《图解TCP/IP》学习——第三章TCP/IP数据链路

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本章介绍OSI参考模型中数据链路层的相关技术,主要包括:
MAC寻址(物理寻址)
介质共享
非公有网络
分组交换
环路检测
VLAN(Virtual Local Area Network,虚拟局域网)

传输方式的数据链路:
以太网
WLAN(Wireless Local Area Network,无线局域网)
PPP(Point to Point Protocol,点对点协议)

数据链路指的是OSI参考模型中的数据链路层,有时也指以太网、无线局域网等通信手段,数据链路也可以被视为网络传输中的最小单位。

下面就是以太网以及FDDI(Fiber Distributed Data Interface,光纤分布式数据接口)
ATM:Asynchronous Transfer Mode,异步传输方式

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一、数据链路的相关技术
1.MAC地址
MAC地址用于识别数据链路中互连的节点,通过MAC地址判断目标地址
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MAC地址长48bit,在使用网卡(NIC)的情况下,MAC地址一般会被烧入到ROM中,任何一个网卡的MAC地址都是唯一的。MAC地址一般用十六进制数表示。

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2.共享介质型网络
从通信介质的使用方法上看,网络可分为共享型非共享型

共享介质型网络,指的是由多个设备共享一个通信介质的一种网络。
eg:以太网,FDDI;
采用半双工通信,设备之间使用同一个载波信道进行发送和接收;

有两种介质访问控制方式:一种是争用方式,一种是令牌传递方式

1)争用方式

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CSMA具体的一个例子:
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CSMA改良后的CSMA/CD的具体例子,
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CSMA/CD具体例子
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2)令牌传递方式
令牌传递方式:沿着令牌环发送一种叫**“令牌”的特殊报文**,是控制传输的一种方式。
只有获得令牌的站才可以发送数据。
特点:
1)一是不会有冲突
2)是每个站都有通过平等循环获得令牌的机会

优点:即使网络拥塞也不会导致性能下降,在网络不太拥堵的情况下数据链路的利用率也达不到100%。
eg:早期令牌释放、令牌追加、多令牌同时循环等方式,目的都是尽可能地提高网络性能

令牌传递的一个eg:
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3.非共享介质网络
非共享介质网络是指:不共享介质,是对介质采取专用的一种传输控制方式;在这种方式下,网络中的每个站直接连交换机,由交换机负责转发数据帧,发送端与接收端不共享通信介质

eg:
1)ATM,
2)当前的以太网的主流方式,通过以太网交换机构建网络,从而使计算机与交换机端口之间形成一对一的连接,实现全双工通信
3)根据交换机的高级特性构建虚拟局域网(VLAN)、流量控制等。

缺点:一旦交换机发生故障,与之相连的所有交换机之间都无法通信。

非共享介质型网络的一个具体eg:
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补充:全双工与半双工的区别
半双工通信
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全双工通信
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4.根据MAC地址转发
若将集线器或集中器以星型连接,就出现了一款新的网络设备——交换机集线器
这是一种非介质共享型网络中所使用的交换机在以太网中技术,交换集线器也叫做以太网交换机

以太网交换机的特点:
1)是持有多个端口的网桥。它会参考转发表(Forwarding Table),根据数据链路层中每个帧的目标MAC地址,决定从哪个网络接口发送数据。
2)转发表是可以自动生成的,数据链路层的每个通过点在接到包时,会从中将源MAC地址以及曾经接收该地址发送的数据包的接口作为对应关系记录到转发表中(这就是自学过程)。因此,以该MAC地址作为目标地址的包,会经由该接口送出。

交换机的自学原理
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注:转发表中的入口个数与整个数据链路中所有的网络设备的数量有关。

交换机的转发方式:存储转发和直通转发
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5.环路检测技术
通过网桥连接网络,可能会出现环路问题。
可以通过生成树和源路由的两种方式来解决路由问题。只要搭建合适的环路,就能够分散网络流量,在发生某一处路由故障时选择绕行,可以提高容灾能力

网桥搭建可能会造成具有环路的网络eg
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1)生成树
方法:每个网桥必须在每1-10s内相互交换BPDU(Bridge Protocol Data Unite)包,从而可以判断哪些端口使用,哪些不使用,以便消除环路。一旦发生故障,就会自动切换通信线路,利用那些没有被使用过的端口进行传输。

具体的方法:
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2)源路由发
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6 VLAN
为了能够分散网络负载,交换网络设备的位置,采用**带有VLAN技术的网桥(2层交换机)**就可以了。

VLAN到底是什么?

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如上图所示,该交换机按照其端口分了多个网段(区分了广播数据传播的范围,减少了网络负载并提高了网络的安全性)。然而,常规而言,在异构的两个网段之间,就需要利用具有路由功能的交换机,或在各段中间通过路由器的连接才能实现通信。

VLAN具体的含义
通过对VLAN进行扩展,该标准允许包含跨越异构交换机的网段。
TAGVLAN中对每个网段都用一个VLAN ID的标签进行唯一的标识,在交换机中传输帧时,以太网首部加入这个标签,根据这个值决定将数据帧发送给哪个网段

eg:跨交换机的VLAN
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三、以太网Ethernet

以太网Ethernet规范简单,易于NIC网卡及驱动程序的实现。

1,以太网的连接形式

1)初期以太网

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