計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)謝希仁3.數(shù)據(jù)鏈路層

1、課件制作人：謝希仁計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（第 6 版）第 3 章 數(shù)據(jù)鏈路層課件制作人：謝希仁第 3 章 數(shù)據(jù)鏈路層3.1 使用點(diǎn)對點(diǎn)信道的數(shù)據(jù)鏈路層3.1.1 數(shù)據(jù)鏈路和幀3.1.2 三個(gè)基本問題3.2 點(diǎn)對點(diǎn)協(xié)議 PPP3.2.1 PPP 協(xié)議的特點(diǎn)3.2.2 PPP 協(xié)議的幀格式3.2.3 PPP 協(xié)議的工作狀態(tài)課件制作人：謝希仁第 3 章 數(shù)據(jù)鏈路層（續(xù)）3.3 使用廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層 3.3.1 局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層 3.3.2 CSMA/CD 協(xié)議3.4 使用廣播信道的以太網(wǎng) 3.4.1 使用集線器的星形拓?fù)?3.4.2 以太網(wǎng)的信道利用率 3.4.3 以太網(wǎng)的 MAC 層課件制作人：謝希仁第

2、 3 章 數(shù)據(jù)鏈路層（續(xù)）3.5 擴(kuò)展的以太網(wǎng)3.5.1 在物理層擴(kuò)展以太網(wǎng)3.5.2 在數(shù)據(jù)鏈路層擴(kuò)展以太網(wǎng)3.6 高速以太網(wǎng) 3.6.1 100BASE-T 以太網(wǎng) 3.6.2 吉比特以太網(wǎng) 3.6.3 10 吉比特和 100 吉比特以太網(wǎng) 3.6.4 使用以太網(wǎng)進(jìn)行寬帶接入課件制作人：謝希仁數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層使用的信道主要有以下兩種類型：n點(diǎn)對點(diǎn)信道。這種信道使用一對一的點(diǎn)對點(diǎn)通信方式。n廣播信道。這種信道使用一對多的廣播通信方式，因此過程比較復(fù)雜。廣播信道上連接的主機(jī)很多，因此必須使用專用的共享信道協(xié)議來協(xié)調(diào)這些主機(jī)的數(shù)據(jù)發(fā) 課件制作人：謝希仁數(shù)據(jù)鏈路層的簡單模型局域網(wǎng)廣域網(wǎng)主機(jī) H

3、1主機(jī) H2路由器 R1路由器 R2路由器 R3電話網(wǎng)局域網(wǎng)主機(jī) H1 向 H2 發(fā)送數(shù)據(jù)鏈路層應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層R1R2R3H1H2從層次上來看數(shù)據(jù)的流動(dòng)課件制作人：謝希仁數(shù)據(jù)鏈路層的簡單模型( 續(xù)）局域網(wǎng)廣域網(wǎng)主機(jī) H1主機(jī) H2路由器 R1路由器 R2路由器 R3電話網(wǎng)局域網(wǎng)主機(jī) H1 向 H2 發(fā)送數(shù)據(jù)鏈路層應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層R1R2R3H1H2僅從數(shù)據(jù)鏈路層觀察幀的流動(dòng)課件制作人：謝希仁3.1 使用點(diǎn)對點(diǎn)信

4、道的數(shù)據(jù)鏈路層3.1.1 數(shù)據(jù)鏈路和幀 n鏈路(link)是一條無源的點(diǎn)到點(diǎn)的物理線路段，中間沒有任何其他的交換結(jié)點(diǎn)。n一條鏈路只是一條通路的一個(gè)組成部分。n數(shù)據(jù)鏈路(data link) 除了物理線路外，還必須有通信協(xié)議來控制這些數(shù)據(jù)的傳輸。若把實(shí)現(xiàn)這些協(xié)議的硬件和軟件加到鏈路上，就構(gòu)成了數(shù)據(jù)鏈路。n現(xiàn)在最常用的方法是使用適配器（即網(wǎng)卡）來實(shí)現(xiàn)這些協(xié)議的硬件和軟件。n一般的適配器都包括了數(shù)據(jù)鏈路層和物理層這兩層的功能。 IP 數(shù)據(jù)報(bào)1010 0110幀取出數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層鏈路結(jié)點(diǎn) A結(jié)點(diǎn) B物理層數(shù)據(jù)鏈路層結(jié)點(diǎn) A結(jié)點(diǎn) B幀(a)(b)發(fā)送幀接收鏈路IP 數(shù)據(jù)報(bào)1010 0110幀裝入數(shù)據(jù)鏈

5、路層傳送的是幀課件制作人：謝希仁數(shù)據(jù)鏈路層像個(gè)數(shù)字管道 n常常在兩個(gè)對等的數(shù)據(jù)鏈路層之間畫出一個(gè)數(shù)字管道，而在這條數(shù)字管道上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)單位是幀。n早期的數(shù)據(jù)通信協(xié)議曾叫作通信規(guī)程(procedure)。因此在數(shù)據(jù)鏈路層，規(guī)程和協(xié)議是同義語。 結(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn)幀幀課件制作人：謝希仁3.1.2 三個(gè)基本問題 (1) 封裝成幀(2) 透明傳輸(3) 差錯(cuò)控制 課件制作人：謝希仁1. 封裝成幀n封裝成幀(framing)就是在一段數(shù)據(jù)的前后分別添加首部和尾部，然后就構(gòu)成了一個(gè)幀。確定幀的界限。n首部和尾部的一個(gè)重要作用就是進(jìn)行幀定界。 幀結(jié)束幀首部IP 數(shù)據(jù)報(bào)幀的數(shù)據(jù)部分幀尾部 MTU數(shù)據(jù)鏈路層的幀長開始發(fā)送

6、幀開始數(shù)據(jù)鏈路幀的特點(diǎn)n首部和尾部包括許多必要的控制信息n每一種鏈路層協(xié)議都規(guī)定了所能傳送的幀的數(shù)據(jù)部分長度上限最大傳送單元n一個(gè)控制字符SOH（start of header）表示幀的首部開始。另一個(gè)控制字符EOT（end of transmission）表示幀的結(jié)束。課件制作人：謝希仁課件制作人：謝希仁用控制字符進(jìn)行幀定界的方法舉例 SOH裝在幀中的數(shù)據(jù)部分幀幀開始符幀結(jié)束符發(fā)送在前EOT課件制作人：謝希仁2. 透明傳輸SOHEOT出現(xiàn)了“EOT”被接收端當(dāng)作無效幀而丟棄被接收端誤認(rèn)為是一個(gè)幀數(shù)據(jù)部分EOT完整的幀發(fā)送在前在數(shù)據(jù)鏈路層透明傳送數(shù)據(jù)表示無論什么樣的比特組合的數(shù)據(jù)都能通過這個(gè)數(shù)

7、據(jù)鏈路層課件制作人：謝希仁解決透明傳輸問題n發(fā)送端的數(shù)據(jù)鏈路層在數(shù)據(jù)中出現(xiàn)控制字符“SOH”或“EOT”的前面插入一個(gè)轉(zhuǎn)義字符“ESC”(其十六進(jìn)制編碼是 1B)。n字節(jié)填充(byte stuffing)或字符填充(character stuffing)接收端的數(shù)據(jù)鏈路層在將數(shù)據(jù)送往網(wǎng)絡(luò)層之前刪除插入的轉(zhuǎn)義字符。n如果轉(zhuǎn)義字符也出現(xiàn)數(shù)據(jù)當(dāng)中，那么應(yīng)在轉(zhuǎn)義字符前面插入一個(gè)轉(zhuǎn)義字符。當(dāng)接收端收到連續(xù)的兩個(gè)轉(zhuǎn)義字符時(shí)，就刪除其中前面的一個(gè)。 課件制作人：謝希仁SOHSOHEOTSOHESCESCEOTESCSOHESCESCESCSOH原始數(shù)據(jù)EOTEOT經(jīng)過字節(jié)填充后發(fā)送的數(shù)據(jù)字節(jié)填充字節(jié)填充字節(jié)

