第5章數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

1、數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)1我們的目標(biāo): r理解支撐鏈路層服務(wù)的原則:m差錯檢測, 糾正m共享廣播信道: 多路訪問m鏈路層編址m可靠數(shù)據(jù)傳輸, 流量控制: 前面已分析過r各種鏈路層技術(shù)實例與實現(xiàn)第5章 鏈路層和局域網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)2第5章 鏈路層r5.1 概述與服務(wù)r5.2 差錯檢測和糾錯 r5.3多路訪問協(xié)議r5.4 鏈路層編址r5.5 以太網(wǎng)r5.6 集線器和交換機r5.7 PPPr5.8 鏈路虛擬化: ATM和MPLS數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)3鏈路層: 主要分析的內(nèi)容r分組如何通過各段鏈路？分組如何通過各段鏈路？r網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)報如何被封裝成鏈路層的網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)報如何被封裝成鏈路層的幀？幀？r 鏈路

2、層協(xié)議是否能夠提供路由器之間的可鏈路層協(xié)議是否能夠提供路由器之間的可靠數(shù)據(jù)傳輸？靠數(shù)據(jù)傳輸？r 通信路徑上不同的鏈路是否采用不同的鏈通信路徑上不同的鏈路是否采用不同的鏈路層協(xié)議？路層協(xié)議？數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)4鏈路層: 概述某些術(shù)語:r主機和路由器是節(jié)點節(jié)點r連接沿通信路徑的相鄰節(jié)點的路徑是鏈路鏈路m有線鏈路m無線鏈路m局域網(wǎng)r第二層的分組叫幀幀, 封裝數(shù)據(jù)報“l(fā)ink”數(shù)據(jù)鏈路層具有經(jīng)一條鏈路從一個節(jié)點傳輸數(shù)據(jù)鏈路層具有經(jīng)一條鏈路從一個節(jié)點傳輸數(shù)據(jù)到相鄰節(jié)點的能力數(shù)據(jù)到相鄰節(jié)點的能力 數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)55.1.1 鏈路層提供的服務(wù)r鏈路層功能：將分組通過一個鏈路，從一個節(jié)點傳輸鏈路層功能：將

3、分組通過一個鏈路，從一個節(jié)點傳輸?shù)洁徑牧硪粋€節(jié)點。到鄰近的另一個節(jié)點。r鏈路層協(xié)議：用來在單段鏈路上傳輸分組。鏈路層協(xié)議：用來在單段鏈路上傳輸分組。r定義了在鏈路兩端的節(jié)點之間交互的分組格式，以及定義了在鏈路兩端的節(jié)點之間交互的分組格式，以及當(dāng)發(fā)送和接收分組時節(jié)點采取的動作。當(dāng)發(fā)送和接收分組時節(jié)點采取的動作。r交換的數(shù)據(jù)單元稱為交換的數(shù)據(jù)單元稱為幀幀 (frame)，封裝了一個網(wǎng)絡(luò)層的，封裝了一個網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)報。數(shù)據(jù)報。r所采取的動作：包括差錯檢測、重傳、流量控制和隨所采取的動作：包括差錯檢測、重傳、流量控制和隨機訪問。機訪問。r典型協(xié)議：以太網(wǎng)、典型協(xié)議：以太網(wǎng)、802.11無線無線LAN

4、、令牌環(huán)和、令牌環(huán)和PPP，以及以及ATM。數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)6網(wǎng)絡(luò)層與鏈路層關(guān)系網(wǎng)絡(luò)層：網(wǎng)絡(luò)層：將運輸層報文段將運輸層報文段從源主機傳送到目的主機從源主機傳送到目的主機。 能夠在各段能夠在各段鏈路層提供異構(gòu)服務(wù)鏈路層提供異構(gòu)服務(wù)的情況下，完成的情況下，完成端到端的工作。端到端的工作。鏈路層：鏈路層：將網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)報將網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)報從一個節(jié)點傳送到下一個節(jié)從一個節(jié)點傳送到下一個節(jié)點點（單段鏈路）。（單段鏈路）。 不同的鏈路采用不同的鏈路層協(xié)議不同的鏈路采用不同的鏈路層協(xié)議，提供的服務(wù)，提供的服務(wù)不同。不同。數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)7類比例類比例旅行社組織游客從旅行社組織游客從?？诤？诘降焦鹆株査饭鹆株査?/p>

5、 。經(jīng)過。經(jīng)過3段旅段旅程，如圖。程，如圖。游客：游客：數(shù)據(jù)報；數(shù)據(jù)報；運輸區(qū)段：運輸區(qū)段：通信鏈路；通信鏈路；運輸方式：運輸方式：鏈路層協(xié)議，如汽車、飛機和船。鏈路層協(xié)議，如汽車、飛機和船。旅行社：旅行社：選路協(xié)議。選路協(xié)議。飛機飛機 汽車汽車 船船海?？诳陉栮査匪窋?shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)8鏈路層提供的服務(wù)鏈路層提供的服務(wù) 鏈路層的基本服務(wù)是將數(shù)據(jù)報通過單一通信鏈路鏈路層的基本服務(wù)是將數(shù)據(jù)報通過單一通信鏈路從一個節(jié)點移動到相鄰節(jié)點，所提供的服務(wù)的服務(wù)細從一個節(jié)點移動到相鄰節(jié)點，所提供的服務(wù)的服務(wù)細節(jié)將隨鏈路層協(xié)議從一種進入下一種而改變；節(jié)將隨鏈路層協(xié)議從一種進入下一種而改變； 鏈路層可能提供的服務(wù)

6、包括：鏈路層可能提供的服務(wù)包括：r 成幀：成幀：把網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)報封裝成鏈路層幀把網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)報封裝成鏈路層幀，再傳送到鏈路上。，再傳送到鏈路上。 首部包括若干字段：如編號、物理地址等。首部包括若干字段：如編號、物理地址等。 不同的鏈路層協(xié)議，幀格式可能不同。不同的鏈路層協(xié)議，幀格式可能不同。首首部部數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)報報數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)9鏈路層提供的服務(wù)鏈路層提供的服務(wù)r鏈路接入：鏈路接入：由媒體訪問控制由媒體訪問控制(Medium Access Control, MAC)協(xié)議協(xié)議定義幀在鏈路上傳輸?shù)囊?guī)則。定義幀在鏈路上傳輸?shù)囊?guī)則。點對點鏈路：點對點鏈路：一個發(fā)送方和一個接收方，一個發(fā)送方和一個接收方，M

7、AC協(xié)議比較簡單協(xié)議比較簡單(或或不存在不存在)，即任何時候只要鏈路空閑，發(fā)送方都能夠發(fā)送幀。，即任何時候只要鏈路空閑，發(fā)送方都能夠發(fā)送幀。廣播鏈路廣播鏈路：多個節(jié)點共享一個鏈路（多路訪問），使用：多個節(jié)點共享一個鏈路（多路訪問），使用MAC協(xié)協(xié)議協(xié)調(diào)多個節(jié)點的幀傳輸議協(xié)調(diào)多個節(jié)點的幀傳輸數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)10鏈路層提供的服務(wù)鏈路層提供的服務(wù)r可靠交付：可靠交付： 保證網(wǎng)絡(luò)層的保證網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)報無差錯地通過鏈路層數(shù)據(jù)報無差錯地通過鏈路層。與運輸層類似，可與運輸層類似，可通過確認和重傳獲得通過確認和重傳獲得。高差錯率的鏈路：高差錯率的鏈路：如無線鏈路，如無線鏈路，在本地在本地 ( (發(fā)生差錯的鏈

