計算機網(wǎng)絡課件-3數(shù)據(jù)鏈路層

計算機網(wǎng)絡（第5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使用點對點信道的數(shù)據(jù)鏈路層

3.1.1數(shù)據(jù)鏈路和幀

3.1.2三個基本問題*3.2點對點協(xié)議PPP 3.2.1PPP協(xié)議的特點

3.2.2PPP協(xié)議的幀格式

3.2.3PPP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

3.3.2CSMA/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撲

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3章數(shù)據(jù)鏈路層（續(xù)）*3.5擴展的以太網(wǎng)

3.5.1在物理層擴展以太網(wǎng)

3.5.2在數(shù)據(jù)鏈路層擴展以太網(wǎng)*3.6高速以太網(wǎng)

3.6.1100BASE-T以太網(wǎng)

3.6.2吉比特以太網(wǎng)

3.6.310吉比特以太網(wǎng)

3.6.4使用高速以太網(wǎng)進行寬帶接入3.7其他類型的高速局域網(wǎng)接口課件制作人：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：點對點信道。這種信道使用一對一(即一個發(fā)送端，一個接收端)的點對點通信方式。廣播信道。這種信道使用一對多(即一個發(fā)送端，多個接收端)的廣播通信方式，因此過程比較復雜。廣播信道上連接的主機很多，因此必須使用專用的共享信道協(xié)議來協(xié)調(diào)這些主機的數(shù)據(jù)發(fā)送。課件制作人：謝希仁數(shù)據(jù)鏈路層的地位（圖3-1）局域網(wǎng)廣域網(wǎng)主機

H1主機

H2路由器

R1路由器

R2路由器

R3電話網(wǎng)局域網(wǎng)(a)主機

H1

向

H2

發(fā)送數(shù)據(jù)鏈路層應用層運輸層網(wǎng)絡層物理層鏈路層應用層運輸層網(wǎng)絡層物理層鏈路層網(wǎng)絡層物理層鏈路層網(wǎng)絡層物理層鏈路層網(wǎng)絡層物理層R1R2R3H1H2(b)從層次上來看數(shù)據(jù)的流動課件制作人：謝希仁數(shù)據(jù)鏈路層地位(續(xù)）局域網(wǎng)廣域網(wǎng)主機

H1主機

H2路由器

R1路由器

R2路由器

R3電話網(wǎng)局域網(wǎng)圖3-1（a）主機

H1

向

H2

發(fā)送數(shù)據(jù)鏈路層應用層運輸層網(wǎng)絡層物理層鏈路層應用層運輸層網(wǎng)絡層物理層鏈路層網(wǎng)絡層物理層鏈路層網(wǎng)絡層物理層鏈路層網(wǎng)絡層物理層R1R2R3H1H2圖3-2只考慮數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)鏈路層的流動課件制作人：謝希仁3.1使用點對點信道的數(shù)據(jù)鏈路層

3.1.1數(shù)據(jù)鏈路和幀

鏈路(link)是一條無源的點到點的物理線路段，中間沒有任何其他的交換結(jié)點（比如交換機、路由器等）。一條鏈路只是一條通路的一個組成部分。數(shù)據(jù)鏈路(datalink)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。現(xiàn)在最常用的方法是使用適配器（如撥號適配器-例如MODEM、局域網(wǎng)適配器-網(wǎng)卡）來實現(xiàn)這些協(xié)議的硬件和軟件。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。

課件制作人：謝希仁IP數(shù)據(jù)報1010……0110幀取出數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡層鏈路結(jié)點A結(jié)點B物理層數(shù)據(jù)鏈路層結(jié)點A結(jié)點B幀圖3-3使用點對點信道的數(shù)據(jù)鏈路層(a)三層簡化模型(b)只考慮數(shù)據(jù)鏈路層發(fā)送幀接收鏈路IP數(shù)據(jù)報1010……0110幀裝入數(shù)據(jù)鏈路層傳送的是幀，即數(shù)據(jù)鏈路層的PDU課件制作人：謝希仁3.1.2三個基本問題(1)封裝成幀(2)透明傳輸(3)差錯控制課件制作人：謝希仁1.封裝成幀封裝成幀(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)成了一個幀。首部和尾部的一個重要作用就是進行幀定界（即確定幀的界限）。

幀結(jié)束幀首部IP數(shù)據(jù)報幀的數(shù)據(jù)部分幀尾部MTU數(shù)據(jù)鏈路層的幀長開始發(fā)送幀開始課件制作人：謝希仁圖3-5用控制字符進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注意：SOH和EOT分別表示一個控制字符，ASCII碼值分別為01H，04H。課件制作人：謝希仁2.透明傳輸SOHEOT出現(xiàn)了“EOT”被接收端當作無效幀而丟棄被接收端誤認為是一個幀數(shù)據(jù)部分EOT完整的幀發(fā)送在前圖3-6數(shù)據(jù)部分恰好出現(xiàn)與EOT一樣的代碼課件制作人：謝希仁解決透明傳輸問題發(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”的前面插入一個轉(zhuǎn)義字符“ESC”(其十六進制編碼是1B)。接收端的數(shù)據(jù)鏈路層在將數(shù)據(jù)送往網(wǎng)絡層之前刪除插入的轉(zhuǎn)義字符。這種方法稱為字節(jié)填充(bytestuffing)或字符填充(characterstuffing)。如果轉(zhuǎn)義字符也出現(xiàn)數(shù)據(jù)當中，那么應在轉(zhuǎn)義字符前面插入一個轉(zhuǎn)義字符。當接收端收到連續(xù)的兩個轉(zhuǎn)義字符時，就刪除其中前面的一個。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)填充字節(jié)填充發(fā)送在前幀開始符幀結(jié)束符圖3-7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.差錯檢測在傳輸過程中可能會產(chǎn)生比特差錯：1可能會變成0，而0也可能變成1。在一段時間內(nèi)，傳輸錯誤的比特占所傳輸比特總數(shù)的比率稱為誤碼率

BER(BitErrorRate)。誤碼率與信噪比有很大的關(guān)系。信噪比越高，誤碼率就越小。實際的通信鏈路并非理想的，它不可能使誤碼率降為0。為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，在計算機網(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)時，必須采用各種差錯檢測措施。課件制作人：謝希仁循環(huán)冗余檢驗的原理在數(shù)據(jù)鏈路層傳送的幀中，廣泛使用了循環(huán)冗余檢驗CRC的檢錯技術(shù)。在發(fā)送端，先把數(shù)據(jù)劃分為組。假定每組k個比特。假設待傳送的一組數(shù)據(jù)M=101001（現(xiàn)在k=6）。我們在M的后面再添加供差錯檢測用的n

位冗余碼一起發(fā)送。課件制作人：謝希仁冗余碼的計算用二進制的模

2

運算進行2n乘M的運算，這相當于在M后面添加n個0。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：謝希仁冗余碼的計算舉例現(xiàn)在

k=6,M=101001。設

n=3,除數(shù)

P=1101，被除數(shù)是2nM=101001000。模2運算的結(jié)果是：商

Q=110101，

余數(shù)

R=001。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))→

1101101001000

←

2nM(被除數(shù))

