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1、DISCOVERY SEM1,3.3本地网络中的通信,来源：,目录,源、通道和目的通信规则消息编码消息格式消息大小消息时序消息模式通信中的协议使用,协议的重要性,计算机像人一样，也要按照规则或协议进行通信。协议在本地网络上尤其重要。在有线环境中，本地网络定义为所有主机必须“讲同一种语言”（用计算机术语表示就是“共享一个公共协议”）的区域。如果同一间房里的每个人都讲不同的语言，肯定无法交流。同样，如果本地网络中的设备不使用同一个协议，就无法互相通信。本地有线网络中最常用的协议集是以太网。以太网协议定义了本地网络通信的许多方面，包括：消息格式、消息大小、时序、编码和消息模式。,协议的标准化,在网络
2、的早期发展阶段，每个厂商都使用自己专用的方法来连接网络设备和网络协议。不同供应商的设备之间无法通信。随着网络的不断普及，用来定义不同厂商设备操作的规则也逐渐开发出来。这些标准给网络带来多方面的益处：方便设计简化产品开发促进竞争提供一致的互连方式便于培训客户有更多的厂商可以选择实际上不存在官方的本地网络标准协议，但随着时间的发展，以太网逐渐成为最受人们推崇的一种技术，并已成为事实标准。,协议的标准化,电气电子工程师协会（亦称 IEEE）负责维护网络标准，包括以太网和无线标准。IEEE 委员会主要负责审批和维护连接标准、介质要求及通信协议。每项技术标准都有一个编号，指代负责审批和维护该标准的委员会
3、。负责以太网标准的委员会是 802.3。以太网自从 1973 年创立以来，其标准经历了多次发展，用于规范更快、更灵活的技术。以太网这种不断改进的能力正是它如此受欢迎的主要原因之一。每个以太网版本都有相关的标准。例如，802.3 100BASE-T 代表使用双绞线电缆标准的 100 兆以太网。此标准的具体解释为：100 是以兆位每秒(Mbps)为单位的速度BASE 代表基带传输T 代表电缆类型，这里是指双绞线。以太网的早期版本速度非常慢，只有 10 Mbps。时过境迁，最新版本的以太网运行速度已经超过每秒 10 千兆（吉）。可以计算一下，新版本比原始以太网版本快了多少倍！,消息编码,在发送消息时
4、，首先执行的步骤之一是对消息进行编码。书面文字、图片和口头语言都有各自一套编码、声音、姿势和（或）符号来表达共享的思想。编码是将思想转换成语言、符号或声音以便于传输的过程。解码是编码的逆向过程，其目的是解释思想。假设一个人正在欣赏日落，然后打电话给另一个人描述日落的壮丽景观。为了沟通这一信息，发送方必须先将其对于日落的想法和感觉转换或编码成文字。然后通过声音和语调的变化对着电话讲出这些文字，将这一信息传达给对方。电话线另一端的聆听者收到信息后，对其进行解码，眼前便浮现出发送方描述的日落景观。计算机通信也要进行编码。主机之间的编码必须采用适合介质的形式。通过网络发送的消息先由发送主机转换成位。根
5、据用来传输位的网络介质，将每个位编码成声音、光波或电子脉冲的样式。目的主机接收并解码信号，解释收到的消息。,物理寻址,所有通信都需要一种标识源和目的的方法。在人际交流中，源和目的用名字来表示。当有人叫唤一个名字时，被唤到名字的人就会聆听消息并作出反应。房间里的其他人可能会听到该消息，但不会在意，因为消息不是说给他们听的。以太网络也用类似的方法来标识源主机和目的主机。每台连接到以太网络的主机都会获得一个物理地址，用于在网络中标识自己。每个以太网络接口在制造时都有一个物理地址。此地址称为介质访问控制(MAC)地址。MAC 地址用于标识网络中的每台源主机和目的主机。以太网络是基于电缆的，亦即主机和网
6、络设备使用铜缆或光缆连接。这是主机之间通信时使用的通道。当以太网络上的主机通信时，它会发送包含自己 MAC 地址（作为源地址）和预定接收方 MAC 地址的帧。收到帧的主机将对帧进行解码，并读取目的 MAC 地址。如果目的 MAC 地址与网卡上配置的地址匹配，它就会处理收到的消息，并将其存储起来供主机应用程序使用。如果目的 MAC 地址与主机 MAC 地址不匹配，网卡就会忽略该消息。,以太网通信,以太网协议定义网络通信的许多方面，包括帧格式、帧大小、时序和编码等。当消息在以太网络上的主机之间发送时，主机会将消息格式化为标准指定的帧结构。帧也称为协议数据单元(PDU)。以太网帧的格式指定目的和源