8、發(fā)生差錯的鏈路路) )糾正差錯糾正差錯，不通過運輸層或應(yīng)用層協(xié)議進行端到端，不通過運輸層或應(yīng)用層協(xié)議進行端到端的數(shù)據(jù)重傳；的數(shù)據(jù)重傳；低差錯率的鏈路：低差錯率的鏈路：如光纖、同軸電纜、雙絞線鏈路，如光纖、同軸電纜、雙絞線鏈路，不需提供可靠的傳輸服務(wù)。不需提供可靠的傳輸服務(wù)。數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)11r流量控制：流量控制：防止發(fā)送節(jié)點的發(fā)送速率過高防止發(fā)送節(jié)點的發(fā)送速率過高，避免接收，避免接收節(jié)點來不及處理。節(jié)點來不及處理。 鏈路節(jié)點的幀緩存容量有限。鏈路節(jié)點的幀緩存容量有限。 當(dāng)幀到達接收節(jié)點的速率大于其處理速率，接收方緩當(dāng)幀到達接收節(jié)點的速率大于其處理速率，接收方緩沖區(qū)產(chǎn)生溢出，幀會丟失。沖區(qū)產(chǎn)

9、生溢出，幀會丟失。 鏈路層提供的服務(wù)鏈路層提供的服務(wù)數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)12鏈路層提供的服務(wù)鏈路層提供的服務(wù)r差錯檢測：差錯檢測： 幀在傳輸時有可能出現(xiàn)幀在傳輸時有可能出現(xiàn)比特差錯比特差錯（10、01）。）。 差錯檢測用來差錯檢測用來檢測是否存在一個或多個差錯檢測是否存在一個或多個差錯。 發(fā)送節(jié)點：發(fā)送節(jié)點：在幀中設(shè)置差錯檢測比特；在幀中設(shè)置差錯檢測比特； 接收節(jié)點：接收節(jié)點：對收到的幀進行差錯檢測。對收到的幀進行差錯檢測。 通過硬件實現(xiàn)。通過硬件實現(xiàn)。r差錯糾正：差錯糾正： 與差錯檢測類似。與差錯檢測類似。 接收方不僅能檢測幀中是否出現(xiàn)差錯，還能判斷接收方不僅能檢測幀中是否出現(xiàn)差錯，還能判斷差

10、錯的位置，并進行糾正。差錯的位置，并進行糾正。數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)13鏈路層提供的服務(wù)r半雙工和全雙工：半雙工和全雙工：全雙工傳輸全雙工傳輸：鏈路兩端的節(jié)點可以同時傳輸分組。鏈路兩端的節(jié)點可以同時傳輸分組。半雙工傳輸：半雙工傳輸：鏈路兩端的節(jié)點不能同時傳輸和接收，鏈路兩端的節(jié)點不能同時傳輸和接收，只能交替。只能交替。數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)14鏈路層服務(wù)和運輸層服務(wù)比較鏈路層服務(wù)和運輸層服務(wù)比較r運輸層協(xié)議：運輸層協(xié)議： 在端到端的基礎(chǔ)上為在端到端的基礎(chǔ)上為兩個進程之間兩個進程之間提供可靠傳提供可靠傳輸；輸； 流量控制是在端到端的基礎(chǔ)上提供。流量控制是在端到端的基礎(chǔ)上提供。r鏈路層協(xié)議鏈路層協(xié)議： 在

11、一條鏈路相連的在一條鏈路相連的兩個節(jié)點之間兩個節(jié)點之間提供可靠傳輸。提供可靠傳輸。 流量控制是在相鄰節(jié)點之間的基礎(chǔ)上提供。流量控制是在相鄰節(jié)點之間的基礎(chǔ)上提供。數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)155.1.2 鏈路層在何處實現(xiàn)r在路由器中鏈路層怎樣實現(xiàn)在線路卡中？在路由器中鏈路層怎樣實現(xiàn)在線路卡中？r主機的鏈路層是用硬件還是軟件實現(xiàn)？主機的鏈路層是用硬件還是軟件實現(xiàn)？r它是實現(xiàn)一塊單獨的卡上還是在一個芯片上它是實現(xiàn)一塊單獨的卡上還是在一個芯片上呢？呢？r它是怎樣與主機的硬件和操作系統(tǒng)組件接口的它是怎樣與主機的硬件和操作系統(tǒng)組件接口的呢？呢？數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)16r在主機中鏈路層的主體部分是網(wǎng)絡(luò)適配器中實現(xiàn)在主

12、機中鏈路層的主體部分是網(wǎng)絡(luò)適配器中實現(xiàn)r適配器適配器(adapter)：網(wǎng)絡(luò)接口卡（網(wǎng)絡(luò)接口卡（NIC，network interface card），其內(nèi)核為鏈路），其內(nèi)核為鏈路層控制器。層控制器。NIC是一個電路板（或是一個電路板（或PCMCIA板），包括板），包括RAM、DSP芯片、主機總線接口和芯片、主機總線接口和鏈路接口。鏈路接口。 實現(xiàn)實現(xiàn)物理層及鏈路層物理層及鏈路層的主要功能。的主要功能。因此鏈路層控制器的許多功能是用硬件實現(xiàn)的，例如因此鏈路層控制器的許多功能是用硬件實現(xiàn)的，例如Intel的的8254x控制器實現(xiàn)以控制器實現(xiàn)以太網(wǎng)協(xié)議，太網(wǎng)協(xié)議，Atheros AR5006實現(xiàn)實

13、現(xiàn)802.11 WiFi協(xié)議，目前網(wǎng)絡(luò)適配器已被綜合進協(xié)議，目前網(wǎng)絡(luò)適配器已被綜合進主板主板-即即 “LAN在主板在主板”發(fā)送節(jié)點發(fā)送節(jié)點幀幀接收節(jié)點接收節(jié)點數(shù)據(jù)報數(shù)據(jù)報幀幀適配器適配器適配器適配器鏈路層協(xié)議鏈路層協(xié)議將數(shù)據(jù)報封裝在幀中將數(shù)據(jù)報封裝在幀中增加差錯檢測比特，增加差錯檢測比特，可靠數(shù)據(jù)傳輸，流量控可靠數(shù)據(jù)傳輸，流量控制制, 等等查找差錯，可靠數(shù)據(jù)傳輸查找差錯，可靠數(shù)據(jù)傳輸，流，流 量控制量控制, 等等提取數(shù)據(jù)報，傳遞到接收提取數(shù)據(jù)報，傳遞到接收節(jié)點節(jié)點數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)17EDC= 差錯檢測和糾錯比特(冗余) 數(shù)據(jù)由差錯校驗保護，可能包括首部字段 差錯檢測不是100%可靠! 協(xié)議可

14、能漏掉某些差錯，但是非常少 較大的EDC字段產(chǎn)生更好的檢測和糾正5.2 差錯檢測技術(shù)數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)18奇偶校驗單比特奇偶校驗:檢測單個比特差錯檢測單個比特差錯二維比特奇偶校驗:檢測和糾正單個比特差錯檢測和糾正單個比特差錯00奇偶比特奇偶差錯奇偶差錯可糾正的單比特差錯無差錯數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)19互聯(lián)網(wǎng)檢查和發(fā)送方:r將段內(nèi)容作為16比特整數(shù)序列來處理r檢查和: 段內(nèi)容相加(補碼和)r發(fā)送方將檢查和的值放入 UDP 檢查和字段接收方:r計算接收到段的檢查和r檢查是否計算的檢查和等于 檢查和字段的值:mNO 檢測到差錯mYES 沒有檢測到差錯. 盡管如此，還可能有錯。詳情見后.目標(biāo)：檢測傳輸段中

