2020年软考网络工程师全套知识内容电子笔记:局域网与城域网

来源:www.zcjsj8.com   发布时间2020-01-08
 

2020年软考网络工程师全套知识内容电子笔记:局域网与城域网

(全文是铁黑色)

  • []4.1 局域网技术概论

                         传统局域网(Local Area Network,LAN)是分组广播式网络,这是与分组交换式的广域网的主要区别。在广播网络中                         所有工作站都连接到共享的传输介质上,共享信号的分配技术是局域网的核心技术,而这一技术又与网络的拓扑结构和                         传输介质有关。地理范围介于局域网与广域网之间的是城域网(Metropolitan Area Network,MAN),城域网采用的技                         术与局域网类似,两种网络协议都包含在 IEEE LAN/MAN 委员会制定的标准中,本章介绍几种常见的局域网和城域网有                         关的国际标准。                         IEEE                              ——电气电子工程协会                                                          (Institute of Electrical and Electronics Engineers)是一个国际性的电子技术与信息科学工程师协会。                                                  4.1.1[]拓扑结构和传输介质                                        比较简单就不做笔记了。                         4.1.2[]LAN/MAN 的 IEEE 802 标准            IEEE 802 委员会的任务是制定局域网和城域网标准,目前有20多个分委员会,他们研究的内容如下:              1)802.1 局域网体系结构、寻址、网络互连和网络管理                   802.1q 虚拟局域网 VLAN                         2)802.2 逻辑链路控制子层(LLC)的定义                        3)802.3 以太网介质访问控制协议 CSMA/CD 及物理层技术规范                         4)802.4 令牌总线网(Token-Bus)的介质访问控制协议及物理层技术规范               5)802.5 令牌环网(Token-Ring)的介质访问控制协议及物理层技术规范                         6)802.6 城域网介质访问控制协议DQDB及物理层技术规范                         7)802.7 宽带技术                         8)802.8 光纤技术                         9)802.9 综合声音数据的局域网                         10)802.10 网络安全技术咨询组,定义了网络互操作的认证和加密方法。                         11)802.11 无线局域网(WLAN)的介质访问控制协议及物理层技术规范                         12)802.12 需求优先的介质访问控制协议                         13)802.14 线缆调制解调器(Cable Modem)                         14)802.15 蓝牙技术的无线个人网                         15)802.16 宽带无线接入工作组 (WiMAX)                         16)802.17 弹性分组环(PRP)                         17)802.18 宽带无线局域网技术咨询组                         18)802.19 多重虚拟局域网共存技术咨询组                         19)802.20 移动宽带无线接入(MBWA)                         20)802.21 无线网络之间切换问题                         21)802.22 无线区域网(Wireless Regional Area Network,WRAN)                              由于局域网使用多种传世介质,而介质访问控制协议与具体的传输介质和拓扑结构有关,所以IEEE 802标准把数据链路层划分                         成了两个字层。                         1??与物理介质有关的部分叫做:介质访问控制(Media Access Control,MAC)                         2??与物理介质无关的部分叫做:逻辑链路控制(Logical Access Control,LLC)                         LLC提供标准的OSI数据链路层服务,使得任何高层协议都可以运行在局域网的标准之上。

  • []4.2 逻辑链路控制子层

                         和HDLC类似,让人看不懂,HDLC用于广域网,(高级数据链路控制,也是数据链路控制。。)                              HDLC不适合用在局域网,因为帧格式的原因,所以局域网里用LLC,逻辑链路控制。                         4.2.1[]LLC 地址                                                                 4.2.2[]LLC服务                                                                 4.2.3[]LLC协议                                        

  • []4.3 IEEE 802.3 标准

                         总线型、星型和树型拓扑最适合的介质访问协议是CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection)。                         早起对CSMA/CD协议有较大影响的是20世纪70年代美国夏威夷大学建立的ALOHA网络。                         4.3.1[]CSMA/CD 协议                                        如果各个站在发送之前先监听信道上的发送情况,信道忙时后退一段时间再发送可以大大减少冲突的概率。                                        这就是局域网上广泛使用的载波监听多路访问(CSMA)。                                        CSMA的原理就是:站在发送数据之前,先监听信道上是否有别的站发送的载波信号。若有,说明信道正忙,                                        反之说明信道是空闲的,然后根据预定的策略决定。                         4.3.2[]CSMA/CD 协议的性能分析                                                                 4.3.3[]MAC和PHY规范                                                                 4.3.4[]交换式以太网

