第四章 局域网和城域网（很重要）
考点分析
4-1 局域网基础
4-1.1 局域网与城域网体系架构 IEEE
应用最广的就是802.3和802.11。
4-1.2 局域网拓扑结构
局域网的主要特征由网络的拓扑结构、所采用的协议类型，以及介质访问控制方法决定。
局域网的拓扑结构是指连接网络设备的传输介质的铺设形式，局域网的拓扑结构主要由星型、总线型、环型和混合型。
4-2 CSMA/CD
对总线型、星型和树型拓扑访问控制是CSMA/CD（载波侦听多路访问/冲突检测）
基本原理：发送数据前，先监听信道上是否有人在发送，若有，说明信道正忙，否则则说明信道是空闲的，然后根据预定的策略决定：
4-2.1 CSMA/CD三种监听算法
1.非坚持型监听算法：后退随机时间
2.1-坚待型监听算法：继续监听，不等待
3.P-坚持型监听算法
练习题：
4-2.2 冲突检测原理
载波监听只能减小冲突的概率，不能完全避免冲突。当两个帧发生冲突后，若继续发送将会浪费网络带宽。为了改进带宽利用率，发送站应采用边发边听的冲突检测方法，即：
练习题
4-3 二进制指数退避算法
4-3.1二进制指数退避方法工作原理
原理：1.检测到冲突后，马上停止发送数据，并等待随机时间在发送数据
2.
如果重传16次后，认为网络繁忙或故障，不在尝试发送。
练习题：
4-4 最小帧长计算
4-4.1 最小帧长计算
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
不冲突条件：发送时间>= 传送时间+确认时间
练习题
4-5 以太网帧结构和物理层标准
4-5.1 以太网帧结构
前面7+1字节用于时钟同步，不算入帧长。数据46-1500字节，不够至少填充到46字节。校验位4字节，CRC循环冗余校验32位。
最小帧长64字节：6+6+2+46+4=64
最大帧长1518字节：6+6+2+1500+4=1518
4-5.2 以太网报文封装
练习题
4-5.3 802.3以太网（10M）
物理介质命名规范 ： <传输速率Mbps><信号方式><最大传输速率（百米）或介质类型>
4-5.4 快速以太网802.3u（100M）
快速以太网是历年考试重点，需要掌握几种标准的传输介质（使用2对还是4对，采用屏蔽线还是非屏蔽线。UTP为非屏蔽双绞线，STP为屏蔽双绞线）。其中，100-Base-TX采用4B/5B编码。
练习题
4-5.5 千兆以太网（1000M）
千兆以太网两个标准802.3z和802.3ab（1000BASE-T），千兆需要四对双绞线，达到100米传输。
1000BASE-LX标准可以使用单模和多模光纤传输。
练习题
4-5.6 万兆以太网802.3ae（10G）
万兆以太网标准：IEEE802ae，支持10G速率，可用光纤或双绞线传输
万兆以太网基本应用于点到点线路，不再共享带宽，没有冲突检测，载波监听和多路访问技术也不再重要。万兆以太网和传统以太网采用同样的帧结构。
练习题
4-6 虚拟局域网VLAN
4-6.1 VLAN基础
虚拟局域网（VLAN）：
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VLAN通信必须经过三层设备：路由器、三层交换机、防火墙等。
虚拟局域网工作站可以不属于同一物理网段。任何交换端口都可以分配给某个VLAN，属于同一VLAN的所有端口构成一个广播域。
冲突域和广播域：一个中继器和集线器是一个冲突域，一个VLAN为一个广播域，交换机的一个接口为一个冲突域。
4-6.2 冲突域
冲突域是指连接在同一共享介质的所有节点的集合，冲突域内所有节点竞争同一带宽，一个节点发出的报文，其余节点都可以收到。
4-6.3 广播域
广播报文所能到的整个访问范围称为二层广播域，简称广播域，同一广播域内的主机都能说到广播。
练习题
4-6.4 交换机VLAN划分
静态划分VLAN：基于交换机端口
