计算机网络之数据链路层与局域网 － 局域网

局域网(LAN)： 采取广播的方式， 局部区域网络， 覆盖面积小， 网络传输速率高， 传输的误码率低。

为了使数据链路层更好地适应多种局域网标准， IEEE802委员会将局域网的数据链路层拆分为两个子层：

1. 逻辑链路控制(Logical Link Control ,LLC)子层（ 名存实亡）；

2. 介质访问控制MAC子层。

1. 数据链路层寻址与ARP寻址

1. MAC地址(物理地址、 局域网地址)

MAC地址具有唯一性， 每个网络适配器对应一个MAC地址。

MAC地址表示：以太网和IEEE 802.11无线局域网， 使用的MAC地址长度为6字节（ 48位） 。通常采用十六进制表示法， 每个字节表示一个十六进制数， 用 - 或： 连接起来。例如： 00-2A-E1-76-8C-39 或 00:2A:E1:76:8C:39

MAC地址空间的分配：由电气和电子工程师协会(IEEE)统一管理，IEEE分配前24位的MAC地址块。

MAC广播地址： FF-FF-FF-FF-FF-FF。

2. 地址解析协议（ Address Resolution Protocol , ARP）

根据本网内目的主机或默认网关的IP地址获取其MAC地址，即实现IP地址到MAC地址的映射。

地址解析协议(ARP)的基本思想： 在每一台主机中设置专用内存区域， 称为ARP高速缓存(也称ARP表)，存储该主机所在局域网中其他主机和路由器的IP地址与MAC地址的映射关系。

ARP查询分组： 通过一个广播帧发送的。

ARP响应分组： 通过一个单播帧发送的。

ARP是即插即用的： 一个ARP表是自动建立的， 不需要系统管理员来配置。

2. 以太网

以太网( ethernet ,IEEE802.3) ： 目前为止最流行的有线局域网技术。

以太网成功的原因：（物美价廉）

1. 以太网第一个广泛部署的高速局域网；

2. 以太网数据速率快；

3. 以太网硬件价格极其便宜， 网络造价成本低。

4. 其他有线局域网技术复杂、 昂贵， 阻止了网络管理员改用其他技术。

经典的以太网是采用粗同轴电缆连接的总线型以太网（ 10Base-5）：

1. 数据传输速率为10Mbit/s， 无连接不可靠；

2. MAC协议采用CSMA/CD协议；

3. 相距最远主机信号往返的传播时延为51.2μs，所以以太网最短帧长为64字节。

以太网帧结构：

1. 目的地址和源地址： MAC地址；

2. 类型： 标识上层协议。 例如： 0x0800=IP数据报；

3. 数据： 封装的上层协议的分组；

4. CRC： 校验采用循环冗余校验；

5. 以太网帧最短：64字节，以太网帧除数据部分：18字节，那么数据最短：46字节（ 非常重要）。

以太网帧技术：

3. 交换机

交换机： 应用最广泛的数据链路层设备。

网桥： 和交换机功能类似，对数据帧实现转发。交换机可以认为是多端口的网桥。

集线器： 物理层。

以太网交换机转发和过滤：交换机的基本工作原理为当一帧到达时， 交换机首先需要决策将该帧丢弃还是转发。 如果是转发的话， 还必须进一步决策应该将该帧转发到哪个（ 或哪些） 端口去。 决策依据是， 以目的MAC为主键查询内部转发表。

以太网交换机的自我学习：

1. 以太网交换机有4个端口， 各连接一台计算机， 其MAC地址分别是A、B、C、D；

2. 开始， 以太网交换机里面的转发表是空白的；

3. A向B发送一个帧， 从端口1进入交换机；

4. 交换机查询转发表， 没找到往哪里转发该帧；

5. 交换机把这个帧的源MAC地址A和端口1写入交换表， 完成第一次学习；

6. 交换机除端口1以外所有端口泛洪(广播)这个帧；

7. C和D丢弃该帧，B收下该帧。

以太网交换机的优点：

1. 消除冲突；

冲突域： 早期所有主机共享总线的一个网络范围。 现在在以太网中， CSMA/CD能够检测到冲突的网络范围。

2. 支持异质链路；

3. 网络管理。

4. 虚拟局域网

虚拟局域网(Virtual Local Area Network , VLAN)：一种基于交换机的逻辑分割广播域的局域网应用形式。

以软件的方式划分和管理局域网中的工作组， 限制接收广播信息的主机数， 不会因为传播过多的广播信息而引起性能的恶化。

划分虚拟局域网的方法：

1. 基于交换机端口划分；

2. 基于MAC地址划分；

3. 基于上层协议类型或地址划分。