7、MAC 地址的位置以及其它信息，包括：定序和定时的前导码帧首定界符帧的长度和类型用于检测传输错误的帧校验序列从“目的 MAC 地址”字段到“帧校验序列(FCS)”字段，以太网帧的大小限制为最大 1518 个字节和最小 64 个字节。如果帧不符合这一限制，接收主机将不作处理。除了帧的格式、大小和时序以外，以太网标准还定义了组成帧的位在通道中的编码形式。位可在铜缆中以电子脉冲的形式传输，或在光缆中以光脉冲的形式传输。,以太网络的层次设计,试想一下，如果仅仅依靠人的名字来发送消息，通信会有多么困难！如果没有国家、城镇和街道地址，要寄一封信给世界上某个人简直不可想像。在以太网络中，主机的 MAC 地址
8、类似于人的名字。MAC 地址表示某一主机的独特身份，而不指示主机在网络中的位置。如果 Internet 中的所有主机（超过 4 亿台）都只用其唯一的 MAC 地址来标识，要查找一台确定的主机无异于大海捞针。此外，为帮助主机通信，以太网技术还会生成大量的广播流量。广播将发送到一个网络中的所有主机，它非常消耗带宽，会减慢网络速度。如果连接 Internet 的数百万台主机都在一个以太网络中，并且都使用广播，将会是一种怎样的情景？由于这两个原因，由许多主机组成的大型以太网络通常效率极低。因此，最好将大型网络分割成更便于管理的多个小型网段，其方法之一是使用层次设计模型。,以太网络的层次设计,在网络中，
9、层次设计用于将设备分组到多个以分层方式构建的网络。它包括更小、更易于管理的组，可让本地流量保留在本地。只有预定流向其它网络的流量进入更高的层。层次式分层设计提高了效率，优化了功能，加快了速度。由于可以在不影响现有本地网络性能的情况下新增本地网络，从而可以根据需要伸缩网络。层次式设计有三个基本层：接入层-提供到本地以太网络中主机的连接。分布层-相互连接较小的本地网络。核心层-分布层设备之间的高速连接。在这种新型的层次式设计中，需要使用逻辑寻址方案来标识主机的位置，也就是 Internet 协议(IP)寻址方案。,逻辑寻址,人的名字一般不会改变，而人的住址则不然。对于主机，其 MAC 地址不会改变
10、；它是以物理方式分配到主机网卡的地址，称为物理地址。无论主机在网络中哪个位置，其物理地址都保持不变，就像人的名字一样。IP 地址则类似于人的住址，它称为逻辑地址，因为它是根据主机位置以逻辑方式分配的。IP 地址或网络地址由网络管理员根据本地网络分配给每台主机。IP 地址包含两部分。一部分标识本地网络。IP 地址的网络部分对于所有连接到同一本地网络的主机都是一样的。第二部分标识特定主机。在同一个本地网络中，IP 地址的主机部分是每台主机所独有的。在层次网络中通信的主机同时需要物理 MAC 地址和逻辑 IP 地址，就像寄送信件同时需要收信人的名字和地址一样。,接入层、分布层和汇聚层,IP 流量根据
11、与以下各层相关的特性和设备来管理：接入层、分布层和核心层。IP 地址用于确定流量应保留在本地，还是应上移到层次式网络的更高层。接入层接入层为终端用户设备连接到网络提供连接点，允许多台主机通过网络设备（通常是集线器或交换机）连接到其它主机。一般而言，同一个接入层中所有设备的 IP 地址都有相同的网络部分。根据 IP 地址的网络部分，如果某消息的发送目的是本地主机，则该消息会保留在本地。如果发送目的是不同的网络，则会上传到分布层。集线器和交换机用于连接到分布层设备（通常是路由器）。分布层分布层为不同的网络提供连接点，并且控制信息在网络之间的流动。它通常包含比接入层功能更强大的交换机，以及用于在网络之间路由的路由器。分布层设备控制从接入层流到核心层的流量的类型和大小。核心层核心层是包含冗余（备份）连接的高速中枢层。它负责在多个终端网络之间传输大量的数据。核心层设备通常包含非常强大的高速交换机和路由器。核心层的主要目的是快速传输数据。,