8、填充字節(jié)填充發(fā)送在前幀開始符幀結(jié)束符用字節(jié)填充法解決透明傳輸?shù)膯栴} SOH課件制作人：謝希仁3. 差錯(cuò)檢測n在傳輸過程中可能會(huì)產(chǎn)生比特差錯(cuò)：1 可能會(huì)變成 0 而 0 也可能變成 1。n在一段時(shí)間內(nèi)，傳輸錯(cuò)誤的比特占所傳輸比特總數(shù)的比率稱為誤碼率 BER (Bit Error Rate)。n誤碼率與信噪比有很大的關(guān)系。n為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，在?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，必須采用各種差錯(cuò)檢測措施。 課件制作人：謝希仁循環(huán)冗余檢驗(yàn)的原理 n在數(shù)據(jù)鏈路層傳送的幀中，廣泛使用了循環(huán)冗余檢驗(yàn) CRC 的檢錯(cuò)技術(shù)。n在發(fā)送端，先把數(shù)據(jù)劃分為組。假定每組 k 個(gè)比特。 n假設(shè)待傳送的一組數(shù)據(jù) M = 101

9、001（現(xiàn)在 k = 6）。我們在 M 的后面再添加供差錯(cuò)檢測用的 n 位冗余碼一起發(fā)送。 課件制作人：謝希仁冗余碼的計(jì)算 n用二進(jìn)制的模 2 運(yùn)算進(jìn)行 2n 乘 M 的運(yùn)算，這相當(dāng)于在 M 后面添加 n 個(gè) 0。n得到的 (k + n) 位的數(shù)除以事先選定好的長度為 (n + 1) 位的除數(shù) P，得出商是 Q 而余數(shù)是 R，余數(shù) R 比除數(shù) P 少1 位，即 R 是 n 位。 課件制作人：謝希仁冗余碼的計(jì)算舉例 n現(xiàn)在 k = 6, M = 101001。n設(shè) n = 3, 除數(shù) P = 1101，n被除數(shù)是 2nM = 101001000。 n模 2 運(yùn)算的結(jié)果是：商 Q = 110101

10、， 余數(shù) R = 001。n把余數(shù) R 作為冗余碼添加在數(shù)據(jù) M 的后面發(fā)送出去。發(fā)送的數(shù)據(jù)是：2nM + R 即：101001001，共 (k + n) 位。 課件制作人：謝希仁 110101 Q (商) P (除數(shù)) 1101 101001000 2nM (被除數(shù)) 1101 1110 1101 0111 0000 1110 1101 0110 0000 1100 1101 001 R (余數(shù))，作為 FCS 循環(huán)冗余檢驗(yàn)的原理說明 n一種方便的方法是用多項(xiàng)式來表示 檢驗(yàn)過程。上面的例子用多項(xiàng)式表示nP（X）=X3 +X2+1表示上面的除數(shù)P=1101課件制作人：謝希仁課件制作人：謝希仁幀

11、檢驗(yàn)序列 FCS n在數(shù)據(jù)后面添加上的冗余碼稱為幀檢驗(yàn)序列 FCS (Frame Check Sequence)。n循環(huán)冗余檢驗(yàn) CRC 和幀檢驗(yàn)序列 FCS并不等同。nCRC 是一種常用的檢錯(cuò)方法，而 FCS 是添加在數(shù)據(jù)后面的冗余碼。nFCS 可以用 CRC 這種方法得出，但 CRC 并非用來獲得 FCS 的唯一方法。 課件制作人：謝希仁接收端對收到的每一幀進(jìn)行 CRC 檢驗(yàn) n(1) 若得出的余數(shù) R = 0，則判定這個(gè)幀沒有差錯(cuò)，就接受(accept)。n(2) 若余數(shù) R 0，則判定這個(gè)幀有差錯(cuò)，就丟棄。n但這種檢測方法并不能確定究竟是哪一個(gè)或哪幾個(gè)比特出現(xiàn)了差錯(cuò)。n只要經(jīng)過嚴(yán)格的挑

12、選，并使用位數(shù)足夠多的除數(shù) P，那么出現(xiàn)檢測不到的差錯(cuò)的概率就很小很小。 課件制作人：謝希仁應(yīng)當(dāng)注意 n僅用循環(huán)冗余檢驗(yàn) CRC 差錯(cuò)檢測技術(shù)只能做到無差錯(cuò)接受(accept)。n“無差錯(cuò)接受”是指：“凡是接受的幀（即不包括丟棄的幀），我們都能以非常接近于 1 的概率認(rèn)為這些幀在傳輸過程中沒有產(chǎn)生差錯(cuò)”。n也就是說：“凡是接收端數(shù)據(jù)鏈路層接受的幀都沒有傳輸差錯(cuò)”（有差錯(cuò)的幀就丟棄而不接受）。n要做到“可靠傳輸”（即發(fā)送什么就收到什么）就必須再加上確認(rèn)和重傳機(jī)制。 課件制作人：謝希仁3.2 點(diǎn)對點(diǎn)協(xié)議 PPP 3.2.1 PPP 協(xié)議的特點(diǎn) n現(xiàn)在全世界使用得最多的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議是點(diǎn)對點(diǎn)協(xié)議 P

13、PP (Point-to-Point Protocol)。n用戶使用撥號(hào)電話線接入因特網(wǎng)時(shí)，一般都是使用 PPP 協(xié)議。 課件制作人：謝希仁用戶到 ISP 的鏈路使用 PPP 協(xié)議 用戶至因特網(wǎng)已向因特網(wǎng)管理機(jī)構(gòu)申請到一批 IP 地址ISP接入網(wǎng)PPP 協(xié)議課件制作人：謝希仁1. PPP 協(xié)議應(yīng)滿足的需求 n簡單這是首要的要求n封裝成幀 n透明性 n多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議 n多種類型鏈路 n差錯(cuò)檢測 n檢測連接狀態(tài) n最大傳送單元 n網(wǎng)絡(luò)層地址協(xié)商 n數(shù)據(jù)壓縮協(xié)商 課件制作人：謝希仁2. PPP 協(xié)議不需要的功能n糾錯(cuò) n流量控制 n序號(hào) n多點(diǎn)線路 n半雙工或單工鏈路 課件制作人：謝希仁3. PPP

14、 協(xié)議的組成 n1992 年制訂了 PPP 協(xié)議。經(jīng)過 1993 年和 1994 年的修訂，現(xiàn)在的 PPP 協(xié)議已成為因特網(wǎng)的正式標(biāo)準(zhǔn)RFC 1661。 nPPP 協(xié)議有三個(gè)組成部分 n一個(gè)將 IP 數(shù)據(jù)報(bào)封裝到串行鏈路的方法。n鏈路控制協(xié)議 LCP (Link Control Protocol)。n網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議 NCP (Network Control Protocol)。 課件制作人：謝希仁3.2.2 PPP 協(xié)議的幀格式n標(biāo)志字段 F = 0 x7E （符號(hào)“0 x”表示后面的字符是用十六進(jìn)制表示。十六進(jìn)制的 7E 的二進(jìn)制表示是 01111110）。n地址字段 A 只置為 0 xFF。

15、地址字段實(shí)際上并不起作用。n控制字段 C 通常置為 0 x03。nPPP 是面向字節(jié)的，所有的 PPP 幀的長度都是整數(shù)字節(jié)。 課件制作人：謝希仁PPP 協(xié)議的幀格式nPPP 有一個(gè) 2 個(gè)字節(jié)的協(xié)議字段。n當(dāng)協(xié)議字段為 0 x0021 時(shí)，PPP 幀的信息字段就是IP 數(shù)據(jù)報(bào)。n若為 0 xC021, 則信息字段是 PPP 鏈路控制數(shù)據(jù)。n若為 0 x8021，則表示這是網(wǎng)絡(luò)控制數(shù)據(jù)。 IP 數(shù)據(jù)報(bào)1211字節(jié)12不超過 1500 字節(jié)PPP 幀先發(fā)送7EFF03FACFCSF7E協(xié)議信 息 部 分首部尾部課件制作人：謝希仁透明傳輸問題 n當(dāng) PPP 用在同步傳輸鏈路時(shí)，協(xié)議規(guī)定采用硬件來完

