<TCP/IP原理> (三) 底层网络技术

传输介质

局域网（LAN）

交换（Switching）

广域网（WAN）

连接设备

第三章 底层网络技术

引言

1）Interne不是一种新的网络

建立在底层网络上的网际网

底层网络——“物理网”，网际网——“互联网”

2）物理网为上层提供通信支持

物理网称为互联网的“信道”或“接口”

互联网的接口——物理网提供的通信服务

3.1 传输介质

1.有线介质——导线管（导向媒体）

双绞线 Twisted-pair cable

同轴电缆 Coaxial cable：金属铜导线、电流

光纤 Fiiber-optic cable：玻璃或塑料线缆，光（传输容量，距离好，代价大，安装复杂）

2.无线介质——电磁波（非导向媒体）

8个频段

不同的传输介质决定了在物理网内物理层的传输方式不一样。

电缆：电信号 电平高低标识01；

光纤：光信号 光信号强度标识01；

3.2 局域网（LAN）（网路接入层对应的物理层和数据链路层）

1.局域网技术

1）Local Area Network

允许一些独立设备在受限地理范围内彼此能够直接通信，通信信息经由第三者转发，可以为路由器，交换机......

共享介质——广播式

2）技术

CSMA/CD 竞争有冲突

令牌传递 无冲突信道访问机制

局域网里的物理地址一般称为MAC地址（Medium Access Control）

局域网里数据链路层又分为了LLC子层（逻辑链路控制子层，考虑对上有一个统一的接口）和MAC子层。

广域网里没有MAC地址。

2.Etherent帧格式

1） Ethernet封装（RFC 894）（大部分采用）

类型字段 Type字段>1500

前两个字段（前导码和帧定位符）这两个字段告诉物理层从哪部分开始构成一帧，物理层再上交给数据链路层。并不是以太网里的帧格式里的字段，为了数据链路层和物理层通信的控制字段。

第三个字段，目的MAC地址（物理地址）。

第四个字段，源MAC地址（物理地址）。

Type字段 标识数据部分所封装的分组类型 IP分组、ARP分组等等。

FCS字段 帧校验序列，校验数据的正确性。

网络层的分组直接分组在以太网的数据部分。

协议头+协议尾一共18个字节。

数据一共46~1500字节。

以太网最小帧长64个字节（为了检测冲突），最长帧长1518个字节。

2）IEEE 802.2/802.3封装（RCF 1042）

长度字段 Len字段<1500

长度字段用来表示当前数据部分的长度，无法标识分组类型

3）冲突问题（Collision）

普通传送

所有主机共享一个介质，广播传播方式，A发送，其他所有站点都可以监听到，根据目的MAC地址决定是否接收。

冲突传送

造成信息失真，数据传输过程中会被破坏。只要有一个比特发生改变，当前包含该比特的数据帧就会被破坏。

载波监听/冲突检测

以太网最主要问题为冲突问题。

双绞线以太网物理层标准：10Base-T 10Mbps Baseband Twisted pair

网卡接口标准：RJ45 jack

双绞线：Unshielded twisted-pair cable

3.3 交换（Switching）（大部分应用于广域网或者网络层，因为局域网为广播的发送机制）

1.交换系统：有多个输入和输出的“黑盒子”

2.电路交换 Circuit Switching 典型实例：电话系统

建立连接、数据传输、拆除连接

每个主机有独立的信道，中间为交换设备，不同站点之间直接可以同时通信。

共用信道时时分复用、频分复用等等

3.分组交换 Packet Swiching（数据以分组为单位传输）：数据报 Datagram、虚电路 Virtual Circuit，VC

1）数据报

传输路径不一定一致，没有建立连接，以一定顺序发送，接收方不一定以相应的顺序接收

2）虚电路

需要建立连接，所以会以原来的顺序接收

与电路交换区别：分组交换，以分组为单位传输；电路交换传输为流的形式

电路交换的电路是实际存在的，物理上的电路；分组交换为虚拟的逻辑电路

分组原因：最大传输限制

4.报文交换，Message Switching

3.4 广域网（WAN）

1.Wide Area Network

在一个很大的地理范围内提供数据、话音和视频信息的长距离传输。

交换网络——点到点式（不能共享介质，参考局域网的广播机制）：电路交换、分组交换。

2.技术

LAN vs WAN

比较：

地理范围：早期区分方式（局域网<广域网），光纤传输范围很长。

速率、延迟：早期，局域网速率>广域网速率。

信道：局域网为广播机制、广域网为点到点式机制。

协议：局域网三种，广域网很多。

构成方式：LAN通常使用自己的通信设施（校园网，自己的通信线路和通信设备，自己管理、自己建设），WAN利用公用的、租用的或专用的通信设施。

3.5 连接设备

转发器 Repeater/ 集线器 Hub：连接主机（物理层）

网桥 Bridge/交换机 Switch：连接主机（数据链路层+物理层）

路由器 Router：连接不同的物理网络（网络层+数据链路层+物理层）

网关 Gateway（7层）

覆盖范围不一样，设备连接方式不一样。

1.转发器/集线器（物理层）

仅仅发生在物理层，为了完成物理层如何完成比特流的传输。

局域网：一段口进，所有端口出，同一时刻只有一台主机可以发送设备，串接的集线器越多，冲突域也就会增加

带宽角度：加入所有线路为10M线路，共享10M，影响网络性能，主机越多，有效网络带宽资源越少

2.网桥/交换机（数据链路层）

物理层可以为不同的物理层标准，不同类型的接口

AD传输没有经过网桥，在网桥同一个端口，网桥会监听到，但不是自己的MAC地址

AG通信，位于网桥的不同接口，经由网桥转发。

判定是否需要经由其转发：地址表和端口信息，目的地址和源地址在同一个端口就不转发，目的地址和源地址不在同一个端口就转发。

网桥接受所有数据到数据链路层查看转发还是丢弃。

网桥和集线器连接：

网桥/交换机基于地址表来判断转发，网桥用软件来实现（连接的端口个数和网络规模有限制），交换机用硬件来实现（网络接口可以很多）

网桥分割了整个网络的冲突域。集线器共享，网桥独享。

3.路由器（网络层）

数据链路层和物理层的转发接口可以不同，所以路由器可以连接不同类型的物理网络。

网桥通常用于局域网，局域网将数据链路层分为了LLC子层和MAC子层，不同的局域网的MAC子层不同，但LLC子层相同。

数据在互连设备上转发，针对不同的系统在该层次上必须一致或有共同点。共同层次转发，不同层次不能转发。

路由器端口少，一般不会和主机直接相连，因为端口少，一般和一个网络连接。

在局域网内部一般使用集线器或交换机来扩展局域网范围，在不同的物理网络之间使用路由器互连。

4.网关（高层）

协议栈不同时用网关实现

1.LAN和WAN

基本概念、特点

2.电路交换、分组交换

概念、特点

比较：电路交换 vs 虚电路，虚电路 vs 数据报

3.HUB、Switch、Router、GateWay

功能层次结构

数据转发层次