局域网和城域网

summer老师软考局域网总结提纲，介绍了以太网协议、虚拟局域网VIAN、 生成树协议STP、 无线局域网协议等。

局域网和城域网

• IEEE
  • 以太网协议（802.3）
    • 载波侦听多路访问/CSMA
      • 原理：发送数据前，先监听信道上是否有人发送，若有表示行到忙，然后根据预定的策略决定
      • 算法
        • 非坚持型：碰撞后，后退随机时间，减少了冲突的概率，但是信道的利用率也降低，增加了发送的时延；
        • 1-坚持型监听：只要信道空闲，则立即发送数据，信道利用率和冲突概率均增高（双高）
        • P-坚持型算法：信道空闲时，则以概率P发送； 冲突时，以（1-P）延迟一个时间单位，P大小可调节
    • 冲突检测/CSCD
      • 原理：CSMA（监听）只能减小冲突概率，不能完全避免，所以采用边听边发的冲突检测方式
      • 方法
        • 发送期间同时接收，并把接受的数据进行比较，如果一致，则继续发送；
        • 如果不一致，则产生冲突，立刻停发送，并发出干扰信号（Jamming）,所有站点都停止发送
        • 发送了干扰信号都，等待随机的时间，重新监听，尝试发送
    • 二进制指数退避算法
      • 原理：检测到冲突后，立即停止发送，并发送干扰信号，等待随机时间再发送数据
      • 随机时间公式：等待时间=t*Random[0,1,...2k-1(k为平方)]，故后退一次退避时间不一定比前一次长。重传次数越多退避窗口越大，从而降低冲突概率。
    • 连续发生16次碰撞后，认为网络繁忙或者故障，不在发送
    • 最小帧公式：Lmin=2R*d/v R为网络数据速率，d为最大距离，v为传播速度
    • 以太网帧结构
      • 1.前边的先导字段（7字节）和开始标识（1字节）不算入帧长； 2.数据长度46—1500字节，不够则填充到46字节； 3.校验位4字节，CRC循环冗余校验32位 4.目的地址6字节，源地址6字节，长度：2字节 5.最小帧：64字节；（46+6+6+2+4） 6.最长帧：1518字节（1500+6+6+2+4）
      • 1.以太网报头：目的+源地址+长度 = 6+6+2 2. I P 报头：20字节 3.TCP报头：20字节 4.应用数据：最小 46 - IP - TCP =6字节 5.应用数据：最大 1500 - IP - TCP = 1460字节 6.校验和：4字节
    • 物理规范
      • 快速以太网（100M）
        • 100Base-TX（4B5B编码）：采用两对5类UTP（非屏蔽双绞线）、两对STP（屏蔽双绞线）、传输100M
        • 100Base-FX:一对多或一对一光纤，分别2KM、40KM
        • 100Base-T4:四对3类UTP、100米
        • 100Base-T2:两对3嘞UTP、100米
      • 千兆以太网（1000M）
        • 1000Base-SX：多模、550M
        • 1000Base-LX：单模（10um）或多模、5KM
        • 1000Base-CX：两对STP、25米、同一房间内传输
        • 802.3z
        • 1000Base-T：四对5类UTP、100米、采用8B\10B编码
          • 802.3ab
      • 万兆以太网（10G）
        • 10GBase-S：多模光纤、62.5um=65米、50u=300米
        • 10GBase-L：单模光纤、10公里
        • 10GBase-E：单模光纤、40公里、1550nm串行
        • 10GBase-LX4：波分多路复用（WDM）
        • 802.3ae，不再共享带宽、没有冲突检测
  • 虚拟局域网VlAN
    • 特点
      • 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。
      • 不同的VLAN通信必须经过三层设备：路由器、三层交换机、防火墙
      • 一个集线器或中继器是一个冲突域，一个VLAN为一个广播域，交换机的一个接口为一个冲突域
    • 冲突域：在同一个共享介质上的所有节点的集合，冲突域所有节点竞争同一个带宽，一个节点发出的报文（单、组、广播），其余节点均收到
    • 广播域：广播报文所能达到的整个访问范围称为二层广播域。同一个广播域内主机都能收到广播域报文
    • VLAN划分
      • 静态VLAN：基于交换机端口
      • 动态VLAN：基于MAC地址、基于策略、基于网络层协议、基于网络层地址
    • VLAN作用：
      • 控制网络流量，有助于控制广播风暴，减少冲突、提高网络带宽的利用率；
      • 提高网络的安全性，不同VLAN不能通信；
      • 灵活的网络配置，VLAN的配置可以突破地理位置限制，使用管理功能来划分；
    • 802.1Q标签
      • PRI(3位)：Priority表示优先级，提供0-7共8个优先级，当多个帧等待，按照优先级顺序发送数据包。
      • VID（12位）：VALN 的标识符，最多2^12=4096个VLAN，其中VID0用于识别优先级，VID4095保留使用，最多可配置4094个VLAN，默认VLAN1，不能删除
      • 注意：交换机的Vlan标签过程有专用硬件实现，不会导致数据的太大延迟。
      • VLAN标记对用户是透明的，在PC端接受数据时，VLAN标签会被撕掉；
    • 交换机端口
      • Access接口：只能传送单个Vlan数据，一般用于PC、摄像头等；
      • Trunk接口：能传输多个VLAN标签，一般用于交换机之间；
      • Hybrid接口：混合接口，同时包含Access接口和Trunk接口
      • QINQ(802.a1d)：双层标签，一般用于运营商城域网；
      • MAC-IN-MAC:也称PBB，802.1ah
      • 城域网技术
  • 生成树协议STP
    • 背景： 1.交换机单链路存在单点故障，网络没有冗余性； 2.任何一条链路或者设备故障，网络直接断网； 3.添加冗余设备后，存在二层数据环路问题；
    • 广播风暴
      • 一旦出现广播数据帧，这些数据就会被互相连接的交换机不断传播泛洪，造成广播风暴；
      • 出现广播风暴后，会严重占用cpu资源、网络带宽；
      • 现象：网络慢、所有指示灯高速闪烁，cpu使用率高、CLI卡顿
    • MAC表震荡
      • 由于所有交换机连接在一起，端口会自动学习MAC地址，所以当一台PC发出了，‍️各个交换机会将该信息不断转发，导致交换机不断更改设备MAC地址
    • 原理：通过逻辑堵塞特定端口，打破环路，保证网络正常使用。
    • 桥ID（Bridge ID）
      • 8字节，由2个优先级字节和6个字节MAC地址组成（默认：32768）
      • 越小越优先，手工修改时必须是4096的倍数
    • 路径开销：路径开销域端口带宽成反比
    • 实现过程
      • 确定根桥：选优先级和MAC地址最小的网桥
      • 确定其他网桥的根端口：非根桥的端口到根桥最近的端口
      • 每个段选择一个指定端口：优先指定桥，指定桥上为指定端口
      • 选出非指定端口
      • 传输BPDU报文
    • 协议
      • 生成树协议：802.1d STP(慢，收敛需要30S-50S)
      • 快速生成树协议：802.1W RSTP（快，6S）
      • 多生成树协议：802.1S MSTP（实现多个Vlan负载均衡）
  • 无线局域网协议（802.11）
• 主题
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• 简化公式：冲突概率1/2^n（n为已经发生的冲突的次数，n<=10）