16、成比特填充（和 HDLC 的做法一樣）。 n當(dāng) PPP 用在異步傳輸時(shí)，就使用一種特殊的字符填充法。 課件制作人：謝希仁字符填充 n將信息字段中出現(xiàn)的每一個(gè) 0 x7E 字節(jié)轉(zhuǎn)變成為 2 字節(jié)序列(0 x7D, 0 x5E)。 n若信息字段中出現(xiàn)一個(gè) 0 x7D 的字節(jié), 則將其轉(zhuǎn)變成為 2 字節(jié)序列(0 x7D, 0 x5D)。n若信息字段中出現(xiàn) ASCII 碼的控制字符（即數(shù)值小于 0 x20 的字符），則在該字符前面要加入一個(gè) 0 x7D 字節(jié)，同時(shí)將該字符的編碼加以改變。 課件制作人：謝希仁零比特填充 nPPP 協(xié)議用在 SONET/SDH 鏈路時(shí)，是使用同步傳輸（一連串的比特連續(xù)傳送

17、）。這時(shí) PPP 協(xié)議采用零比特填充方法來實(shí)現(xiàn)透明傳輸。n在發(fā)送端，只要發(fā)現(xiàn)有 5 個(gè)連續(xù) 1，則立即填入一個(gè) 0。接收端對幀中的比特流進(jìn)行掃描。每當(dāng)發(fā)現(xiàn) 5 個(gè)連續(xù)1時(shí)，就把這 5 個(gè)連續(xù) 1 后的一個(gè) 0 刪除，0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 00 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 00 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0信息字段中出現(xiàn)了和標(biāo)志字段 F 完全一樣的 8 比特組合發(fā)送端在 5 個(gè)連 1 之后填入 0 比特再發(fā)送出去在接收端把 5 個(gè)連 1之后的 0 比特刪除會(huì)被誤認(rèn)為是標(biāo)志字段 F

18、發(fā)送端填入 0 比特接收端刪除填入的 0 比特零比特填充課件制作人：謝希仁 不提供使用序號(hào)和確認(rèn)的可靠傳輸 nPPP 協(xié)議之所以不使用序號(hào)和確認(rèn)機(jī)制是出于以下的考慮：n在數(shù)據(jù)鏈路層出現(xiàn)差錯(cuò)的概率不大時(shí)，使用比較簡單的 PPP 協(xié)議較為合理。n在因特網(wǎng)環(huán)境下，PPP 的信息字段放入的數(shù)據(jù)是 IP 數(shù)據(jù)報(bào)。數(shù)據(jù)鏈路層的可靠傳輸并不能夠保證網(wǎng)絡(luò)層的傳輸也是可靠的。n幀檢驗(yàn)序列 FCS 字段可保證無差錯(cuò)接受。 課件制作人：謝希仁 3.2.3 PPP 協(xié)議的工作狀態(tài) n當(dāng)用戶撥號(hào)接入 ISP 時(shí)，路由器的調(diào)制解調(diào)器對撥號(hào)做出確認(rèn)，并建立一條物理連接。nPC 機(jī)向路由器發(fā)送一系列的 LCP 分組（封裝成多

19、個(gè) PPP 幀）。n這些分組及其響應(yīng)選擇一些 PPP 參數(shù)，和進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)層配置，NCP 給新接入的 PC機(jī)分配一個(gè)臨時(shí)的 IP 地址，使 PC 機(jī)成為因特網(wǎng)上的一個(gè)主機(jī)。n通信完畢時(shí)，NCP 釋放網(wǎng)絡(luò)層連接，收回原來分配出去的 IP 地址。接著，LCP 釋放數(shù)據(jù)鏈路層連接。最后釋放的是物理層的連接。 設(shè)備之間無鏈路鏈路靜止鏈路建立鑒別網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議鏈路打開鏈路終止物理鏈路LCP 鏈路已鑒別的 LCP 鏈路已鑒別的 LCP 鏈路和 NCP 鏈路物理層連接建立LCP 配置協(xié)商鑒別成功或無需鑒別NCP 配置協(xié)商鏈路故障或關(guān)閉請求LCP 鏈路終止鑒別失敗LCP 配置協(xié)商失敗課件制作人：謝希仁3.3 使用廣播

20、信道的數(shù)據(jù)鏈路層3.3.1 局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層 n局域網(wǎng)最主要的特點(diǎn)是：網(wǎng)絡(luò)為一個(gè)單位所擁有，且地理范圍和站點(diǎn)數(shù)目均有限。 n局域網(wǎng)具有如下的一些主要優(yōu)點(diǎn)：n具有廣播功能，從一個(gè)站點(diǎn)可很方便地訪問全網(wǎng)。局域網(wǎng)上的主機(jī)可共享連接在局域網(wǎng)上的各種硬件和軟件資源。 n便于系統(tǒng)的擴(kuò)展和逐漸地演變，各設(shè)備的位置可靈活調(diào)整和改變。n提高了系統(tǒng)的可靠性、可用性和殘存性。局域網(wǎng)的拓?fù)?匹配電阻集線器干線耦合器總線網(wǎng)星形網(wǎng)環(huán)形網(wǎng)課件制作人：謝希仁媒體共享技術(shù)n靜態(tài)劃分信道n頻分復(fù)用n時(shí)分復(fù)用n波分復(fù)用n碼分復(fù)用 n動(dòng)態(tài)媒體接入控制（多點(diǎn)接入）n隨機(jī)接入n受控接入 ，如多點(diǎn)線路探詢(polling)，或輪詢。 課

21、件制作人：謝希仁以太網(wǎng)的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn) nDIX Ethernet V2 是世界上第一個(gè)局域網(wǎng)產(chǎn)品（以太網(wǎng)）的規(guī)約。nIEEE 的 802.3 標(biāo)準(zhǔn)。nDIX Ethernet V2 標(biāo)準(zhǔn)與 IEEE 的 802.3 標(biāo)準(zhǔn)只有很小的差別，因此可以將 802.3 局域網(wǎng)簡稱為“以太網(wǎng)”。n嚴(yán)格說來，“以太網(wǎng)”應(yīng)當(dāng)是指符合 DIX Ethernet V2 標(biāo)準(zhǔn)的局域網(wǎng) 課件制作人：謝希仁數(shù)據(jù)鏈路層的兩個(gè)子層 n為了使數(shù)據(jù)鏈路層能更好地適應(yīng)多種局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，802 委員會(huì)就將局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層拆成兩個(gè)子層：n邏輯鏈路控制 LLC (Logical Link Control)子層n媒體接入控制 MAC (Me

22、dium Access Control)子層。n與接入到傳輸媒體有關(guān)的內(nèi)容都放在 MAC子層，而 LLC 子層則與傳輸媒體無關(guān)，不管采用何種協(xié)議的局域網(wǎng)對 LLC 子層來說都是透明的 課件制作人：謝希仁局域網(wǎng)對 LLC 子層是透明的 局 域 網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層物理層站點(diǎn) 1網(wǎng)絡(luò)層物理層邏輯鏈路控制LLCLLC媒體接入控制MACMAC數(shù)據(jù)鏈路層站點(diǎn) 2課件制作人：謝希仁以后一般不考慮 LLC 子層 n由于 TCP/IP 體系經(jīng)常使用的局域網(wǎng)是 DIX Ethernet V2 而不是 802.3 標(biāo)準(zhǔn)中的幾種局域網(wǎng)，因此現(xiàn)在 802 委員會(huì)制定的邏輯鏈路控制子層 LLC（即 802.2 標(biāo)準(zhǔn)）的作用已經(jīng)不大

