计算机网络 3-4 数据链路层(局域网)

news2025/4/20 13:27:25

4.1 局域网LAN

特点
- 1.覆盖较小的地理范围
- 2.较低的时延和误码率
- 3.局域网内的各节点之间
- 4.支持单播、广播、多播
分类
- 关注三要素（出题点） ①拓扑结构 ②传输介质 ③介质访问控制方式
硬件架构

4.2 以太网

4.2.1 层次划分

4.2.2 物理层标准

1）以太网标准（物理层）

2）同轴电缆以太网（中继器连接）

同轴电缆网段仅支持半双工

3）双绞线以太网（交换机/集线器连接）

注1：做题时默认交换机连接的终端节点都可以全双工

注2：用集线器连接的节点，仅支持半双工模式

4.2.3 以太网MAC层标准

1）以太网MAC帧

V2标准的

记忆口诀：662N4，收发协数验

数据部分：要考虑最短帧长和最长帧长的问题。数据部分的大小，它的范围是46到1500字节，如果说这个网络层要传输的IP数据报。太长的话，就需要把IP数据包分片，每一个片不能超过1500字节。那相应的，如果IP数据报太短，长度都小于46字节的话，就需要对IP注数据报进行填充，比如说用比特零去填充，

前同步码：在以太网当中，如果a要给b发送一个帧，a结点的物理层。首先，会给b节点发送七个字节的一零一零一零。其实相当于给b结点打一个节奏，相当于a跟b说：接下来我要给你传一些数据，传数据的这个节奏大概就是一打二打三打四打是这样的一个速度。b节点就可以根据他收到的这个前同步码去调整自己接收数据的这个频率。发送了这些前同步码之后，二者的节奏同步了。

IEEE802.3标准的

记忆口诀：662N4，收发长数验

4.2.7 单播帧、广播帧如何传播？冲突域、广播域

冲突域：如果两个节点同时发送数据，会导致冲突，则二者处于同一个“冲突域”

广播域：如果一个节点发送广播帧，可以被另一个节点接收，则二者处于同一个“广播域”

注：MAC地址是数据链路层的概念。路由器、交换机都有MAC地址，而集线器没有MAC地址

集线器会无脑的--把它收到的信号全部转发出去，

注意：路由器R收到广播帧后，不会再转发至其他网络。只有同一个局域网内的各节点才属于同一个“广播域”

路由器既隔离冲突域，也隔离广播域

交换机隔离冲突域

4.3 VLAN 虚拟局域网
- 大型局域网面临的问题
  - 整个局域网是一个很大的广播域，容易出现广播风暴
  - 不利于信息安全
  - 通过虚拟局域网(Virtual LAN,VLAN)，可将一个较大的局域网分割成一些较小的与地理位置无关的逻辑上的VLAN，而每个VLAN是一个较小的广播域。
- VLAN的特点
  - 可将一个大型局域网分割成若干个较小的VLAN， 每个VLAN是一个广播域
  - 需要使用支持VLAN功能的以太网交换机来实现
  - 每个VLAN对应一个VID
- 假设a结点发送一个广播帧，这个广播帧最终只会被从属于同一个虚拟局域网的节点所接收，也就是abcd,还有hi这几个节点收到a节点发送的广播帧，但是vid=20的这个虚拟局域网几个节点就接收不到a节点发送的广播帧
- 三种划分VLAN的方式
  - 基于接口：VID接口号
  - 存在问题：如果一台计算机它换了一个连接的接口，比如说I这台计算机，它不通过三号接口连接。而是连到了八号接口。那么I这台计算机就不再属于VLAN 10。因为在交换机的后台，它是根据这个接口号去划分VLAN的，所以只要连接的接口一变。这个结点它从属于哪个VLAN就有可能发生改变？
  - 基于MAC地址：VID MAC地址
  - 基于IP地址：VID IP地址
    - 这种方式可以让VLAN范围跨越路由器，让多个局域网的主机组成一个VLAN （需要网络层功能支持）
- 802.1Q帧
  - 主机与交换机之间，传输标准以太网帧（662N4，收发协数验）
  - 交换机与交换机之间（干线链路），传输802.1Q 帧 (6642N4,收发V协数验)
  - 4字节VLAN标签= 16+4+12 bit=固定+随便+VID

