链路层子层

网络适配器

曼彻斯特编码

局域网地址和ARP

mac地址

ARP 地址解析协议

期限

以太网

以太网基础知识

以太网的分类及发展

WLAN（无线局域网）

集线器、网桥和交换机

中心

桥

转变

PPP（Point-to-Point Protocol）点对点协议

链路层协议用于通过单段链路传输数据包。链路层协议定义链路两端主机之间交互的数据包格式。

(PDU)，以及这些节点在发送和接收数据包时采取的操作。链路层协议交换的数据单元是帧），每个链路层帧通常封装一个网络层数据报。

链路层协议在发送和接收帧时采取的操作包括错误检测、重传、流量控制和随机访问。链路层协议包括以太网、802.11 WLAN、令牌环、PPP；在许多情况下，ATM 也被视为链路层协议。

网络层的任务是将元数据报文段从源主机端对端地传输到目的主机，而链路层协议的任务是将网络层数据报从一个节点到另一个节点通过一个单一的协议进行传输。路径中的链接。链路层的一个重要特征是数据报可以在沿途的不同链路上由不同的链路层协议进行处理。例如：数据报可能在第一个链路上由以太网处理，在最后一个链路上由PPP 处理，而在其间的所有链路上由帧中继处理。不同的链路层协议提供的服务可能不同。例如：链路层协议可能会也可能不会提供可靠的传输。因此，网络层必须能够完成端到端的工作，同时各链路层提供异构服务。

4.1.1 链路层提供的服务

TCP/IP协议族中链路层的主要功能有3个：

1.为IP模块发送和接收IP数据帧；

2.向ARP模块发送请求并接收响应；

3.发送和接收安全准入模块的控制信息。链路层协议提供的服务包括：

· 成帧：所有链路层协议在将网络层数据报传输到链路之前将其封装在链路层帧中。帧由一个数据字段和几个头字段组成。网络层数据报被插入到数据字段中。 （帧还可能包括尾部字段；但是，我们将标头和尾部字段合并为标头字段。）帧的结构由数据链路协议指定。

· 链路访问：媒体访问控制（MAC）协议定义了链路上帧传输的规则。对于一端只有一个发送方、另一端只有一个接收方的点对点链路，MAC 协议很简单（或不存在），这意味着发送方可以在链路空闲的任何时候发送帧。更有趣的情况是当多个节点共享广播链路时，即所谓的多路访问问题。

· 可靠传输：当链路层协议提供可靠传输服务时，保证各网络层的数据报无差错地通过链路层。与传输层（TCP）的可靠数据传输服务类似，链路层的可靠传输服务也是通过确认和重传来获得的。

· 流量控制：流量控制用于在发送或接收缓冲区开始溢出时向源地址发送阻塞信号，以防止端口拥塞时帧丢失。流量控制可以有效防止瞬间大量数据对网络的冲击，保证用户网络高效稳定运行。

· 纠错：纠错与错误检测类似。不同的是，接收方不仅可以检测帧中是否引入了错误，还可以准确地确定帧中出现错误的位置。

· 半双工和全双工：采用全双工传输时，链路两端的节点可以同时传输数据包。当使用半双工传输时，节点不能同时发送和接收。

4.1.2 链路层子层

IEEE802系列标准将数据链路层分为两个子层：LLC（Logical Link Control，逻辑链路控制）和MAC（Media Access Control，媒体访问控制）。 LLC子层在IEEE802.2标准中定义，并为802标准系列所共享；而MAC子层协议则依赖于它们各自的物理层。 IEEE802.15.4的MAC层可以支持多种LLC标准。它通过SSCS（Service-Specific Convergence Sublayer，服务相关汇聚子层）协议承载IEEE802.2 Type 1 LLC标准，也允许其他LLC标准直接使用IEEE802。 15.4 MAC层服务。

划分LLC和MAC子层的原因：

· LAN基本上采用共享媒体环境，因此数据链路层必须考虑媒体访问控制机制；

· 媒体访问控制机制与物理媒体、物理设备、物理拓扑等涉及硬件实现的部分直接相关；

· 分为两个子层，保证各层服务的透明性，并在形式上与OSI模型保持一致。

· 使整个架构更具可扩展性，以适应未来新的媒体和媒体访问控制方法。

· LLC 逻辑链路控制子层

LLC子层在IEEE802.2标准中定义，由802标准系列共享；而MAC子层协议则取决于各自的物理层。 IEEE802.15.4的MAC层可以通过SSCS（Service-Specific Convergence）支持多种LLC标准

Sublayer，业务相关的汇聚子层）协议承载了IEEE802.2 Type 1 LLC标准，也允许其他LLC标准直接使用IEEE802.15.4的MAC层服务。

数据链路层的LLC子层用于错误控制、流量控制、数据报的分段和重组以及设备之间单个连接的数据报的顺序传输。

与MAC 层不同，LLC 与物理介质无关。无论介质是CSMA/CD 的802.3 还是802.5 的令牌环，都没有关系。它独立于LAN 中的802.2。 LLC 之上的网络层对于不同的服务可以是无连接的、反应式无连接的或面向连接的。

LLC使用业务接入点SAP来访问上层协议。借助SAP，该站点只需使用LLC 层的一个接口即可同时使用多个高层协议。 SAP是一个简单的地址或协议ID，内容是一个空的LLC帧。 LLC协议数据单元（LLCPDU）是LPDU。包括：DSAP（目标SAP）/SSAP（源SAP）；控制字段（Controlfield），定义吞吐量优先级；以及包含数据的信息字段。在接收端，DSAP，例如协议ID，是要传递的消息。通常DSAP和SSAP是相同的，因为两端只能在相同的协议内进行通信。例如，当SAP为AA时，则代表SNAP（子层访问协议）。 SNAP 是一种用于访问协议服务的非标准化或特定于供应商的协议。例如SAP为06时，代表IP协议； SAP为FO时，代表NetBIOS（网络基本输入/输出协议）。 SAP for FF 代表广播全局协议。

· MAC 介质访问控制子层

MAC主要负责控制和连接物理层的物理介质。在发送数据时，MAC协议可以预先判断数据是否可以发送。如果可以发送，就会在数据中添加一些控制信息，最后将数据和控制信息以指定的格式发送到物理层；在接收数据时，MAC协议首先判断输入信息以及是否发生传输错误。如果没有错误，则删除控制信息并将其发送到LLC（逻辑链路控制）层。

无论是在传统的有线局域网(LAN)中，还是在当前流行的无线局域网(WLAN)中，MAC协议都被广泛使用。在传统的局域网中，各种传输介质的物理层都对应着相应的MAC层。目前常用的网络采用IEEE 802.3 MAC层标准和CSMA/CD接入控制方法；在无线局域网中，MAC对应的标准是IEEE 802.11，其工作模式采用DCF（分布式控制）和PCF（集中控制）。

4.1.3 网络适配器定义

将计算机、工作站、服务器和其他设备连接到网络的通信接口设备。在许多情况下，它是一个单独的网络接口卡(NIC)，或“网卡”。

网络适配器也称为网卡或网络接口卡（NIC），英文名称为NetworkInterfaceCard。网络适配器的核心是链路层控制器，它通常是单个专用芯片，实现许多链路层服务，包括成帧、链路访问、流量控制、错误检测等。网络适配器是连接计算机的设备到互联网。所谓网卡就是连接PC机和计算机的设备

用于LAN 连接的网络适配器。网卡（NIC）插在计算机主板插槽中，负责将用户要传输的数据转换成网络上其他设备可以识别的格式，并通过网络介质进行传输。其主要技术参数有带宽、总线模式、电接口模式等。