15、的“差錯” (如比特翻轉(zhuǎn)) (注意: 僅用于運輸層)數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)20檢查和:循環(huán)冗余碼校驗r將數(shù)據(jù)比特D看作一個二進制數(shù)r選擇r+1比特模式(生成式), G r目標(biāo)：選擇r個CRC 比特R, 使得m 被G整除 (以2為模) m接收方知道G, 用G除以. 如果有非零余數(shù)：檢測到差錯!m能夠檢測所有小于r+1比特的突發(fā)差錯r廣泛用于實踐中 (ATM, HDCL)比特模式數(shù)學(xué)公式被發(fā)送的數(shù)據(jù)比特數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)21第5章 鏈路層r5.1 概述與服務(wù)r5.2 差錯檢測和糾錯 r5.3多路訪問協(xié)議r5.4 鏈路層編址r5.5 以太網(wǎng)r5.6 集線器和交換機r5.7 PPPr5.8 鏈路虛擬化:

16、ATM和MPLS數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)22兩類 “鏈路”:r點對點m用于撥號接入的PPPm在以太網(wǎng)交換機和主機之間的點對點鏈路r廣播 (共享線路或媒體)m傳統(tǒng)的以太網(wǎng)m向上游的HFCm802.11無線LAN5.2 多路訪問協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)23廣播信道要解決問題 傳統(tǒng)的廣播電視：傳統(tǒng)的廣播電視：是單向的廣播，一個固定的節(jié)點向是單向的廣播，一個固定的節(jié)點向許多接收節(jié)點發(fā)送。許多接收節(jié)點發(fā)送。 計算機網(wǎng)絡(luò)：計算機網(wǎng)絡(luò)：廣播信道上的節(jié)點都能夠發(fā)送和接收。廣播信道上的節(jié)點都能夠發(fā)送和接收。 好比許多人聚集在一起交談（空氣是廣播媒體）。好比許多人聚集在一起交談（空氣是廣播媒體）。解決解決“誰在什么時候獲

17、得說話權(quán)力誰在什么時候獲得說話權(quán)力”( (向信道發(fā)送向信道發(fā)送) )。 多路訪問問題：多路訪問問題：如何如何協(xié)調(diào)多個發(fā)送和接收節(jié)點對共享協(xié)調(diào)多個發(fā)送和接收節(jié)點對共享廣播信道的訪問廣播信道的訪問。 相關(guān)技術(shù)是相關(guān)技術(shù)是多路訪問協(xié)議多路訪問協(xié)議。數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)24多路訪問協(xié)議r 目的：目的：協(xié)調(diào)多個節(jié)點在共享廣播信道上的傳輸。協(xié)調(diào)多個節(jié)點在共享廣播信道上的傳輸。 避免多個節(jié)點同時避免多個節(jié)點同時使用信道，發(fā)生沖突（碰撞），產(chǎn)使用信道，發(fā)生沖突（碰撞），產(chǎn)生互相干擾。生互相干擾。沖突（沖突（collide）：）：兩個以上的節(jié)點同時傳輸幀兩個以上的節(jié)點同時傳輸幀，使接收方，使接收方收不到正確的幀（

18、所有沖突的幀都受損丟失）。收不到正確的幀（所有沖突的幀都受損丟失）。 造成廣播信道時間的浪費。造成廣播信道時間的浪費。 多路訪問協(xié)議可用于許多不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，如有線和多路訪問協(xié)議可用于許多不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，如有線和無線局域網(wǎng)、衛(wèi)星網(wǎng)等。如圖無線局域網(wǎng)、衛(wèi)星網(wǎng)等。如圖5-9。數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)25數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)26多路訪問協(xié)議類型（三類）r信道劃分協(xié)議信道劃分協(xié)議m把信道劃分為小把信道劃分為小“片片” (時隙時隙)m給節(jié)點分配專用的小給節(jié)點分配專用的小“片片” r隨機訪問協(xié)議隨機訪問協(xié)議m不劃分信道，允許沖突不劃分信道，允許沖突m能從沖突中能從沖突中“恢復(fù)恢復(fù)”r輪流協(xié)議輪流協(xié)議m通過輪流訪問

19、信道避免沖突，要發(fā)送的節(jié)點越多輪通過輪流訪問信道避免沖突，要發(fā)送的節(jié)點越多輪流時間越長流時間越長數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)27多路訪問協(xié)議的理想特性設(shè)廣播信道的速率為設(shè)廣播信道的速率為R b/s只有只有一個節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)一個節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)時：時： 該節(jié)點的吞吐量該節(jié)點的吞吐量為為R b/s有有M個節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)個節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)時：每個節(jié)點吞吐量為時：每個節(jié)點吞吐量為R /M b/s；協(xié)議是協(xié)議是分散的分散的：不會因為主節(jié)點故障而癱瘓：不會因為主節(jié)點故障而癱瘓協(xié)議是協(xié)議是簡單的簡單的：實現(xiàn)方便、價格適中。：實現(xiàn)方便、價格適中。數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)285.3.1 信道劃分協(xié)議主要有主要有TDM、FDM、CDMA三種

20、。三種。設(shè)信道支持設(shè)信道支持N個節(jié)點，傳輸速率是個節(jié)點，傳輸速率是R b/s。r 時分多路復(fù)用時分多路復(fù)用 (TDM)： 將時間劃分為將時間劃分為時間幀時間幀，每個時間幀再劃分為，每個時間幀再劃分為N個時隙個時隙（長度保證發(fā)送一個分組），分別分配給（長度保證發(fā)送一個分組），分別分配給N個節(jié)點。個節(jié)點。 每個節(jié)點只在固定分配的時隙中傳輸。每個節(jié)點只在固定分配的時隙中傳輸。 例：例：6個站點的個站點的LAN, 時隙時隙1、3、4 有分組有分組, 時隙時隙2、5、6 空閑空閑 數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)29TDM特點特點避免沖突、公平：避免沖突、公平：每個節(jié)點專用速率每個節(jié)點專用速率R/N b/s。節(jié)點速率

21、有限節(jié)點速率有限：R/N b/s；效率不高：效率不高：節(jié)點必須等待它的傳輸時隙。節(jié)點必須等待它的傳輸時隙。數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)30r 頻分多路復(fù)用頻分多路復(fù)用 (FDM)： 將總信道帶寬將總信道帶寬R b/s劃分為劃分為N個較小信道個較小信道（頻段，帶寬為（頻段，帶寬為R/N），分別分配給），分別分配給N個節(jié)點。個節(jié)點。例：例： 6個站點的個站點的LAN, 頻帶頻帶1、3、4 有分組有分組, 頻帶頻帶2、5、6 空空閑閑frequency bandstimeq 特點：特點：與與TDM類似。類似。 避免沖突、公平避免沖突、公平：N個節(jié)個節(jié)點公平劃分帶寬；點公平劃分帶寬； 節(jié)點帶寬有限、效率不節(jié)點帶

22、寬有限、效率不高高：節(jié)點帶寬為：節(jié)點帶寬為R/N。數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)31碼分多址CDMA (code division multiple access)q基本思想：基本思想：給每個節(jié)點分配一個不同的代碼（給每個節(jié)點分配一個不同的代碼（CDMA代碼，碼片代碼，碼片序列）；序列）；每個節(jié)點用惟一的代碼對要發(fā)送的數(shù)據(jù)進行編碼；每個節(jié)點用惟一的代碼對要發(fā)送的數(shù)據(jù)進行編碼；不同節(jié)點可以同時發(fā)送不同節(jié)點可以同時發(fā)送，并正確到達接收方（不會互，并正確到達接收方（不會互相干擾）。相干擾）。 最初：用于軍事通信，抗干擾能力強；最初：用于軍事通信，抗干擾能力強； 目前：用于移動通信、無線多路訪問信道等。目前：用于

