計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)課件

第五章局域網(wǎng)技術(shù)局域網(wǎng)概述Chapter5-1本章教學(xué)目標(biāo)局域網(wǎng)的特點(diǎn)、功能主要的局域網(wǎng)組網(wǎng)設(shè)備常見的局域網(wǎng)拓樸結(jié)構(gòu)局域網(wǎng)的介質(zhì)訪問控制方式局域網(wǎng)的特點(diǎn)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。局域網(wǎng)具有如下的一些主要優(yōu)點(diǎn)：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。

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。提高了系統(tǒng)的可靠性、可用性和殘存性。局域網(wǎng)的特點(diǎn)通信速率高：達(dá)Mbit/s通信質(zhì)量高：誤碼率在10-7—10-12支持多種傳輸介質(zhì)：同軸電纜、雙絞線、光纖、無線介質(zhì)成本低、安裝、擴(kuò)充及維護(hù)方便

通常屬于某個(gè)部門、企業(yè)或單位所有

采用寬帶局域網(wǎng)技術(shù)后，可實(shí)現(xiàn)高帶寬的應(yīng)用：語音、數(shù)據(jù)和視頻局域網(wǎng)的功能資源共享

--硬件、軟件資源相互通信：

--數(shù)據(jù)傳送與電子郵件提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的可靠性分布式計(jì)算

高性能計(jì)算環(huán)境

匹配電阻集線器干線耦合器總線網(wǎng)星形網(wǎng)樹形網(wǎng)環(huán)形網(wǎng)常見局域網(wǎng)拓樸結(jié)構(gòu)靜態(tài)劃分信道頻分復(fù)用時(shí)分復(fù)用波分復(fù)用碼分復(fù)用動(dòng)態(tài)媒體接入控制（多點(diǎn)接入）隨機(jī)接入受控接入，如多點(diǎn)線路探詢(polling)，或輪詢。媒體共享技術(shù)IEEE802標(biāo)準(zhǔn)Chapter5-2IEEE802標(biāo)準(zhǔn)的制訂者IEEE802委員會(huì)通信介質(zhì)分會(huì)：負(fù)責(zé)研究局域網(wǎng)中對(duì)應(yīng)于ISO/OSI物理層的功能，包括局域網(wǎng)通信的物理傳輸特性、與數(shù)據(jù)鏈路層的接口信號(hào)訪問控制分會(huì)：負(fù)責(zé)研究局域網(wǎng)中對(duì)應(yīng)于ISO/OSI數(shù)據(jù)鏈路層的功能，主要涉及邏輯鏈路控制協(xié)議、介質(zhì)訪問控制協(xié)議及和網(wǎng)絡(luò)層的接口高層接口分會(huì)：負(fù)責(zé)研究局域網(wǎng)中對(duì)應(yīng)于ISO/OSI中網(wǎng)絡(luò)層以上的高層的功能。IEEE802標(biāo)準(zhǔn)概述IEEE802為局域網(wǎng)制定了一系列標(biāo)準(zhǔn)，主要有：IEEE802.1:概述，局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)及尋址、網(wǎng)絡(luò)管理和網(wǎng)絡(luò)互連。IEEE802.2:定義了邏輯鏈路控制子層LLC的功能與服務(wù)。IEEE802.3:定義了CSMA/CD介質(zhì)訪問控制協(xié)議和相應(yīng)物理層技術(shù)規(guī)范。IEEE802.4:Token-Bus介質(zhì)訪問控制方法和物理層技術(shù)規(guī)范。IEEE802.5:Token-Ring介質(zhì)訪問控制方法和物理層技術(shù)規(guī)范。IEEE802.6:城域網(wǎng)（MAN）的介質(zhì)訪問控制協(xié)議和物理層技術(shù)規(guī)范。IEEE802.7:寬帶局域網(wǎng)的推薦實(shí)踐。IEEE802.8:光纖局域網(wǎng)/城域網(wǎng)的推薦實(shí)踐。IEEE802.9:綜合服務(wù)局域網(wǎng)介質(zhì)訪問控制和物理層接口。IEEE802.10:可互操作局域網(wǎng)/城域網(wǎng)安全標(biāo)準(zhǔn)。IEEE802.11:無線網(wǎng)介質(zhì)訪問控制方法和物理層技術(shù)規(guī)范。IEEE802.12:需求優(yōu)先訪問控制方法和物理層技術(shù)規(guī)范。IEEE802.15:無線個(gè)人域網(wǎng)（WPAN）介質(zhì)訪問控制方法和物理層技術(shù)規(guī)范。IEEE802.16:寬帶無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。IEEE802標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)體系，包含一系列不同的標(biāo)準(zhǔn)或協(xié)議。隨著局域網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，該體系中在不斷地增加新的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議。802.10安全與加密802.1局域網(wǎng)概述、體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)互連與網(wǎng)絡(luò)管理802.2邏輯鏈路控制LLC802.3CSMA/CD物理層802.4令牌總線物理層802.5令牌環(huán)物理層802.6城域網(wǎng)物理層802.8FDDI802.11無線局域網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層物理層802.3、802.4及802.5的比較