网络类型：

现在比较流行的有以太网、令牌环网络、FDDI网络等，选择时应根据网络类型选择相应的网卡。

传输速率：

网卡的传输速率应根据服务器或工作站的带宽要求以及物理传输介质能够提供的最大传输速率来选择。以以太网为例，可用的速率包括10Mbps、10/100Mbps、1000Mbps，甚至10Gbps。不过，比率越高，就越适合。

总线类型：

计算机中常见的总线插槽类型有：ISA、EISA、VESA、PCI和PCMCIA等。服务器上通常使用PCI或EISA总线的智能网卡，工作站上使用PCI或ISA总线的普通网卡，笔记本电脑上使用PCMCIA总线网卡或具有并行接口的便携式网卡。

网卡支持的电缆接口：

网卡最终是连接网络的，所以必须有一个接口，通过该接口可以将网线连接到其他计算机网络设备。不同的网络接口适用于不同的网络类型。目前常见的接口有以太网的RJ-45接口、细同轴电缆的BNC接口、粗同轴电AUI接口、FDDI接口、ATM接口等。

(1)RJ-45接口：这是最常见的网卡，也是应用最广泛的接口类型网卡。这主要得益于双绞线以太网应用的普及。

(2)AUI接口：这种接口类型的网卡适用于使用粗同轴电缆作为传输介质的以太网或令牌网络。这种接口类型的网卡目前非常少见。

(3)FDDI接口：该接口的网卡适配FDDI(光纤分配数据接口)网络。该网络的带宽为100Mbps，但其使用的传输介质是光纤。

(4)BNC接口：该接口网卡适用于以细同轴电缆为传输介质的以太网或Token网络。目前，这种类型的接口卡不太常见，主要是因为采用细同轴电缆作为传输介质。媒体网络相对较少。

(5)ATM接口：这种接口类型的网卡用于ATM（异步传输方式）光纤（或双绞线）网络。可提供高达155Mbps的物理传输速度

网络适配器的主要功能

1 是主机和媒体之间的桥梁设备

2 实现主机与介质之间的电信号匹配

3 提供数据缓冲能力

4、控制数据传输的功能（网卡一方面负责接收从网络上传的数据包，解包后通过总线将数据传输到本地计算机；另一方面将数据打包本地计算机上的数据并将其发送到网络。）

图4-1 网络适配器

如上图所示，适配器的主要部分是总线接口和链路接口。总线接口负责与适配器父节点通信。它在适配器和父节点之间传输数据和控制信息。链路接口负责实现链路层协议。除了组帧数据报和接收电路之外。对于常用的链路层技术（例如以太网），链路接口是使用市售芯片组来实现的。

4.1.4 曼彻斯特编码

曼彻斯特编码，也称为相位编码（PE），是物理层用来对同步比特流的时钟和数据进行编码的同步时钟编码技术。曼彻斯特编码用于以太网媒体系统。曼彻斯特编码提供了一种简单的方法来对简单的二进制序列进行编码，而无需长时间的转换电平，从而防止时钟同步丢失，或在补偿不良的模拟链路中因低频偏移而产生位错误。在这种技术下，实际的二进制数据通过电缆传输，而不是作为逻辑1 或0 的序列发送（技术上称为反向不归零(NRZ)）。

相反，这些位会转换为稍微不同的格式，使用直接二进制编码具有许多优点。曼彻斯特编码常用于局域网传输。在曼彻斯特编码中，每个比特的中间都有一个转换。位中间的跳变既用作时钟信号又用作数据信号；从低到高的转变表示“1”，从高到低的转变表示“0”。还有差分曼彻斯特编码。每个位中间的跳变仅提供时钟时序，每个位开头有或没有跳变代表“0”或“1”。有转变则变为“0”，无转变则表示“0”或“1”。 ‘1’。

图4-2 曼彻斯特编码

4.2 LAN 地址和 ARP

网卡虽然种类繁多，但有一点是一致的，那就是每一张网卡都有一个全球唯一的ID号，也称为MAC（Media Access Control）地址。 MAC地址被烧录在网卡的ROM中，就像我们每个人的遗传密码DNA一样，即使在世界上也永远不会重复。 MAC地址用于识别网络上的计算机，并实现网络上不同计算机之间的通信和信息交换。

4.2.1 mac 地址

在局域网中，硬件地址也称为物理地址，或MAC地址。 802标准中提到的“地址”严格来说应该是每个站的“名称”或标识符。但由于大家早已习惯称这个48位的“名字”为“地址”，所以本书也采用了这个惯用语，虽然这种说法并不太严格。

IEEE的注册机构RA（Registration Authority）负责将地址字段的前三个字节（即高位24位）分配给制造商。地址字段中的最后三个字节（即低24 位）由制造商分配，称为扩展标识符。必须确保生产的适配器没有重复的地址。一个地址块可以生成224个不同的地址。这个48位地址称为MAC-48，通用名称为EUI-48。 “MAC 地址”实际上是适配器地址或适配器标识符EUI-48。

MAC 地址字段可以采用两种形式之一：6B 全局范围、2B 单元范围

· 地址块：地址字段的前3个字节（高24位）由IEEE统一分配给制造商，低24位由制造商分配。

· 地址类型标识：地址域第一字节最低位I/G 0——单站地址； 1 -- 群组地址

· 地址范围标识：地址域第一个字节的最低第二位G/L 0——本地管理； 1——全球管理

图4-3 mac地址

每次适配器从网络接收到MAC 帧时，它首先使用硬件检查MAC 帧中的MAC 地址。

· 如果该帧发送到本站，则接受该帧，然后进行其他处理。

· 否则，该帧将被丢弃，并且不会执行其他处理。

“发送到此站点的帧”包括以下三种类型的帧：

· 单播帧（一对一）

· 广播帧（全部成对）

· 组播帧（一对多）

所有适配器都可以识别广播和单播帧。第一个字节的最低位是I/G 位。 I/G=0 为单播，I/G=1 为广播。例如，01-00-5E-A0-B1-C3。 IEEE 实际上分配了23 位地址。

4.2.2 ARP 地址解析协议

ARP，即地址解析协议，实现通过IP地址获知物理地址。在TCP/IP网络环境中，每台主机都被分配一个32位的IP地址，它是在Internet范围内标识主机的逻辑地址。为了使数据包在物理网络上传输，必须知道另一个目标主机的物理地址。这就产生了将IP地址转换为物理地址的地址转换问题。以以太网环境为例，为了正确地将报文传输到目的主机，必须将目的主机的32位IP地址转换为48位以太网地址。这就需要互连层有一组服务将IP地址转换成对应的物理地址。这组协议就是ARP协议。

图4-4 局域网内arp请求

图4-5 arp请求报文

图4-6 arp查询

图4-7 ARP请求

图4-8 ARP响应

图4-9 接收主机不再在同一链路上

基本功能

以太网协议中规定，同一局域网内的主机若想与另一台主机直接通信，必须知道目标主机的MAC地址。在TCP/IP协议栈中，网络层和传输层只关心目标主机的IP地址。这就导致当IP协议用于以太网时，数据链路层的以太网协议接收到的上层IP协议提供的数据，只包含目的主机的IP地址。因此，需要一种方法根据目的主机的IP地址来获取目的主机的MAC地址。这就是ARP 协议的作用。所谓地址解析就是主机在发送帧之前将目标IP地址转换为目标MAC地址的过程。