23、了。n很多廠商生產(chǎn)的適配器上就僅裝有 MAC 協(xié)議而沒有 LLC 協(xié)議。 課件制作人：謝希仁2. 適配器的作用 n網(wǎng)絡(luò)接口板又稱為通信適配器(adapter)或網(wǎng)絡(luò)接口卡 NIC (Network Interface Card)，或“網(wǎng)卡”。 n適配器的重要功能：n進(jìn)行串行/并行轉(zhuǎn)換。n對數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存。n在計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)安裝設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。n實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)協(xié)議。 課件制作人：謝希仁計(jì)算機(jī)通過適配器和局域網(wǎng)進(jìn)行通信 硬件地址至局域網(wǎng)適配器（網(wǎng)卡）串行通信CPU 和存儲(chǔ)器生成發(fā)送的數(shù)據(jù)處理收到的數(shù)據(jù)把幀發(fā)送到局域網(wǎng)從局域網(wǎng)接收幀計(jì)算機(jī)IP 地址并行通信課件制作人：謝希仁n最初的以太網(wǎng)是將許多計(jì)算機(jī)都連

24、接到一根總線上。當(dāng)初認(rèn)為這樣的連接方法既簡單又可靠，因?yàn)榭偩€上沒有有源器件。 3.3.2 CSMA/CD 協(xié)議 B向 D發(fā)送數(shù)據(jù) C D A E匹配電阻（用來吸收總線上傳播的信號(hào)）匹配電阻不接受不接受不接受接受B只有 D 接受B 發(fā)送的數(shù)據(jù)課件制作人：謝希仁以太網(wǎng)的廣播方式發(fā)送 n總線上的每一個(gè)工作的計(jì)算機(jī)都能檢測到 B 發(fā)送的數(shù)據(jù)信號(hào)。 n由于只有計(jì)算機(jī) D 的地址與數(shù)據(jù)幀首部寫入的地址一致，因此只有 D 才接收這個(gè)數(shù)據(jù)幀。 n其他所有的計(jì)算機(jī)（A, C 和 E）都檢測到不是發(fā)送給它們的數(shù)據(jù)幀，因此就丟棄這個(gè)數(shù)據(jù)幀而不能夠收下來。n具有廣播特性的總線上實(shí)現(xiàn)了一對一的通信。 課件制作人：謝希仁

25、為了通信的簡便以太網(wǎng)采取了兩種重要的措施 n采用較為靈活的無連接的工作方式，即不必先建立連接就可以直接發(fā)送數(shù)據(jù)。 n以太網(wǎng)對發(fā)送的數(shù)據(jù)幀不進(jìn)行編號(hào)，也不要求對方發(fā)回確認(rèn)。n這樣做的理由是局域網(wǎng)信道的質(zhì)量很好，因信道質(zhì)量產(chǎn)生差錯(cuò)的概率是很小的。 課件制作人：謝希仁以太網(wǎng)提供的服務(wù) n以太網(wǎng)提供的服務(wù)是不可靠的交付，即盡最大努力的交付。n當(dāng)目的站收到有差錯(cuò)的數(shù)據(jù)幀時(shí)就丟棄此幀，其他什么也不做。差錯(cuò)的糾正由高層來決定。n如果高層發(fā)現(xiàn)丟失了一些數(shù)據(jù)而進(jìn)行重傳，但以太網(wǎng)并不知道這是一個(gè)重傳的幀，而是當(dāng)作一個(gè)新的數(shù)據(jù)幀來發(fā)送。 課件制作人：謝希仁以太網(wǎng)發(fā)送的數(shù)據(jù)都使用曼徹斯特(Manchester)編碼

26、曼徹斯特1111100000 比特流差分曼徹斯特課件制作人：謝希仁載波監(jiān)聽多點(diǎn)接入/碰撞檢測 CSMA/CD nCSMA/CD 表示 Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection。n“多點(diǎn)接入”表示許多計(jì)算機(jī)以多點(diǎn)接入的方式連接在一根總線上。n“載波監(jiān)聽”是指每一個(gè)站在發(fā)送數(shù)據(jù)之前先要檢測一下總線上是否有其他計(jì)算機(jī)在發(fā)送數(shù)據(jù)，如果有，則暫時(shí)不要發(fā)送數(shù)據(jù)，以免發(fā)生碰撞。 n總線上并沒有什么“載波”。因此， “載波監(jiān)聽”就是用電子技術(shù)檢測總線上有沒有其他計(jì)算機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)信號(hào)。 課件制作人：謝希仁碰撞檢測n“碰撞檢測”就是計(jì)算機(jī)邊發(fā)送數(shù)

27、據(jù)邊檢測信道上的信號(hào)電壓大小。n當(dāng)幾個(gè)站同時(shí)在總線上發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，總線上的信號(hào)電壓擺動(dòng)值將會(huì)增大（互相疊加）。n當(dāng)一個(gè)站檢測到的信號(hào)電壓擺動(dòng)值超過一定的門限值時(shí)，就認(rèn)為總線上至少有兩個(gè)站同時(shí)在發(fā)送數(shù)據(jù)，表明產(chǎn)生了碰撞。n所謂“碰撞”就是發(fā)生了沖突。因此“碰撞檢測”也稱為“沖突檢測”。課件制作人：謝希仁檢測到碰撞后n在發(fā)生碰撞時(shí)，總線上傳輸?shù)男盘?hào)產(chǎn)生了嚴(yán)重的失真，無法從中恢復(fù)出有用的信息來。n每一個(gè)正在發(fā)送數(shù)據(jù)的站，一旦發(fā)現(xiàn)總線上出現(xiàn)了碰撞，就要立即停止發(fā)送，免得繼續(xù)浪費(fèi)網(wǎng)絡(luò)資源，然后等待一段隨機(jī)時(shí)間后再次發(fā)送。課件制作人：謝希仁電磁波在總線上的有限傳播速率的影響 n當(dāng)某個(gè)站監(jiān)聽到總線是空閑時(shí)，也

28、可能總線并非真正是空閑的。 nA 向 B 發(fā)出的信息，要經(jīng)過一定的時(shí)間后才能傳送到 B。nB 若在 A 發(fā)送的信息到達(dá) B 之前發(fā)送自己的幀(因?yàn)檫@時(shí) B 的載波監(jiān)聽檢測不到 A 所發(fā)送的信息)，則必然要在某個(gè)時(shí)間和 A 發(fā)送的幀發(fā)生碰撞。n碰撞的結(jié)果是兩個(gè)幀都變得無用。 1 kmABt碰撞t = 2 A 檢測到發(fā)生碰撞 t = B 發(fā)送數(shù)據(jù)B 檢測到發(fā)生碰撞 t = t = 0單程端到端傳播時(shí)延記為 傳播時(shí)延對載波監(jiān)聽的影響 1 kmABt碰撞t = B 檢測到信道空閑發(fā)送數(shù)據(jù)t = / 2發(fā)生碰撞t = 2 A 檢測到發(fā)生碰撞 t = B 發(fā)送數(shù)據(jù)B 檢測到發(fā)生碰撞 t = ABABAB

29、t = 0 A 檢測到信道空閑發(fā)送數(shù)據(jù)ABt = 0t = B 檢測到發(fā)生碰撞停止發(fā)送STOPt = 2 A 檢測到發(fā)生碰撞STOPAB單程端到端傳播時(shí)延記為 課件制作人：謝希仁重要特性n使用 CSMA/CD 協(xié)議的以太網(wǎng)不能進(jìn)行全雙工通信而只能進(jìn)行雙向交替通信（半雙工通信）。n每個(gè)站在發(fā)送數(shù)據(jù)之后的一小段時(shí)間內(nèi)，存在著遭遇碰撞的可能性。 n這種發(fā)送的不確定性使整個(gè)以太網(wǎng)的平均通信量遠(yuǎn)小于以太網(wǎng)的最高數(shù)據(jù)率。 課件制作人：謝希仁爭用期n最先發(fā)送數(shù)據(jù)幀的站，在發(fā)送數(shù)據(jù)幀后至多經(jīng)過時(shí)間 2 （兩倍的端到端往返時(shí)延）就可知道發(fā)送的數(shù)據(jù)幀是否遭受了碰撞。n以太網(wǎng)的端到端往返時(shí)延 2 稱為爭用期，或碰撞

