2014年全国计算机技术与软件技术（水平）考试—网络工程师笔记
IEEE802.3z 千兆以太网 IEEE802.3ae 万兆以太网
IEEE802.4 令牌总线标准 taken bus IEEE802.5 令牌环标准 taken ring IEEE802.10 局域网安全机制 IEEE802.11 无线局域网标准
2.3 数据链路层分为两个子层：目的是将与硬件相关和与硬件无关的部分分开。 逻辑链路控制子层（LLC）：目的是屏蔽不同子层的访问控制方法，向高层提供统一的服务和接口。LLC帧结构如下图： DSAP（8位） SSAP（8位） AC（8位或16位） DATA DSAP第1位为地址标识，后7位表示端口号。
SSAP第1位为命令或响应标识。广播地址用I/G=1表示
LLC地址作为LLC层的服务访问点，一个上层协议进程可以有多个服务访问点。 LLC协议与HDLC协议兼容。主要提供如下3种服务：
A、无确认无连接的服务，不提供流控与差错控制，由高层软件完成。 B、面向连接方式服务，提供流控和差错控制，需要建立连接。 C、有确认无连接，提供有确认的数据报，但不建立连接。 介质访问控制（MAC）：局域网中，所有设备共享传输介质，需要一种方法有效的分配传输介质使用权。
根据控制方式不同分为同步和异步
同步传输：顺序连续传输，在传输前进行同步，然后传输双方以相同频率工作，适用于短距离高速数据传输
异步传输：各个字符分开传输，字符间插入起始位和终止位的同步信息，通常还需加入校验信息，适合长距离传输。 异步分配方法分为循环（令牌、FDDI）、预约（IEEE802.6定义的DQDB）和竞争（CSMA/CD） 2.4 IEEE802.3标准（CSMA/CD协议）
CSMA/CD协议在发送数据前，先监听信道上是否有载波信号，有则说明信道忙，否则信道空闲，按照预定策略决定： 2.4.1监听算法有3种：（轻负载时效率较高）
A、非坚持型监听算法：当一个站准备好数据帧，发送前先监听信道，如果信道空闲则立即发送（1），否则后退一个随机时间，在重复（1）。该方法信道利用率低，增加了发送时延，减小了冲突概率。
B、1-坚持型监听算法：当一个站准备好数据帧，发送前先监听信道，如果信道空闲则立即发送，如果信道忙则继续监听，直到信道空闲后再发送。该方法有利于抢占信道，减少信道空闲时间，但增加了冲突概率
C、P-坚持型监听算法：如果信道空闲则以P概率发送，以（1-P）概率延迟一个时间单位（1）（一个时间单位等于网络传输时延），如果信道忙则继续监听，直到信道空
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闲转到（1），如果发送延迟一个时间单位，则重复（1）。该方法吸取上述两种算法的优点。
2.4.2冲突检测
载波监听只能减小冲突概率，不能完全避免冲突。为充分利用带宽应采取边发送边监听的冲突检测方法：
（1）发送期间同时接收，并把数据与站中存储的数据进行比较； （2）如果结果一致，则说明没有冲突，重复（1）
（3）如果结果不一致，则说明发生冲突，此时立即停止发送，并发送一个干扰信号Jamming，使所有站停止发送，并等待一个随机的时间，重新监听，并试着发送。 2.4.3二进制指数退避算法
按照该算法，后退时延的取值范围与重发次数n形成二进制指数关系。随着n的增减后退时延取值按2的指数增大。
为避免无限制的重发，对重传次数n进行限制。一般n=16时停止发送，丢弃该帧，并向上层报告。
该算法把后退时延的平均值与负载大小联系起来，因此二进制指数退避算法能够解决在重负载下有效分解冲突的问题 2.4.4 CSMA/CD协议实现
对于基带和宽带总线来说，CSMA/CD协议的实现方法基本相同，但也有差别： 差别一：（载波监听）基带系统是通过检测电压序列来实现载波监听，而宽带系统是监听站接受RF载波（射频）来判断信道是否空闲。 差别二：（冲突检测）基带系统是把直流电压加到信号上来检测冲突；宽带系统有两种方法来检测冲突：（1）把接收数据与发送数据逐位比对；（2）分裂配置，在端头检测是否有破坏的数据，这种数据的频率与正常的数据频率不同。
CSMA/CD协议的载波监听、冲突检测、冲突强化、二进制指数后退等功能均由硬件来实现，这些硬逻辑包含在网卡中。网卡中的主要器件是以太数据链路控制器。
在IEEE802.3中使用1-坚持型监听算法，这个算法有利于抢占信道，减少空闲，同时实现简单，在监听到网络空闲后，不立即发送而是等待一个最小帧间间隔(规定为9.6us)时间，只有在这期间网络空闲才能开始发送。
在发送过程中继续监听，如果冲突，则发送55555555这是规定的阻塞信号。
接受站要对接受到的数据进进行校验，除了CRC校验，还要检查帧长度，如果小于最小帧长（64字节）则认为是碎片。 线路利用率：
dtft11dRE????其中a?p?v?
