局域网概述（以太网）

太过爱你忘了你带给我的痛 2022-12-25 07:59 287阅读 0赞

### 文章目录 ###

*  局域网
 *   *  局域网概述
     *  局域网的构成
     *  局域网之外的网络
     *  局域网中的网关介绍
 *  以太网
 *   *  以太网介绍以及传统以太网的问题
     *   *  使用CSMA/CD解决以太网的冲突
     *  使用网桥(bridge)的以太网技术
     *  以太网交换机的优点
     *  以太网交换机接口的命名格式
     *  以太网交换机的面板以及console介绍
     *   *  使用交换机时的常规说明
         *  交换机面板电源开关指示灯说明
         *  Console Port说明
     *  以太网二帧头详解
 *  MAC地址介绍，单播、组播、广播帧介绍
 *   *   *  MAC介绍
         *  单播
         *  组播
         *  广播
 *  交换机转发原理详解
 *  广播域介绍，以太网重点内容说明

# 局域网 #

## 局域网概述 ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2N1aWNob25neGlu_size_16_color_FFFFFF_t_70]

局域网简称LAN，全称：Local Area Network （本地区域网）  
简单来说，局域网就是在同一个网络环境下，比如 校园的网络 办公室网络 等等

## 局域网的构成 ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2N1aWNob25neGlu_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

图片中名词说明：

*  Hosts：主机
 *  PCs：pc主机
 *  Servers：服务器
 *  Interconnections：物联设备
 *  NICs：网络接口卡（简称：网卡）
 *  Network media：网络介质
 *  Netword devices：网络设备
 *  Switches：交换机
 *  Routers：路由器
 *  Protocols：协议
 *  Ethernet： 以太网协议
 *  IP：ip协议
 *  ARP：地址协议
 *  DHCP：dhcp协议（自动获取ip协议）

## 局域网之外的网络 ##

首先，应用是最接近网络的，因为没有人用就不需要网络。  
局域网可以分为三类，下面的大和小是说明这个网络使用范围可大可小！  
大局域网(小、大)——LAN  
园区网(小、大) ——Campws  
广域网(小、大)——WAN

其中广域网最大，但广域网是一个技术，提供链接的技术，比如：北京和上海是通过广域网这种技术链接(通信），但并不能说北京和上海是通过广域网连接(通信)，这不标准也不专业。

## 局域网中的网关介绍 ##

概念：为局域网捏的用户提供了一扇门，通过该门，可以访问到别的网络。这个门，就叫做网关。  
路由器的每个接口都代表一个不同的网络。

用一个例子来说明网关， 比如你在a教室，你现在要去b教室， a教室和b教室的门 就可以比喻为网关，门是你所在的a教室和b教室的链接！！！

# 以太网 #

## 以太网介绍以及传统以太网的问题 ##

传统的以太网：  
一、以太网网线最长有效传输距离：100米  
为了解决这个问题：使用hub（集线器）  
集线器作用：  
1、信号放大（信号放大后就可以突破网线最长有效传输距离）（优点）  
2、从一个接口收到数据，会复制n份，从所有的其他接口发送出去（缺点）  
3、半双工：同一时间，只能接收数据或者发送数据（缺点）  
由于hub的半双工的工作机制，会使网络造成冲突，冲突所波及的范围叫做冲突域。  
解决冲突域的方法，使用：CSMA/CD （下面对CSMA/CD有说明）

二、网络拥塞（该问题是基于CSMA/CD中随机等待产生的）  
一个人占用网络，导致其他人都处在等待状态，进而造成网络拥塞。（比如这个等待时间一等就等24小时）  
然后 这个网络拥塞问题hub一直未能解决，所以 hub时代就此成为过去，bridge（智能） 成为hub的迭代产品。  
在这顺便说一下Switch的发展历史：  
hub（不智能）  
↓↓↓  
bridge（智能） 由于网桥纯软件的实现方式，导致没办法用更多的接口  
↓↓↓  
Switch（智能） 通过硬件实现数据转发