1101

1110

1101

0111

0000

1110

1101

0110

0000

1100

1101

001←R(余數(shù))，作為FCS

圖3-8循環(huán)冗余檢驗的原理的說明例子課件制作人：謝希仁幀檢驗序列FCS在數(shù)據(jù)后面添加上的冗余碼稱為幀檢驗序列

FCS(FrameCheckSequence)。循環(huán)冗余檢驗CRC和幀檢驗序列FCS并不等同。CRC是一種常用的檢錯方法，而FCS是添加在數(shù)據(jù)后面的冗余碼。FCS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行CRC檢驗(1)若得出的余數(shù)R=0，則判定這個幀沒有差錯，就接受(accept)。(2)若余數(shù)R

0，則判定這個幀有差錯，就丟棄。但這種檢測方法并不能確定究竟是哪一個或哪幾個比特出現(xiàn)了差錯。課件制作人：謝希仁應當注意僅用循環(huán)冗余檢驗CRC差錯檢測技術(shù)只能做到無差錯接受(accept)?！盁o差錯接受”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

的概率認為這些幀在傳輸過程中沒有產(chǎn)生差錯”。也就是說：“凡是接收端數(shù)據(jù)鏈路層接受的幀都無差錯”（有差錯的幀就丟棄而不接受）。課件制作人：謝希仁傳輸差錯與可靠傳輸傳輸差錯包括：（1）比特差錯（2）幀丟失、幀重復、幀失序可靠傳輸指的是數(shù)據(jù)鏈路層的發(fā)送端發(fā)送什么，接收端就收到什么。在數(shù)據(jù)鏈路層使用CRC檢驗，能夠?qū)崿F(xiàn)無比特差錯的傳輸，但還不是可靠傳輸。課件制作人：謝希仁3.2點對點協(xié)議PPP

3.2.1PPP協(xié)議的特點在通信線路質(zhì)量較差的年代，在數(shù)據(jù)鏈路層使用的可靠傳輸協(xié)議曾經(jīng)是一種好方法。例如高級數(shù)據(jù)鏈路控制HDLC，但現(xiàn)在HDLC已經(jīng)很少使用了?，F(xiàn)在全世界使用得最多的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議是點對點協(xié)議

PPP(Point-to-PointProtocol)。PPP協(xié)議就是用戶計算機和ISP進行通信時所使用的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議。見圖3-9。換句話說，用戶使用撥號電話線接入因特網(wǎng)時，一般都是使用PPP協(xié)議。課件制作人：謝希仁圖3-9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：謝希仁圖3-9的補充

用戶撥號入網(wǎng)的示意圖路由器調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器因特網(wǎng)服務提供者(ISP)用戶家庭撥號電話線使用TCP/IP的

PPP連接使用TCP/IP的客戶進程路由選擇進程至因特網(wǎng)…PC機課件制作人：謝希仁3.2.1PPP協(xié)議的特點IETF在1992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)的正式標準[RFC1661]。課件制作人：謝希仁1.PPP協(xié)議應滿足的需求簡單——這是首要的要求★封裝成幀*透明性*多種網(wǎng)絡層協(xié)議★多種類型鏈路★差錯檢測*檢測連接狀態(tài)最大傳送單元網(wǎng)絡層地址協(xié)商數(shù)據(jù)壓縮協(xié)商課件制作人：謝希仁（1）簡單接收方每接收一個幀，就進行CRC檢驗。如果CRC檢驗正確，就收下該幀；否則，就丟棄該幀，其他什么都不做。課件制作人：謝希仁（4）多種網(wǎng)絡層協(xié)議能夠在同一條物理鏈路上同時支持多種網(wǎng)絡層協(xié)議的運行。例如，因特網(wǎng)的網(wǎng)絡層協(xié)議：IP協(xié)議；

NovellNetWare網(wǎng)絡的網(wǎng)絡層協(xié)議：IPX協(xié)議。課件制作人：謝希仁（5）多種類型鏈路能夠在多種類型的鏈路上運行。例如，串行或并行的點對點鏈路；同步的或異步的點對點鏈路；低速的或高速的點對點鏈路；電的或光的點對點鏈路；交換的（動態(tài)的）或非交換的（靜態(tài)的）點對點鏈路。課件制作人：謝希仁2.PPP協(xié)議不需要的功能糾錯★流量控制★序號多點線路半雙工或單工鏈路課件制作人：謝希仁3.PPP協(xié)議的組成PPP協(xié)議有三個組成部分（1)一個將IP數(shù)據(jù)報封裝到串行鏈路的方法。即封裝成PPP幀的方法（見3.2.2節(jié)）。（2）鏈路控制協(xié)議LCP(LinkControlProtocol)。用來建立、配置和測試數(shù)據(jù)鏈路的連接。（3）網(wǎng)絡控制協(xié)議NCP(NetworkControlProtocol)。其中的每一個協(xié)議支持不同的網(wǎng)絡層協(xié)議。課件制作人：謝希仁3.2.2PPP協(xié)議的幀格式1.字段的意義。

PPP協(xié)議的幀（簡稱為PPP幀）格式如圖3-10所示。課件制作人：謝希仁圖3-10PPP幀的格式IP數(shù)據(jù)報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英文縮寫的說明：F=Flag,A=Address,C=Control,FCS=FrameCheckSequence課件制作人：謝希仁圖3-10PPP幀的格式的說明標志字段