dLa?1LvLtp?tftptf??1vRRtfLRa（Rd乘积）越大，线路的利用率越低
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tp传播时延，信号在线路上传播的时间； tf传输时延，数据帧加载到线路上所需时间；
d为线缆长度v为信号传播速率；L为帧长R为数据速率 2.5 以太网帧结构： 7 1 2/6 2/6 2 46-1500 0-46 4 P SPD DA SA L DATA PAD FCS P为前导码，长度7个字节，1010..1010，用于使接收端进入同步状态 SPD帧起始符，占1位，10101011，标识信息帧开始。 DA/SA（目的/源地址）占2个或6个字节。
L数据字段长度，占2个字节，表示DATA字段长度及上层协议，OX0800表示上层协议为IP协议；OX8137表示上层协议为IPX协议。
PAD填充字段，不大于46字节，主要解决帧不足64字节时，要加入填充位，使其满足要求。
DATA数据字段，长度小于1500字节。用于存放高层LLC信息。 FCS帧校验序列，占4字节，采用CRC字节。 最小帧长为64字节，最大帧长1518字节。 最短帧长计算：
Lmin?2L,Lmin为最小帧长，R为数据速率，L为两点间距离，vRv为信号在介质中传播速率。
2.6 高速以太网：
2.6.1、快速以太网（100Mb/s），标准为IEEE802.3u
与传统以太网采用相同的帧格式、相同的介质访问控制方法（CSMA/CD协议）、相同的接口和相同的组网方法。
100BaseT4 ：使用3对4类UTP，其中一对用于碰撞检测。
100BaseTX：使用2对5类UTP，一对用于接收，一对用于发送。 100BaseFX：使用光纤 为能够检测到冲突，采取保持最短帧长（64字节）不变，将介质长度减少到100米，帧间间隔为0.96us(传统以太网为9.6us)，采用4B/5B编码传统（传统以太网采用曼彻斯特编码）。
2.6.2、千兆以太网（1000Mb/s），标准为IEEE802.3z
在1000Mbps的模式下，允许有全双工和半双工两种工作方式，与传统以太网采用的相同帧格式，在半双工模式下，采用CSMA/CD协议，在全双工不需要采用这种协议。IEEE802.3z，采用了帧突发方式，使一个站可以连续发送多个帧。 1000BaseTX：使用4对5类UTP，最大段长100米 1000BaseCX：使用2对STP，传输长度25米
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1000BaseLX：使用多模光纤传输距离550米，使用单模光纤传输距离为5千米。 1000BaseSX：使用多模光纤传输距离550米 2.6.3、万兆以太网（10Gb/s），标准为IEEE802.3ae 与传统以太网采用的相同帧格式、最小和最大帧长。仅支持全双工模式，不采用CSMA/CD协议，仅支持单模或多模光纤，不支持双绞线。定义了两种物理层：一种是局域网物理层，另一种是广域网的物理层。 2.7 虚拟局域网： 2.7.1、VLAN
VLAN（虚拟局域网），是一种将局域网设备从逻辑上划分成一个个网段，从而实现虚拟工作组的新兴数据交换技术。
VLAN技术解决了局域网互联时无法限制广播的问题，每个VLAN一个广播域，同一VLAN内的主机通信跟一个LAN内一样，不同VLAN之间不能通信，如果需要通信，需要增加路由设备（三层交换机或者路由器）。 划分方法：
1、基于端口的划分（属于静态划分VLAN，其余属于动态划分） 2、基于MAC地址的划分 3、基于网络层的划分 4、基于IP组播划分 5、基于规则划分 划分VLAN优点：
（1）控制网络流量，有助于控制广播风暴，减小冲突域、提高带宽利用率 （2）提高网络安全性。
（3）灵活的管理网络，可以突破地理位置限制而根据管理功能来划分网络。 2.7.2、VLAN的中继模式（Trunk）