常见的传输介质及其特性
名称电缆最大段长特点
100Base-T44对3类UTP100m3类双绞线,8B/6T,NRZ编码
100Base-TX2对5类UTP100m100Mb/s,全双工通信,MLT-3编码
100Base-FX1对光纤2000m多模:2km单模:40km100Mb/s,全双工通信,4B/5B NRZI编码

1000Base-CX2对STP25m2对STP一个房间内的设备之间
1000Base-T4对UTP100m4对UTP
1000Base-SX62.5um 多模220m模式带宽160MHz*km,波长850nm
275m模式带宽200MHz*km,波长850nm
50um 多模500m模式带宽400MHz*km,波长850nm
550m模式带宽500MHz*km,波长850nm
1000Base-LX62.5um550m模式带宽500MHz*km,波长850nm
50um模式带宽400MHz*km,波长850nm
模式带宽500MHz*km,波长850nm
单模5000m波长1310nm或1550nm

10Gbase-S50um多模300m波长850nm
62.5um 多模65m波长850nm
10Gbase-L单模10km波长1310nm
10Gbase-E单模40km波长1550nm
10Gbase-LX4单模10km波长1310nm波分多路复用
50um 多模300m
62.5um 多模
单模和多模光纤的对比

单模光纤多模光纤
光源激光二级管LED
光源波长1310nm和1550nm两种850nm和1300nm两种
纤芯直径/包层外径8.3/125um50/              62.5/125um        125um
距离2km~10km2km
速率100Gbps1Gbps~10Gbps
光种类一种模式的光不同模式的光
价格较贵较便宜

                         4.3.5[]高速以太网                                                                 4.3.6[]虚拟局域网                              虚拟局域网(Virtual Local Area Network,VLAN)是根据管理         功能、组织机构或应用类型对交换局域网进行分段而形成的逻辑网络。                  1??虚拟局域网和物理局域网具有同样的属性                  2??其中的工作站可以不属于同一个物理网段。                  3??任何交换端口都可以分配给某个VLAN,属于同一个VLAN的所有                  端构成一个广播域。每个VLAN都是一个逻辑网络,发往VLAN之外                  的分组必须通过路由器进行转发。P118                  为每一个部门定义了一个VLAN,3个VLAN分布在不同位置的3台交换机上。在交换机上实现VLAN,可以采用静态的或动态的方法。               1)静态分配VLAN。为交换机的各个端口指定所属的VLAN。               2)动态分配VLAN。通过网络管理软件包来创建,可以根据设备的MAC地址、网络层协议、网络层地址(IP地址)、IP广播域或管理策略来划分VLAN。根据MAC地址划分的方法应用的最多,一般交换机都支持这种方法。无论一台设备连接到交换网络的什么地方,接入交换局根据设备的MAC地址就可以确定该设备的VLAN成员身份。这种方法可以在交换网络中改变接入位置,而仍能访问所属的VLAN。但是,当用户数量很多时,对每个用户设备分配VLAN的工作量是很大的管理负担。               把物理网络分成VLAN的好处如下。                              1)控制网络流量。一个VLAN内部的通信(包括广播通信)不会转发到其他的VLAN中去,有助于控制广播风暴,减小冲突域,提高                                                       网络带宽的利用率。                              2)提高网络的安全性。可以通过配置VLAN之间的路由来提高广播过滤、安全和流量控制等功能。不同VLAN之间的通信收到限制                              提高了企业网络的安全性。                              3)灵活的网络管理。VLAN机制使得工作组可以突破物理地址的限制而根据管理功能来划分。如果根据MAC地址来划分VLAN,用户                              可以在任何地方接入网络,实现移动办公。                             在划分成VLAN交换网络中,交换机端口之间的连接分为:1??接入链路连接(Access-Link Connection)                                                                                                                         2??中继链路连接(Trunk-Link Connection)干线trunk                             接入链路连接(Access):只能连接具有标准以太网卡的设备,也只能传输属于单个VLAN的数据包。                             任何连接到接入连接的设备都属于同一个广播域,这意味着,如果有10个用户连接到一个集线器,而                             集线器被插入到交换机的接入连接端口,则这10个用户都属于该端口规定的VLAN。                             中继链路(Trunk,就是串口干线):是在一条物理连接上生成多个逻辑连接,每个逻辑连接都属于一个                             VLAN。在进入中继端口时,交换机在数据包中加入VLAN标记。这样,在中继链路的另一端的交换                             机就不仅要根据目标地址,而且要根据数据包所属的VLAN进行转发决策。                             为了与接入链路设备兼容,在数据包进入接入链路连接的设备时,交换机要删除VLAN标记,恢复原来的帧结构的。添加和删除                             VLAN标记的过程是由交换机中的专用硬件自动实现的,处理速度很快,不会引起太大的延迟。从用户的角度看,数据源产生的                             以太帧,目标接收的也是标准的以太帧,VLAN标记对用户是透明的。                            IEEE 802.1q定义了VLAN帧标记的格式,在原来的以太帧中增加了4个字节的标记(Tag)字段。                                                            