ARP 流程

每台安装了TCP/IP 协议的计算机上都有一个ARP 缓存表。表中的IP地址和MAC地址是一一对应的。

图4-10 命令arp a

以主机A（192.168.1.5）向主机B（192.168.1.1）发送数据为例。主机A发送数据时，在自己的ARP缓存表中查找目的IP地址。如果找到，则已知目标MAC地址，可以直接将目标MAC地址写入帧中发送；如果在ARP 缓存表中没有找到目标IP 地址，则主机A 会在网络上发送广播，A 主机的MAC 地址为“主机A 的MAC 地址”，表示向同一网段内的所有主机发送此查询： '我是192.168.1.5，我的硬件地址是'主机A的MAC地址'。 IP 地址是多少？ 192.168.1.1 的MAC 地址是多少？ '网络上的其他主机不响应ARP 查询。只有当主机B 收到此帧时，才会向主机A 做出如下响应： 'The MAC address of 192.168.1.1 is 00-aa-00-62-c6-09' 。这样，主机A就知道了主机B的MAC地址，它就可以向主机B发送信息。同时，A和B也同时更新了自己的ARP缓存表（因为A告诉了B自己的IP和MAC）询问时的地址）。下次A向主机B发送信息或者B向A发送信息时，直接从各自的ARP缓存表中查找即可。 ARP缓存表采用老化机制（即设置生存时间TTL）。如果表中的一行在一段时间内（通常是15到20分钟）没有被使用，就会被删除，这样可以大大减少ARP缓存表的长度。加快查询速度。

RARP 反向地址解析协议

反向地址解析协议用于特殊情况。如果站点初始化后只有自己的物理网络地址而没有IP地址，则可以使用RARP协议并发出广播请求来征求自己的IP地址。 RARP 服务器负责应答。这样，没有IP的站点就可以通过RARP协议获取自己的IP地址。该地址将一直有效，直到下一次系统重新启动，而不需要连续的广播请求。 RARP 广泛用于获取无盘工作站的IP 地址。

4.2.3 术语

·碰撞：

· 数据冲突。当发生冲突时，物理网段上的数据不再有效。

· 冲突域：

· 同一冲突域中的每个节点都会接收发送的所有帧。影响冲突的因素：

· 同一冲突域的节点数量越多

· 数据包长度

· 网络直径等因素

•

解决方案：

· 冲突会影响以太网性能。由于冲突的存在，当负载超过40%时，传统以太网的效率会大幅下降。

· 使用网桥和交换机对网络进行分段，将一个大的冲突域划分为多个较小的冲突域。

•

· 播送：

· 在网络传输中，向所有连接的节点发送消息称为广播。

· 广播域：

· 网络中所有可以接收任何设备发送的广播帧的设备的集合。

· 广播网与广播的区别：

· 广播网络是指网络中的所有节点都可以接收到传输的数据帧，无论该帧是否发送到这些节点。非目的节点的主机虽然收到了数据帧，但并不对其进行处理。

· 广播是指由广播帧组成的数据流量。这些广播帧使用广播地址（地址的每一位都为“1”）作为目的地址，告诉网络中的所有计算机接收此帧并对其进行处理。

4.3 以太网

4.3.1 以太网基础知识

以太网是由Xerox、Digital Equipment 和Intel 开发的局域网网络规范。它于20 世纪80 年代初首次发布，称为DIX1.0。 1982年的修订版是DIX2.0。这三个公司向IEEE（电气和电子工程师协会）802 委员会提交了该规范。经过IEEE会员修改并批准后，成为IEEE正式标准，编号为IEEE802.3。以太网和IEEE802.3 尽管有许多不同的规定，但术语“以太网”通常被认为与802.3 兼容。 IEEE将802.3标准提交给国际标准化组织（ISO）第一联合技术委员会（JTC1），并再次修订，成为国际标准ISO8802.3。

以太网。指由Xerox公司创建并由Xerox、Intel和DEC公司联合开发的基带LAN规范。以太网使用CSMA/CD（载波侦听多路访问和冲突检测）技术，并在多种类型的电缆上以10M/S 的速度运行。以太网类似于IEEE802·3系列标准。

它不是特定的网络，而是技术规范。

以太网是当今现有局域网中最常用的通信协议标准。该标准定义了局域网(LAN) 中使用的电缆类型和信号处理方法。以太网以10~100Mbps的速率在互连设备之间传输信息包，双绞线电缆

10BaseT以太网因其低成本、高可靠性和10Mbps的速度而成为应用最广泛的以太网技术。直接扩展无线以太网可达11Mbps，许多制造供应商提供的产品可以使用通用软件协议进行通信，是最开放的。

拓扑结构

总线型：线缆少，价格便宜，管理成本高，故障点隔离困难，采用共享接入机制，易造成网络拥塞。早期的以太网多采用总线拓扑结构，使用同轴电缆作为传输介质。连接简单，通常用于小型应用。

传统网络不需要特殊的网络设备，但由于其固有的缺陷，已逐渐被以集线器和交换机为核心的星型网络所取代。

星型：易于管理、易于扩展，需要专用的网络设备作为网络的核心节点，需要较多的网线，对核心设备的可靠性要求较高。采用专用网络设备（如集线器或交换机）作为核心节点，局域网中的各主机通过双绞线与核心节点相连，形成星型结构。虽然星型网络比总线型需要更多的电缆，但布线和连接器比总线型便宜。另外，星型拓扑结构可以通过级联方便地将网络扩展到大规模，因此得到了广泛的应用，被大多数以太网网络所采用。

传输介质

以太网可以使用多种连接介质，包括同轴电缆、双绞线和光纤。其中，双绞线多用于主机到集线器或交换机的连接，而光纤主要用于交换机之间的级联以及交换机与路由器之间的点对点链路。同轴电缆作为早期的主要连接介质，现已逐渐被淘汰。

接口的工作模式

以太网卡可以工作在两种模式：半双工和全双工。

半双工：半双工传输模式实现以太网载波监控多路访问冲突检测。传统的共享局域网以半双工方式运行，一次只能在一个方向上传输数据。当两个方向的数据同时传输时，就会发生冲突，从而降低以太网的效率。

全双工：全双工传输使用点对点连接。这种布置不存在冲突，因为它们使用双绞线中的两条独立线路，这增加了带宽而无需安装新介质。例如，上例中车站之间增加了一条平行的铁轨，这样两列火车就可以同时双向通过。在双工模式下，冲突检测电路不可用，因此每个双工连接仅使用一个端口进行点对点连接。标准以太网的传输效率可以达到带宽的50%到60%，双工在两个方向上提供100%的效率。

以太网使用带冲突检测的载波帧侦听多路访问(CSMA/CD) 机制。以太网中的所有节点都可以看到网络中发送的所有信息。因此，我们说以太网是广播网络。以太网的工作过程如下：

工作步骤

当以太网中的主机想要传输数据时，将进行如下操作：

1. 检查帧监听通道是否有信号传输。如果有，则表明该通道正忙，帧侦听将持续到该通道空闲为止。

2. 如果帧中没有听到信号，则传输数据。

3. 传输过程中继续监听帧。如果发现冲突，则执行退避算法。随机等待一段时间后，重新执行步骤1（当发生冲突时，参与冲突的计算机会发送拥塞序列警告所有节点）

4. 如果没有发现冲突，则传输成功，计算机将返回帧侦听通道状态。

注意：每台计算机一次只能发送一个数据包，并且所有计算机必须在最后一次传输（以10Mbps 运行）后等待9.6 微秒，然后才能再次尝试发送数据。

>4.3.2 以太网分类和发展现在最常用的以太网技术包括 10Base2（它在总线拓扑中使用细同轴电缆，传输速率是 10Mbit/s）、 10BaseT（它在星形拓扑中使用双绞铜线，传输速率为 10 Mbit/s）、100BaseT（它通常在星形拓扑中使用双绞铜线，速率为 100 Mbit/s）和吉比特以太网（它同时使用光纤盒双绞铜线，速率 1Gbit/s）。这些以太网技术由 IEEE802.3 工作组标准化。由于这个原因，以太网 LAN 经常被称为 802.3 以太网。