23、移動通信、無線多路訪問信道等。數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)325.3.2 隨機訪問協(xié)議q基本思想：基本思想：發(fā)送節(jié)點以信道全部速率（發(fā)送節(jié)點以信道全部速率（R b/s）發(fā)送；）發(fā)送；發(fā)生沖突時，沖突的每個節(jié)點分別等待一個隨機時發(fā)生沖突時，沖突的每個節(jié)點分別等待一個隨機時間，再重發(fā)，直到幀間，再重發(fā)，直到幀(分組分組)發(fā)送成功。發(fā)送成功。q典型隨機訪問協(xié)議：典型隨機訪問協(xié)議：ALOHA協(xié)議協(xié)議載波監(jiān)聽多路訪問載波監(jiān)聽多路訪問CSMA協(xié)議協(xié)議帶沖突檢測載波監(jiān)聽多路訪問帶沖突檢測載波監(jiān)聽多路訪問CSMA/CD數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)33ALOHAq ALOHA：夏威夷大學(xué)研制的一個無線電廣播通信網(wǎng)夏威夷大學(xué)研制的一

24、個無線電廣播通信網(wǎng)（20世紀(jì)世紀(jì)70年代初）。年代初）。 采用采用星型拓撲結(jié)構(gòu)星型拓撲結(jié)構(gòu)，使地理上分散的用戶通過無線，使地理上分散的用戶通過無線電來使用中心主機。電來使用中心主機。 中心主機通過下行信道向二級主機廣播分組；中心主機通過下行信道向二級主機廣播分組； 二級主機通過上行信道向中心主機發(fā)送分組（可能會二級主機通過上行信道向中心主機發(fā)送分組（可能會沖突，無線電信道是一個公用信道）。沖突，無線電信道是一個公用信道）。r 有若干種形式：有若干種形式： 時隙時隙ALOHA 純純ALOHA中心數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)341、時隙ALOHA假設(shè)：假設(shè)：所有的所有的幀長幀長L 比特比特；時間被時間被劃分

25、為若干等長的時隙劃分為若干等長的時隙（長度為一幀的傳輸時（長度為一幀的傳輸時間間L/R s）；）；節(jié)點只節(jié)點只在時隙的開始點傳輸幀在時隙的開始點傳輸幀；所有所有節(jié)點同步傳輸節(jié)點同步傳輸，知道時隙什么時候開始；，知道時隙什么時候開始；如果一個時隙有如果一個時隙有多個節(jié)點同時傳送多個節(jié)點同時傳送，所有節(jié)點都，所有節(jié)點都能檢能檢測到?jīng)_突測到?jīng)_突數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)35時隙ALOHA操作過程：當(dāng)節(jié)點有新的幀要發(fā)送，需等到下一個時隙開始，才當(dāng)節(jié)點有新的幀要發(fā)送，需等到下一個時隙開始，才傳輸整個幀。傳輸整個幀。無沖突：無沖突：節(jié)點成功傳輸幀。節(jié)點成功傳輸幀。有沖突：有沖突：節(jié)點檢測到?jīng)_突后，以概率節(jié)點檢測到

26、沖突后，以概率p在后續(xù)的每一個在后續(xù)的每一個時隙重傳該幀，直到成功。時隙重傳該幀，直到成功。重傳數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)36r特點：特點：當(dāng)只有一個當(dāng)只有一個活動節(jié)點活動節(jié)點（有幀要發(fā)送）（有幀要發(fā)送） 時，以全速時，以全速R連連續(xù)傳輸。續(xù)傳輸。分散的分散的：每個節(jié)點檢測沖突并獨立決定何時重傳；每個節(jié)點檢測沖突并獨立決定何時重傳；發(fā)送控制簡單；發(fā)送控制簡單；有有多個活動節(jié)點時效率低多個活動節(jié)點時效率低。數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)37效率(efficiency)： 當(dāng)有許多活動節(jié)點時，在發(fā)送的許多幀中，成功當(dāng)有許多活動節(jié)點時，在發(fā)送的許多幀中，成功時隙的份額。時隙的份額。 最低效率：沒有任何訪問控制，每個節(jié)點

27、都在沖最低效率：沒有任何訪問控制，每個節(jié)點都在沖突之后立即重傳，效率為零。突之后立即重傳，效率為零。數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)38效率計算r有三種可能時隙：有三種可能時隙：沖突時隙沖突時隙C：出現(xiàn)幀沖突，被出現(xiàn)幀沖突，被“浪費浪費”?？臻e時隙空閑時隙E：所有活動節(jié)點停止傳輸，被所有活動節(jié)點停止傳輸，被“浪費浪費”。成功時隙成功時隙S：只有一個節(jié)點在傳輸?shù)臅r隙。只有一個節(jié)點在傳輸?shù)臅r隙。數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)39效率計算r假設(shè)：假設(shè)：有有N個節(jié)點；個節(jié)點；每個節(jié)點都有一幀（新幀或重傳幀）要發(fā)送，試圖在每個節(jié)點都有一幀（新幀或重傳幀）要發(fā)送，試圖在每個時隙以每個時隙以概率概率p傳輸。傳輸。r成功時隙的概率：成

28、功時隙的概率：只有一個節(jié)點傳輸而其他只有一個節(jié)點傳輸而其他N-1個節(jié)點個節(jié)點不傳輸?shù)母怕什粋鬏數(shù)母怕?。若一個節(jié)點傳輸?shù)母怕适侨粢粋€節(jié)點傳輸?shù)母怕适莗，剩余的節(jié)點不傳輸?shù)母怕?，剩余的?jié)點不傳輸?shù)母怕适鞘?1-p)N-1。 一個給定的節(jié)點成功傳送的概率是一個給定的節(jié)點成功傳送的概率是 p(1-p)N-1數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)40時隙ALOHA的效率：N個節(jié)點中，任意節(jié)點成功傳送的概率：個節(jié)點中，任意節(jié)點成功傳送的概率： N p(1-p)N-1取極限后，取極限后，最大效率為：最大效率為：1/e = 0.37。 即當(dāng)許多節(jié)點都有很多幀要傳輸時，最多只即當(dāng)許多節(jié)點都有很多幀要傳輸時，最多只有有37%的時隙在

29、成功傳輸?shù)臅r隙在成功傳輸， 信道有效的傳輸信道有效的傳輸速率是速率是0.37R b/s。數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)412、純ALOHAALOHA的最初形式。是一個的最初形式。是一個非時隙、完全分散非時隙、完全分散的協(xié)議。的協(xié)議。q工作過程：工作過程：節(jié)點節(jié)點有幀要發(fā)，就立即傳輸有幀要發(fā)，就立即傳輸。如果與其他幀產(chǎn)生沖突，在該沖突幀傳完之后如果與其他幀產(chǎn)生沖突，在該沖突幀傳完之后 以以概率概率p立即重傳該幀；立即重傳該幀； 或等待一個幀的傳輸時間，再以或等待一個幀的傳輸時間，再以概率概率p傳輸該幀，或傳輸該幀，或者以者以概率概率1-p等待另一個幀的時間。等待另一個幀的時間。數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)42純ALO

30、HA最大效率：r假設(shè)：假設(shè)：幀傳輸時間為一個時間單元。幀傳輸時間為一個時間單元。任何給定時間，一個節(jié)點傳輸一幀的概率是任何給定時間，一個節(jié)點傳輸一幀的概率是p。節(jié)點節(jié)點i在時間在時間t0開始傳輸幀，如圖開始傳輸幀，如圖5-12所示。所示。r結(jié)果：結(jié)果：在在t0發(fā)送的幀會和在發(fā)送的幀會和在 t0-1,t0+1的發(fā)送的其它幀的發(fā)送的其它幀沖突沖突與與i幀開始部分重疊幀開始部分重疊與與i幀結(jié)束部分重疊幀結(jié)束部分重疊數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)43r保證幀成功傳輸：保證幀成功傳輸：在時間間隔在時間間隔t0 -1，t0中，不能有其他節(jié)點開始傳輸。中，不能有其他節(jié)點開始傳輸。 其他節(jié)點沒有開始傳輸?shù)母怕适瞧渌?jié)點沒