30、窗口。n經(jīng)過爭用期這段時(shí)間還沒有檢測到碰撞，才能肯定這次發(fā)送不會(huì)發(fā)生碰撞。 課件制作人：謝希仁二進(jìn)制指數(shù)類型退避算法 (truncated binary exponential type)n發(fā)生碰撞的站在停止發(fā)送數(shù)據(jù)后，要推遲（退避）一個(gè)隨機(jī)時(shí)間才能再發(fā)送數(shù)據(jù)。n基本退避時(shí)間取為爭用期 2。n從整數(shù)集合0,1, (2k 1)中隨機(jī)地取出一個(gè)數(shù)，記為 r。重傳所需的時(shí)延就是 r 倍的基本退避時(shí)間。n參數(shù) k 按下面的公式計(jì)算： k = Min重傳次數(shù), 10n當(dāng) k 10 時(shí)，參數(shù) k 等于重傳次數(shù)。n當(dāng)重傳達(dá) 16 次仍不能成功時(shí)即丟棄該幀，并向高層報(bào)告。 課件制作人：謝希仁爭用期的長度 n以

31、太網(wǎng)取 51.2 s 為爭用期的長度。n對于 10 Mb/s 以太網(wǎng)，在爭用期內(nèi)可發(fā)送512 bit，即 64 字節(jié)。n以太網(wǎng)在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，若前 64 字節(jié)沒有發(fā)生沖突，則后續(xù)的數(shù)據(jù)就不會(huì)發(fā)生沖突。 課件制作人：謝希仁最短有效幀長 n如果發(fā)生沖突，就一定是在發(fā)送的前 64 字節(jié)之內(nèi)。 n由于一檢測到?jīng)_突就立即中止發(fā)送，這時(shí)已經(jīng)發(fā)送出去的數(shù)據(jù)一定小于 64 字節(jié)。 n以太網(wǎng)規(guī)定了最短有效幀長為 64 字節(jié)，凡長度小于 64 字節(jié)的幀都是由于沖突而異常中止的無效幀。 課件制作人：謝希仁強(qiáng)化碰撞 n當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)的站一旦發(fā)現(xiàn)發(fā)生了碰撞時(shí)：n立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)；n再繼續(xù)發(fā)送若干比特的人為干擾信號(hào)(jammi

32、ng signal)，以便讓所有用戶都知道現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)生了碰撞。 數(shù)據(jù)幀干擾信號(hào) TJ人為干擾信號(hào) ABTBt B 發(fā)送數(shù)據(jù)A 檢測到?jīng)_突開始沖突信道占用時(shí)間A 發(fā)送數(shù)據(jù)B 也能夠檢測到?jīng)_突，并立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)幀，接著就發(fā)送干擾信號(hào)。這里為了簡單起見，只畫出 A 發(fā)送干擾信號(hào)的情況。課件制作人：謝希仁3.4 使用廣播信道的以太網(wǎng)3.4.1 使用集線器的星形拓?fù)鋘傳統(tǒng)以太網(wǎng)最初是使用粗同軸電纜，后來演進(jìn)到使用比較便宜的細(xì)同軸電纜，最后發(fā)展為使用更便宜和更靈活的雙絞線。n這種以太網(wǎng)采用星形拓?fù)?，在星形的中心則增加了一種可靠性非常高的設(shè)備，叫做集線器(hub) 課件制作人：謝希仁使用集線器的雙絞線以太

33、網(wǎng) 集線器兩對雙絞線站點(diǎn)RJ-45 插頭課件制作人：謝希仁星形網(wǎng) 10BASE-T n不用電纜而使用無屏蔽雙絞線。每個(gè)站需要用兩對雙絞線，分別用于發(fā)送和接收。n集線器使用了大規(guī)模集成電路芯片，因此這樣的硬件設(shè)備的可靠性已大大提高了。 課件制作人：謝希仁以太網(wǎng)在局域網(wǎng)中的統(tǒng)治地位n10BASE-T 的通信距離稍短，每個(gè)站到集線器的距離不超過 100 m。n這種 10 Mb/s 速率的無屏蔽雙絞線星形網(wǎng)的出現(xiàn)，既降低了成本，又提高了可靠性。 n10BASE-T 雙絞線以太網(wǎng)的出現(xiàn)，是局域網(wǎng)發(fā)展史上的一個(gè)非常重要的里程碑，它為以太網(wǎng)在局域網(wǎng)中的統(tǒng)治地位奠定了牢固的基礎(chǔ)。 課件制作人：謝希仁集線器的一

34、些特點(diǎn) n集線器是使用電子器件來模擬實(shí)際電纜線的工作，因此整個(gè)系統(tǒng)仍然像一個(gè)傳統(tǒng)的以太網(wǎng)那樣運(yùn)行。 n使用集線器的以太網(wǎng)在邏輯上仍是一個(gè)總線網(wǎng)，各工作站使用的還是 CSMA/CD 協(xié)議，并共享邏輯上的總線。 n集線器很像一個(gè)多接口的轉(zhuǎn)發(fā)器，工作在物理層。 課件制作人：謝希仁具有三個(gè)接口的集線器 集線器網(wǎng)卡工作站網(wǎng)卡工作站網(wǎng)卡工作站雙絞線課件制作人：謝希仁3.4.2 以太網(wǎng)的信道利用率 n以太網(wǎng)的信道被占用的情況：n爭用期長度為 2，即端到端傳播時(shí)延的兩倍。檢測到碰撞后不發(fā)送干擾信號(hào)。n幀長為 L (bit)，數(shù)據(jù)發(fā)送速率為 C (b/s)，因而幀的發(fā)送時(shí)間為 L/C = T0 (s)。 課件制

35、作人：謝希仁以太網(wǎng)的信道利用率 n一個(gè)幀從開始發(fā)送，經(jīng)可能發(fā)生的碰撞后，將再重傳數(shù)次，到發(fā)送成功且信道轉(zhuǎn)為空閑(即再經(jīng)過時(shí)間 使得信道上無信號(hào)在傳播)時(shí)為止，是發(fā)送一幀所需的平均時(shí)間。 發(fā) 送 成 功 爭用期 爭用期 爭用期 2 2 2T0t占用期 發(fā)生碰撞 發(fā)送一幀所需的平均時(shí)間課件制作人：謝希仁參數(shù) a n要提高以太網(wǎng)的信道利用率，就必須減小 與 T0 之比。在以太網(wǎng)中定義了參數(shù) a，它是以太網(wǎng)單程端到端時(shí)延 與幀的發(fā)送時(shí)間 T0 之比： 0Ta0Ta(3-2) a0 表示一發(fā)生碰撞就立即可以檢測出來， 并立即停止發(fā)送，因而信道利用率很高。 a 越大，表明爭用期所占的比例增大，每發(fā) 生一次

36、碰撞就浪費(fèi)許多信道資源，使得信道 利用率明顯降低。 課件制作人：謝希仁對以太網(wǎng)參數(shù)的要求n當(dāng)數(shù)據(jù)率一定時(shí)，以太網(wǎng)的連線的長度受到限制，否則 的數(shù)值會(huì)太大。n以太網(wǎng)的幀長不能太短，否則 T0 的值會(huì)太小，使 a 值太大。 課件制作人：謝希仁n在理想化的情況下，以太網(wǎng)上的各站發(fā)送數(shù)據(jù)都不會(huì)產(chǎn)生碰撞（這顯然已經(jīng)不是 CSMA/CD，而是需要使用一種特殊的調(diào)度方法），即總線一旦空閑就有某一個(gè)站立即發(fā)送數(shù)據(jù)。n發(fā)送一幀占用線路的時(shí)間是 T0 + ，而幀本身的發(fā)送時(shí)間是 T0。于是我們可計(jì)算出理想情況下的極限信道利用率 Smax為： 信道利用率的最大值 Smax aTTS1100max(3-3)課件制作人