一、标准以太网

开始以太网只有 10Mbps 的吞吐量，使用的是带有冲突检测的载波侦听多路访问（ CSMA／CD， Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection）的访问控制方法，这种早期的 10Mbps 以太网称之为标准以太网。以太网可以使用粗同轴电缆、细同轴电缆、非屏蔽双绞线、屏蔽双绞线和光纤等多种传输介质进行连接，并且在 IEEE 802.3 标准中，为不同的传输介质制定了不同的物理层标准， 在这些标准中前面的数字表示传输速度， 单位是"Mbps"， 最后的一个数字表示单段网线长度（基准单位是 100m），Base 表示"基带"的意思， Broad 代表"带宽"。 ·10Base－5 使用直径为 0.4 英寸、阻抗为 50Ω粗同轴电缆， 也称粗缆以太网， 最大网段长度为 500m， 基带传输方法， 拓扑结构为总线型； 10Base－ 5 组网主要硬件设备有： 粗同轴电缆、带有 AUI 插口的以太网卡、中继器 、收发器、收发器电缆、终结器等。 ·10Base－2 使用直径为 0.2 英寸、阻抗为 50Ω细同轴电缆， 也称细缆以太网，最大网段长度为 185m， 基带传输方法， 拓扑结构为总线型； 10Base－ 2 组网主要硬件设备有： 细同轴电缆、带有 BNC 插口的以太网卡、中继器、T 型连接器 、终结器等。 ·10Base－ T 使用双绞线电缆， 最大网段长度为 100m， 拓扑结构为星型； 10Base－ T 组网主要硬件设备有：3 类或 5 类非屏蔽双绞线、带有 RJ-45 插口的以太网卡、集线器、交换机、RJ-45 插头等。 · 1Base－ 5 使用双绞线电缆，最大网段长度为 500m，传输速度为 1Mbps； ·10Broad－ 36 使用同轴电缆（ RG－59／U CATV）， 网络的最大跨度为 3600m， 网段长度最大为 1800m，是一种宽带传输方式； ·10Base－F 使用光纤传输介质，传输速率为 10Mbps； 二、快速以太网 随着网络的发展，传统标准的以太网技术已难以满足日益增长的网络数据流量速度需求。在 1993 年 10 月以前，对于要求 10Mbps 以上数据流量的 LAN 应用，只有光纤分布式数据接口（FDDI） 可供选择，但它是一种价格非常昂贵的、基于 100Mpbs 光缆的 LAN。1993 年 10 月，Grand Junction公司推出了世界上第一台快速以太网集线器 Fastch10／100 和网络接口卡 FastNIC100， 快速以太网技术正式得以应用。随后 Intel、SynOptics、3COM、BayNetworks 等公司亦相继推出自己的快速以太网装置。与此同时，IEEE802 工程组亦对 100Mbps 以太网的各种标准，如 100BASE－TX、100BASE－T4、MII、中继器、全双工等标准进行了研究。1995 年 3 月 IEEE 宣布了 IEEE802.3u100BASE－ T 快速以太网标准（Fast Ethernet），就这样开始了快速以太网的时代。 快速以太网与原来在 100Mbps 带宽下工作的 FDDI 相比它具有许多的优点，最主要体现在快速以太网技术可以有效的保障用户在布线基础实施上的投资， 它支持 3、4、5 类双绞线以及光纤的连接，能有效的利用现有的设施。 快速以太网的不足其实也是以太网技术的不足，那就是快速以太网仍是基于 CSMA／ CD 技术，当网络负载较重时，会造成效率的降低，当然这可以使用交换技术来弥补。 100Mbps 快速以太网标准又分为：100BASE－TX 、100BASE－FX、100BASE－T4 三个子类。 · 100BASE－ TX： 是一种使用 5 类数据级无屏蔽双绞线或屏蔽双绞线的快速以太网技术。它使用两对双绞线，一对用于发送，一对用于接收数据。在传输中使用 4B／5B 编码方式，信号频率为 125MHz。符合 EIA586 的 5 类布线标准和 IBM 的 SPT 1 类布线标准。使用同 10BASE－T 相同的 RJ－45 连接器。它的最大网段长度为 100 米。它支持全双工的数据传输。 · 100BASE － FX ： 是一种使用光缆的快速以太网技术， 可使用单模和多模光纤（ 62.5 和 125um） 多模光纤连接的最大距离为 550 米。单模光纤连接的最大距离为 3000 米。在传输中使用 4B／ 5B 编码方式，信号频率为 125MHz。它使用 MIC／FDDI 连接器、ST 连接器或 SC 连接器。它的最大网段长度为 150m、412m、2000m 或更长至 10 公里，这与所使用的光纤类型和工作模式有关， 它支持全双工的数据传输。100BASE－FX 特别适合于有电气干扰的环境、较大距离连接、或高保密环境等情况下的适用。 · 100BASE－T4：是一种可使用 3、4、5 类无屏蔽双绞线或屏蔽双绞线的快速以太网技术。100Base-T4 使用 4 对双绞线， 其中的三对用于在 33MHz 的频率上传输数据，每一对均工作于半双工模式。第四对用于 CSMA/CD 冲突检测。在传输中使用 8B／6T 编码方式，信号频率为 25MHz， 符合 EIA586 结构化布线标准。它使用与 10BASE－T 相同的 RJ－45 连接器，最大网段长度为 100 米。

三、千兆以太网

千兆以太网技术作为最新的高速以太网技术，给用户带来了提高核心网络的有效解决方案， 这种解决方案的最大优点是继承了传统以太技术价格便宜的优点。 千兆技术仍然是以太技术， 它采用了与 10M 以太网相同的帧格式、帧结构、网络协议、全/半双工工作方式、流控模式以及布线系统。由于该技术不改变传统以太网的桌面应用、操作系统，因此可与 10M 或 100M 的以太网很好地配合工作。升级到千兆以太网不必改变网络应用程序、网管部件和网络操作系统， 能够最大程度地投资保护。 为了能够侦测到 64Bytes 资料框的碰撞，Gigabit Ethernet 所支持的距离更短。Gigabit Ethernet 支持的网络类型，如下表所示： 传输介质 距离 千兆以太网技术有两个标准： IEEE802.3z 和 IEEE802.3ab。IEEE802.3z 制定了光纤和短程铜线连接方案的标准。IEEE802.3ab 制定了五类双绞线上较长距离连接方案的标准。 1. IEEE802.3z IEEE802.3z 工作组负责制定光纤（单模或多模）和同轴电缆的全双工链路标准。IEEE802.3z 定 义 了 基 于 光 纤 和 短 距 离 铜 缆 的 1000Base-X ， 采 用 8B/10B 编 码 技 术 ， 信 道 传 输 速 度 为 1.25 Gbit/s，去耦后实现 1000Mbit/s 传输速度。 IEEE802.3z 具有下列千兆以太网标准： · 1000Base-SX 只支持多模光纤， 可以采用直径为 62.5um 或 50um 的多模光纤，工作波长为 770-860nm，传输距离为 220-550m。 · 1000Base-LX 多模光纤：可以采用直径为 62.5um 或 50um 的多模光纤，工作波长范围为1270-1355nm，传输距离为 550m。 单模光纤： 可以支持直径为 9um 或 10um 的单模光纤， 工作波长范围为 1270-1355nm， 传输距离为 5km 左右。 · 1000Base-CX 采用 150 欧屏蔽双绞线（STP），传输距离为 25m。 2. IEEE802.3ab IEEE802.3ab 工作组负责制定基于 UTP 的半双工链路的千兆以太网标准，产生 IEEE802.3ab 标准及协议。IEEE802.3ab 定义基于 5 类 UTP 的 1000Base-T 标准， 其目的是在 5 类 UTP 上以 1000Mbit/s 速率传输 100m。 IEEE802.3ab 标准的意义主要有两点：

