CCNA-局域网基本原理

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局域网基本原理：

我们来讲一下局域网。局域网在OSI参考模型中的位置，是这两层，数据链路层和物理层。

那我们首先来看一下局域网的组件。肯定会有的这个终端和服务器。连接设备NIC是什么？就是我们俗称的网卡，我们都知道，如果要上网就一定要有网卡，Media，网络介质，你是网线啊还是无线啊，一定要有这个网络介质，不然你数据是传不出去的。然后是网络设备，hub集线器、switch交换机、router路由器。局域网中的协议有以太网协议、ip协议、ARP协议和DHCP协议。这些呢，都需要去掌握的。

好，我们首先来看局域网的物理层。先讲协议，就是网络介质。它分成两大类，一个无线一个有线，无线之后再给大家去讲。有线分成同轴电缆，同轴电缆你们有没有人见过？现在基本上是没有了啊，因为同轴电缆它的传输速度非常的慢，现在用得比较多的就是双绞线，双绞线分成两类，一类是屏蔽双绞线stp，屏蔽双绞线是两对线，四根，而且每一对线都有绝缘介质给它隔开了，所以它的屏蔽效果非常好，当然这样它的价钱也很高，所以说屏蔽双绞线在我们普通的网络中运用的很少，这是屏蔽双绞线。还有一类是非屏蔽双绞线utp，它是四对线，八根，而且八根线的颜色是不一样的。

非屏蔽双绞线它的传输速率从10到100Mb/s不等，它可长可短而且成本低，所以运用的比较广泛。这是RJ-45水晶头，看到要认得。

来看一下八根线的颜色。它有两个线序，T568A和T568B，T568A的线序是这样的，白绿 绿 白橙 蓝 白蓝 橙 白棕 棕。B呢，从第一根到第八根的线序，白橙 橙 白绿 蓝 白蓝 绿 白棕 棕。注意一下，这两个线序，78都是白棕 棕，45都是蓝 白蓝。这两个线序需要去记清楚，那我们常用的是B，A用的不多。

那根据两端线序的不同，我们又分为直通线和交叉线。直通线是两端线序相同的线，但是我没说这线序一定要是A或者是B吧，它可以都是A也可以都是B，只要两端相同就可以了。那两端的线序不同的线就是交叉线了，一端是A一端是B，这个没有问题吧。

那为什么会有这两种线呢，因为有这样一个原则，同种设备的连接用交叉线，不同种设备的连接要用直通线。什么意思呢，就是说交换机和路由器之间相连用直通线，那交换机和交换机之间相连用交叉线。但是这里需要注意的一点是：路由器、pc、服务器被认为是同种设备，那这三个设备两两相连的时候就要用交叉线了。还有一个是交换机、集线器、中继器也被认为是同种设备，它们两两相连也是用交叉线。这个要去记住的。当然，一些老的设备，在连接的时候需要遵循这个原则，像现在的新的设备，它在连接的时候就不需要去考虑这么多，它直通线交叉线连在一起都可以去通信的。

接下来给大家讲另外一个网络介质，光纤。我们现在家里的宽带很多都是光纤的吧，现在在逐步的普及这个光纤，有个词叫做“光纤到户”，讲的就是这个意思。那为什么现在要去普及它呢？因为它速度高，可达到10gbps，而且它损耗低，可以长距离传输，一般是200多米，也有的可以达到500米。它有高抗干扰性，多用于主干，像运营商的核心网啊清一色用的都是这个光纤。光纤是沿单一方向传送信号的，因此光纤必须成对出现。这个了解一下，

光纤分成单模和多模。你们觉得是单模贵还是多模贵？我们先来看一下它们的区别，单模的直径是8/125微米，而多模是62.5/125微米，所以说单模比多模细，这也是它们为什么叫单模和多模的原因。单模的发光源是激光，多模的发光源是发光二极管LED，传输距离单模是10km，多模是2km，那综合这三点，你们觉得哪个贵一些？肯定是单模了吧，单模又细传输距离又长。它为什么传输距离会那么长呢，因为它采用的是光的直线传播原理，这样的话损耗是非常小的。那多模采用的是光的全反射原理，那这样的话就会有一定的损耗，所以传输距离没有那么长。

到此物理层的协议就讲完了，下面讲物理层的设备。讲两个，一个是集线器，一个是中继器。集线器英文名叫做HUB，它的作用就是放大信号，数据从一个接口进，从其它所有接口出。一般集线器都是四个口。它这个放大信号就只单单是放大信号，没有纠错能力的，就是说如果是错误的信息它会去把这个错误去放大。