F

=0x7E（符號“0x”表示后面的字符是用十六進制表示。十六進制的

7E

的二進制表示是01111110）。地址字段

A

只置為0xFF。地址字段實際上并不起作用?？刂谱侄?/p>

C

通常置為0x03。協(xié)議字段。當協(xié)議字段為0x0021時，PPP幀的信息字段就是IP數(shù)據(jù)報。若為0xC021,則信息字段是LCP的數(shù)據(jù)。若為0x8021，則表示這是網(wǎng)絡層的控制數(shù)據(jù)。幀檢驗序列字段FCS。使用CRC檢驗方法。課件制作人：謝希仁透明傳輸問題當PPP用在異步傳輸?shù)逆溌窌r，使用字節(jié)填充的方法來實現(xiàn)透明傳輸。當PPP用在同步傳輸?shù)逆溌窌r，采用零比特填充的方法來實現(xiàn)透明傳輸（和HDLC的做法一樣）。課件制作人：謝希仁異步傳輸和同步傳輸異步傳輸逐個字符地傳送。又稱為起止式傳輸，其特點是字符內(nèi)部的各個比特采用固定的時間模式，字符之間的間隔任意。采用異步傳輸?shù)逆溌酚蠺1和E1標準的鏈路。同步傳輸一連串的比特連續(xù)傳送。是以多個字符或者多個比特組合成的數(shù)據(jù)塊為單位進行傳輸，利用獨特的同步模式來限定數(shù)據(jù)塊，達到同步接收的目的。采用同步傳輸?shù)逆溌酚蠸ONET/SDH鏈路。課件制作人：謝希仁2.字節(jié)填充將信息字段中出現(xiàn)的每一個0x7E字節(jié)（即和標志字段一樣的字節(jié)），轉(zhuǎn)變成為2字節(jié)序列(0x7D,0x5E)。若信息字段中出現(xiàn)一個0x7D的字節(jié)（即和轉(zhuǎn)義符一樣的字節(jié)），,則將其轉(zhuǎn)變成為2字節(jié)序列(0x7D,0x5D)。若信息字段中出現(xiàn)ASCII碼的控制字符（即數(shù)值小于0x20的字符），則在該字符前面要加入一個0x7D字節(jié)，同時將該字符的編碼加以改變。課件制作人：謝希仁3.零比特填充在發(fā)送端，只要發(fā)現(xiàn)有5個連續(xù)1，則立即填入一個0。接收端對幀中的比特流進行掃描。每當發(fā)現(xiàn)5個連續(xù)1時，就把這5個連續(xù)1后的一個0刪除。課件制作人：謝希仁01001111101000101001001111110001010010011111010001010信息字段中出現(xiàn)了和標志字段F完全一樣的8比特組合發(fā)送端在5個連1之后填入0比特再發(fā)送出去在接收端把5個連1之后的0比特刪除會被誤認為是標志字段F發(fā)送端填入0比特接收端刪除填入的0比特圖3-11零比特填充與刪除課件制作人：謝希仁問題3-1為什么當PPP用在異步傳輸?shù)逆溌窌r，使用字節(jié)填充的方法來實現(xiàn)透明傳輸？而當PPP用在同步傳輸?shù)逆溌窌r，采用零比特填充的方法來實現(xiàn)透明傳輸？答：這由異步傳輸、同步傳輸?shù)奶攸c決定的。因為異步傳輸是逐個字符地傳送，而同步傳輸是按照一連串的比特連續(xù)傳送。課件制作人：謝希仁

3.2.3PPP協(xié)議的工作狀態(tài)

--工作原理當用戶撥號接入ISP時，ISP路由器的調(diào)制解調(diào)器對撥號做出確認，并建立一條從PC機到ISP路由器的物理連接。PC機向ISP路由器發(fā)送一系列的LCP分組（封裝成多個PPP幀），以便建立LCP連接。這些分組及其響應選擇一些PPP參數(shù)。進行網(wǎng)絡層配置，NCP給新接入的PC機分配一個臨時的IP地址，使PC機成為因特網(wǎng)上的一個主機。通信完畢時，NCP釋放網(wǎng)絡層連接（即NCP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（即LCP連接）。最后釋放的是物理層的連接（即物理連接）。課件制作人：謝希仁PPP協(xié)議的工作原理圖示鏈路層應用層運輸層網(wǎng)絡層物理層鏈路層網(wǎng)絡層物理層ISP路由器用戶PC機NCP連接LCP連接物理連接課件制作人：謝希仁設備之間無鏈路鏈路靜止鏈路建立鑒別網(wǎng)絡層協(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)商失敗圖3-12PPP協(xié)議的狀態(tài)圖課件制作人：謝希仁3.3使用廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層廣播信道可以進行一對多的通信。局域網(wǎng)使用廣播信道進行通信。相對而言，接入網(wǎng)則使用點對點信道進行通信。課件制作人：謝希仁3.3.1局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層

局域網(wǎng)最主要的特點是：網(wǎng)絡為一個單位所擁有，且地理范圍和站點數(shù)目均有限。局域網(wǎng)具有如下的一些主要優(yōu)點：具有廣播功能，從一個站點可很方便地訪問全網(wǎng)。局域網(wǎng)上的主機可共享連接在局域網(wǎng)上的各種硬件和軟件資源。

便于系統(tǒng)的擴展和逐漸地演變，各設備的位置可靈活調(diào)整和改變。提高了系統(tǒng)的可靠性、可用性和生存性。課件制作人：謝希仁圖3-13局域網(wǎng)的拓撲（或拓撲結(jié)構(gòu)）匹配電阻集線器干線耦合器(c)總線網(wǎng)(a)星形網(wǎng)(d)樹形網(wǎng)(b)環(huán)形網(wǎng)課件制作人：謝希仁局域網(wǎng)和以太網(wǎng)局域網(wǎng)經(jīng)過近30年的發(fā)展，以太網(wǎng)Ethernet已經(jīng)在局域網(wǎng)市場中占據(jù)了絕對優(yōu)勢?，F(xiàn)在以太網(wǎng)幾乎成為局域網(wǎng)的同義詞。課件制作人：謝希仁局域網(wǎng)的傳輸媒體雙絞線：局域網(wǎng)的主流傳輸媒體。以雙絞線作為傳輸媒體的局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)率有1～2Mb/s，10Mb/s，100Mb/s，1Gb/s等。同軸電纜光纖課件制作人：謝希仁局域網(wǎng)工作的層次局域網(wǎng)工作的層次跨越（即包括）了數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。相對物理層而言，數(shù)據(jù)鏈路層的內(nèi)容比較豐富。課件制作人：謝希仁共享信道的技術(shù)（1）靜態(tài)劃分信道頻分復用、時分復用、波分復用和碼分復用等。用戶只要分配了信道就不會何其他用戶發(fā)生沖突。

（2）動態(tài)媒體接入控制（多點接入）。其特點是信道并非固定分配給用戶。分為兩類：隨機接入★。所有用戶可隨機地發(fā)送信息。典型代表有以太網(wǎng)。受控接入。典型代表有令牌環(huán)局域網(wǎng)和多點線路探詢(polling)或輪詢。（目前較少使用）課件制作人：謝希仁傳統(tǒng)以太網(wǎng)表示最早流行的10Mb/s速率的以太網(wǎng)。本頁～3.5節(jié)的內(nèi)容都是討論傳統(tǒng)以太網(wǎng)。課件制作人：謝希仁

1.以太網(wǎng)的兩個標準

（1）DIXEthernetV2標準。（2）IEEE的802.3標準。說明：

DIXEthernetV2標準與IEEE的802.3標準只有很小的差別，因此可以將802.3局域網(wǎng)簡稱為“以太網(wǎng)”。嚴格說來，“以太網(wǎng)”應當是指符合DIXEthernetV2標準的局域網(wǎng)。課件制作人：謝希仁數(shù)據(jù)鏈路層的兩個子層為了使數(shù)據(jù)鏈路層能更好地適應多種局域網(wǎng)標準，802委員會就將局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層拆成兩個子層：邏輯鏈路控制LLC(LogicalLinkControl)子層媒體接入控制MAC(MediumAccessControl)子層。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)，不管采用何種傳送媒體和MAC子層的局域網(wǎng)對LLC子層來說都是透明的。課件制作人：謝希仁以后一般不考慮LLC子層由于TCP/IP體系經(jīng)常使用的局域網(wǎng)是DIXEthernetV2而不是802.3標準中的幾種局域網(wǎng)，因此現(xiàn)在802委員會制定的邏輯鏈路控制子層LLC（即802.2標準）的作用已經(jīng)不大了。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.適配器的作用網(wǎng)絡接口板又稱為通信適配器(adapter)或網(wǎng)絡接口卡

NIC(NetworkInterfaceCard)，或“網(wǎng)卡”。適配器的重要功能：進行數(shù)據(jù)串行傳輸和并行傳輸?shù)霓D(zhuǎn)換。對數(shù)據(jù)進行緩存。實現(xiàn)以太網(wǎng)協(xié)議。