由来：a向外发送广播帧，交换机把广播帧转发给与之直接相连的bcd，与此同时，也会把这个广播帧发给交换机二，那么交换机二如何去判断这个广播帧？且从属于哪一个VLAN呢？

4.4 以太网交换机
- 特点
  - 交换机工作在数据链路层，可以根据目的MAC地址转发帧
- 自学习功能（支持即插即用）
  - 交换表
    - 初始为空，记录【MAC地址，端口号】的对应关系
  - 每收到一个帧，就将“发送方”的【MAC地址，端口号】更新到交换表
  - ①如果不知道“接收方”在哪里，就把帧广播到除入口外的其他端口
  - ②如果知道“接收方”在哪里，就把帧精准转发至某个端口
  - 交换表中每个表项都有“有效时间”，过期表项自动作废——以防某些节点拔线跑路
- 两种交换方式
  - 直通交换
    - 只检查帧的目的MAC地址，以决定帧的转发端口
    - 优点：转发时延低
    - 缺点：不适用于需要速率匹配、协议转换或差错检测的线路
  - 存储转发交换
    - 先把帧完整地接收到交换机内部的高速缓存中，进行差错检测等必要处理，再根据交换表决定从哪个端口转发出去
    - 优点：适用于需要速率匹配、协议转换或差错检测的线路
    - 缺点：转发时延高

4.5 IEEE 802.11 无线局域网
- 基本概念
  - 802.11无线局域网是星形拓扑，中心称为接入点 (AP)，也可称为无线接入点 (WAP)（简称“你连接的WiFi热点”）
  - 基本服务集 (BSS)=1个基站+N个移动站（简称“1个WiFi热点连了很多台手机电脑”）
    - 属性
      - 服务集标识符 (SSID)，不超过32字节（简称“WiFi名字”）
      - 基本服务区 (BSA)：指一个基本服务集能够覆盖的地理范围（简称“站在哪里可以搜到WiFi?”）
  - 扩展服务集 (ESS)：将多个AP连接到同一个分配系统，组成一个更大服务集（简称“想想全屋WiFi”）
  - 漫游：一个移动站丝滑切换AP，且通信继续保持，不中断（简称“丝滑切换Wifi热点”）
  - 门户 (Portal)：可将802.11无线局域网接入802.3有线以太网
- 802.11帧
  - 分类
    - ①数据帧；
    - ②控制帧 (如ACK、RTS、CTS) ;
    - ③管理帧（如探测请求/探测响应帧）（简称“用于发现Wifi”）
  - 数据帧格式
    - 30N4首数验，首部3+1地址
    - 九十比特表去来，帧的中转靠AP
    - 去往AP中起止，来自AP止中起
  - 其他补充
    - 802.11无线局域网使用CSMA/CA协议实现介质访问控制
    - 在802.11无线局域网内，两个移动站之间不能直接通信，而必须通过基站 (AP)转发帧
    - AP通常具备“帧格式转换”功能。可以将在无线链路上传输的802.11帧格式，与有线链路上传输的以太网帧格式相互转换
    - AP与移动站之间通过无线链路传输； AP与AP之间、AP与路由器之间、AP与以太网交换机之间通常使用有线链路

4.6点对点协议PPP

4.6.1 PPP协议的组成

点对点协议PPP（Point-to-Point Protocol）是目前使用最广泛的 点对点数据链路层协议。
PPPoE：Point-to-Point Protocol over Ethernet
PPP协议是因特网工程任务组IETF在1992年制定的。经过1993年和1994年的修订，现在的PPP协议已成为因特网的正式标准[RFC1661，RFC1662]。

广泛应用于广域网路由器之间的专用线路

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