31、有開始傳輸?shù)母怕适?1-p)N-1當(dāng)節(jié)點當(dāng)節(jié)點i傳輸時，在時間間隔傳輸時，在時間間隔t0 ，t0+1中，其他節(jié)點不中，其他節(jié)點不能開始傳輸。能開始傳輸。 其他節(jié)點沒有開始傳輸?shù)母怕适瞧渌?jié)點沒有開始傳輸?shù)母怕适?1-p)N-1。數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)44純ALOHA效率P(給定節(jié)點成功傳送給定節(jié)點成功傳送) = P(節(jié)點傳送節(jié)點傳送) P(沒有其他節(jié)點在沒有其他節(jié)點在t0-1,t0內(nèi)傳送內(nèi)傳送) P(沒有其他節(jié)點在沒有其他節(jié)點在t0,t0 +1內(nèi)傳送內(nèi)傳送) = p . (1-p)N-1 . (1-p)N-1 = p . (1-p)2(N-1) 取極限為取極限為 1/(2e) = 0.18。 只有

32、時隙只有時隙ALOHA協(xié)議的一半。協(xié)議的一半。數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)453、CSMA（載波偵聽多路訪問）增加兩個規(guī)則。增加兩個規(guī)則。r載波偵聽載波偵聽CS：某個節(jié)點在發(fā)送之前，先監(jiān)聽信道某個節(jié)點在發(fā)送之前，先監(jiān)聽信道。信道忙：信道忙：有其他節(jié)點正往信道發(fā)送幀，該節(jié)點有其他節(jié)點正往信道發(fā)送幀，該節(jié)點隨機等待隨機等待（回退）一段時間（回退）一段時間，然后再偵聽信道。，然后再偵聽信道。信道空：信道空：該節(jié)點該節(jié)點開始傳輸幀開始傳輸幀。r沖突檢測沖突檢測 CD ：邊發(fā)送邊監(jiān)聽邊發(fā)送邊監(jiān)聽，即節(jié)點在傳輸同時偵聽，即節(jié)點在傳輸同時偵聽信道。信道。 如果檢測到有其他節(jié)點正在傳輸幀，如果檢測到有其他節(jié)點正在傳輸幀

33、，發(fā)生沖突，立發(fā)生沖突，立即停止傳輸即停止傳輸，并用某種方法來決定何時再重新傳輸。，并用某種方法來決定何時再重新傳輸。r人類類比人類類比: : 不要打斷他人說話不要打斷他人說話! !數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)46兩種相應(yīng)的協(xié)議：載波偵聽多路訪問載波偵聽多路訪問CSMA（carrier sense multiple access）帶沖突檢測的載波偵聽多路訪問帶沖突檢測的載波偵聽多路訪問CSMA/CD(CSMA with collision detection)數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)47CS MA： 只增加只增加“載波偵聽載波偵聽”規(guī)則。也叫規(guī)則。也叫“先聽后先聽后講講”LBT（listen before t

34、alk）。）。r基本原理：基本原理： 傳送前偵聽傳送前偵聽信道閑：信道閑：傳送整個幀傳送整個幀信道忙：信道忙：延遲傳送延遲傳送r特點：特點：發(fā)前監(jiān)聽，可發(fā)前監(jiān)聽，可減少沖突減少沖突。由于傳播時延的存在，仍有由于傳播時延的存在，仍有可能出現(xiàn)沖突，并造成信可能出現(xiàn)沖突，并造成信道浪費道浪費。數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)48例r 一個廣播總線連接一個廣播總線連接4個個節(jié)點節(jié)點(A、B、C、D)傳輸傳輸?shù)臅r空圖。的時空圖。節(jié)點的空間分布節(jié)點的空間分布 數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)49時間時間t0：節(jié)點節(jié)點B偵聽到信道偵聽到信道空，開始傳輸幀，沿著媒體空，開始傳輸幀，沿著媒體傳播比特。傳播比特。時間時間t1（t1 t0）：

35、）：節(jié)點節(jié)點D有有幀要發(fā)送。幀要發(fā)送。B的傳輸信號未的傳輸信號未到到D，D檢測到信道空檢測到信道空，開，開始傳輸。始傳輸。 很快，很快，B的傳輸開始在的傳輸開始在D節(jié)點干擾節(jié)點干擾D的傳輸?shù)膫鬏敚_突）（沖突）q端到端信道傳播時延端到端信道傳播時延：信號信號從一個節(jié)點到另一個節(jié)點所從一個節(jié)點到另一個節(jié)點所花費的傳播時間?；ㄙM的傳播時間。 傳播時延越長，節(jié)點不傳播時延越長，節(jié)點不能偵聽到另一個節(jié)點已經(jīng)開能偵聽到另一個節(jié)點已經(jīng)開始傳輸?shù)目赡苄栽酱?。始傳輸?shù)目赡苄栽酱蟆?shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)50帶來問題：信道浪費節(jié)點沒有進行沖突檢節(jié)點沒有進行沖突檢測測，既使發(fā)生了沖突，節(jié)點，既使發(fā)生了沖突，節(jié)點仍繼續(xù)傳

36、輸它們的幀。仍繼續(xù)傳輸它們的幀。但但該幀已經(jīng)被破壞、是該幀已經(jīng)被破壞、是無用的幀，信道傳輸時間被無用的幀，信道傳輸時間被浪費。浪費。注意：注意：距離與傳播時延對碰撞距離與傳播時延對碰撞概率的影響。概率的影響。數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)51帶沖突檢測的CSMA(CSMA/CD)： 增加增加“載波偵聽載波偵聽”和和“沖突檢測沖突檢測”兩個規(guī)則。兩個規(guī)則。“邊邊說邊聽說邊聽”LWT（listen while talk）。r 基本原理：基本原理： 傳送前偵聽傳送前偵聽信道忙：信道忙：延遲傳送延遲傳送 信道閑：信道閑：傳送整個幀傳送整個幀發(fā)送同時進行發(fā)送同時進行沖突檢測：沖突檢測：一旦檢測到?jīng)_突就立即停止一旦檢

37、測到?jīng)_突就立即停止傳輸，傳輸， 盡快重發(fā)。盡快重發(fā)。r目的：目的：縮短無效傳送時間，縮短無效傳送時間，提高信道的利用率提高信道的利用率。數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)52例 兩個節(jié)點兩個節(jié)點B、D在檢測到?jīng)_突之后很短的時間內(nèi)都放棄在檢測到?jīng)_突之后很短的時間內(nèi)都放棄傳輸。傳輸。以太網(wǎng)即采用以太網(wǎng)即采用CSMA/CD協(xié)議。協(xié)議。檢測到?jīng)_突檢測到?jīng)_突放棄傳輸放棄傳輸數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)535.3.3 輪流協(xié)議r多路訪問協(xié)議理想特性：多路訪問協(xié)議理想特性：只有只有一個節(jié)點一個節(jié)點活動時，吞吐量活動時，吞吐量R b/ s；有有M個節(jié)點個節(jié)點活動時，吞吐量活動時，吞吐量R/M b/ s。 ALOHA和和CSMA協(xié)議有第