动态划分VLAN：基于MAC地址、基于策略、基于网络层协议、基于网络层地址。
4-6.5 VLAN划分配置
1.静态划分VLAN。手动把交换机的某些接口加入到某个VLAN中，配置如下：
2.动态划分VLAN。根据MAC地址、网络层地址、网络层协议、IP广播域或管理策略划分。
1）基于MAC地址进行VLAN划分配置
2）基于策略进行VLAN划分配置
4-6.6 VLAN作用
4-6.7 802.1Q标签
802.1Q标签字段，重点掌握PRI和VID
PRI(3位)：priority表示优先级，提供0-7共8个优先级，当有多个帧等待发送时，按优先级顺序发送数据包。
VID（12位）：即VLAN标识符，最多可以表示2的12次方等于4096个VLAN，其中VID0用于识别优先级，VID4095保留未用，所以最多可以配置4094个VLAN。默认管理VLAN是1，不能删除。
交换机添加或删除VLAN标签的过程由专用硬件自动实现，处理速度很快，不会引入太大的延迟。
从用户角度看，数据源产生的标准的以太帧，目的接收的也是标准的以太帧，VLAN标记对用户是透明的。
4-6.8 交换机端口类型
Access接口：只能传送单个VLAN数据，一般用于连接PC/摄像头等终端。
Trunk接口：能传送多个VLAN数据，一般用于交换机互联。
Hybrid接口：混合接口，包含access和trunk属性
QinQ：双层标签，一般用于运营商城域网。
练习题
4-7 生成树协议
4-7.1 生成树背景
交换机单链路上行，存在单点故障，线路和设备都不具备冗余性。
任何一条链路或设备故障，网络将面临断网。
为了解决这个问题，往往会采取解决冗余的问题。
但是会带来二层环路问题–广播风暴
广播风暴对网络危害特别大，将严重消耗设备CPU资源及网络带宽。
–MAC表震荡
存在广播风暴，PC会在1口和2口反复震荡。
实操解决：关闭交换机的接口。
采用生成树（Spanning-tree）技术，能够在网络中存在二层环路时，通过逻辑阻塞（Block）特定端口，从而打破环路，并且在网络出现啊你拓扑变更时及时收敛，保障网络冗余性。
在网络出现拓扑变更时及时收敛，保障网络冗余性。
4-7.2 网桥ID
桥ID一共八个字节，由2个字节优先级和6个字节的MAC地址构成。越小越优先。
桥优先级默认位32768，可以手动修改。
4-7.3 路径开销
路径开销时一个端口量，是STP/RSTP协议用于选择链路的参考值。
端口路径开销的默认值及取值范围由选定的路径开销算法决定，路径开销与端口带宽成反比。
华为设备路径开销标准由：802.1d-1998，802.1t及私有的legacy，默认位802.1t标准。
4-7.4 STP选举操作（*重点）
1.确定一个根桥（Root Bridge）（选优先级和MAC地址最小的网桥）
2.确定其他网桥的根端口（Root Port）（非根桥的端口到根桥最近的端口）
3.每个段选择一个指定端口（Designated Port）（先选指定桥，指定桥上为指定端口）
常用方法：先选指定桥，指定桥跟的接口就是指定接口。或者从中间看哪个更近。
4.选出非指定端口（NonDesignated Port）
4-7.5 STP案例分析
4-7.6 几种生成树协议
生成树协议：802.1d STP（慢，拓扑收敛需要30-50s）
快速生成树协议802.1w RSTP（快，6s内完成收敛）
多生成数协议802.1s MSTP （实现多个VLAN负载均衡）
练习题
4-8 城域网基础
4-8.1 城域网
1.E-LAN技术是802.1Q的VLAN帧标记，双层标记，打了两层VLAN标签，这种技术被定义为IEEE802.1ad，也成为QinQ技术。
QinQ实际是把用户VLAN嵌套在运营商城域以太网VLAN中传送。
2.IEEE802.1ah，也称为PBB，也叫MAC-IN-MAC技术。
练习题
章节总结