### 使用CSMA/CD解决以太网的冲突 ###

先说下CSMA/CD的诞生  
集线器协议是1970年产生，在1971年诞生了Ethernet协议，但Ethernet协议最开始叫做DIX  
DIX是DEC、XEROX、Intel三家公司的首字母，最初协议为：DIX 1.0(版本) 2.3-2.7Mbps(速率)。  
而CSMA/CD是Xerox的一位员工发明，其中：  
CS：载波监听  
MA：多路访问  
CD：冲突检测  
带冲突检测的载波监听多路访问技术。  
该技术能解决冲突问题。  
使用了该技术的以太网，DIX2.0 10Mbps  
优点：速度快，效率高，成本低，稳定性强。  
工作原理：  
先听后发  
边发边听  
冲突停发  
随机等待

## 使用网桥(bridge)的以太网技术 ##

在这顺便说一下Switch的发展历史：  
hub（不智能）  
↓↓↓  
bridge（智能） 由于网桥纯软件的实现方式，导致没办法用更多的接口  
↓↓↓  
Switch（智能） 通过硬件实现数据转发  
说网桥的以太网技术前我们要知道bridge是hub的升级产品。  
如下图：假如bridge从一开始就知道1需要发送消息给2，就不发送给3通过纯软件，实现方式是通过纯软件实现的，既然是通过软件实现的，就需要消耗计算资源，如果连接的设备越多那么这个软件消耗的资源就越大，所以由于网桥是纯软件的实现方式，就导致没有办法用更多的接口（消耗太高）  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2N1aWNob25neGlu_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

## 以太网交换机的优点 ##

在这顺便说一下Switch的发展历史：  
hub（不智能）  
↓↓↓  
bridge（智能） 由于网桥纯软件的实现方式，导致没办法用更多的接口  
↓↓↓  
Switch（智能） 通过硬件实现数据转发  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2N1aWNob25neGlu_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

*  High port density： 很大的端口密度（网线插口很多）
 *  Large frame buffers：帧大缓存区（帧：data->segment(段）->packet(包）->frame（帧））
 *  Mixture of port speeds：混合端口速度（每个端口速度可以不一样）
 *  Fast internal switching：快速内部切换（交换机处理能力快）
 *  Low per-port cost：端口低成本

## 以太网交换机接口的命名格式 ##

交换机的端口命名格式 ： 接口类型/ 框号/插槽号/端口号  
接口类型：串口serial，以太网Ethernet，快速以太网接口fastethernet，吉比特以太网接口gigabitethernet  
如：  
1、中心的7608：Ethernet 3/3 （或在系统中缩写为E3/3）表示交换机上左起第三个插槽的第三个端口  
2、其他类似55/39系列交换机：Ethernet0/0/23（或在系统中缩写为E0/0/23），第一个0为交换机的ID，按照交换机堆叠后的顺序依次类推0、1、2，如果没有堆叠，此处为0；第二个0为本交换机的插槽位，按照3926s为例，前24个口为0，第一个模块插槽为1，第二个为2；第三个位置的23表明是第23口。举例说明：如果是一台3926s的第一个插槽的光纤口，在交换机上标为E0/1/1，如果是交换机的第18个双绞线口，在交换机上标为E0/0/18  
如：C2900中 F0/1 F0/2  
F0/1在2900里是快速以太网的意思FastEtherNet 0是槽号 1是接口号  
交换机接口号从1开始 。槽号默认是0  
1900格式是E0 /1  
如ethernet0,ethernet0/1,ethernet0/01  
e或者是f开头的代表是局域网的端口 。ethernet0这是没有插槽的命名。ethernet0/1是代表0插槽上的1端口。  
ethernet0/01这个应该是ethernet0/0.1吧，是代表子接口

## 以太网交换机的面板以及console介绍 ##

### 使用交换机时的常规说明 ###

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*  开关安装在安装开关之前，确认电源和冷却要求。（这个一般不会出问题，电源灯亮和能开机即正常？）
 *  物理安装方法:  
    机架式（基本上都是用这种）  
    墙上挂载  
    台式或搁架
 *  验证网络布线。
 *  连接电源插头以启动开关。
 *  系统启动例程执行后和启动开关软件。