課件制作人：謝希仁圖3-15計算機通過適配器

和局域網(wǎng)進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)接收幀計算機IP地址并行通信課件制作人：謝希仁最初的以太網(wǎng)是將許多計算機都連接到一根總線上。當初認為這樣的連接方法既簡單又可靠，因為總線上沒有有源器件。3.3.2CSMA/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）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)的廣播通信方式總線上的每一個工作的計算機都能檢測到B發(fā)送的數(shù)據(jù)信號。由于只有計算機D的地址（即適配器的硬件地址）與數(shù)據(jù)幀首部的地址(即接收站的地址)一致，因此只有D才接收這個數(shù)據(jù)幀。其他所有的計算機（A,C和E）都檢測到不是發(fā)送給它們的數(shù)據(jù)幀，因此就丟棄這個數(shù)據(jù)幀。具有廣播特性的總線上實現(xiàn)了一對一的通信。課件制作人：謝希仁為了通信的簡便

以太網(wǎng)采取了兩種重要的措施第一種措施：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)。以太網(wǎng)對發(fā)送的數(shù)據(jù)幀不進行編號，也不要求對方發(fā)回確認。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)生差錯的概率是很小的。課件制作人：謝希仁以太網(wǎng)提供的服務以太網(wǎng)提供的服務是不可靠的交付，即盡最大努力的交付。當目的站收到有差錯的數(shù)據(jù)幀時就丟棄此幀，其他什么也不做。有差錯的幀是否需要重傳由高層來決定。如果高層發(fā)現(xiàn)丟失了一些數(shù)據(jù)而進行重傳，但以太網(wǎng)并不知道這是一個重傳的幀，而是當作一個新的數(shù)據(jù)幀來發(fā)送。課件制作人：謝希仁第二種措施：以太網(wǎng)發(fā)送的數(shù)據(jù)都使用曼徹斯特編碼的信號基帶數(shù)字信號曼徹斯特編碼碼元1111100000出現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換圖3-16

曼徹斯特(Manchester)編碼

課件制作人：謝希仁載波監(jiān)聽多點接入/碰撞檢測

CSMA/CDCSMA/CD表示CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection?！岸帱c接入”表示許多計算機以多點接入的方式連接在一根總線上。CSMA/CD協(xié)議的實質(zhì)是“載波監(jiān)聽”和“碰撞檢測”。課件制作人：謝希仁載波監(jiān)聽“載波監(jiān)聽”就是“發(fā)送前先監(jiān)聽”，是指每一個站在發(fā)送數(shù)據(jù)之前先要檢測一下總線上是否有其他站在發(fā)送數(shù)據(jù)，如果有，則暫時不要發(fā)送數(shù)據(jù)，以免發(fā)生碰撞?？偩€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算機發(fā)送的數(shù)據(jù)信號。課件制作人：謝希仁碰撞檢測“碰撞檢測”就是“邊發(fā)送邊監(jiān)聽”，即計算機邊發(fā)送數(shù)據(jù)邊檢測信道上的信號電壓的變化情況。當幾個站同時在總線上發(fā)送數(shù)據(jù)時，總線上的信號電壓擺動值將會增大（互相疊加）。當一個站檢測到的信號電壓擺動值超過一定的門限值時，就認為總線上至少有兩個站同時在發(fā)送數(shù)據(jù)，表明產(chǎn)生了碰撞。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：謝希仁發(fā)生碰撞時的處理在發(fā)生碰撞時，總線上傳輸?shù)男盘柈a(chǎn)生了嚴重的失真，無法從中恢復出有用的信息來。每一個正在發(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)浪費網(wǎng)絡資源，然后等待一段隨機時間后再次發(fā)送。課件制作人：謝希仁當某個站監(jiān)聽到總線是空閑時，為什么在總線上有碰撞？當某個站監(jiān)聽到總線是空閑時，也可能總線并非真正是空閑的。因為電磁波在總線上的傳播速率是有限的,比如電磁波在銅線（如5類雙絞線）上的傳播速率是每秒23.1萬公里。如圖3-17所示。A向B發(fā)出的信息，要經(jīng)過一定的時間（5μs）后才能傳送到B。B若在A發(fā)送的信息到達B之前發(fā)送自己的幀(因為這時B的載波監(jiān)聽檢測不到A所發(fā)送的信息)，則必然要在某個時間和A發(fā)送的幀發(fā)生碰撞。碰撞的結(jié)果是兩個幀都變得無用。課件制作人：謝希仁1kmABt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單程端到端傳播時延記為

圖3-17傳播時延對載波監(jiān)聽的影響課件制作人：謝希仁1kmABt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

t=0A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單程端到端傳播時延記為

課件制作人：謝希仁A發(fā)送數(shù)據(jù)后，如何盡早知道是否發(fā)生了碰撞？或者說，A發(fā)送數(shù)據(jù)后，最遲經(jīng)過多長的時間才能知道自己發(fā)送的數(shù)據(jù)和其他站發(fā)送的數(shù)據(jù)有沒有發(fā)生碰撞？根據(jù)圖3-17得知，這個時間是2倍的端到端傳播時延2。對于圖3-17的情況即10μs，=5μs，假定A到B是總線上任意兩個站的最大距離。課件制作人：謝希仁CSMA/CD協(xié)議的重要特性使用CSMA/CD協(xié)議的以太網(wǎng)不能進行全雙工通信而只能進行雙向交替通信（半雙工通信）。課件制作人：謝希仁爭用期最先發(fā)送數(shù)據(jù)幀的站，在發(fā)送數(shù)據(jù)幀后至多經(jīng)過時間2就可知道發(fā)送的數(shù)據(jù)幀是否遭受了碰撞。以太網(wǎng)的端到端往返時延2稱為爭用期，或碰撞窗口。經(jīng)過爭用期這段時間還沒有檢測到碰撞，才能肯定這次發(fā)送不會發(fā)生碰撞。課件制作人：謝希仁以太網(wǎng)爭用期的長度以太網(wǎng)(即傳統(tǒng)以太網(wǎng))取51.2s為爭用期的長度。對于10Mb/s以太網(wǎng)，在爭用期內(nèi)可發(fā)送512bit，即64字節(jié)。為什么？分析：發(fā)送1比特所需時間為1b/(10Mb/s)=0.1s,51.2s可發(fā)送51.2s/（0.1s/b）=512b以太網(wǎng)在發(fā)送數(shù)據(jù)時，若前64字節(jié)沒有發(fā)生沖突，則后續(xù)的數(shù)據(jù)就不會發(fā)生沖突。為什么？分析：經(jīng)過爭用期這段時間還沒有檢測到碰撞，才能肯定這次發(fā)送不會發(fā)生碰撞。課件制作人：謝希仁最短有效幀長如果發(fā)生沖突，就一定是在發(fā)送的前64字節(jié)之內(nèi)。由于一檢測到?jīng)_突就立即中止發(fā)送，這時已經(jīng)發(fā)送出去的數(shù)據(jù)一定小于64字節(jié)。以太網(wǎng)(即傳統(tǒng)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：謝希仁以太網(wǎng)使用截斷二進制指數(shù)退避算法(truncatedbinaryexponentialbackoff)