  • []4.4 局域网互连

                                                  4.4.1[]网桥协议的体系结构                                                                 4.4.2[]生成树网桥                                        生成树(Spanning Tree)网桥是一种完全透明的网桥,这种网桥插入电缆后就可以自动完成路由选择的功能,                                        无须由用户装入路由表或设置参数,网桥的功能是自己学习获得的。以下从帧转发、地址学习和环路分解3个                                        方面讲述这种网桥的工作原理。                                       1??帧转发                                            网桥为了能够决定是否转发一个帧,必须为每个转发端口保存一个转发数据库,数据库中保存着必须通过该                                            端口转发的所有站的地址。                                       2??地址学习                                       3??环路分解——生成树算法                                            以上讨论的学习算法适用于因特网为树型拓扑结构的情况,即网络中没有环路。任意两个站之间只有唯一通                                            路,当因特网网络中出现环路时这种方法就是小了。                                            这种算法应该是动态的,即当网络拓扑结构改变时,网桥能察觉到这种变化,并随即导出新的生成树。假定:                                           1)每一个网桥有唯一的MAC地址和唯一的优先级,地址和优先级构成网桥的标识符。                                           2)有一个特殊的地址用于标识所有网桥。                                           3)网桥的每一个端口有唯一的标识符,该标识符只有在网桥内部有效。                                           另外,要建立以下概念:

  • 根桥:即作为生成树树根的网桥,例如可选择地址值最小的网桥作为根桥。

  • 通路费用:为网桥的每一个端口指定一个通路费用,该费用表示通过那个端口和向其他

                                                  连接LAN传送一个帧的费用。两个站之间的通路可能要经过多个网桥,这些网桥的有关                                                  的端口的费用相加就构成了两站之间通路的费用(开销吗?)

  • 根通路:每一个网桥通向根桥的、费用最小的通路。

  • 根端口:每一个网桥与根通道相连接的端口。

  • 指定桥:每一个LAN有一个指定桥,这是在该LAN上提供费用最小的根通路的网桥。

                                                    LAN,根桥就是指定桥。该LAN连接根桥的端口即为指定端口。                                           根据以上的概念,生成树算法可采用下面的步骤:                                           1)确定一个根桥。                                           2)确定其他网桥的根端口。                                           3)对每一个LAN确定一个唯一的指定桥和指定端口,如果有两个以上网桥的根通路费用相同                                           则选择优先级最高的网桥作为指定网桥;如果指定网桥有多个端口连接LAN,则选择标识符值                                           最小的端口为指定端口。                                           为了实现以上算法,网桥之间要交换网桥协议数据单元。IEEE 802.1d定义了网桥协议数据单元BPDU格式。                                           1998年,IEEE发布了802.1w标准,对原来的生成树协议进行了改进,定义了快速生成树协议                                           (Rapid Spanning Tree Protocol,RSTP),用于加快生成树的收敛速度。                                                                      4.4.3[]源路由网桥                                        生成树网桥的优点是易于安装,无须人工输入路由信息,但是这种网桥只利用了网络拓扑结构的子集                                        没有最好地利用带宽。所以802.5标准中又给出了另一种网桥路由策略——源路由网桥。                                        源路由网桥的核心思想是:由帧的发送者显式地指明路由信息。路由信息由网桥地址和LAN标识符的                                        序列组成。                                       1??路由指示                                       2??寻址模式

  • []4.5 城域网

                         以太网技术的成熟和广泛应用推动了以太网向城域网领域扩展。但是传统以太网的协议是为小范围的局域网开发的                         在应用于更大范围的城域网时存在下面一些局限性。                                                                4.5.1[]城域以太网                                 以太局域网服务,E-LAN,由运营商建立一个城域以太网,在用户以太网之间提供多点对多点的第二层连接,任意                          两个用户以太网之间都可以通过城域以太网通信。这种技术叫Q-in-Q技术。                                 为解决网络用户MAC地址都暴露在整个城域以太网中,IEEE 802.1ah提出了运营商主干网桥(Provider Backbone                          Bridge,PBB)。由于用户以太帧被封装在主干网以太帧中,所以这种技术叫做MAC-in-MAC技术。                               4.5.2[]弹性分组环                                        弹性分组环(Resilient Packet Ring,RPR)是一种采用环型拓扑的城域网技术。2004年公布的IEEE 802.17标                                 准定义了RPR的介质访问控制方法等。                                 


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