37、：謝希仁3.4.3 以太網(wǎng)的 MAC 層1. MAC 層的硬件地址 n在局域網(wǎng)中，硬件地址又稱為物理地址，或 MAC 地址。 n802 標(biāo)準(zhǔn)所說的“地址”嚴(yán)格地講應(yīng)當(dāng)是每一個(gè)站的“名字”或標(biāo)識(shí)符。 n但鑒于大家都早已習(xí)慣了將這種 48 位的“名字”稱為“地址”，所以本書也采用這種習(xí)慣用法，盡管這種說法并不太嚴(yán)格。課件制作人：謝希仁48 位的 MAC 地址nIEEE 的注冊管理機(jī)構(gòu) RA 負(fù)責(zé)向廠家分配地址字段的前三個(gè)字節(jié)(即高位 24 位)。n地址字段中的后三個(gè)字節(jié)(即低位 24 位)由廠家自行指派，稱為擴(kuò)展標(biāo)識(shí)符，必須保證生產(chǎn)出的適配器沒有重復(fù)地址。n一個(gè)地址塊可以生成224個(gè)不同的地址。這

38、種 48 位地址稱為 MAC-48，它的通用名稱是EUI-48。n“MAC地址”實(shí)際上就是適配器地址或適配器標(biāo)識(shí)符EUI-48。n地址中前三個(gè)字節(jié)是組織唯一標(biāo)識(shí)符OUI，是由廠家向IEEE購買。n地址中后三個(gè)字節(jié)由廠家自行指派。稱為擴(kuò)展標(biāo)識(shí)符n例：AC-DE-48-00-00-80課件制作人：謝希仁課件制作人：謝希仁適配器檢查 MAC 地址 n適配器從網(wǎng)絡(luò)上每收到一個(gè) MAC 幀就首先用硬件檢查 MAC 幀中的 MAC 地址.n如果是發(fā)往本站的幀則收下，然后再進(jìn)行其他的處理。n否則就將此幀丟棄，不再進(jìn)行其他的處理。n“發(fā)往本站的幀”包括以下三種幀： n單播(unicast)幀（一對一）n廣播(

39、broadcast)幀（一對全體）n多播(multicast)幀（一對多）課件制作人：謝希仁2. MAC 幀的格式 n常用的以太網(wǎng)MAC幀格式有兩種標(biāo)準(zhǔn) ：nDIX Ethernet V2 標(biāo)準(zhǔn)nIEEE 的 802.3 標(biāo)準(zhǔn)n最常用的 MAC 幀是以太網(wǎng) V2 的格式。課件制作人：謝希仁以太網(wǎng) MAC 幀物理層MAC層10101010101010 10101010101010101011前同步碼幀開始定界符7 字節(jié)1 字節(jié)8 字節(jié)插入IP層目的地址 源地址類型數(shù) 據(jù)FCS6624字節(jié)46 1500IP 數(shù)據(jù)報(bào)以太網(wǎng)的 MAC 幀格式 課件制作人：謝希仁MAC 幀物理層MAC 層IP 層目的地

40、址源地址類型數(shù) 據(jù)FCS6624字節(jié)46 1500IP 數(shù)據(jù)報(bào)以太網(wǎng) V2 的 MAC 幀格式目的地址字段 6 字節(jié)課件制作人：謝希仁MAC 幀物理層MAC 層IP 層目的地址源地址類型數(shù) 據(jù)FCS6624字節(jié)46 1500IP 數(shù)據(jù)報(bào)以太網(wǎng) V2 的 MAC 幀格式源地址字段 6 字節(jié)課件制作人：謝希仁MAC 幀物理層MAC 層IP 層目的地址源地址類型數(shù) 據(jù)FCS6624字節(jié)46 1500IP 數(shù)據(jù)報(bào)以太網(wǎng) V2 的 MAC 幀格式類型字段 2 字節(jié)類型字段用來標(biāo)志上一層使用的是什么協(xié)議，以便把收到的 MAC 幀的數(shù)據(jù)上交給上一層的這個(gè)協(xié)議。 課件制作人：謝希仁MAC 幀物理層MAC 層I

41、P 層目的地址源地址類型數(shù) 據(jù)FCS6624字節(jié)46 1500IP 數(shù)據(jù)報(bào)以太網(wǎng) V2 的 MAC 幀格式數(shù)據(jù)字段 46 1500 字節(jié)數(shù)據(jù)字段的正式名稱是 MAC 客戶數(shù)據(jù)字段最小長度 64 字節(jié) 18 字節(jié)的首部和尾部 = 數(shù)據(jù)字段的最小長度 課件制作人：謝希仁MAC 幀物理層MAC 層IP 層目的地址源地址類型數(shù) 據(jù)FCS6624字節(jié)46 1500IP 數(shù)據(jù)報(bào)以太網(wǎng) V2 的 MAC 幀格式FCS 字段 4 字節(jié)當(dāng)傳輸媒體的誤碼率為 1108 時(shí)，MAC 子層可使未檢測到的差錯(cuò)小于 11014。 當(dāng)數(shù)據(jù)字段的長度小于 46 字節(jié)時(shí)，應(yīng)在數(shù)據(jù)字段的后面加入整數(shù)字節(jié)的填充字段，以保證以太網(wǎng)的

42、 MAC 幀長不小于 64 字節(jié)。 課件制作人：謝希仁MAC 幀物理層MAC 層IP 層目的地址源地址類型數(shù) 據(jù)FCS6624字節(jié)46 1500IP 數(shù)據(jù)報(bào)以太網(wǎng) V2 的 MAC 幀格式10101010101010 10101010101010101011前同步碼幀開始定界符7 字節(jié)1 字節(jié)8 字節(jié)插入在幀的前面插入的 8 字節(jié)中的第一個(gè)字段共 7 個(gè)字節(jié)，是前同步碼，用來迅速實(shí)現(xiàn) MAC 幀的比特同步。第二個(gè)字段是幀開始定界符，表示后面的信息就是MAC 幀。 為了達(dá)到比特同步，在傳輸媒體上實(shí)際傳送的要比 MAC 幀還多 8 個(gè)字節(jié)課件制作人：謝希仁n數(shù)據(jù)字段的長度與長度字段的值不一致；n幀

43、的長度不是整數(shù)個(gè)字節(jié)；n用收到的幀檢驗(yàn)序列 FCS 查出有差錯(cuò)；n數(shù)據(jù)字段的長度不在 46 1500 字節(jié)之間。n有效的 MAC 幀長度為 64 1518 字節(jié)之間。n對于檢查出的無效 MAC 幀就簡單地丟棄。以太網(wǎng)不負(fù)責(zé)重傳丟棄的幀。 無效的 MAC 幀 課件制作人：謝希仁n幀間最小間隔為 9.6 s，相當(dāng)于 96 bit 的發(fā)送時(shí)間。n一個(gè)站在檢測到總線開始空閑后，還要等待 9.6 s 才能再次發(fā)送數(shù)據(jù)。n這樣做是為了使剛剛收到數(shù)據(jù)幀的站的接收緩存來得及清理，做好接收下一幀的準(zhǔn)備。 幀間最小間隔 課件制作人：謝希仁3.5 擴(kuò)展的局域網(wǎng)3.5.1 在物理層擴(kuò)展局域網(wǎng)n主機(jī)使用光纖和一對光纖調(diào)

44、制解調(diào)器連接到集線器 以太網(wǎng)集線器光纖光纖調(diào)制解調(diào)器光纖調(diào)制解調(diào)器課件制作人：謝希仁n某大學(xué)有三個(gè)系，各自有一個(gè)局域網(wǎng)用多個(gè)集線器可連成更大的局域網(wǎng)三個(gè)獨(dú)立的碰撞域一系二系三系碰撞域碰撞域碰撞域課件制作人：謝希仁用集線器組成更大的局域網(wǎng)都在一個(gè)碰撞域中一系三系二系主干集線器一個(gè)更大的碰撞域碰撞域課件制作人：謝希仁n優(yōu)點(diǎn)n使原來屬于不同碰撞域的局域網(wǎng)上的計(jì)算機(jī)能夠進(jìn)行跨碰撞域的通信。n擴(kuò)大了局域網(wǎng)覆蓋的地理范圍。n缺點(diǎn)n碰撞域增大了，但總的吞吐量并未提高。n如果不同的碰撞域使用不同的數(shù)據(jù)率，那么就不能用集線器將它們互連起來。 用集線器擴(kuò)展局域網(wǎng) 課件制作人：謝希仁n在數(shù)據(jù)鏈路層擴(kuò)展局域網(wǎng)是使用網(wǎng)

