100m。 （ 2） 1000baseCX：屏蔽双绞线， 长可到 25m。 （ 3） 1000baseLX：使用波长 1300nm 的单模光纤，长可 3000m。 （ 4） 1000baseSX：波长 850nm 的多模光纤，长可 300～ 550m。 万兆以太网，使用光纤做传输介质。 不存在争用问题，不再使用 CSMA/CD 协议。 四、交换式局域网与虚拟局域网 （ 1）交换机的基本概念 交换机可以有多个端口，每个端口可以连接一个结点，也可连接共享介质的集线器（ HUB）；实现多个端口的并发连接和多个节点的并发传输。 交换机通常针对某种局域网设 计，交换式局域网的核心设备是局域网交换机。 （ 2）交换机的特点 :低交换延迟 ,支持不同传输速率和工作模式（交换机端口支持不同的传输速率，交换机可完成不同端口速率之间转换） ,支持虚拟局域网服务（交换式局域网是虚拟局域网的基础） 交换机需要建立端口号 /MAC 地址映射表，某台计算机发送数据时，利用帧的目的地址，通过映射表找到对应端口号，将数据从一个端口送到另一个端口。 关键问题： （ 1）交换机如何知道哪个结点连接哪个端口。 （ 2）当结点从交换机的一个端口转移到另一个端口时，交换机 如何来修改地址映射表。 交换机通过 ”地址学习 “方法获得。 “地址学习 ”是指通过读取帧的源地址并记录交换机的端口号；在得到端口号与 MAC 地址的对应关系后，交换机检查端口号 /MAC 地址映射表是否存在对应关系，如果存在就更新该表项纪录，如果没有就加入到地址映射表中。 交换机加入或更新端口号 /MAC 地址映射表时，加入或更新的表项增加一个计时器，当计时器溢出前没有再次捕捉到该端口与 MAC 的对应关系，将该表项删除。 通过删除过时的表项，交换机维持一个精确的端口号/MAC 地址映射表。 交换机的帧转发方式 以太网交换机的帧转发方式包含 3 类： •直通交换方式 交换机只要接收帧并检测目的地址，就立即将该帧转发出去，不用判断是否出错。 帧出错检测由结点完成。 优点：交换延迟短；缺点：缺乏检错，不支持不同速率端口之间的帧转发。 •存储转发交换方式 交换机需要完整接收帧并进行差错检测。 优点：具有差错检测能力，并支持不同速率端口间的帧转发；缺点：交换延迟将会延长。 •改进直通交换方式 结合上述两种方式，接收到前 64B 后，判断帧头是否正确，正确转发。 对短帧而言，交换延迟同直通交换延迟；对长帧而言，因为只对帧头（地 址和控制字段）检测，交换延迟将会减少。 （ 1）虚拟网络概念：建立在交换机技术基础上，将局域网上的结点按工作性质与需要划分成若干个 “逻辑工作组 ”，一个逻辑工作组就是一个虚拟网络。 虚拟网络以软件方式实现逻辑工作组的划分与管理，工作组的结点不受物理位置的限制（相同工作组的结点不一定在相同的物理网段上，只要能够通过交换机互联）。 从一个工作组到另一个工作组时，只要通过软件设定，无需改变结点在网络中的物理位置。 （ 2）组网方法：（ 4 种） •利用交换机端口号定义虚拟局域网：逻辑上将交换机 端口划分为不同的虚拟子网，当某一端口属于一个虚拟网时，就不能属于另外一个虚拟子网。 缺点：当将结点从一个端口转移到另一个端口时，管理者需要重新配置虚拟网成员。 •用 MAC 地址定。