目前有两种通用标准，即IEEE802.1Q和Cisco ISL，后者仅适用于Cisco设备。IEEE802.1Q在原来的以太网帧中增加了4个字节的帧标记字段。
交换机支持的封装协议有dot1q和ISL两种。ISL最多支持1024个vlan；而dot1q支持4096个vlan，其中两个保留，因此可用4094个
在划分VLAN的交换机上，端口分为两种：接入链路模式（Access）和中继链路模式（Trunk）。
接入链路模式：只能传送属于单个VLAN的数据包，所有端口均属于同一广播域。 中继链路模式：在进入中继端口前，在交换机的数据包中增加VLAN标记，在中继链路另一端的交换机不仅要根据目标地址，还要根据数据包中的VLAN标记进行决策。 2.7.3、VTP协议与VTP修剪
VLAN中继协议VTP用于在交换网络中简化VLAN管理。VTP协议在交换网络中建立多个管理域，同一管理域共享VLAN信息，一台交换机只能参加一个管理域，不同管理域的交换机不能共享VLAN信息。
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VTP协议可以在一台交换机上配置所有VLAN信息，配置信息通过VTP报文发送到管理域内的所有交换机上。 VTP3种模式：（新交换机出厂时默认配置为VLAN1，VTP为服务器模式） 服务器模式（server）：服务器上可以创建、删除、修改VLAN信息，服务器会自动将这些信息广播到同一域内的其他交换机上。 客户模式（client）：客户模式，不允许交换机上创建、删除、修改VLAN信息，只能被动接受服务器的VLAN信息。 透明模式（transparent）：透明模式下可以创建、删除、修改VLAN信息，但不广播自己的VLAN信息，它可以接收服务器发来的VLAN信息，但不使用，而是直接转发给别的交换机。
VTP修剪：静态修剪 动态修剪
静态修剪：手工剪除中继链路上不活动的VLAN。
动态修剪：允许交换机之间共享VLAN信息，也允许交换机从中继链路上动态的剪除不活动的VLAN，使所得的所有VLAN都是活动的。当一台交换机端口加入新的VLAN时，则立即向周边交换机发送VTP报文，通知其他交换机，有新的VLAN加入。 2.8 生成树协议：IEEE802.1d，总延时为50s 根桥的确定：（1）交换机ID最小（2字节的优先级和6字节MAC地址组成） （2）优先级值越小优先级越高，优先级高的的为根桥 （3）优先级相同，MAC地址最小的为根桥 根端口确定：（1）最小路径开销的端口为根端口
（2）如果路径开销相同，取端口标识最小的为根端口。
端口开销规定：10G端口开销为2；1000M端口开销为4；100M端口开销为19；10M端口开销为100 端口状态：
阻塞：仅监听BPDU，不转发数据帧，也不学习接受帧的MAC地址，延时20s,
防止启动交换机过程中产生交换环路。
监听：相互学习BPDU的信息，以便交换机可以学习网络中其他交换机的信息，
延时15s。此时不学习MAC帧的地址，不转发数据帧。
学习：处理学习到的BPDU信息，开始计算生成树协议。学习MAC地址，建立
地址表，但不转发数据帧，该状态维持15s。
转发：可以发送或监听BPDU（用桥协议数据单元来传递交换机之间的生成树
协议的信息），也可以转发数据帧
禁用：端口不参与生成树协议，不监听也不发送BPDU，也不转发数据帧。
Portfast、uplinkfast和backbonefast简介 Portfast（端口快速），使端口从阻塞状态快速恢复到转发状态，以达到快速收敛的目的。用于所有阻塞端口。
Uplinkfast（上行快速）使端口从阻塞状态快速恢复到转发状态，只用于接入层交换
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2017年软考网络工程师整理笔记