(1) 保护用户在 5 类 UTP 布线系统上的投资。 (2) 1000Base-T 是 100Base-T 自然扩展， 与 10Base-T、100Base-T 完全兼容。不过， 在 5 类 UTP 上达到 1000Mbit/s 的传输速率需要解决 5 类 UTP 的串扰和衰减问题，因此，使 IEEE802.3ab 工作组的开发任务要比 IEEE802.3z 复杂些 。

四、万兆以太网

万兆以太网规范包含在 IEEE 802.3 标准的补充标准 IEEE 802.3ae 中， 它扩展了 IEEE802.3 协议和 MAC 规范使其支持 10Gb/s 的传输速率。除此之外，通过 WAN 界面子层（WIS： WAN interface sublayer），10 千兆位以太网也能被调整为较低的传输速率， 如 9.584640 Gb/s（ OC-192）， 这就允许 10 千兆位以太网设备与同步光纤网络（SONET） STS -192c 传输格式相兼容。 · 10GBASE-SR 和 10GBASE-SW 主要支持短波（850 nm）多模光纤（MMF），光纤距离为 2m到 300 m 。 10GBASE-SR 主要支持"暗光纤"（ dark fiber）， 暗光纤是指没有光传播并且不与任何设备连接的光纤。 10GBASE-SW 主要用于连接 SONET 设备，它应用于远程数据通信。 · 10GBASE-LR 和 10GBASE-LW 主要支持长波（1310nm）单模光纤（SMF），光纤距离为 2m到 10km （约 32808 英尺）。 10GBASE-LW 主要用来连接 SONET 设备时，10GBASE-LR 则用来支持"暗光纤"（ dark fiber）。 · 10GBASE-ER 和 10GBASE-EW 主要支持超长波（1550nm）单模光纤（SMF），光纤距离为 2m到 40km （约 131233 英尺）。 10GBASE-EW 主要用来连接 SONET 设备，10GBASE-ER 则用来支持"暗光纤"（ dark fiber）。 · 10GBASE-LX4 采用波分复用技术， 在单对光缆上以四倍光波长发送信号。系统运行在1310nm 的多模或单模暗光纤方式下。该系统的设计目标是针对于 2m 到 300 m 的多模光纤模式或 2m 到 10km 的单模光纤模式。

4.4 WLAN(无线局域网)

WLAN是以太网的无线电介质版本，以太网脱胎于ALOHA（1960年代由美国夏威夷大学主导研究的一 种共享无线网络技术，ALOHA是夏威夷原住民语Hello的意思），ALOHA就是一种无线技术，所以WLAN和ALOHA也有很深的渊源。WLAN标准化工作开始于1997年，而Richard写书是在1993年，所以当时他并没有研究这项技术。WLAN的标准化技术是由IEEE 802.11委员会领导的，通常我们认为WLAN = 802.11 = WiFi， 但最耳熟能详的是时髦的WiFi，稍微专业一点的知道WLAN，更专业的才知道802.11。

WLAN连接模式。

无线局域网的组网方式一：对等网络，又称Ad-Hoc方式 由一组有无线网络接口的计算机组成。同一Ad-Hoc网络中的计算机要有相同的工作组名、ESSID 和密码。配置简单，在管理和预先设置方面没有要求。可以实现点对点与点对多点连接。但不能连接外部网络。适用于用户数相对较少的网络规模。以下图为例，因为信号强弱的缘故，STA1 无法检测到TA4，只能检测到STA2，那么STA1只能与STA2通信，而无法与STA3、4通信，也就是说ad hoc模式中，通信无法中转； 图4-11 Ad-hoc方式

无线局域网的组网方式二：基础结构网络

最常见的无线局域网构建模式，又称Infrastucture方式。以AP为中心，实现对网络访问 集中控制。 其弱点是AP成为单故障点；可与有线网络结合起来使用。 图4-12 基础结构网络

· 为什么需要无线局域网？

· 有线网络所存在的使用限制： · 具有空旷场地的建筑物内； · 具有复杂周围环境的制造业工厂、货物仓库内； · 机场、车站、码头、股票交易场所等一些用户频繁移动的公共场所内； · 缺少网络电缆而又不能打洞布线的历史建筑物内； · 受自然条件影响而无法实施布线的环境，如存在河道； · 在一些需要临时增设网络节点的场合，如体育比赛场地、展示会等

· 支持无线局域网的技术标准主要有：

· 蓝牙技术：手机或PDA为主要设计对象 · HomeRF技术：主要服务为家庭无线网络 · IEEE 802.11系列：无线局域网标准

· 覆盖无线局域网的物理层和MAC子层：

· 物理层标准规定了无线传输信号等基础规范，如802.11a、802.11b、802.11d、802.11g、802.11h 。 · MAC子层标准包括802.11e、802.11f、802.11i。 · IEEE 802.11系列：无线局域网标准

· 红外线(IR)

采用波长小于1μｍ的红外线作为传输媒体，有较强的方向性，受阳光干扰大。它支持1～2Mbit/s 数据速率，适于近距离通信。

· 无线电波方式(具有覆盖范围大，抗干扰、抗噪声、抗衰减和保密性好的优点)

· 直接序列式扩频（DSSS）：支持1～2Mbit/s数据速率 · 跳频扩展频谱（FHSS） ：支持1Mbit/s数据速率 · 采用带冲突避免的载波侦听多路访问（Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidation ）协议 ，简称 CSMA/CA。 · 在CSMA/CD基础上，引入了称为请求发送/清除发送（RTS/CTS）的机制。 若发送目的地是无线节点，则当数据到达基站时，基站向无线节点发送一个RTS帧，请求一段用 来发送数据的专用时间。接收到RTS请求帧的无线节点将回应一个CTS帧，表示它将中断其他所有的通信 直到该基站传送数据结束。 其他设备可监听到传输事件的发生，同时将在此时间段的传输任务向后推迟。这样，节点间传 送数据时发生冲突的概率就会大大的减小。

无线局域网设备

· 无线网卡： 相当于有线网卡在有线局域网中的作用。按总线类型可分为适用于台式机的PCI接口的无线网 卡，适用笔记本的PCMCIA接口的无线网卡，笔记本和台式机均适用的USB接口的无线网卡。 · 无线访问接入点（AP）： 无线局域网中进行数据发送和接收的集中设备，相当于有线网络中的集线器。 通常，一个AP能够在几十至上百米的范围内连接多个无线用户。AP可以通过标准的Ethernet电缆 与传统的有线网络相联，从而可作为无线网络和有线网络的连接点。 · 无线网桥： 用于无线或有线局域网之间的无线互连。 · 天线(Antenna) ： 将信号源发送的信号藉由天线传送至远处。 天线有定向性(Uni-directional)与全向性(Omni-directional)之分，前者较适合于长距离使 用，而后者则较适合区域性之应用。 · 无线路由器 ： 集成了无线AP的接入功能和路由器的第三层路径选择功能的无线连网设备。