### 交换机面板电源开关指示灯说明 ###

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2N1aWNob25neGlu_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2N1aWNob25neGlu_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2N1aWNob25neGlu_size_16_color_FFFFFF_t_70 7]

### Console Port说明 ###

console就是个超级权限口。  
普通的管理口可以由一般权限进行交换机的简单配置，但是当涉及更高权限或出现异常时，如管理口无法登入时，就可以通过console口进行修改配置。

一般设备的console口进行数据配置通过电脑的超级终端可以登陆，但是现在内的ghost系统都没有这个小工具了，所以我们就使用CRT软件进行登陆，登陆方式也比较简便，还可以创建列表非常方便。  
　　1.连接交换机console口的配置线分为两段，一端是usb口连电脑，另一端是类似网口连console口，各个厂家的console线可能是不通用的，而usb连电脑的线是通用的。  
　　usb连电脑的线需要安装驱动。  
　　2.新建一个会话，会话协议是serial登陆。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2N1aWNob25neGlu_size_16_color_FFFFFF_t_70 8]

3.串行数据配置连接的参数，端口是com4（这个是根据驱动安装好查看管理设备得来）；  
　　4.连接端口查看方式：右键我的电脑选择管理。  
　　5.进入管理后选择设备管理器，看到有个端口（com/ltp），如果是图中黄色叹号说明是没有安装驱动。

## 以太网二帧头详解 ##

首先：以太网协议是数据链路层协议  
源MAC地址（6字节） 目的MAC地址（6字节） type字段（2字节）  
![在这里插入图片描述][20201201100205743.png]  
![在这里插入图片描述][20201201100209880.png]