解決碰撞問題發(fā)生碰撞的站在停止發(fā)送數(shù)據(jù)后，要推遲（退避）一個隨機時間才能再發(fā)送數(shù)據(jù)。確定基本退避時間，一般是取為爭用期2。定義參數(shù)k

，即

k=Min[重傳次數(shù),10]從整數(shù)集合[0,1,…,(2k

1)]中隨機地取出一個數(shù)，記為r。重傳所需的時延就是r倍的基本退避時間。當重傳達16次仍不能成功時即丟棄該幀，并向高層報告。

課件制作人：謝希仁截斷二進制指數(shù)退避算法舉例在第一次重傳時，k=1,隨機數(shù)r從整數(shù){0，1}中選一個數(shù)。因此重傳的站可選擇的重傳推遲時間是0或2

，在這2個時間中隨機選擇一個。若再發(fā)生碰撞，則在第2次重傳時，k=2，隨機數(shù)r從整數(shù){0，1，2，3}中選一個數(shù)。因此重傳的站可選擇的重傳推遲時間是0，2

，4和6

，在這4個時間中隨機選擇一個。若再發(fā)生碰撞，依此類推。課件制作人：謝希仁以太網(wǎng)(即傳統(tǒng)以太網(wǎng))規(guī)定了幀間最小間隔為9.6s，相當于96bit的發(fā)送時間。一個站在檢測到總線開始空閑后，還要等待9.6s才能再次發(fā)送數(shù)據(jù)。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備。幀間最小間隔課件制作人：謝希仁CSMA/CD協(xié)議要點（1）適配器從網(wǎng)絡層獲得一個分組，加上以太網(wǎng)的首部和尾部，組成以太網(wǎng)幀，放入適配器的緩存中，準備發(fā)送。（2）若適配器檢測到信道空閑（即在96比特時間內(nèi)沒有檢測到信道上有信號），就發(fā)送這個幀。若檢測到信道忙，則繼續(xù)檢測并等待信道轉(zhuǎn)為空閑（加上96比特時間），然后發(fā)送這個幀。（3）在發(fā)送過程中繼續(xù)檢測信道，若一直未檢測到碰撞，就順利把這個幀成功發(fā)送完畢。若檢測到碰撞，則中止數(shù)據(jù)的發(fā)送，并發(fā)送人為干擾信號。（4）在中止發(fā)送后，適配器就執(zhí)行截斷二進制指數(shù)退避算法，等待r倍512比特時間后，返回到步驟（2）。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撲傳統(tǒng)以太網(wǎng)最初是使用粗同軸電纜，后來演進到使用比較便宜的細同軸電纜，最后發(fā)展為使用更便宜和更靈活的雙絞線。這種以太網(wǎng)采用星形拓撲，在星形的中心則增加了一種可靠性非常高的設備，叫做集線器(hub)，如圖3-19所示。

課件制作人：謝希仁使用集線器的雙絞線以太網(wǎng)（圖3-19）集線器兩對雙絞線站點RJ-45插頭課件制作人：謝希仁星形以太網(wǎng)10BASE-T10BASE-T中，10代表10Mb/s,BASE表示連接線上的信號是基帶信號，T代表雙絞線。每個站需要用兩對雙絞線(做在一根電纜內(nèi)），分別用于發(fā)送和接收，即一對發(fā)送，另一對接收。集線器使用了大規(guī)模集成電路芯片，因此集線器的可靠性已大大提高了。由于使用雙絞線電纜的以太網(wǎng)價格便宜和使用方便，因此粗纜和細纜以太網(wǎng)現(xiàn)在都已成為歷史，并已從市場上消失了。課件制作人：謝希仁以太網(wǎng)在局域網(wǎng)中的統(tǒng)治地位10BASE-T的通信距離稍短，每個站到集線器的距離不超過100m。這種10Mb/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。10BASE-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。課件制作人：謝希仁雙絞線傳送高速數(shù)據(jù)的主要措施把雙絞線的絞合度做得非常精確。這樣不僅可使特性阻抗均勻以減少失真，而且大大減少了電磁波輻射和無線電頻率的干擾。課件制作人：謝希仁集線器的一些特點（1）集線器是使用電子器件來模擬實際電纜線的工作，因此整個系統(tǒng)仍然像一個傳統(tǒng)的以太網(wǎng)那樣運行。也就是說，使用集線器的以太網(wǎng)在邏輯上仍是一個總線網(wǎng)，各站共享邏輯上的總線，各站使用的還是CSMA/CD

協(xié)議（更具體些，是各站中的適配器執(zhí)行CSMA/CD

協(xié)議）。（2）集線器很像一個多接口的轉(zhuǎn)發(fā)器（3）集線器工作在物理層，它的每個接口僅僅簡單地轉(zhuǎn)發(fā)比特，即收到1就轉(zhuǎn)發(fā)1，收到0就轉(zhuǎn)發(fā)0，不進行碰撞檢測。如圖3—20所示。（4）集線器采用了專門的芯片，進行自適應串音回波抵消。課件制作人：謝希仁具有三個接口的集線器

（圖3—20）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：謝希仁圖3—20的說明該圖中的雙絞線（總共有8條線，線號1～8，這里只畫出了4條線），其中使用1、2、3、6編號的芯線傳遞數(shù)據(jù)，即1、2用于發(fā)送，3、6用于接收。按顏色來說：橙白、橙兩條用于發(fā)送；綠白、綠兩條用于接收。

課件制作人：謝希仁3.4.2以太網(wǎng)的信道利用率以太網(wǎng)的信道利用率并不能達到100%課件制作人：謝希仁*3.4.3以太網(wǎng)的

MAC

層

1.MAC

層的硬件地址

在局域網(wǎng)中，硬件地址又稱為物理地址，或MAC地址。802

標準所說的“地址”嚴格地講應當是每一個站的“名字”或標識符。但鑒于大家都早已習慣了將這種48位的“名字”稱為“地址”，所以本書也采用這種習慣用法，盡管這種說法并不太嚴格。課件制作人：謝希仁48位的MAC地址IEEE的注冊管理機構(gòu)

RA負責向廠家分配地址字段的前三個字節(jié)(即高位24位)。地址字段中的后三個字節(jié)(即低位24位)由廠家自行指派，稱為擴展標識符，必須保證生產(chǎn)出的適配器沒有重復地址。一個地址塊可以生成224個不同的地址。這種48位地址稱為MAC-48，它的通用名稱是EUI-48。“MAC地址”實際上就是適配器地址或適配器標識符EUI-48。課件制作人：謝希仁MAC地址舉例在操作系統(tǒng)的命令提示符下輸入：

c:\ipconfig/all即可查看物理地址（physicaladdress）,該地址是用十六進制數(shù)表示的。比如：00-A0-C9-22-E8-D9課件制作人：謝希仁適配器檢查MAC地址適配器從網(wǎng)絡上每收到一個MAC幀就首先用硬件檢查MAC幀中的MAC地址.如果是發(fā)往本站的幀則收下，然后再進行其他的處理。否則就將此幀丟棄，不再進行其他的處理?！鞍l(fā)往本站的幀”包括以下三種幀：單播(unicast)幀（一對一）廣播(broadcast)幀（一對全體）多播(multicast)幀（一對多）課件制作人：謝希仁2.MAC