4.5 集线器、网桥和交换机

一个机构（包括公司、大学和高中）通常包括许多部门，每个部门都有自己的以太网 LAN，并对它进行 管理。很显然，各个机构也希望各部门互联它们的 LAN 网段。在本节我们将考虑连接 LAN 的 3 中不同方法：集线器、网桥和交换机。

4.5.1 集线器定义：

集线器的英文称为"Hub"。"Hub"是"中心"的意思，集线器的主要功能是对接收到的信号进行 再生整形放大，以扩大网络的传输距离，同时把所有节点集中在以它为中心的节点上。它工作于 OSI(开放系统互联参考模型)参考模型第一层，即"物理层"。集线器与网卡、网线等传输介质一样，属于局域网中的基础设备，采用 CSMA/CD（一种检测协议）访问方式。 集线器（HUB）属于数据通信系统中的基础设备，它和双绞线等传输介质一样，是一种不需任何软 件支持或只需很少管理软件管理的硬件设备。它被广泛应用到各种场合。集线器工作在局域网(LAN)环 境，像网卡一样，应用于 OSI 参考模型第一层，因此又被称为物理层设备。集线器内部采用了电器互联， 当维护 LAN 的环境是逻辑总线或环型结构时，完全可以用集线器建立一个物理上的星型或树型网络结构。在这方面，集线器所起的作用相当于多端口的中继器。其实，集线器实际上就是中继器的一种，其区别仅在于集线器能够提供更多的端口服务，所以集线器又叫多口中继器。

原理：

我们知道在环型网络中只存在一个物理信号传输通道，都是通过一条传输介质来传输的，这样就存在各节点争抢信道的矛盾，传输效率较低。引入集线器这一网络集线设备后，每一个站是用它自己专用的传输介质连接到集线器的，各节点间不再只有一个传输通道，各节点发回来的信号通过集线器集中， 集线器再把信号整形、放大后发送到所有节点上，这样至少在上行通道上不再出现碰撞现象。但基于集线器的网络仍然是一个共享介质的局域网，这里的"共享"其实就是集线器内部总线，所以当上行通道与下行通道同时发送数据时仍然会存在信号碰撞现象。当集线器将从其内部端口检测到碰撞时，产生碰撞强化信号（Jam）向集线器所连接的目标端口进行传送。 这时所有数据都将不能发送成功，形成网络 "大塞车"。 正因为集线器的这一不足之处，所以它不能单独应用于较大网络中（通常是与交换机等设备一起分担小部分的网络通信负荷），就像在大城市中心不能有单车道一样，因为网络越大，出现网络碰撞现象的机会就越大。也正因如此，集线器的数据传输效率是比较低的，因为它在同一时刻只能有一个方向的 数据传输，也就是所谓的"单工"方式。如果网络中要选用集线器作为单一的集线设备，则网络规模最好 在 10 台以内，而且集线器带宽应为 10/100Mbps 以上。 集线器除了共享带宽这一不足之处外，还有一个方面在选择集线器时必须要考虑到，那就是它的广播方式。因为集线器属于纯硬件网络底层设备，基本上不具有"智能记忆"能力，更别说"学习"能力了。它也不具备交换机所具有的 MAC 地址表，所以它发送数据时都是没有针对性的，而是采用广播方式发送。也就是说当它要向某节点发送数据时，不是直接把数据发送到目的节点，而是把数据包发送到与集线器相连的所有节点，图示如图 2 所示。 这种广播发送数据方式有两方面不足：（1）用户数据包向所有节点发送，很可能带来数据通信的不安全因素，一些别有用心的人很容易就能非法截获他人的数据包；（2）由于所有数据包都是向所有节点同时发送，加上以上所介绍的共享带宽方式，就更加可能造成网络塞车现象，更加降低了网络执行效率。

特点：

依据 IEEE 802．3 协议，集线器功能是随机选出某一端口的设备，并让它独占全部带宽，与集线器的上联设备(交换机、路由器或服务器等)进行通信。由此可以看出，集线器在工作时具有以下两个特点。 （2） Hub 只与它的上联设备(如上层 Hub、交换机或服务器)进行通信，同层的各端口之间不会直接进行通信，而是通过上联设备再将信息广播到所有端口上。由此可见，即使是在同一 Hub 的不同两个端口之间进行通信，都必须要经过两步操作：第一步是将信息上传到上联设备；第二步是上联设备再将 该信息广播到所有端口上。

4.5.2 网桥

定义：

网桥种类

远程网桥: 由两个半桥构成 透明网桥： 即插即用，支撑树算法 源路由网桥：用于 802.5，发现帧发现路由功能： · 目的地址过滤 · 源地址过滤 · 协议过滤自学习能力

连接广域网络

随着企业网的发展，网络覆盖的地理区域要求越来越广阔。网桥可以互连相距遥远的局域网，如下 图所示，这样就可以解决一些企业发展自己网络的需要。这种功能的实现是由广域网网桥来完成的。在 最开始我们就提到，广域网网桥也叫半网桥，他们成对的在一起工作。每个网桥的一个端口连接在租用 的线路上或者与一个 X25 网络相连。各个网桥相互合作，通过使用类似于 SDLC 或 HDLC 的协议经过点到点链路来路由数据帧，或使用 X25 经过公共网络路由数据帧。 图 4-13 广域网网桥 在通过广域网络进行互连时，必须考虑广域网接入时延和信息传送时延。显然广域网中传输距离越 长，信息传送延迟就越大，而相应的数据传输效率就越底，一般推荐，基于网桥的广域网络连接的计算 机网络覆盖距离不应该超过 20km 以保证较底的传输时延。广域网络访的访问时间在于网桥基于数据链路层工作，所以采用的点到点直达通道，一般不希望数据传输在广域网落中经过复杂的交换，这和路由 器和网桥式路由器是不同的，即网桥中期望数据帧快速传输。 设备管理 · 配置管理 :这一功能包括，网络中所有网桥的操作和网桥的操作参数设置。网桥的操作有初 始化、重置和关闭，网桥的操作参数设置包括过滤表的生存时间、帧传播延时控制。 · 故障管理 :这一功能可以及时报告网络故障，并对网络故障进行修整。 · 性能管理 :统计网桥各端口推进和数据帧的丢失数量。 · 安全管理 :网桥可以通过一些设置以满足一定的安全需求。它可以设置不同的设备网桥访问时间，或者配置用户修改和访问网桥的参数。其中各厂家对于安全管理实现方式各不相同。 网桥的工作原理 用来实现多个网络系统之间的数据交换。网桥的基本特征 1．网桥在数据链路层上实现局域网互连； 2．网桥能够互连两个采用不同数据链路层协议、不同传输介质与不同传输速率的网络 4．网桥需要互连的网络在数据链路层以上采用相同的协议 5．网桥可以分隔两个网络之间的通信量，有利于改善互连网络的性能与安全性。 网桥的局限性 网桥具有迅速高效、自适应能力强的特点，同时，与其他工作在高层的网络互连设备相比较，它的 使用和安装都相对简单。但是网桥也存在问题，特别是在与广播帧相关的应用上。广播式通信所带来的 结果是整个网络都能看见存在于某对设备间的问题。