*  Preamble：前段码(前序字段）——是固定的  
    前序字段由8个（Ethernet II）或7个（IEEE802.3）字节的交替出现的1和0组成，设置该字段的目的是指示帧的开始并便于网络中的所有接收器均能与到达帧同步，另外，该字段本身（在Ethernet II中）或与帧起始定界符一起（在IEEE802.3中）能保证各帧之间用于错误检测和恢复操作的时间间隔不小于9.6毫秒。
 *  帧起始定界符字段（这个了解就行）  
    该字段仅在IEEE802.3标准中有效，它可以被看作前序字段的延续。实际上，该字段的组成方式继续使用前序字段中的格式，这个一个字节的字段的前6个比特位置由交替出现的1和0构成。该字段的最后两个比特位置是11，这两位中断了同步模式并提醒接收后面跟随的是帧数据。  
    当控制器将接收帧送入其缓冲器时，前序字段和帧起始定界符字段均被去除。类似地当控制器发送帧时，它将这两个字段（如果传输的是IEEE802.3帧）或一个前序字段（如果传输的是真正的以太网帧）作为前缀加入帧中。
 *  Destination Address：目的地址  
    目的地址字段确定帧的接收者。两个字节的源地址和目的地址可用于IEEE802.3网络，而6个字节的源地址和目的地址字段既可用于Ethernet II网络又可用于IEEE802.3网络。用户可以选择两字节或六字节的目的地址字段，但对IEEE802.3设备来说，局域网中的所有工作站必须使用同样的地址结构。目前，几乎所有的802.3网络使用6字节寻址，帧结构中包含两字节字段选项主要是用于使用16比特地址字段的早期的局域网。
 *  Source Address：源地址  
    源地址字段标识发送帧的工作站。和目前地址字段类似，源地址字段的长度可以是两个或六个字节。只有IEEE802.3标准支持两字节源地址并要求使用的目的地址。Ethernet II和IEEE802.3标准均支持六个字节的源地址字段。当使用六个字节的源地址字段时，前三个字节表示由IEEE分配给厂商的地址，将烧录在每一块网络接口卡的ROM中。而制造商通常为其每一网络接口卡分配后字节。
 *  Type：标明上一层使用的协议类型（0x0800-IPv4，0x0806-IPv6这种）  
    两字节的类型字段仅用于Ethernet II帧。该字段用于标识数据字段中包含的高层协议，也就是说，该字段告诉接收设备如何解释数据字段。在以太网中，多种协议可以在局域网中同时共存，例如：类型字段取值为十六进制0800的帧将被识别为IP协议帧，而类型字段取值为十六进制8137的帧将被识别为IPX和SPX传输协议帧。因此，在Ethernet II的类型字段中设置相应的十六进制值提供了在局域网中支持多协议传输的机制。
 *  长度字段（和 帧起始定界符字段 一样 了解就行）  
    用于IEEE802.3的两字节长度字段定义了数据字段包含的字节数。不论是在Ethernet II还是IEEE　802.3标准中，从前序到FCS字段的帧长度最小必须是64字节。最小帧长度保证有足够的传输时间用于以太网网络接口卡精确地检测冲突，这一最小时间是根据网络的最大电缆长度和帧沿电缆长度传播所要求的时间确定的。基于最小帧长为64字节和使用六字节地址字段的要求，意味着每个数据字段的最小长度为46字节。唯一的例外是吉比特以太网。在1000Mbit/s的工作速率下，原来的802.3标准不可能提供足够的帧持续时间使电缆长度达到100米。这是因为在1000Mbit/s的数据率下，一个工作站在发现网段另一端出现的任何冲突之前已经处在帧传输过程中的可能性很高。为解决这一问题，设计了将以太网最小帧长扩展为512字节的负载扩展方法。  
    对除了吉比特以太网之外的所有以太网版本，如果传输数据少于46个字节，应将数据字段填充至46字节。不过，填充字符的个数不包括在长度字段值中。同时支持以太网和IEEE802.3帧格式的网络接口卡通过这一字段的值区分这两种帧。也就是说，因为数据字段的最大长度为1500字节，所以超过十六进制数05DC的值说明它不是长度字段（IEEE802.3).而是类型字段（Ethernet II）
 *  Data：数据  
    如前所述，数据字段的最小长度必须为46字节以保证帧长至少为64字节，这意味着传输一字节信息也必须使用46字节的数据字段：如果填入该该字段的信息少于46字节，该字段的其余部分也必须进行填充。数据字段的最大长度为1500字节。  
    FCS：帧校验（验证帧是否损坏）  
    既可用于Ethernet II又可用于IEE802.3标准的帧校验序列字段提供了一种错误检测机制，每一个发送器均计算一个包括了地址字段、类型/长度字段和数据字段的循环冗余校验（CRC）码。发送器于是将计算出的CRC填入四字节的FCS字段。  
    这个流程其实可以理解为封装解封装流程！！！

# MAC地址介绍，单播、组播、广播帧介绍 #

### MAC介绍 ###

MAC地址是用16进制表示的。  
6Byte，48bit  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2N1aWNob25neGlu_size_16_color_FFFFFF_t_70 9]

mac地址分为2段，前24Bits是固定的，后24Bits是可以自由分配的。

*  mac地址说明  
    MAC(Media Access Control)地址，或称为 MAC地址、硬件地址，用来定义网络设备的位置。在OSI模型中，第三层网络层负责 IP地址，第二层数据链路层则负责 MAC地址。因此一个主机会有一个MAC地址，而每个网络位置会有一个专属于它的IP地址，只要你不去更改自己的MAC地址，那么你的MAC地址是全球唯一的！
 *  mac地址含义  
    MAC地址也叫物理地址、硬件地址或链路地址，由网络设备制造商生产时写在硬专件内部。属IP地址与MAC地址在计算机里都是以二进制表示的，IP地址是32位的，而MAC地址则是48位的。MAC地址的长度为48位（6个字节），通常表示为12个16进制数，每2个16进制数之间用冒号隔开，如：08:00:20:0A:8C:6D就是一个MAC地址，其中前6位16进制数08:00:20代表网络硬件制造商的编号，它由IEEE（电气与电子工程师协会）分配，而后3位16进制数0A:8C:6D代表该制造商所制造的某个网络产品（如网卡）的系列号。
 *  mac地址作用  
    以太网的数据帧中，目的MAC地址决定了该数据帧是单播还是多播  
    如果MAC地址中，第8个bit为0，那么这就是一个单播的MAC地址，如果第8个bit为1，那么  
    就是一个多播的MAC地址，如果全部的MAC地址都为1，那么该MAC地址就是广播MAC地址。  
    如果不全部为1，那么就是组播MAC地址。