幀的格式常用的以太網(wǎng)MAC幀格式有兩種標準：DIXEthernetV2標準IEEE的802.3標準最常用的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1010101010101010101010101010101011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MAC幀以太網(wǎng)的MAC

幀格式課件制作人：謝希仁MAC幀物理層MAC層IP層目的地址源地址類型數(shù)據(jù)FCS6624字節(jié)46~1500IP數(shù)據(jù)報以太網(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協(xié)議。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)報以太網(wǎng)V2的MAC幀格式FCS字段4

字節(jié)當傳輸媒體的誤碼率為1108

時，MAC子層可使未檢測到的差錯小于11014。當數(shù)據(jù)字段的長度小于46字節(jié)時，應在數(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)報以太網(wǎng)V2的MAC幀格式1010101010101010101010101010101011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)中的第一個字段共7個字節(jié)，是前同步碼，用來迅速實現(xiàn)MAC幀的比特同步。第二個字段是幀開始定界符，表示后面的信息就是MAC幀。為了達到比特同步，在傳輸媒體上實際傳送的要比MAC幀還多8個字節(jié)課件制作人：謝希仁（1）幀的長度不是整數(shù)個字節(jié)；（2）用收到的幀檢驗序列FCS查出有差錯；（3）收到的幀的MAC客戶數(shù)據(jù)字段的長度不在46~1500字節(jié)之間。有效的MAC幀長度為64~1518字節(jié)之間。對于檢查出的無效MAC幀就簡單地丟棄。以太網(wǎng)不負責重傳丟棄的幀。無效的MAC幀及其處理課件制作人：謝希仁3.5擴展的局域網(wǎng)在許多情況下，我們希望把以太網(wǎng)的覆蓋范圍擴展。這種擴展的以太網(wǎng)在網(wǎng)絡層看來仍然是一個網(wǎng)絡。課件制作人：謝希仁3.5.1在物理層擴展局域網(wǎng)

（1）使用轉(zhuǎn)發(fā)器擴展以太網(wǎng)在過去廣泛使用的粗細電纜以太網(wǎng)時，常使用工作在物理層的轉(zhuǎn)發(fā)器來擴展以太網(wǎng)的地理覆蓋范圍。但隨著雙絞線以太網(wǎng)成為以太網(wǎng)的主流類型，擴展以太網(wǎng)的地理覆蓋范圍已很少使用轉(zhuǎn)發(fā)器了。課件制作人：謝希仁3.5.1在物理層擴展局域網(wǎng)

（2）使用光纖調(diào)制解調(diào)器擴展以太網(wǎng)方法：主機使用光纖和一對光纖調(diào)制解調(diào)器連接到幾公里外的集線器。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：謝希仁某大學有三個系，各自有一個局域網(wǎng)（3）用多個集線器可連成更大的多級星形結(jié)構(gòu)局域網(wǎng)★三個獨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)

都在一個碰撞域中一系三系二系主干集線器一個更大的碰撞域碰撞域課件制作人：謝希仁優(yōu)點使原來屬于不同碰撞域的局域網(wǎng)上的計算機能夠進行跨碰撞域的通信。擴大了局域網(wǎng)覆蓋的地理范圍。缺點碰撞域增大了，但總的吞吐量并未提高。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。

用集線器擴展局域網(wǎng)課件制作人：謝希仁在數(shù)據(jù)鏈路層擴展局域網(wǎng)是使用網(wǎng)橋。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行轉(zhuǎn)發(fā)。網(wǎng)橋具有過濾幀的功能。當網(wǎng)橋收到一個幀時，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)到哪一個接口。3.5.2在數(shù)據(jù)鏈路層擴展局域網(wǎng)課件制作人：謝希仁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)議實體緩存接口1接口2①②③網(wǎng)段B網(wǎng)段A1112①③⑤2②④⑥2站地址接口網(wǎng)橋網(wǎng)橋④⑤⑥接口1接口212課件制作人：謝希仁（1）過濾通信量，增大吞吐量★。如圖3-26所示。不同網(wǎng)段上的通信不會相互干擾。若是跨網(wǎng)段的通信，則會影響到有關(guān)的網(wǎng)段的其他站點。（2）擴大了物理范圍。（3）提高了可靠性。（4）可互連不同物理層、不同MAC子層和不同速率（如10Mb/s和100Mb/s以太網(wǎng)）的局域網(wǎng)。如圖3-27所示。使用網(wǎng)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（圖3-26）B2B1碰撞域碰撞域碰撞域ABCDEF課件制作人：謝希仁（1）網(wǎng)橋存儲轉(zhuǎn)發(fā)幀，轉(zhuǎn)發(fā)前需執(zhí)行CSMA/CD算法，這就增加了時延。（2）在MAC子層并沒有流量控制功能。（3）網(wǎng)橋只適合于用戶數(shù)不太多(不超過幾百個)和通信量不太大的局域網(wǎng)，否則有時還會因傳播過多的廣播信息而產(chǎn)生網(wǎng)絡擁塞。這就是所謂的廣播風暴。使用網(wǎng)橋帶來的缺點課件制作人：謝希仁用戶層IPMAC站A用戶層IPMAC站B物理層網(wǎng)橋B1網(wǎng)橋B2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LAN1LAN2兩個網(wǎng)橋之間還可使用一段點到點鏈路(采用PPP協(xié)議)圖3-27網(wǎng)橋1在轉(zhuǎn)發(fā)幀時，從MAC層到DL層時做協(xié)議轉(zhuǎn)換，把MAC幀轉(zhuǎn)換為PPP幀（即→

）；網(wǎng)橋2在轉(zhuǎn)發(fā)幀時，則反過來（即

→

）。網(wǎng)橋不改變它轉(zhuǎn)發(fā)的幀的源地址。課件制作人：謝希仁目前使用得最多的網(wǎng)橋是透明網(wǎng)橋(transparentbridge),其標準是IEEE802.1D?！巴该鳌笔侵妇钟蚓W(wǎng)上的站點并不知道所發(fā)送的幀將經(jīng)過哪幾個網(wǎng)橋，因為網(wǎng)橋?qū)Ω髡緛碚f是看不見的。透明網(wǎng)橋是一種即插即用設備，意思是只要把網(wǎng)橋接入局域網(wǎng)，不用人工配置轉(zhuǎn)發(fā)表，網(wǎng)橋就能工作。當網(wǎng)橋剛剛連接到以太網(wǎng)時，其轉(zhuǎn)發(fā)表是空的。網(wǎng)橋是如何建立轉(zhuǎn)發(fā)表的？2.透明網(wǎng)橋課件制作人：謝希仁自學習算法的原理：若從某個站A發(fā)出的幀從接口x進入了某網(wǎng)橋，那么從這個接口出發(fā)沿相反方向一定可把一個幀傳送到A。所以，網(wǎng)橋每收到一個幀，就記下其源地址和進入網(wǎng)橋的接口，作為轉(zhuǎn)發(fā)表中的一個項目。在建立轉(zhuǎn)發(fā)表時是把幀首部中的源地址寫在“地址”這一欄的下面。在轉(zhuǎn)發(fā)幀時，則是根據(jù)收到的幀首部中的目的地址來轉(zhuǎn)發(fā)的。這時就把在“地址”欄下面已經(jīng)記下的源地址當作目的地址，而把記下的進入接口當作轉(zhuǎn)發(fā)接口。網(wǎng)橋按照自學習算法