38、一個特性，但沒有第二協(xié)議有第一個特性，但沒有第二個特性。個特性。1、輪詢協(xié)議、輪詢協(xié)議2、令牌傳遞協(xié)議、令牌傳遞協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)541、輪詢協(xié)議 (polling protocol)r指定一個主節(jié)點，以循環(huán)的方式輪詢每個節(jié)點指定一個主節(jié)點，以循環(huán)的方式輪詢每個節(jié)點。并告。并告訴節(jié)點能夠傳輸?shù)淖畲髱瑪?shù)。訴節(jié)點能夠傳輸?shù)淖畲髱瑪?shù)。r輪詢順序：輪詢順序： 1 2 n 主節(jié)點通過觀察信道上是否有信號來判斷節(jié)點何時主節(jié)點通過觀察信道上是否有信號來判斷節(jié)點何時完成了幀的發(fā)送，再詢問下一節(jié)點。完成了幀的發(fā)送，再詢問下一節(jié)點。數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)幀主節(jié)點主節(jié)點12n輪詢幀輪詢幀數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)55特點：消除沖突

39、和空時隙消除沖突和空時隙，效率高。，效率高。有輪詢時延有輪詢時延：活動節(jié)點不能立即傳輸幀，等待被輪詢；：活動節(jié)點不能立即傳輸幀，等待被輪詢；如果主節(jié)點失效，整個信道都不能用。如果主節(jié)點失效，整個信道都不能用。數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)562、令牌傳遞協(xié)議 (token-passing protocol)沒有主節(jié)點。沒有主節(jié)點。設(shè)置一個設(shè)置一個令牌令牌(token，小的專用幀，小的專用幀)；令牌令牌以固定順序循環(huán)傳遞以固定順序循環(huán)傳遞，給節(jié)點傳輸機會。，給節(jié)點傳輸機會。 如：如：1 2 n節(jié)點收到令牌：節(jié)點收到令牌： 有幀要發(fā)送，傳輸，有幀要發(fā)送，傳輸，傳完后將令牌轉(zhuǎn)發(fā)傳完后將令牌轉(zhuǎn)發(fā)到下一節(jié)點；到下一

40、節(jié)點； 否則，否則，直接將令牌轉(zhuǎn)發(fā)直接將令牌轉(zhuǎn)發(fā)到下一節(jié)點。到下一節(jié)點。數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)57特點：令牌傳遞是令牌傳遞是分散的，效率高分散的，效率高。一個節(jié)點的失效會使整個信道崩潰。一個節(jié)點的失效會使整個信道崩潰。一個節(jié)點忘記釋放令牌，必須恢復(fù)令牌到環(huán)中。一個節(jié)點忘記釋放令牌，必須恢復(fù)令牌到環(huán)中。 相應(yīng)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)：相應(yīng)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)：IEEE802.5 令牌環(huán)。令牌環(huán)。數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)585.3.4 局域網(wǎng) (LAN)qLAN：是一個是一個地理范圍小地理范圍小的計算機網(wǎng)絡(luò)。計算機網(wǎng)絡(luò)的的計算機網(wǎng)絡(luò)。計算機網(wǎng)絡(luò)的一個分支。一個分支。q特點：特點： q地理地理范圍小范圍?。簬坠?。如一棟樓，一所大學(xué)。：

41、幾公里。如一棟樓，一所大學(xué)。使用使用多路訪問協(xié)議多路訪問協(xié)議：如：如CSMA/CD。數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)傳輸速率傳輸速率R高高：10Mb/s、100Mb/s、1Gb/s、10 G b/s單位擁有。單位擁有。數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)59局域網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)： 數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)60應(yīng)用：范圍廣。范圍廣。r典型應(yīng)用：典型應(yīng)用：單位用戶單位用戶通過通過LAN接入因特網(wǎng)。接入因特網(wǎng)。 用戶主機用戶主機先組成先組成LAN，LAN通過路由器通過路由器接入因特網(wǎng)。接入因特網(wǎng)。數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)61局域網(wǎng)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)：IEEE802標(biāo)準(zhǔn)系列。標(biāo)準(zhǔn)系列。qIEEE802委員會：委員會：美國電氣和電子工程師協(xié)會在美國電氣和電子工程師協(xié)會在1

42、980年年2月成立的一個分委員會，專門制訂局域網(wǎng)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)月成立的一個分委員會，專門制訂局域網(wǎng)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) q典型標(biāo)準(zhǔn)：典型標(biāo)準(zhǔn)：IEEE 802.3：CSMA/CD以太網(wǎng)以太網(wǎng)。IEEE 802.4：令牌總線網(wǎng)。：令牌總線網(wǎng)。IEEE 802.5：令牌環(huán)形網(wǎng)。：令牌環(huán)形網(wǎng)。IEEE 802.11：無線局域網(wǎng)。：無線局域網(wǎng)。IEEE 802.12：新型高速局域網(wǎng)：新型高速局域網(wǎng)(100Mb/s)。數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)62兩種典型LAN技術(shù)：隨機訪問技術(shù)：隨機訪問技術(shù)：以太網(wǎng)以太網(wǎng)LAN（802.3 LAN）。）。令牌傳遞技術(shù)：令牌傳遞技術(shù)： 令牌環(huán)（令牌環(huán)（token ring，IEEE802.5

43、） FDDI（光纖式分布數(shù)據(jù)接口）。（光纖式分布數(shù)據(jù)接口）。 數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)63令牌環(huán) N個節(jié)點個節(jié)點(主機和路由器主機和路由器)通過直接鏈路連接成一個環(huán)。通過直接鏈路連接成一個環(huán)。r工作過程：工作過程：令牌沿環(huán)路順序傳遞令牌沿環(huán)路順序傳遞。一個節(jié)點有幀要發(fā)，一個節(jié)點有幀要發(fā)，等待等待“令牌令牌”到達；到達；得到令牌，發(fā)送一個幀，沿著整個環(huán)傳播；得到令牌，發(fā)送一個幀，沿著整個環(huán)傳播；到達目的節(jié)點，將其到達目的節(jié)點，將其接收（復(fù)制），作標(biāo)記接收（復(fù)制），作標(biāo)記，繼續(xù)傳，繼續(xù)傳幀沿環(huán)路循環(huán)一周返回源點幀沿環(huán)路循環(huán)一周返回源點，檢查標(biāo)記傳輸是否成功，檢查標(biāo)記傳輸是否成功 不成功：不成功：重發(fā)該幀

44、；重發(fā)該幀； 成功：成功：將其從環(huán)中將其從環(huán)中移走（刪除），移走（刪除）， 并并傳遞傳遞“令牌令牌”。發(fā)送發(fā)送接收接收數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)64光線分布數(shù)據(jù)接口 FDDI： 用于地理范圍更大的用于地理范圍更大的LAN，如城域網(wǎng)，如城域網(wǎng)MAN 。 由由目的節(jié)點將收到的幀從環(huán)中移走目的節(jié)點將收到的幀從環(huán)中移走。 FDDI不是純粹的廣播信道，每個節(jié)點并不接收每個不是純粹的廣播信道，每個節(jié)點并不接收每個傳輸?shù)膸?。傳輸?shù)膸?。?shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)65Q:Q:為什么網(wǎng)絡(luò)層和鏈路層都需要地址呢？為什么網(wǎng)絡(luò)層和鏈路層都需要地址呢？首先應(yīng)該清楚并不是節(jié)點（主機或路由器）具首先應(yīng)該清楚并不是節(jié)點（主機或路由器）具有有M