### 单播 ###

![在这里插入图片描述][20201201100235487.png]

单播是客户端与服务器之间的点到点连接。“点到点”指每个客户端都从服务器接收远程流。仅当客户端发出请求时，才发送单播流。单播（Unicast）是在一个单个的发送者和一个接受者之间通过网络进行的通信。  
简单来说，单播就是一对一，比如老师对某一个学生说你这次期中测试不错 继续保持！

### 组播 ###

![在这里插入图片描述][20201201100239472.png]

组播技术的初衷是在IP网络中，以"尽力而为"的形式发送信息到某个目标组，这个目标组称为组播组，这样在有源主机向多点目标主机发送信息需求时，源主机只发送一份数据，数据的目的地址是组播组地址，这样，凡是属于该组的成员，都可以接收到一份原主机发送的数据的拷贝，此组播方式下，只有真正信息需要的成员会收到信息，其他主机不会收到。  
因此组播方式解决了单播情况下数据的重复拷贝及带宽的重复占用，也解决了广播方式下带宽资源的浪费。  
比如：一位老师只对教室里的男生说你们全都是高富帅，这教室里的男生就是一个组播中的组的概念！

### 广播 ###

![在这里插入图片描述][20201201100242928.png]

一个数据帧或包被传输到本地网段（由广播域定义）上的每个节点就是广播。  
注意：由于网络拓扑的设计和连接问题，或其他原因导致广播在网段内大量复制，传播数据帧，导致网络性能下降，甚至网络瘫痪。  
比如：一位老师对教室里的全部学生说，你们都是最棒的，这就是广播的概念！

# 交换机转发原理详解 #

图形讲解转发原理看这博客哦：`https://blog.csdn.net/ygm_linux/article/details/40019363`

交换机智能的原因是，它可以学习以太网数据帧中的源MAC地址。  
交换机可以将学习到的MAC地址，记录到MAC地址表里面。  
MAC地址表里面会记录MAC地址是从哪个接口学习到的。

总结：  
交换机处理数据帧的3种方式  
①转发  
收到一个数据帧后，发现目的MAC地址存在我的MAC地址表中，那么就会转发这个数据  
②泛洪  
（1）收到了一个数据，发现目的MAC地址不存在我的MAC地址表中，那么就会泛洪这个数据  
（2）收到一个广播数据，会泛洪  
③丢弃  
（1）收到错误的数据帧会丢弃该数据  
（2）如果交换机从一个接口收到一份数据后又要立刻从该接口发送出去，那么就会丢弃该数据

上面标准语句如果不能理解就看下面说明：  
1 学习  
交换机会学习以太源网数据帧中的mac地址。 加上这个数据从哪一个接口进来的接口 这2个参数 作为映射关系 存放在自己的MAC地址表当中（mac地址表为交换机转发数据的依据  
2 转发  
交换机会根据以太网帧中的目标地址 单播 转发数据帧 哪一个接口与这个mac地址有映射关系 就发给哪一个接口  
3 广播  
如果目标mac 在本台交换机上面没有 交换机就会向出发出数据的接口除外  
所有接口进行广播  
4 更新  
mac地址表中的条目老化时间为300秒 如300秒没有数据通信 就会进行删除  
我们可以手动修改mac地址表老化时间  
注意 交换机的接口部署只能映射一个mac地址

# 广播域介绍，以太网重点内容说明 #

回忆上面的内容，需要搞明显以下几个点：

*  以太网数据帧
 *  MAC地址
 *  交换机的三种处理数据帧的方式
 *  交换机智能的原因
 *  广播域和冲突域

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