就比如这张图，从A口进去，从BCD口出来。它的特点有哪些呢？第一，集线器是一个共享设备，所有的接口共享一个带宽。什么意思呢，就是比方说你们寝室四个人都接进来，如果有一个人流量用的特别多，那其他人肯定就网速特别慢了，共享带宽大概就是这么一个意思。【比较有意思的是，我们寝室那时候几个人用一个账号，就是共享带宽的，大家起来了之后网速就明显变慢了，我有个室友追电视剧，天天早上六点钟起床先把电脑打开去把电视剧放在下载列表之后再回床上睡觉，然后我们都起来了嚷嚷网速慢网页都打不开的时候，她一个人在那默默地看电视剧。】所以说这就是共享带宽。集线器的通信模式呢是半双工，什么是半双工啊，就比方说A这个端口，它发送信息出去，那其他接口去接收吧，那B这个端口去发送信息，所有的端口都会去接收信息，那也就是说，所有的端口都可以去发送信息、也可以去接收信息。但是，它这个端口不可以同时去发送和接收信息！同一时间只能发或者只能收，这叫做半双工。那与之对应的有全双工，就是端口可以同时的去接收和发送。还有一个单工，就是这个端口它只能接收或者只能发送。那我们生活中，你们可不可以找出几个例子它是半双工的？比如说单行车道，就一条道，这个时候车子交汇只能先让对方过去之后，对方才能开过来吧。那全双工呢？网卡，你们在下载东西的时候他还能上传数据吧，这是全双工。单工呢？收音机，它只能接收信号，不能去发送信号。好，这是关于通信模式的介绍。那正因为它是半双工，那此时A发送了一个消息，B也发送了一个消息，这时候会怎么样？就相当于单车道，左边来辆车，右边来辆车，谁也不让谁，就撞上了吧，那集线器也是一样，它也会产生冲突。

什么叫冲突？就是信号发生碰撞。那可能产生冲突的区域我们就把它叫做冲突域。那怎么去判断是不是在一个冲突域呢？就比方说AB，A发送信号的同时B也发送信号，它们会产生冲突，那AB就在一个冲突域内。那同理啊，我们可以判断出ABCD都在同一个冲突域内。那我这个时候在上面再加一个集线器，连一个主机E，它们在不在一个冲突域内呢？我们来判断一下，A发送信号，可以从上面的接口出去吧，然后传到E，那此时E也发送信号，这样就产生了冲突了吧，所以说这五台主机在一个冲突域内。那集线器连接的设备越多，产生的冲突域越大，那产生冲突的可能性也越大。那我们所以说啊，它还有个特点：集线器连接的所有设备都在同一个冲突域内。集线器连接的所有设备也在一个广播域内，广播域就是广播帧可以传输的网络范围，这个用路由器来定边界。

那这个冲突是不好的东西吧，我们就要想办法去解决它。就有了CSMA/CD技术，叫做载波侦听多路访问/冲突检测。它的作用就是在共享式网络内，降低产生冲突的概率。什么叫做共享式？就是用集线器连接的网络，它是一个典型的共享式网络。那CSMA/CD技术是如何让去解决冲突的呢，那我们就要讲一下它的工作原理。

有这个十六字。发前先听：发送数据前，检测链路是否被占用。忙则等待：若链路被人占用，则在本地随机产生一个等待时间，直到该时间超时，再次检测链路状态。空闲转发：若链路没有被占用，即可发送数据。边发边听：在发送数据的时候，产生了冲突，双方立刻停止发送，自己给自己分配一个等待时间。等待完了之后再进行第一步发前先听。那通过CSMA/CD技术只能去降低冲突发生的可能，并不能去彻底的解决。

为什么不能彻底解决呢？因为它的特性啊，每个站在发送数据之后的一小段时间内，存在着产生碰撞的可能。而且它的不确定性使得网络平均通信量远小于以太网的最高数据率。那我们怎么去彻底的解决呢？就用上层设备也就是交换机去解决，它的一个端口就是一个冲突域，换言之，交换机的端口就是冲突域的边界。

中继器和集线器很像，有点不太一样，就是它是用同轴电缆相连的，因为现在同轴电缆不怎么用了所以中继器现在也不用了。还有就是中继器是总线型，集线器是星型的。

物理层说完了接着来说局域网的数据链路层。数据链路层又被分成两个子层，一个是LLC子层，一个是MAC子层，它们两合在一起才是data link。

先说这个LLC子层，它是为上层协议提供服务访问点，并且为数据加上控制信息的。服务访问点叫做SAP，我们说每一层都有很多协议吧，对于二层来说，它怎么去区分上层的协议呢，就用这个SAP去区分，比方说用ip协议，SAP是10，用IPX协议，SAP是100，就这样去区分开来。但是我们现在一般都不去用这个SAP了，为什么呢，就是因为现在基本上都是ip协议，就不用去管它了。LLC子层是802.2。

MAC子层，它主要是和下层进行协商，负责MAC寻址和定义介质访问控制方法的。它就是去确定你使用的是哪种介质去进行传输，有三种方式，第一种是争用式。就是使用hub，网络是共享的，谁用谁就去抢，谁先抢到谁就去用。争用式一般在802.3中。第二种是轮流式，讲的就是这个令牌环网。在这个网络中，传输数据使用令牌，就是说你要发送数据你手里必须要有这个令牌才可以，没有的话就不可以发送。在令牌环的基础上我们讲过这个FDDI。第三种是交换式，就是可以全双工转发，通信速率高，这个运用的最广。