45、ACMAC地址，而是節(jié)點的適配器具有鏈路層地地址，而是節(jié)點的適配器具有鏈路層地址，我們把址，我們把LANLAN地址叫做地址叫做物理地址物理地址或或MACMAC地址地址以太網(wǎng)和以太網(wǎng)和802.11無線無線LAN的的MAC地址長地址長6字節(jié)，字節(jié)，共有共有248個可能的個可能的LAN地址，通常用十六進制地址，通常用十六進制表示，每個字節(jié)表示為一對十六進制數(shù)；表示，每個字節(jié)表示為一對十六進制數(shù)；盡管盡管MAC地址被設(shè)計為永久的，但現(xiàn)在用軟件地址被設(shè)計為永久的，但現(xiàn)在用軟件是可以修改的；是可以修改的；5.4 鏈路層編址數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)66MAC地址的一個有趣性質(zhì)是全球每家廠商生產(chǎn)的適配器都不會具有相

46、地址的一個有趣性質(zhì)是全球每家廠商生產(chǎn)的適配器都不會具有相同地址，原因是同地址，原因是IEEE在管理在管理MAC地址空間；地址空間；廣播地址：廣播地址：FF-FF-FF-FF-FF-FF。5.4.1 MAC地址1A-2F-BB-76-09-AD71-65-F7-2B-08-53字節(jié)向向IEEE購買購買廠家自行分配廠家自行分配123456數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)67MAC地址識別： 廣播信道廣播信道LAN中，一個節(jié)點發(fā)送的幀，在信道上廣中，一個節(jié)點發(fā)送的幀，在信道上廣播傳輸，其他節(jié)點都可能收到該幀。播傳輸，其他節(jié)點都可能收到該幀。 大多數(shù)情況，一個節(jié)點只向某個特定的節(jié)點發(fā)送。大多數(shù)情況，一個節(jié)點只向某個

47、特定的節(jié)點發(fā)送。由由“網(wǎng)卡網(wǎng)卡”負責(zé)負責(zé)MAC 地址的封裝和識別。地址的封裝和識別。r發(fā)送適配器：發(fā)送適配器：將目的將目的MAC地址封裝到幀中，并發(fā)送。地址封裝到幀中，并發(fā)送。 所有其他適配器都會收到這個幀。所有其他適配器都會收到這個幀。q 接收適配器：接收適配器：檢查幀的目的檢查幀的目的MAC地址是否與自己地址是否與自己MAC地址相匹配：地址相匹配： 匹配：匹配：接收該幀，取出數(shù)據(jù)報，并傳遞給上層。接收該幀，取出數(shù)據(jù)報，并傳遞給上層。 不匹配：不匹配：丟棄該幀。丟棄該幀。數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)68r應(yīng)用層有主機名、網(wǎng)絡(luò)層有應(yīng)用層有主機名、網(wǎng)絡(luò)層有IP地址和鏈路層有地址和鏈路層有MAC地址，所以需

48、地址，所以需要它們之間進行轉(zhuǎn)換，對于因特網(wǎng)而言，這是地址解析協(xié)議要它們之間進行轉(zhuǎn)換，對于因特網(wǎng)而言，這是地址解析協(xié)議（ARP）；）；r為了理解為了理解ARP之類的協(xié)議我們看下面的這個例子：之類的協(xié)議我們看下面的這個例子：5.4.2 地址解析協(xié)議1A-2F-BB-76-09-AD58-23-D7-FA-20-B00C-C4-11-6F-E3-98 LAN237.196.7.23237.196.7.78237.196.7.14237.196.7.8871-65-F7-2B-08-53ABr那么源主機是怎么獲得目的主機的那么源主機是怎么獲得目的主機的MAC地址？地址？ ARP數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)69地

49、址之間的轉(zhuǎn)換地址之間的轉(zhuǎn)換通信時，需要進行地址轉(zhuǎn)換：通信時，需要進行地址轉(zhuǎn)換： 主機名主機名 IP地址地址 MAC地址地址DNS域名系統(tǒng)：域名系統(tǒng)：將將主機名解析到主機名解析到IP地址地址。 DNS為在因特網(wǎng)中任何地方的主機解析主機名。為在因特網(wǎng)中任何地方的主機解析主機名。ARP地址解析協(xié)議：地址解析協(xié)議：將將IP地址解析到地址解析到MAC地址地址。 ARP只為在同一個只為在同一個LAN上的節(jié)點解析上的節(jié)點解析IP地址。地址。數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)70地址轉(zhuǎn)換問題r兩臺機器A和B,它們IP地址分別是IA、 IB ，物理地址分別是PA和PBr高層程序僅希望與IP地址交往，而實際通信必須使用物理地址I

50、P4IAPAHA4HA3HA2HA5PBIP5ABIP2R1R2以太網(wǎng) 2以太網(wǎng) 1FDDI 網(wǎng)IP 層上的互聯(lián)網(wǎng)IP 數(shù)據(jù)報MAC 幀IBIP3IP1IP6IP1IP6IP1IP6MAC 幀MAC 幀數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)71ARP: 地址解析協(xié)議rLAN上的每個IP節(jié)點(主機、路由器)都有ARP表rARP表: 對LAN節(jié)點的IP/MAC地址映射 m TTL (壽命): 地址映射將被忘記的時間長度(通常20分鐘)問題: 已知B的IP地址怎樣決定B的MAC地址?1A-2F-BB-76-09-AD58-23-D7-FA-20-B00C-C4-11-6F-E3-9871-65-F7-2B-08-53

51、LAN237.196.7.23237.196.7.78237.196.7.14237.196.7.88數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)72ARP協(xié)議: 相同的LAN (網(wǎng)絡(luò))rA要向B發(fā)送數(shù)據(jù)報, 并且B的MAC地址不在A的ARP表中.rA廣播ARP 請求分組, 包含B的IP地址 m目的地MAC地址 = FF-FF-FF-FF-FF-FFm在 LAN上的所有機器接收ARP請求rB接收ARP分組，用它的MAC地址回答 Am幀發(fā)送到A的MAC地址 (單播)rA在它的ARP表中緩存(保存) IP到MAC的地址對，直到信息變得超時rARP是“即插即用”:m節(jié)點創(chuàng)建它們的ARP表無需網(wǎng)絡(luò)管理員干預(yù)數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)7

52、3選路到另一個LAN目的: 從A到B經(jīng)R發(fā)送數(shù)據(jù)報 假定A知道B的IP地址r在路由器R中有兩個ARP表, 每張表對應(yīng)一個IP網(wǎng)絡(luò) (LAN)ARB數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)74rA生成具有源A、目的地B的數(shù)據(jù)報rA使用ARP從111.111.111.110得到R的MAC地址 rA生成以R的MAC地址作為目的地的鏈路層幀,幀包含A-to-B IP 數(shù)據(jù)報rA的適配器發(fā)送幀rB的適配器接收幀rR從以太網(wǎng)幀取出IP數(shù)據(jù)報，看到它目的地是BrR使用ARP得到B的MAC地址rR生成包含A-to-B IP數(shù)據(jù)報的幀向B發(fā)送ARB數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)75以太網(wǎng)幾乎完全占領(lǐng)著現(xiàn)有的有線局域網(wǎng)市場。在以太網(wǎng)幾乎完全占領(lǐng)著

53、現(xiàn)有的有線局域網(wǎng)市場。在2020世世紀(jì)紀(jì)8080年代末和年代末和9090年代早期，以太網(wǎng)面臨著來自其他年代早期，以太網(wǎng)面臨著來自其他LANLAN技術(shù)包括令牌環(huán)、技術(shù)包括令牌環(huán)、FDDIFDDI和和ATMATM的挑戰(zhàn)，這些技術(shù)的挑戰(zhàn)，這些技術(shù)也成功的抓住了部分也成功的抓住了部分LANLAN市場份額。市場份額。但是自但是自2020世紀(jì)世紀(jì)7070年代以來以太網(wǎng)不斷地更新技術(shù)，始年代以來以太網(wǎng)不斷地更新技術(shù)，始終保持了終保持了LANLAN的支配地位，成為迄今為止最流行的有線的支配地位，成為迄今為止最流行的有線局域網(wǎng)技術(shù)；局域網(wǎng)技術(shù)；以太網(wǎng)成功的因素很多，可以總結(jié)為：高速以太網(wǎng)成功的因素很多，可以總結(jié)