4.5.3 交换机定义

原理

工作在数据链路层。交换机拥有一条很高带宽的背部总线和内部交换矩阵。交换机的所有的端口都 挂接在这条背部总线上，控制电路收到数据包以后，处理端口会查找内存中的地址对照表以确定目的 人工交换 电信号交换的历史应当追溯到电话出现的初期。当电话被发明后，只需要一根足够长的导线，加上 末端的两台电话，就可以使相距很远的两个人进行语音交谈。 电话增多后，要使每个拥有电话的人都能相互通信，我们不可能每两台电话机之间有拉上一根线。 于是人们设立了电话局，每个电话用户都接一根线到电话局的一个大电路板上。当 A 希望和 B 通话时， 就请求电话局的接线员接通 B 的电话。接线员用一根导线，一头插在 A 接到电路板上的孔，另一头插到B 的孔，这就是"接续"，相当于临时给 A 和 B 拉了一条电话线，这时双方就可以通话了。当通话完毕后，接线员将电线拆下，这就是"拆线"。整个过程就是"人工交换"，它实际上就是一个"合上开关" 和"断开开关"的过程。因此，把"交换"译为"开关"从技术上讲更容易让人理解。 以太网交换机 随着计算机及其互联技术（也即通常所谓的"网络技术"）的迅速发展，以太网成为了迄今为止普 及率最高的短距离二层计算机网络。而以太网的核心部件就是以太网交换机。 不论是人工交换还是程控交换，都是为了传输语音信号，是需要独占线路的"电路交换"。而以太 网是一种计算机网络，需要传输的是数据，因此采用的是"分组交换"。但无论采取哪种交换方式，交 换机为两点间提供"独享通路"的特性不会改变。就以太网设备而言，交换机和集线器的本质区别就在 于：当 A 发信息给 B 时，如果通过集线器，则接入集线器的所有网络节点都会收到这条信息（也就是以广播形式发送），只是网卡在硬件层面就会过滤掉不是发给本机的信息；而如果通过交换机，除非 A 通知交换机广播，否则发给 B 的信息 C 绝不会收到（获取交换机控制权限从而监听的情况除外）。 目前，以太网交换机厂商根据市场需求，推出了三层甚至四层交换机。但无论如何，其核心功能仍 是二层的以太网数据包交换，只是带有了一定的处理 IP 层甚至更高层数据包的能力。

光交换

光交换是人们正在研制的下一代交换技术。目前所有的交换技术都是基于电信号的，即使是目前的 光纤交换机也是先将光信号转为电信号，经过交换处理后，再转回光信号发到另一根光纤。由于光电转 换速率较低，同时电路的处理速度存在物理学上的瓶颈，因此人们希望设计出一种无需经过光电转换的 "光交换机"，其内部不是电路而是光路，逻辑原件不是开关电路而是开关光路。这样将大大提高交换 机的处理速率。 分类 交换机的传输模式有全双工，半双工，全双工/半双工自适应交换机的全双工是指交换机在发送数据的同时也能够接收数据，两者同步进行，这好像我们平时打电话一样，说话的同时也能够听到对方的声音。目前的交换机都支持全双工。全双工的好处在于迟延小， 速度快。 提到全双工，就不能不提与之密切对应的另一个概念，那就是"半双工"，所谓半双工就是指一个时间段内只有一个动作发生，举个简单例子，一条窄窄的马路，同时只能有一辆车通过，当目前有两辆车对开，这种情况下就只能一辆先过，等到头儿后另一辆再开，这个例子就形象的说明了半双工的原理。 早期的对讲机、以及早期集线器等设备都是实行半双工的产品。随着技术的不断进步，半双工会逐渐退出历史舞台。 功能 交换机的主要功能包括物理编址、网络拓扑结构、错误校验、帧序列以及流控。目前交换机还具备 了一些新的功能，如对 VLAN（虚拟局域网）的支持、对链路汇聚的支持，甚至有的还具有防火墙的功能。 学习：以太网交换机了解每一端口相连设备的 MAC 地址，并将地址同相应的端口映射起来存放在交换机缓存中的 MAC 地址表中。 消除回路：当交换机包括一个冗余回路时，以太网交换机通过生成树协议避免回路的产生，同时允 许存在后备路径。 交换机除了能够连接同种类型的网络之外，还可以在不同类型的网络（如以太网和快速以太网）之 间起到互连作用。如今许多交换机都能够提供支持快速以太网或 FDDI 等的高速连接端口，用于连接网络中的其它交换机或者为带宽占用量大的关键服务器提供附加带宽。 一般来说，交换机的每个端口都用来连接一个独立的网段，但是有时为了提供更快的接入速度，我 们可以把一些重要的网络计算机直接连接到交换机的端口上。这样，网络的关键服务器和重要用户就拥 有更快的接入速度，支持更大的信息流量。

交换机的基本功能：

1． 像集线器一样，交换机提供了大量可供线缆连接的端口，这样可以采用星型拓扑布线。 4． 像网桥那样，交换机将局域网分为多个冲突域，每个冲突域都是有独立的宽带，因此大大提高 了局域网的带宽。 5． 除了具有网桥、集线器和中继器的功能以外，交换机还提供了更先进的功能，如虚拟局域网 （VLAN）和更高的性能。 交换机与路由器的区别 1．回路：根据交换机地址学习和站表建立算法，交换机之间不允许存在回路。一旦存在回路，必须启动生成树算法，阻塞掉产生回路的端口。而路由器的路由协议没有这个问题，路由器之间可以有多 条通路来平衡负载，提高可靠性。 2．负载集中：交换机之间只能有一条通路，使得信息集中在一条通信链路上，不能进行动态分配， 以平衡负载。而路由器的路由协议算法可以避免这一点，OSPF 路由协议算法不但能产生多条路由，而且能为不同的网络应用选择各自不同的最佳路由。 3．广播控制：交换机只能缩小冲突域，而不能缩小广播域。整个交换式网络就是一个大的广播域， 广播报文散到整个交换式网络。而路由器可以隔离广播域，广播报文不能通过路由器继续进行广播。 4．子网划分：交换机只能识别 MAC 地址。MAC 地址是物理地址，而且采用平坦的地址结构，因此不能根据 MAC 地址来划分子网。而路由器识别 IP 地址，IP 地址由网络管理员分配，是逻辑地址且 IP 地址具有层次结构，被划分成网络号和主机号，可以非常方便地用于划分子网，路由器的主要功能就是 用于连接不同的网络。 5．保密问题：虽说交换机也可以根据帧的源 MAC 地址、目的 MAC 地址和其他帧中内容对帧实施过滤，但路由器根据报文的源 IP 地址、目的 IP 地址、TCP 端口地址等内容对报文实施过滤，更加直观方便。