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

圖3-28B2B1ABCDEF1212地址接口…………B1B→AA→BA1F→CF2A→BA1F→CF2課件制作人：謝希仁(1)A向B發(fā)送幀連接在同一局域網(wǎng)上的站點B和網(wǎng)橋B1都能收到A發(fā)送的幀（即圖3-28中的“A→B”）。網(wǎng)橋B1先按源地址A查找轉(zhuǎn)發(fā)表。網(wǎng)橋B1的轉(zhuǎn)發(fā)表沒有A的地址，于是把地址A和收到該幀的接口1寫入到轉(zhuǎn)發(fā)表中。這就表示，以后若收到要發(fā)給A的幀，就應該從接口1轉(zhuǎn)發(fā)出去。接著再按目的地址B查找轉(zhuǎn)發(fā)表。網(wǎng)橋B1的轉(zhuǎn)發(fā)表沒有B的地址，于是就通過除收到此幀的接口1以外的所有接口（現(xiàn)在就是接口2）轉(zhuǎn)發(fā)該幀。網(wǎng)橋B2從其接口1收到這個轉(zhuǎn)發(fā)過來的幀。課件制作人：謝希仁(1)A向B發(fā)送幀（續(xù)）網(wǎng)橋B2按同樣方式處理收到的幀。網(wǎng)橋B2的轉(zhuǎn)發(fā)表沒有A的地址，于是把地址A和收到該幀的接口1寫入到轉(zhuǎn)發(fā)表中。因此網(wǎng)橋B2通過除收到此幀的接口1以外的所有接口（現(xiàn)在就是接口2）轉(zhuǎn)發(fā)該幀。課件制作人：謝希仁(2)F向C發(fā)送幀網(wǎng)橋B2從其接口2收到這個幀。B2的轉(zhuǎn)發(fā)表中沒有F,因此在轉(zhuǎn)發(fā)表中寫入地址F和接口2。B2的轉(zhuǎn)發(fā)表沒有C,因此要通過B2的接口1把幀轉(zhuǎn)發(fā)出去?，F(xiàn)在C和網(wǎng)橋B1都能收到這個幀。在網(wǎng)橋B1的轉(zhuǎn)發(fā)表沒有F,因此在轉(zhuǎn)發(fā)表中寫入地址F和接口2,并且還要從B1的接口1把幀轉(zhuǎn)發(fā)出去。課件制作人：謝希仁(3)B向A發(fā)送幀網(wǎng)橋B1從其接口1收到這個幀。B1的轉(zhuǎn)發(fā)表中沒有B,因此在轉(zhuǎn)發(fā)表中寫入地址B和接口1。再查找目的地址A?，F(xiàn)在B1的轉(zhuǎn)發(fā)表可以查到A,其轉(zhuǎn)發(fā)接口是1，和這個幀進入網(wǎng)橋B1的接口一樣。于是網(wǎng)橋B1知道，不用自己轉(zhuǎn)發(fā)這個幀，A也能收到B發(fā)送的幀。于是網(wǎng)橋B1把這個幀丟棄，不再繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)了這次網(wǎng)橋B1的轉(zhuǎn)發(fā)表增加了一個項目，網(wǎng)橋B2的轉(zhuǎn)發(fā)表沒有變化。課件制作人：謝希仁在網(wǎng)橋的轉(zhuǎn)發(fā)表中寫入的信息除了地址和接口外，還有幀進入該網(wǎng)橋的時間。這是因為以太網(wǎng)的拓撲可能經(jīng)常會發(fā)生變化，站點也可能會更換適配器（這就改變了站點的地址）。另外，以太網(wǎng)上的工作站并非總是接通電源的。把每個幀到達網(wǎng)橋的時間登記下來，就可以在轉(zhuǎn)發(fā)表中只保留網(wǎng)絡拓撲的最新狀態(tài)信息。這樣就使得網(wǎng)橋中的轉(zhuǎn)發(fā)表能反映當前網(wǎng)絡的最新拓撲狀態(tài)。網(wǎng)橋在轉(zhuǎn)發(fā)表中

登記以下三個信息課件制作人：謝希仁網(wǎng)橋的自學習和轉(zhuǎn)發(fā)幀

的步驟歸納

（1）網(wǎng)橋收到一幀后先進行自學習。查找轉(zhuǎn)發(fā)表中與收到幀的源地址有無相匹配的項目。如沒有，就在轉(zhuǎn)發(fā)表中增加一個項目（源地址、進入的接口和時間）。如有，則把原有的項目進行更新。（2）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目。如沒有，則通過所有其他接口（但進入網(wǎng)橋的接口除外）按進行轉(zhuǎn)發(fā)。如有，則按轉(zhuǎn)發(fā)表中給出的接口進行轉(zhuǎn)發(fā)。若轉(zhuǎn)發(fā)表中給出的接口就是該幀進入網(wǎng)橋的接口，則應丟棄這個幀（因為這時不需要經(jīng)過網(wǎng)橋進行轉(zhuǎn)發(fā)）。課件制作人：謝希仁透明網(wǎng)橋容易安裝，但網(wǎng)絡資源的利用不充分。因此，另一種網(wǎng)橋就問世了，即源路由(sourceroute)網(wǎng)橋。該網(wǎng)橋在發(fā)送幀時將詳細的路由信息放在幀的首部中。3.源路由網(wǎng)橋課件制作人：謝希仁1990年問世的交換式集線器(switchinghub)，可明顯地提高局域網(wǎng)的性能。交換式集線器常稱為以太網(wǎng)交換機(switch)或第二層交換機（表明此交換機工作在數(shù)據(jù)鏈路層）。以太網(wǎng)交換機通常都有十幾個接口。因此，以太網(wǎng)交換機實質(zhì)上就是一個多接口的網(wǎng)橋，可見交換機工作在數(shù)據(jù)鏈路層。4.多接口網(wǎng)橋——以太網(wǎng)交換機課件制作人：謝希仁以太網(wǎng)交換機的每個接口都直接與主機相連，并且一般都工作在全雙工方式。交換機能同時連通許多對的接口，使每一對相互通信的主機都能像獨占通信媒體那樣，進行無碰撞地傳輸數(shù)據(jù)。以太網(wǎng)交換機也是一種即插即用設備，也采用自學習算法建立轉(zhuǎn)發(fā)表。以太網(wǎng)交換機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)交換機的特點課件制作人：謝希仁對于普通10Mb/s的共享式以太網(wǎng)，若共有N個用戶，則每個用戶占有的平均帶寬只有總帶寬(10Mb/s)的N分之一。使用以太網(wǎng)交換機時，雖然在每個接口到主機的帶寬還是10Mb/s，但由于一個用戶在通信時是獨占而不是和其他網(wǎng)絡用戶共享傳輸媒體的帶寬，因此對于擁有N對接口的交換機的總?cè)萘繛镹10Mb/s。這正是交換機的最大優(yōu)點。交換機的最大優(yōu)點課件制作人：謝希仁用具有多種速率接口的以太網(wǎng)交換機來擴展局域網(wǎng)舉例圖3-30一系三系二系10BASE-T至因特網(wǎng)100Mb/s100Mb/s100Mb/s萬維網(wǎng)服務器電子郵件服務器以太網(wǎng)交換機路由器10Mb/s課件制作人：謝希仁有些交換機采用直通方式的交換方式雖然許多以太網(wǎng)交換機采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)的交換方式，但也有一些交換機采用直通（cut-through）方式。直通交換不必把整個幀先緩存后再進行處理，而是在接收幀的同時就立即按幀的目的MAC地址決定該幀的轉(zhuǎn)發(fā)接口，因而提高了轉(zhuǎn)發(fā)速度。直通交換的缺點是它不檢查差錯就直接將幀轉(zhuǎn)發(fā)出去，因此有可能也將一些無效的幀轉(zhuǎn)發(fā)給其他站。課件制作人：謝希仁以太網(wǎng)交換機仍需要采用基于軟件的存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式的情況當需要進行線路速率匹配，協(xié)議轉(zhuǎn)換，差錯檢測時?，F(xiàn)在有的廠商已生產(chǎn)出能支持兩種交換方式（自適應方式）的以太網(wǎng)交換機。課件制作人：謝希仁虛擬局域網(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。這些網(wǎng)段具有某些共同的需求。每一個VLAN的幀都有一個明確的標識符，指明發(fā)送這個幀的工作站是屬于哪一個VLAN。虛擬局域網(wǎng)其實只是局域網(wǎng)給用戶提供的一種服務，而并不是一種新型局域網(wǎng)。虛擬局域網(wǎng)例子見圖3-31。利用以太網(wǎng)交換機可以很方便地

