003 IP网络技术基础

一、以太网（Ethernet）

以太网概述

• 以太网（Ethernet）是由Xerox（施乐）公司开发的一种基带局域网技术，是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。
• 共享式以太网（即用HUB连接的局域网）采用带冲突检测的载波帧听多路访问（CSMA/CD）机制。
• 以太网中节点都可以看到在网络中发送的所有信息，因此，我们说以太网是一种广播网络。
• 在新近的网络设计时一般采用物理上是星型结构，逻辑上是总线结构。

以太网帧格式

• 以太网出现两种MAC帧结构：
  • 一种是以太网DIX V2标准定义的帧结构；
  • 一种是IEEE802.3标准定义的MAC帧结构。
  • DIX V2 标准与 IEEE 的 802.3 标准只有很小的差别，通常可以将 802.3 局域网简称为“以太网”。

DIX Ethernet V2帧格式

• 引导码为 1 和 0 交替的64比特，其最后两位是 “11”，可以通知目标站作好接收准备。
• 类型字段说( 正如端口号 )用于指定接收数据的高层协议。
• 数据字段 至少 46 字节，但不超过 1500 字节。
• 如果数据大于 1500 字节, 该帧有错，被视为超长帧 ( Jabber)。
• 如果数据小于 46 字节，则必须加填充字节( pad )，或被视为超短帧 (runt )。
• FSC是指帧校验序列。

802.3 帧格式

• IEEE 802.3帧的前导码占用7个字节，紧随其后的是长度为1个字节的帧首定界符，表示一帧实际开始。
• 源地址，目的地址，FCS字段与 Ethernet 的定义相同。
• 类型字段则由长度字段替代，在该字段后是数据的字节数。
• 需要额外的字段来规定上一层的协议。此字段定义为目的地服务访问点 (DSAP)、 源服务访问点 (SSAP)。
• 控制字段 (CTRL) 对LAN 并不附任何功能。

以太网分类

IEEE802.3规定了包括物理层的连线、电信号和介质访问层协议的内容，以太网是当前应用最普遍的局域网技术，它很大程度上取代了其他局域网标准。如令牌环、FDDI和ARCNET。

以太网包括：

• 标准以太网（10Mbit/s)
• 快速以太网（100Mbit/s）
• 千兆以太网（1000Mbit/s）
• 10G（10Gbit/s）以太网

标准以太网

• 快速、可靠、低廉、易于安装维护
• 使用粗同轴电缆、细同轴电缆、非屏蔽双绞线、屏蔽双绞线和光纤等多种传输介质进行连接
• 传输速率是10Mbps，不同传输介质支持的最大网段长度不一样

快速以太网

• 快速、可靠、低廉、易于安装维护
• 支持3、4、5类双绞线以及光纤的连接，支持全/半双工工作方式
• 传输速率是100Mpbs，在使用单模光纤为传输介质时，最大通信距离能达到3000米

千兆以太网

• 快速、可靠、低廉、易于安装维护
• 采用了与10M以太网相同的帧格式、帧结构、网络协议、全/半双工工作方式、流控模式以及布线系统
• 千兆以太网技术有两个标准：IEEE802.3z和IEEE802.3ab。IEEE802.3z制定了光纤和短程铜线连接方案的标准。IEEE802.3ab制定了五类双绞线上较长距离连接方案的标准。
• 传输速率是1000Mpbs

万兆以太网

• 以全双工方式连接到网络交换器等网络设备，并不支持半双工模式与CSMA/CD
• 只能在光纤上传输，传输速率是10GMbps

二、常用网络通信设备

互联网（Internet）概述

• 随着微型计算机的广泛应用，大量的微型计算机是通过局域网连入广域网，而局域网与广域网、广域网与广域网的互连是通过路由器实现的；
• 在Internet中，用户计算机需要通过校园网、企业网或ISP联入地区主干网，地区主干网通过国家主干网联入国家间的高速主干网，这样就形成一种由路由器互联的大型、层次结构的互联网络。

交换机

• 交换机(英文：Switch，意为“开关”)是一种用于电（光）信号转发的网络设备。它工作在数据链路层，可以为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的电信号通路。
• 交换机在同一时刻可进行多个端口对之间的数据传输。每一端口都可视为独立的物理网段（注：非IP网段），连接在其上的网络设备独自享有全部的带宽，无须同其他设备竞争使用

交换机的三个主要功能：

• 学习：以太网交换机了解每一端口相连设备的MAC地址，并将地址同相应的端口映射起来存放在交换机缓存中的MAC地址表中。
• 转发/过滤：当一个数据帧的目的地址在MAC地址表中有映射时，它被转发到连接目的节点的端口而不是所有端口（如该数据帧为广播/组播帧则转发至所有端口）。
• 消除回路：当交换机包括一个冗余回路时，以太网交换机通过生成树协议避免回路的产生，同时允许存在后备路径。

集线器（HUB）

• 集线器，英文称为“Hub”。
• HUB是一个多端口的转发器，当以HUB为中心设备时，网络中某条线路产生了故障，并不影响其它线路的工作。所以HUB在局域网中得到了广泛的应用。
• 集线器的主要功能是对接收到的信号进行再生整形放大，以扩大网络的传输距离，同时把所有节点集中在以它为中心的节点上。
• Hub属于纯硬件网络底层设备，基本上不具有类似于交换机的"智能记忆"能力和"学习"能力。它也不具备交换机所具有的MAC地址表，所以它发送数据时都是没有针对性的，而是采用广播方式发送。

中继器（Repeater）

• 中继器（Repeater）工作于OSI的物理层，是局域网上所有节点的中心，它的作用是放大信号，补偿信号衰减，支持远距离的通信。
• 实际上，通过中继器连接起来的网络相当于同一条电线组成的更大的网络。
• 中继器也能把不同传输介质的网络连在一起，多用在数据链路层以上相同的局域网的互连中。

路由器（Router）

• 路由器（Router），是互联网络的重要设备之一，工作在网络层，路由器最基本的功能是转发数据包。
• 在同个路由器实现的互联网络中，路由器要对数据包进行检测，判断其中所含的目的地址，若数据包不是发向本地网络的某个节点，路由器就要转发该数据包，并决定转发到哪一个目的地址（可能是路由器，也可能是最终目的节点）以及从哪个网络接口转发出去。

路由器的功能：