4.6 PPP（Point-to-Point Protocol）点到点协议

有人经常把PPP和P2P混淆，其实了解字面意思后就知道二者之间风马牛不相及，PPP是一种链路层 协议，P2P则只是一种通信模型。之前介绍的以太网、WLAN都是多点接入链路技术，以太网尽管实现了 点到点介质，但链路依然是多点接入的。 图 4-14 常见单链路 PPP 图 4-15 扩展的多链路 Multi-Link PPP 而PPP就是专门为点到点链路设计的协议，介质是点到点的，链路也是点到点的。如上图所示，PPP 的物理介质有可能不是连续的，但PPP链路建立之前要求先建立连续通信介质。这可能听起来有点危言耸听，怎么建立连续介质呢？我们忽略了人在网络中的重要性，网络是人设计的，当然我们有建立连续 介质的权利，比如电话，要求人拨电话号码，拨号就是一个建立连续介质的过程，可以说PPP链路和以太网很不一样的特点就是"按需接入"，而以太网、WLAN都是"自由接入"特点，因此使用PPP协议的物理层通常是Modem、广域网专线这样的场景。PPP的链路层模型如下所示： 图4-16 PPP链路层次模型 · 媒介和物理层已经介绍了拨号（Dial-up）线路，该线路最明显的就是传统Modem拨号和它的升级版本ADSL Modem和3G拨号，以及虚拟拨号，既在以太网/WLAN上建立虚拟拨号链路，我们称为PPP over Ethernet，简称PPPoE；拨号线路的特点可以建立长距链路（如建立从南国广州到东北哈尔滨的链路），但是带宽小，而且不稳定，只能适合个人用户，如果是企业或者研究机 构，则要求带宽高一些，稳定的链路，这就是广域网中的串行线路，分同步、异步两种，目前 同步SDH线路应用广泛一些，有通常比较常见的带宽选项有2M、155M、622M、2.5G，当然带宽越高，要掏的银子也少不了； · PPP工作在链路层，最底层的是链路控制协议，Link Control Protocol，作用是建立、配置、测试网络数据连接，也就是说在物理层在人的干预下建立连续介质后，介质两端的LCP就要开工了，协商双方的参数是不是相互兼容，如果各种必要参数OK，那么LCP宣告PPP链路已经建立好了，把工作移交给上一层； · LCP的上一层是认证模块，这是一个由LCP协商出来的可选模块，共有2种认证方式：PAP （Password Authentication Protocol密码认证协议）和CHAP（Challenge Authentication Protocol挑战认证协议），这两种认证都采用用户名、密码认证，可以确认拨号者身份，两种协议的差别在于安全性，PAP在线路上传输用户名、密码的明文，CHAP则传送MD5计算后的摘要， 比较安全；认证一般用在个人使用拨号线路中，目的是确保受信拨号，认证完了也可以计费收钱，而串行线路是专线，也就是介质是无需拨号提前建好，专门给某两个终端使用，银子也是提前就付了的，使用专线的也基本上是大客户，认证没有必要； · 认证通过或者免认证后就是NCP（Network Control Protocol网络控制协议）进行最后的收尾了，NCP是一个家族的统称，PPP为不同的网络层协议专门制定NCP，如网络层是IPv4，那么就叫IPCP，如果是IPv6，那么就是IPv6CP，如果是OSI，那就叫OSICP，但OSI协议自出生就被IPv4 牢牢扼杀住，能一睹其芳容的机会很少，除OSI之外还有一些被IPv4/IPv6干废的网络层协议有 DECnet、Appletalk等，它们都在PPP上有自己的NCP；NCP的作用是协商链路两侧终端的网络层地址信息、压缩之类的参数，NCP竣工后，网络层协议就可以在PPP链路上欢畅运行了。 · PPP的主要扩展包括Multi-Link PPP（多链路PPP）、PPP压缩（Compression）等技术。

用户评论

軨倾词

太感人啦！我一直被网上的嵌入式Linux教程恶心坏了，各种理论一大堆，关键点少说不说还很混，这篇文章简直是解救我灵魂啊！ endlich jemand, der es mir klar erklärt! 真的太感谢了！

    有18位网友表示赞同！

早不爱了

终于有人讲清楚了Embedded Linux 网络编程的 essence，我之前学 TCP/IP 就感觉绕梁三日都不尽，这篇博文解释的通俗易懂，重点突出，受益匪浅！ 这篇文章简直是我的福音，推荐给所有想入门嵌入式Linux网络编程的朋友们！

    有6位网友表示赞同！

゛指尖的阳光丶

嵌入式Linux的确是个冷门技术，很少人讲得深入浅出像这样。作者真的很用心，把 TCP/IP 的原理和应用都详细讲解了，终于让我明白这个领域是怎么回事了！ 学习效果杠杠的！期待作者能继续分享更多优秀的嵌入式Linux文章！

    有20位网友表示赞同！

执笔画眉

"讲清楚了" 这四个字真的太准确了！我以前看过很多关于嵌入式 Linux 网络编程的资料，但都找不到真正解决我疑问的内容。这篇博文读完之后，感觉所有问题都找到了答案！终于不再迷茫了！真是良心作者啊！

    有17位网友表示赞同！

花容月貌

看了下这篇文章觉得有点浅显，毕竟 Embedded Linux 网络编程还是一个非常复杂的领域，需要更深入的讲解才能真正掌握。文章的例子也比较简单，缺乏针对实际应用场景的分析和讨论，希望作者能进一步完善文章内容。

    有15位网友表示赞同！

巷雨优美回忆

感觉这个标题很吸引人啊，"嵌入式Linux 网络编程学TCPIP网络的看过来" ，总而言之就是给一些想深入学习 embedded Linux 网路编程的人写的吧？ 我目前在研究嵌入式开发，这个主题对我来说很有用！ 希望能了解更多专业的知识分享！

    有16位网友表示赞同！

闷骚闷出味道了

标题很不错，但是这篇博文似乎只停留在网络协议的层面，并没有深度探讨 Embedded Linux 的具体应用场景和设计要点。对于想要深入实践嵌入式网络编程的读者来说可能不够实用。

    有16位网友表示赞同！

妄灸

虽然作者的解释比较容易理解，但对嵌入式Linux 网络编程这块我之前就了解过一些基础知识了。 所以我感觉这篇博文并没有给我带来太多新的收获。 maybe 可以深入一些更进阶的技术讲解？

    有16位网友表示赞同！

汐颜兮梦ヘ

终于有人讲清楚了 Embedded Linux 网络编程！这个领域我一直想要入门，但是各种资料都是理论堆砌，很难理解。这篇文章解释得很清晰，重点突出，非常适合新手学习！ 👍

    有12位网友表示赞同！

爱你心口难开

我对嵌入式Linux网络编程很感兴趣，因为我正在从事物联网行业的开发工作。 这篇文章的讲解很实用， 尤其是在 TCP/IP 的原理和应用方面给了我很多启发。 真心感谢作者分享经验！

    有16位网友表示赞同！

西瓜贩子

文章内容虽然不错，但是缺少一些代码示例的展示，这样更能帮助读者理解 Embedded Linux 网络编程的具体实现过程。 希望作者可以补充一些实践代码，让文章更加实用。

    有13位网友表示赞同！

风中摇曳着长发

对于嵌入式系统开发者来说，需要掌握 TCP/IP 协议的相关知识确实很重要，这篇博文讲得很全面很深入，把TCP/IP 的关键概念和应用场景都清晰讲解了，非常感谢作者分享！

    有20位网友表示赞同！

窒息

虽然文章的标题很吸引人，但我读完后发现内容上有些偏泛， 并没有针对某个特定嵌入式平台进行深入介绍。 希望作者可以将博文聚焦到某一个具体平台，这样更利于读者学习和实践。

    有20位网友表示赞同！

迷路的男人

希望以后能看到更多关于 Embedded Linux 网络编程的精彩文章！ 也许可以考虑一些案例分析或实际项目实战分享？ 这些内容对我来说会更有帮助!

    有19位网友表示赞同！

一样剩余

这个标题很吸引我！我一直想学习嵌入式Linux网络编程，但是感觉很难入门。 希望这篇博文能让我快速理解并掌握一些基础知识，感谢作者的分享！

    有18位网友表示赞同！

怅惘

最近在玩一个 Embedded Linux 项目，需要用到网络通信功能，这款博文刚好对我很有帮助！ 虽然我自己也有一些编程经验， 但对于嵌入式系统的网络开发还是不太了解。

    有8位网友表示赞同！

北朽暖栀

这篇 博文太厚道了! 我一直想学习 Embedded Linux 网络编程但缺乏好的入门资源，现在终于找到了 ! 希望作者能继续分享更多高质量的博文!

    有15位网友表示赞同！

最迷人的危险

我以前学过一些 TCP/IP 的基础知识，但是却很少接触到 Embedded Linux 平台上的网络开发。 这篇文章讲解得比较清晰易懂，让我对这块领域有了一些新的了解。

    有16位网友表示赞同！