54、為：高速LANLAN、便捷、便捷（相對于令牌環(huán)、（相對于令牌環(huán)、FDDIFDDI等）、設(shè)備便宜；等）、設(shè)備便宜；2121世紀(jì)前期以太網(wǎng)經(jīng)歷了一次變革，位于網(wǎng)絡(luò)中心的集世紀(jì)前期以太網(wǎng)經(jīng)歷了一次變革，位于網(wǎng)絡(luò)中心的集線器被交換機所取代；線器被交換機所取代；5.5 以太網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)76通過研究通過研究以太網(wǎng)的幀，我們能夠?qū)W習(xí)很多以太網(wǎng)的知識。以太網(wǎng)的幀，我們能夠?qū)W習(xí)很多以太網(wǎng)的知識。為了將對以太網(wǎng)幀的討論放到切實可行的環(huán)境中，考慮從為了將對以太網(wǎng)幀的討論放到切實可行的環(huán)境中，考慮從一臺主機向另外一臺主機發(fā)送一個一臺主機向另外一臺主機發(fā)送一個IPIP數(shù)據(jù)報，且這兩臺主數(shù)據(jù)報，且這兩臺主機在相同

55、的以太網(wǎng)機在相同的以太網(wǎng)LANLAN上。上。假設(shè)發(fā)送適配器的假設(shè)發(fā)送適配器的MACMAC地址是地址是AA-AA-AA-AA-AA-AAAA-AA-AA-AA-AA-AA，接，接受適配器的受適配器的MACMAC地址為地址為BB-BB-BB-BB-BB-BBBB-BB-BB-BB-BB-BB，發(fā)送適，發(fā)送適配器在一個以太網(wǎng)幀中封裝一個配器在一個以太網(wǎng)幀中封裝一個IPIP數(shù)據(jù)報，并把該幀傳遞數(shù)據(jù)報，并把該幀傳遞到物理層。接受適配器從物理層接收到這個幀，提取到物理層。接受適配器從物理層接收到這個幀，提取IPIP數(shù)數(shù)據(jù)報，并傳遞給網(wǎng)絡(luò)層；據(jù)報，并傳遞給網(wǎng)絡(luò)層；現(xiàn)在我們來看一下以太網(wǎng)幀的現(xiàn)在我們來看一下以

56、太網(wǎng)幀的6 6個字段；個字段；5.5.1 以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)771、以太網(wǎng)的幀結(jié)構(gòu)CRC檢測范圍檢測范圍字節(jié)字節(jié) 8 6 6 2 461500 4前同步碼前同步碼目的地址目的地址源地址源地址類型類型數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)CRCCRC數(shù)據(jù)字段數(shù)據(jù)字段(461500 字節(jié)字節(jié))：攜帶網(wǎng)絡(luò)層傳來的攜帶網(wǎng)絡(luò)層傳來的IP數(shù)據(jù)報。數(shù)據(jù)報。以太網(wǎng)的最大傳輸單元以太網(wǎng)的最大傳輸單元MTU是是1500字節(jié)：字節(jié)： 若若IP數(shù)據(jù)報超過數(shù)據(jù)報超過1500字節(jié)，必須將該數(shù)據(jù)報分段。字節(jié)，必須將該數(shù)據(jù)報分段。最小長度是最小長度是46字節(jié)：字節(jié)： 如果如果IP數(shù)據(jù)報小于數(shù)據(jù)報小于46字節(jié)，必須填充為字節(jié)，必須填充為46字節(jié)

57、。字節(jié)。 接收方網(wǎng)絡(luò)層去除填充內(nèi)容。接收方網(wǎng)絡(luò)層去除填充內(nèi)容。數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)78目的地址(6字節(jié))：目的適配器的目的適配器的MAC 地址。地址。 如主機如主機B的地址：的地址：BB-BB-BB-BB-BB-BB。適配器適配器B只接收目的地址與其只接收目的地址與其MAC地址匹配或廣播地地址匹配或廣播地址的幀址的幀，并將數(shù)據(jù)字段的內(nèi)容傳遞給網(wǎng)絡(luò)層。，并將數(shù)據(jù)字段的內(nèi)容傳遞給網(wǎng)絡(luò)層。否則，丟棄該幀。否則，丟棄該幀。字節(jié)字節(jié) 8 6 6 2 461500 4前同步碼前同步碼目的地址目的地址源地址源地址類型類型數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)CRCCRC數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)79源地址(6 字節(jié))：發(fā)送適配器的發(fā)送適配器的 M

58、AC地址。地址。如主機如主機A的地址：的地址： AA-AA-AA-AA-AA-AA。 字節(jié)字節(jié) 8 6 6 2 461500 4前同步碼前同步碼目的地址目的地址源地址源地址類型類型數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)CRCCRC數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)80類型字段(2 字節(jié))： 以太網(wǎng)可以以太網(wǎng)可以“多路復(fù)用多路復(fù)用”（支持）多種網(wǎng)絡(luò)層（支持）多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)協(xié)議。通過議。通過“類型類型”字段區(qū)分。字段區(qū)分。發(fā)送方填入網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議發(fā)送方填入網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議“類型類型”編號（編號（復(fù)用復(fù)用）；）；接收適配器根據(jù)接收適配器根據(jù)“類型類型”字段，將數(shù)據(jù)字段傳遞給相字段，將數(shù)據(jù)字段傳遞給相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議（應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議（分解分解）。）。字節(jié)字節(jié)

59、8 6 6 2 461500 4前同步碼前同步碼目的地址目的地址源地址源地址類型類型數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)CRCCRC數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)81循環(huán)冗余檢測CRC(4字節(jié)) 檢測幀中是否出現(xiàn)比特差錯（翻轉(zhuǎn)）。檢測幀中是否出現(xiàn)比特差錯（翻轉(zhuǎn)）。發(fā)送主機計算發(fā)送主機計算CRC：范圍包括目的地址、源地址、類型、數(shù)據(jù)字：范圍包括目的地址、源地址、類型、數(shù)據(jù)字段的比特，結(jié)果放入幀段的比特，結(jié)果放入幀CRC字段。字段。接收主機進行接收主機進行CRC校驗：接收主機對收到的幀進行同樣計算，并校驗：接收主機對收到的幀進行同樣計算，并校驗結(jié)果是否和校驗結(jié)果是否和CRC字段的內(nèi)容相等。字段的內(nèi)容相等。 若計算結(jié)果不等于若計算結(jié)果不等

60、于CRC字段的值字段的值(CRC校驗失敗校驗失敗)，該幀有差，該幀有差錯。錯。字節(jié)字節(jié) 8 6 6 2 461500 4前同步碼前同步碼目的地址目的地址源地址源地址類型類型數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)CRCCRC數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)82前同步碼(8 字節(jié))：前前7字節(jié)是字節(jié)是“10101010”，最后一個字節(jié)是，最后一個字節(jié)是“10101011”。使接收方和發(fā)送方的使接收方和發(fā)送方的時鐘同步時鐘同步，接收方一旦收到連續(xù)，接收方一旦收到連續(xù)的的8字節(jié)前同步碼，可確定有幀傳過來。字節(jié)前同步碼，可確定有幀傳過來。前同步碼是前同步碼是“無效信號無效信號”，接收方收到后刪除，不向，接收方收到后刪除，不向上層傳。上層傳。 CR