45、橋。n網(wǎng)橋工作在數(shù)據(jù)鏈路層，它根據(jù) MAC 幀的目的地址對收到的幀進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。n網(wǎng)橋具有過濾幀的功能。當(dāng)網(wǎng)橋收到一個(gè)幀時(shí)，并不是向所有的接口轉(zhuǎn)發(fā)此幀，而是先檢查此幀的目的 MAC 地址，然后再確定將該幀轉(zhuǎn)發(fā)到哪一個(gè)接口 3.5.2 在數(shù)據(jù)鏈路層擴(kuò)展局域網(wǎng) 1. 網(wǎng)橋的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 站表接口管理 軟件網(wǎng)橋協(xié)議 實(shí)體緩存接口 1接口 2ABC接口 11112ACE2BDF2站地址 接口網(wǎng)橋網(wǎng)橋DEF接口 1接口 2接口 2課件制作人：謝希仁n過濾通信量。 n擴(kuò)大了物理范圍。n提高了可靠性。n可互連不同物理層、不同 MAC 子層和不同速率（如10 Mb/s 和 100 Mb/s 以太網(wǎng)）的局域網(wǎng)。 使用網(wǎng)

46、橋帶來的好處 課件制作人：謝希仁網(wǎng)橋使各網(wǎng)段成為隔離開的碰撞域 網(wǎng)橋 1碰撞域碰撞域碰撞域ABCDEF網(wǎng)橋 2課件制作人：謝希仁n存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)增加了時(shí)延。 n在MAC 子層并沒有流量控制功能。 n具有不同 MAC 子層的網(wǎng)段橋接在一起時(shí)時(shí)延更大。n網(wǎng)橋只適合于用戶數(shù)不太多(不超過幾百個(gè))和通信量不太大的局域網(wǎng)，否則有時(shí)還會(huì)因傳播過多的廣播信息而產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)擁塞。這就是所謂的廣播風(fēng)暴。 使用網(wǎng)橋帶來的缺點(diǎn) 課件制作人：謝希仁用戶層IPMACA用戶層IPMACB物理層網(wǎng)橋 1網(wǎng)橋 2用戶數(shù)據(jù)IP-HMAC-HMAC-TPPP-HPPP-T 物理層DLRMAC物理層物理層DLRMAC物理層物理層LAN1LA

47、N2兩個(gè)網(wǎng)橋之間還可使用一段點(diǎn)到點(diǎn)鏈路 網(wǎng)橋不改變它轉(zhuǎn)發(fā)的幀的源地址課件制作人：謝希仁n集線器在轉(zhuǎn)發(fā)幀時(shí)，不對傳輸媒體進(jìn)行檢測。n網(wǎng)橋在轉(zhuǎn)發(fā)幀之前必須執(zhí)行 CSMA/CD 算法。n若在發(fā)送過程中出現(xiàn)碰撞，就必須停止發(fā)送和進(jìn)行退避。網(wǎng)橋和集線器（或轉(zhuǎn)發(fā)器）不同 課件制作人：謝希仁n目前使用得最多的網(wǎng)橋是透明網(wǎng)橋(transparent bridge)。 n“透明”是指局域網(wǎng)上的站點(diǎn)并不知道所發(fā)送的幀將經(jīng)過哪幾個(gè)網(wǎng)橋，因?yàn)榫W(wǎng)橋?qū)Ω髡緛碚f是看不見的。 n透明網(wǎng)橋是一種即插即用設(shè)備，其標(biāo)準(zhǔn)是 IEEE 802.1D。 2. 透明網(wǎng)橋課件制作人：謝希仁n若從 A 發(fā)出的幀從接口 x 進(jìn)入了某網(wǎng)橋，那么從

48、這個(gè)接口出發(fā)沿相反方向一定可把一個(gè)幀傳送到 A。n網(wǎng)橋每收到一個(gè)幀，就記下其源地址和進(jìn)入網(wǎng)橋的接口，作為轉(zhuǎn)發(fā)表中的一個(gè)項(xiàng)目。n在建立轉(zhuǎn)發(fā)表時(shí)是把幀首部中的源地址寫在“地址”這一欄的下面。n在轉(zhuǎn)發(fā)幀時(shí)，則是根據(jù)收到的幀首部中的目的地址來轉(zhuǎn)發(fā)的。這時(shí)就把在“地址”欄下面已經(jīng)記下的源地址當(dāng)作目的地址，而把記下的進(jìn)入接口當(dāng)作轉(zhuǎn)發(fā)接口。網(wǎng)橋應(yīng)當(dāng)按照以下自學(xué)習(xí)算法處理收到的幀和建立轉(zhuǎn)發(fā)表 課件制作人：謝希仁地址 接口轉(zhuǎn)發(fā)表的建立過程舉例網(wǎng)橋 1ABCDEF1212地址 接口B 1B AA BA 1F CF 2A BA 1F CF 2網(wǎng)橋 2課件制作人：謝希仁n在網(wǎng)橋的轉(zhuǎn)發(fā)表中寫入的信息除了地址和接口外，還

49、有幀進(jìn)入該網(wǎng)橋的時(shí)間。n這是因?yàn)橐蕴W(wǎng)的拓?fù)淇赡芙?jīng)常會(huì)發(fā)生變化，站點(diǎn)也可能會(huì)更換適配器（這就改變了站點(diǎn)的地址）。另外，以太網(wǎng)上的工作站并非總是接通電源的。n把每個(gè)幀到達(dá)網(wǎng)橋的時(shí)間登記下來，就可以在轉(zhuǎn)發(fā)表中只保留網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖钚聽顟B(tài)信息。這樣就使得網(wǎng)橋中的轉(zhuǎn)發(fā)表能反映當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的最新拓?fù)錉顟B(tài)。 網(wǎng)橋在轉(zhuǎn)發(fā)表中登記以下三個(gè)信息 課件制作人：謝希仁網(wǎng)橋的自學(xué)習(xí)和轉(zhuǎn)發(fā)幀的步驟歸納 n網(wǎng)橋收到一幀后先進(jìn)行自學(xué)習(xí)。查找轉(zhuǎn)發(fā)表中與收到幀的源地址有無相匹配的項(xiàng)目。如沒有，就在轉(zhuǎn)發(fā)表中增加一個(gè)項(xiàng)目（源地址、進(jìn)入的接口和時(shí)間）。如有，則把原有的項(xiàng)目進(jìn)行更新。n轉(zhuǎn)發(fā)幀。查找轉(zhuǎn)發(fā)表中與收到幀的目的地址有無相匹配的項(xiàng)目。n

50、如沒有，則通過所有其他接口（但進(jìn)入網(wǎng)橋的接口除外）按進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。n如有，則按轉(zhuǎn)發(fā)表中給出的接口進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。n若轉(zhuǎn)發(fā)表中給出的接口就是該幀進(jìn)入網(wǎng)橋的接口，則應(yīng)丟棄這個(gè)幀（因?yàn)檫@時(shí)不需要經(jīng)過網(wǎng)橋進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)）。課件制作人：謝希仁n這是為了避免產(chǎn)生轉(zhuǎn)發(fā)的幀在網(wǎng)絡(luò)中不斷地兜圈子。 透明網(wǎng)橋使用了生成樹算法 局域網(wǎng) 2局域網(wǎng) 1網(wǎng)橋 2網(wǎng)橋 1 AF不停地兜圈子A 發(fā)出的幀F(xiàn)1網(wǎng)橋 1 轉(zhuǎn)發(fā)的幀F(xiàn)2網(wǎng)橋 2 轉(zhuǎn)發(fā)的幀網(wǎng)絡(luò)資源白白消耗了課件制作人：謝希仁n互連在一起的網(wǎng)橋在進(jìn)行彼此通信后，就能找出原來的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞囊粋€(gè)子集。在這個(gè)子集里，整個(gè)連通的網(wǎng)絡(luò)中不存在回路，即在任何兩個(gè)站之間只有一條路徑。 n為了避免產(chǎn)生轉(zhuǎn)