下面来讲MAC地址的组成。MAC地址的作用就是在二层表示不用的节点。这个地址是全球唯一的。它一共有48位二进制组成，一般使用十六进制去标识，那它用十六进制去标识，最大可以表示多少？12个f。在合法的MAC地址中，只能出现0-9、a-f这些符号。MAC地址是有两部分组成的，前24位是OUI，组织唯一标示符，由全球统一分配，用来表示唯一的一个厂商或者一个区域。后24位是EUI，扩展唯一标示符，由厂家自行分配的。那前24位相同表示你是同一个厂商的，那后24位相同表示可能不是同一个厂商的，但是前24位后24位放在一起，那就不可能出现一样的情况了。【打开cmd 然后ipconfig /all】可以看到MAC地址显示的是物理地址。所以说MAC地址又可以叫物理地址，还可以叫硬件地址。

那我们现在来讲MAC地址的种类，它分成三种。第一个单播MAC地址，它唯一的标示一个节点。第二个组播MAC地址，唯一的标示一群节点，类似于组号，或者是一个学校里班级号。第三个就是广播MAC地址，用来标示所有节点的。它的地址是12个f。

之前我们讲过，不管是TCP/IP参考模型还是OSI参考模型它都是对等层通信的，每一层都有自己的PDU协议数据单元，那二层的PDU是frame帧，那我们现在就来研究一下帧的格式。看一下到底是怎么封装的，我们讲二层封装要加上帧头和帧尾。它有两种，一个是标准的以太网帧格式，另外一个是802.3、IEEE规定的帧格式，我们现在用的是802.3的帧格式。先看一下传统的以太网帧格式，8字节的前导位表示帧的开始，6字节的目标MAC地址，为什么是6啊？48除以8不是6嘛对吧。6字节的源MAC地址，2字节的类型，这个类型可以表示什么？它表示上层的协议。后面是数据，46字节到1500字节不等，然后是4字节的校验，验证数据的完整性。好，这就是标准的以太网帧格式。在这个帧里，最不好的就是type，因为你一旦定义了类型，比如802.3，那你就不能放到802.4、802.5中了，这样它同一时刻只能支持一种网络。所以在它的基础之上，我们把type改成了length。然后前导符变成了七字节，后面跟上一字节的帧开始界定符。我们讲帧的大小不算前导符的，那么帧的范围是多大？64--1518字节。这是关于我们的帧格式，是必须要掌握的东西。

再来看两点：第一个目的MAC地址，目标MAC地址是干嘛的？是我们数据转发的目标吧。它可以是单播的，组播的，也可以是广播的。那源MAC地址呢？它就只能是单播的，因为源和目标肯定要有一个是确定的，这样才能对应吧。根据目标MAC地址的不同，我们把帧也划分成三种。单播帧：目标MAC地址是单播MAC地址的帧。组播帧：目标MAC地址是组播MAC地址的帧。广播：目标MAC地址是广播MAC地址的帧。那这样局域网的通信类型也可以分成三种。单播通信：实现一对一的通信，使用单播帧。组播通信：实现一对多的通信，使用组播帧。广播通信：实现一对所有的通信，使用广播帧。

看完帧，来看局域网数据链路层设备。有交换机和网桥，交换机是可以识别数据帧的，这样它就不用和集线器一样需要去泛洪找到目标了吧，但是当交换机接收到了一个广播帧，它会从其他接口发出去吧，所以说，交换机所有的接口都在一个广播域中，广播域之前有提到，就是一个广播帧可以到达的区域叫做广播域。那它可以用上层设备去解决吧？那就用三层交换机或者路由器，它们一个借口就是一个广播域，之前书上有说广播域的边界是路由器，就是这个道理。

继续，来看数据链路层的流量控制。它分为两种。第一种是在半双工情况下的，叫做背压式流控，就是发送方发送数据不断的发，接收方能力有限，你发的太多了我接收不过来，这样多的数据会被丢弃，那为了去让它发送的慢一点，那我就反向发送一个电压信号，那发送了这个信号，由于它是半双工，那就和过来的数据产生了冲突，一产生冲突，那对端就不发了吧。那在全双工里就采用pause流控，pause流控里它专门留了一个MAC地址，目标MAC地址是0180.C200.0001，当发送者接收到这样的帧之后它就会知道我发送的快了或者链路出现问题了暂时先停止发送。这是两种流量控制的方式。

我们再看主要的局域网技术。有以太网，令牌环、FDDI。现在主要事用以太网，它分成标准以太网，快速以太网和千兆以太网还有万兆以太网。标准以太网是10M，用Ethernet去标示，快速以太网是100M，用fastEthernet表示，千兆以太网是1000M，用gigabitEthernet表示。它们表示接口的时候分别表示为E0/0、F0/0、G0/0，标准以太网是半双工，快速以太网和千兆以太网是全双工，这个了解一下。

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