實現(xiàn)虛擬局域網(wǎng)課件制作人：謝希仁圖3-31說明設有10個工作站分配在三個樓層中，構(gòu)成了三個局域網(wǎng)，即：LAN1(A1,A2,B1,C1),LAN2(A3,B2,C2),LAN3(A4,B3,C3),它們被劃分為3個虛擬局域網(wǎng)。即：

VLAN1(A1,A2,A3,A4),VLAN2(B1,B2,B3),VLAN3(C1,C2,C3)。課件制作人：謝希仁以太網(wǎng)交換機A4B1以太網(wǎng)交換機VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太網(wǎng)交換機以太網(wǎng)交換機圖3-31三個虛擬局域網(wǎng):VLAN1,VLAN2和VLAN3課件制作人：謝希仁以太網(wǎng)交換機A4B1以太網(wǎng)交換機VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太網(wǎng)交換機以太網(wǎng)交換機三個虛擬局域網(wǎng)VLAN1,VLAN2和VLAN3

的構(gòu)成當B1

向VLAN2

工作組內(nèi)成員發(fā)送數(shù)據(jù)時，工作站B2和B3將會收到廣播的信息。課件制作人：謝希仁以太網(wǎng)交換機A4B1以太網(wǎng)交換機VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太網(wǎng)交換機以太網(wǎng)交換機三個虛擬局域網(wǎng)VLAN1,VLAN2和VLAN3

的構(gòu)成B1發(fā)送數(shù)據(jù)時，B1所在的LAN1中的其他工作站A1,A2和C1都不會收到B1發(fā)出的廣播信息。課件制作人：謝希仁以太網(wǎng)交換機A4B1以太網(wǎng)交換機VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太網(wǎng)交換機以太網(wǎng)交換機三個虛擬局域網(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)絡不會因傳播過多的廣播信息(即“廣播風暴”)而引起性能惡化。課件制作人：謝希仁虛擬局域網(wǎng)協(xié)議允許在以太網(wǎng)的幀格式中插入一個4字節(jié)的標識符，稱為VLAN標記(tag)，用來指明發(fā)送該幀的工作站屬于哪一個虛擬局域網(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標記類型標記控制信息

1000000100000000VID2字節(jié)2字節(jié)插入4字節(jié)的VLAN標記4用戶優(yōu)先級CFI課件制作人：謝希仁*1.端口VLAN:通過對交換機的端口定義來形成VLAN。具體例子見圖3-31（2）。*2.MACVLAN：通過對主機網(wǎng)卡上的MAC地址定義來形成VLAN。3.第三層VLAN：通過第三層網(wǎng)絡地址或協(xié)議類型定義來形成VLAN。4.IP多播組VLAN：通過一組IP結(jié)點和代理（動態(tài)建立）來形成VLAN。虛擬局域網(wǎng)的劃分方法（補充內(nèi)容）課件制作人：謝希仁劃分VLAN舉例：對圖3-31按端口（接口）劃分VLAN比如VLAN2（B1,B2,B3):交換機4的接口3：連接工作站B3；交換機3的接口3：連接工作站B2；交換機2的接口3：連接工作站B1；數(shù)據(jù)的發(fā)送過程簡要分析。見下圖3-31（2）按MAC地址劃分VLAN時也可類似分析。課件制作人：謝希仁以太網(wǎng)交換機2A4B1以太網(wǎng)交換機4VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太網(wǎng)交換機3以太網(wǎng)交換機1圖3-31（2）帶有交換機及其接口編號的三個VLAN431111243452233課件制作人：謝希仁其他類型的以太網(wǎng)交換機具有第三層特性的第二層交換機具有某些第三層（網(wǎng)絡層）的功能，如數(shù)據(jù)報的分片和對多播通信量的管理。多層交換機可根據(jù)第三層的IP地址對分組進行過濾課件制作人：謝希仁3.6高速以太網(wǎng)

3.6.1100BASE-T以太網(wǎng)速率達到或超過100Mb/s的以太網(wǎng)稱為高速以太網(wǎng)。100BASE-T是在雙絞線上傳送100Mb/s基帶信號的星型拓撲以太網(wǎng)，仍使用IEEE802.3的CSMA/CD協(xié)議，又稱為快速以太網(wǎng)(FastEthernet)。課件制作人：謝希仁10BASE-T升級到100BASE-T站點的10Mb/s的適配器更換為100Mb/s的適配器；10Mb/s的集線器更換為100Mb/s集線器。10BASE-T上的應用軟件和網(wǎng)絡軟件可保持不變。課件制作人：謝希仁100BASE-T以太網(wǎng)的特點可在全雙工方式下工作而無沖突發(fā)生。因此，在全雙工方式下不使用CSMA/CD協(xié)議。在半雙工方式下使用CSMA/CD協(xié)議。MAC幀格式仍然是802.3標準規(guī)定的。保持最短幀長不變（64字節(jié)），但將一個網(wǎng)段的最大電纜長度減小到100m。爭用期從原來的51.2s改為5.12s，幀間最小間隔從原來的9.6s改為現(xiàn)在的0.96s