局域网基本原理

数通 · 2022-09-04 · 38 人浏览
局域网基本原理

什么是局域网

局域网在我们刚介绍网络类型的时候浅谈过
通常是指一个小范围的网络

局域网的演变、主要技术

早期局域网
常见的局域网技术、以太网[Ethernet]令牌环FDDI(分布式光纤接口)
由于以太网具有开放、简单、易于实现、易于部署的特性,被广泛运用至今,而FDDI、令牌环已被淘汰取代。

以太网技术

早期以太网
早期以太网技术是以总线型拓扑的网络或者以集线器为核心的星型网络
IEEE802.3规定了10Mpbs的以太网标准,为最早期的以太网标准
而物理层所定义的线缆标准中有早期常见的三种标准线缆:
10BASE5[粗同轴线缆]
10BASE2[细同轴电缆]
10BASE-T[双绞线]
早期常见线缆
其中,前两种同轴电缆采用物理为总线型拓扑以太网,只有最后一种双绞线采用物理的星型拓扑以太网。
而10BASE-T的核心物件就是集线器[Hub],早期网络互联互通就是用的集线器来实现的,集线器的本质是总线型共享网络设备,负责将网络中的多个设备连接到一起,所以10BASE-T本质其实也是总线型,只不过在物理层面展现出来的就是一个星型拓扑结构。
物理层面显为星型网络

冲突域

由于早期以太网采用的是共享式网络技术,两台设备在发送信息时
两者会争抢同一条带宽,会造成我们线路拥堵冲突,这就是我们的冲突域。
总线型网络冲突域

在共享式以太网中,所有的终端主机都处于同一个冲突域中,中端设备共享总线带宽。
在交换式以太网中,交换机的每个端口对应一个独立的冲突域,中端设备独享带宽

如何解决这个问题,我们引入了CSMA/CD-载波监听多路访问技术运用在网卡上
他的工作流程是让终端设备不停检测共享链路的状态
1.如果线路空闲,则可以发送数据
2.如果线路不空闲,则一直排队等待
3.如果有另外一个设备同时发送数据,产生冲突,会导致线路不稳定,终端设备检测到这种信号后,立马停止发送自身数据,并且向总线上发送干扰信号,告知其他设备线路不稳定,等待一段时间后在进行数据发送。

总的概括为以下几句话
先听后发
边发边听
冲突停发
随机延迟后发

不过现在的以太网架构都是交换以太网
共享以太网已被交换以太网取代。

关于冲突域的知识我们知道以下几个概念
冲突域是指设备发送数据会产生冲突的一个范围
交换机的每一个端口都属于一个独立的冲突域
集线器的所有接口都在一个冲突域内

MAC地址

在以太网中,用计算机的MAC地址来作为自己的唯一标识
MAC地址为二进制48为,通常以12位的十六进制数表示,例如:
00-E0-FC-01-23-45
MAC地址
MAC地址固化在网卡ROM中,在你主板生产出厂的时候就已经写入固定的MAC地址,MAC地址具有全球唯一性,所以也可以叫他物理地址。
在后面交换机原理的学习中我们会详细阐述他的作用,我们这里只对它做最基本的概述。

局域网中常见的线缆

  • 双绞线

就是咱们现在常见的5类、6类网线
也被叫做双绞线,一共有两种线序
T568A[绿白绿、橙白蓝、蓝白橙、棕白棕]
T568B[橙白橙、绿白蓝、蓝白绿、棕白棕]
这两类线序构成了直通线和交叉线,并且引出了我们的接口
目前市面上在用的接口大部分是我们的RJ45水晶头、和RJ-11电话水晶头
RJ45水晶头
没错就是这玩意,网线头子,RJ11要小些也和这个类似。
两者的传输距离都在100M+

关于直通线和交叉线我们只需了解下面内容:

直通线就是接口两端线序相同(网线两端)
交叉线就是接口两端线序不相同(网线两端)
  • 光纤

光纤是现大型数据中心主流的接口线缆
因其可承载超高的传输带宽而深受青睐
具有一下几个优点

  1. 传输带宽高(截止2021年已有企业制作出传输速率能达到400Gbps/s的光纤线缆)
  2. 传输距离远(这里指单模光纤通常能传输距离能达70+公里)
  3. 可靠性高(个人觉得不怎么高,轻微弯折就会导致光纤折断或光衰减过大)
  4. 安全性好

光纤又被分为多模光纤-multi-mode fiber单模光纤-single-mode fiber

  • 单模光纤

只传输一种光源,纤芯较细,通常只有几微米的纤芯,因为纤芯较细,所以光几乎不会发生反射,从而让单模光纤具有较长的传输距离,因为对于光纤制造工艺的要求,所以单模光纤的成本高于多模光纤。应用常见于远距离传输。

  • 多模光纤

可以在纤芯内传递多种光源,纤芯较粗,光会在纤芯内全反射,因此多模光纤的传输距离较短,适合近距离传输,对于制造要求也没有单模光纤那般高,因此成本也较低

总结一下这两个线缆各自的优点

单模光纤
纤芯较细只传递一种光源
传输距离远、成本高

多模光纤
纤芯较粗可传递多种光源
传输距离近、成本低

光纤的接口分为一下几个类:
ST:圆形卡接式光纤接头
FC:圆形带螺纹光纤接头
SC:矩形插接式光纤接头
LC:由 LUCENT 开发的一种微型连接器
MT-RJ:一头双纤、收发一体,节约设备面板空间
MTP/MPO:一种特殊类型的多光纤连接器
光纤接口
光纤接口

局域网设备所使用的接口

  • MDI/MDIX

普通主机和路由器等网卡接口通常为MDI型[Medium Dependent Interface]
而以太网交换机、集线器所使用的端口类型通常为MDIX型[Medium Dependent interface crossover],这便产生了我们接线问题,我们只需要记住以下口诀

同类设备互联,采用交叉线缆
异类设备互联,采用直通线缆

几个以太网协议以及速率

了解即可

  • 快速以太网和千兆以太网(我们现在绝大部分光纤入户的带宽速率)

快速以太网和千兆以太网

  • 万兆以太网(爱折腾的玩家喜欢搞)

万兆以太网#1
万兆以太网#2

  • 超高带宽以太网(这玩意大型IDC以及云服务厂商用得到)

超高带宽以太网

WLAN无线局域网

就是咱最熟悉的WIFI,基于协议IEE802.11,通过射频(RF)技术,取代双绞线构成的局域网,具有以下几个优点

  1. 部署灵活(没有复杂的布线需求)
  2. 使用场景丰富(商店、广场、机场等各公众场合)
  • WLAN技术的发展里程

WLAN技术
现在基本上国内的入户宽带无线路由器已经支持wif6
而在今年还正式推出了WIFI7

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