51、發(fā)的幀在網(wǎng)絡(luò)中不斷地兜圈子。n為了得出能夠反映網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化時(shí)的生成樹，在生成樹上的根網(wǎng)橋每隔一段時(shí)間還要對生成樹的拓?fù)溥M(jìn)行更新。 生成樹的得出課件制作人：謝希仁n1990 年問世的交換式集線器(switching hub)，可明顯地提高局域網(wǎng)的性能。n交換式集線器常稱為以太網(wǎng)交換機(jī)(switch)或第二層交換機(jī)（表明此交換機(jī)工作在數(shù)據(jù)鏈路層）。n以太網(wǎng)交換機(jī)通常都有十幾個(gè)接口。因此，以太網(wǎng)交換機(jī)實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)多接口的網(wǎng)橋，可見交換機(jī)工作在數(shù)據(jù)鏈路層。4. 多接口網(wǎng)橋以太網(wǎng)交換機(jī) 課件制作人：謝希仁n以太網(wǎng)交換機(jī)的每個(gè)接口都直接與主機(jī)相連，并且一般都工作在全雙工方式。n交換機(jī)能同時(shí)連通許多對

52、的接口，使每一對相互通信的主機(jī)都能像獨(dú)占通信媒體那樣，進(jìn)行無碰撞地傳輸數(shù)據(jù)。 n以太網(wǎng)交換機(jī)由于使用了專用的交換結(jié)構(gòu)芯片，其交換速率就較高。 以太網(wǎng)交換機(jī)的特點(diǎn)課件制作人：謝希仁n對于普通 10 Mb/s 的共享式以太網(wǎng)，若共有 N 個(gè)用戶，則每個(gè)用戶占有的平均帶寬只有總帶寬(10 Mb/s)的 N 分之一。n使用以太網(wǎng)交換機(jī)時(shí)，雖然在每個(gè)接口到主機(jī)的帶寬還是 10 Mb/s，但由于一個(gè)用戶在通信時(shí)是獨(dú)占而不是和其他網(wǎng)絡(luò)用戶共享傳輸媒體的帶寬，因此對于擁有 N 對接口的交換機(jī)的總?cè)萘繛?N10 Mb/s。這正是交換機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)。 獨(dú)占傳輸媒體的帶寬 課件制作人：謝希仁用以太網(wǎng)交換機(jī)擴(kuò)展局域網(wǎng)

53、一系三系二系10BASE-T至因特網(wǎng)100 Mb/s100 Mb/s100 Mb/s萬維網(wǎng)服務(wù)器電子郵件 服務(wù)器以太網(wǎng)交換機(jī)路由器課件制作人：謝希仁n虛擬局域網(wǎng) VLAN 是由一些局域網(wǎng)網(wǎng)段構(gòu)成的與物理位置無關(guān)的邏輯組。n這些網(wǎng)段具有某些共同的需求。n每一個(gè) VLAN 的幀都有一個(gè)明確的標(biāo)識(shí)符，指明發(fā)送這個(gè)幀的工作站是屬于哪一個(gè) VLAN。n虛擬局域網(wǎng)其實(shí)只是局域網(wǎng)給用戶提供的一種服務(wù)，而并不是一種新型局域網(wǎng)。 利用以太網(wǎng)交換機(jī)可以很方便地實(shí)現(xiàn)虛擬局域網(wǎng) 以太網(wǎng)交換機(jī)A4B1以太網(wǎng)交換機(jī)VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太網(wǎng)交換機(jī)以太網(wǎng)交換機(jī)三個(gè)虛擬局域網(wǎng): VL

54、AN1, VLAN2 和 VLAN3以太網(wǎng)交換機(jī)A4B1以太網(wǎng)交換機(jī)VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太網(wǎng)交換機(jī)以太網(wǎng)交換機(jī)三個(gè)虛擬局域網(wǎng) VLAN1, VLAN2和 VLAN3 的構(gòu)成 當(dāng) B1 向 VLAN2 工作組內(nèi)成員發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，工作站 B2 和 B3 將會(huì)收到廣播的信息。以太網(wǎng)交換機(jī)A4B1以太網(wǎng)交換機(jī)VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太網(wǎng)交換機(jī)以太網(wǎng)交換機(jī)三個(gè)虛擬局域網(wǎng) VLAN1, VLAN2和 VLAN3 的構(gòu)成 B1 發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，工作站 A1, A2 和 C1都不會(huì)收到 B1 發(fā)出的廣播信息。 以太網(wǎng)交換機(jī)A4B1以

55、太網(wǎng)交換機(jī)VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太網(wǎng)交換機(jī)以太網(wǎng)交換機(jī)三個(gè)虛擬局域網(wǎng) VLAN1, VLAN2和 VLAN3 的構(gòu)成 虛擬局域網(wǎng)限制了接收廣播信息的工作站數(shù)，使得網(wǎng)絡(luò)不會(huì)因傳播過多的廣播信息(即“廣播風(fēng)暴”)而引起性能惡化。 課件制作人：謝希仁n虛擬局域網(wǎng)協(xié)議允許在以太網(wǎng)的幀格式中插入一個(gè) 4 字節(jié)的標(biāo)識(shí)符，稱為 VLAN 標(biāo)記(tag)，用來指明發(fā)送該幀的工作站屬于哪一個(gè)虛擬局域網(wǎng)。 虛擬局域網(wǎng)使用的以太網(wǎng)幀格式 802.3MAC 幀字節(jié)66246 15004MAC 幀目地地址源地址長度/類型數(shù) 據(jù)FCS長度/類型 = 802.1Q 標(biāo)記類型 標(biāo)記控

56、制信息 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 VID 2 字節(jié)2 字節(jié)插入 4 字節(jié)的 VLAN 標(biāo)記4用戶優(yōu)先級(jí)CFI課件制作人：謝希仁3.6 高速以太網(wǎng)3.6.1 100BASE-T 以太網(wǎng)n速率達(dá)到或超過 100 Mb/s 的以太網(wǎng)稱為高速以太網(wǎng)。n在雙絞線上傳送 100 Mb/s 基帶信號(hào)的星型拓?fù)湟蕴W(wǎng)，仍使用 IEEE 802.3 的CSMA/CD 協(xié)議。100BASE-T 以太網(wǎng)又稱為快速以太網(wǎng)(Fast Ethernet)。 課件制作人：謝希仁100BASE-T 以太網(wǎng)的特點(diǎn)n可在全雙工方式下工作而無沖突發(fā)生。因此，不使用 CSMA/CD 協(xié)議。nMA

57、C 幀格式仍然是 802.3 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的。n保持最短幀長不變，但將一個(gè)網(wǎng)段的最大電纜長度減小到 100 m。n幀間時(shí)間間隔從原來的 9.6 s 改為現(xiàn)在的 0.96 s。 課件制作人：謝希仁100 Mb/s 以太網(wǎng)的三種不同的物理層標(biāo)準(zhǔn) n100BASE-TXn使用 2 對 UTP 5 類線或屏蔽雙絞線 STP。 n100BASE-FX n使用 2 對光纖。 n100BASE-T4n使用 4 對 UTP 3 類線或 5 類線。 課件制作人：謝希仁3.6.2 吉比特以太網(wǎng)n允許在 1 Gb/s 下全雙工和半雙工兩種方式工作。n使用 802.3 協(xié)議規(guī)定的幀格式。n在半雙工方式下使用 CSMA/CD 協(xié)議（全雙工方式不需要使用 CSMA/CD 協(xié)議）。n與 10BASE-T 和