802.3

優(yōu)點(diǎn)使用最為廣泛；算法簡(jiǎn)單；站點(diǎn)可以在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行中安裝；使用無源電纜；輕負(fù)載時(shí)，延遲為0。缺點(diǎn)使用模擬器件，每個(gè)站點(diǎn)在發(fā)送的同時(shí)要檢測(cè)沖突；最短幀長(zhǎng)64字節(jié)，對(duì)于短數(shù)據(jù)來講開銷太大；無優(yōu)先級(jí)，發(fā)送是非確定性的，不適合于實(shí)時(shí)工作；電纜最長(zhǎng)2500米（使用中繼器）；速率提高時(shí)，幀傳輸時(shí)間減少，競(jìng)爭(zhēng)時(shí)間不變（2），效率降低；重負(fù)載時(shí)，沖突嚴(yán)重。

802.4

優(yōu)點(diǎn)：發(fā)送具有確定性，支持優(yōu)先級(jí)，可處理短幀；使用寬帶電纜，支持多信道；重負(fù)載時(shí)，吞吐量和效率較高。缺點(diǎn)：使用大量的模擬裝置；協(xié)議復(fù)雜；輕負(fù)載時(shí)，延遲大；很難用光纖實(shí)現(xiàn)。

802.5

優(yōu)點(diǎn)：使用點(diǎn)到點(diǎn)連接，完全數(shù)字化；使用線路中心，自動(dòng)檢測(cè)和消除電纜故障；支持優(yōu)先級(jí)，允許短幀，但受令牌持有時(shí)間限制，不允許任意長(zhǎng)的幀；重負(fù)載時(shí)，吞吐量和效率較高。缺點(diǎn)：中央監(jiān)控；輕負(fù)載時(shí)，延遲大。局域網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)OSI參考模型傳輸媒體應(yīng)用層表示層會(huì)話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層傳輸媒體媒體訪問控制子層邏輯鏈路控制子層IEEE802參考模型IEEE802標(biāo)準(zhǔn)范圍高層協(xié)議服務(wù)訪問點(diǎn)SAP物理層局域網(wǎng)模型的有關(guān)說明物理層：與OSI對(duì)應(yīng)層類似，主要規(guī)定比特流的傳輸與接收，描述所使用的信號(hào)電平的編碼及解碼，規(guī)定網(wǎng)絡(luò)的拓樸結(jié)構(gòu)，傳輸介質(zhì)及介質(zhì)的傳輸速率等。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：LLC子層與MAC子層。媒體訪問控制層（MAC,MediumAccessControl）邏輯鏈路控制層（LLC,LogicLinkControl）局域網(wǎng)物理層制定的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范主要有如下一些內(nèi)容：局域網(wǎng)傳輸媒體。物理接口的機(jī)械特性、電氣特性、性能特性和規(guī)程特性。傳輸信號(hào)的編碼方案，局域網(wǎng)常用的編碼方案有：曼徹斯特碼、差分曼徹斯特碼、非歸零碼、4B/5B碼、8B/6T和8B/10B等。同步信號(hào)的產(chǎn)生與刪除。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)1、物理層物理層的主要作用是確保二進(jìn)制位信號(hào)的正確傳輸，包括位流的正確傳送與正確接收。數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能就是數(shù)據(jù)鏈路的管理(建立、撤銷、標(biāo)識(shí))和鏈路復(fù)用。另外，數(shù)據(jù)鏈路層還具有差錯(cuò)校驗(yàn)功能，以發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)送過程中出現(xiàn)的誤碼。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(duì)LLC子層來說都是透明的。2數(shù)據(jù)鏈路層為什么數(shù)據(jù)鏈路層會(huì)有兩個(gè)子層首先，從功能上看，數(shù)據(jù)鏈路層的任務(wù)是在點(diǎn)到點(diǎn)的物理線路上形成數(shù)據(jù)幀的通道。這個(gè)通道稱為數(shù)據(jù)鏈路，它是一種邏輯鏈路。一般情況下，一條物理鏈路上可以存在多條邏輯鏈路。因此，邏輯鏈路的控制是數(shù)據(jù)鏈路層相對(duì)獨(dú)立的一組功能。另外，數(shù)據(jù)鏈路層緊挨著物理層，它要直接與物理介質(zhì)打交道，具體講，就是向介質(zhì)發(fā)送數(shù)據(jù)(存)和從介質(zhì)接收數(shù)據(jù)(取)，因此數(shù)據(jù)鏈路層還存在一個(gè)介質(zhì)存取問題。在LAN中各站共享網(wǎng)絡(luò)公共信道，因此首先必須解決如何避免信道爭(zhēng)用問題，即數(shù)據(jù)鏈路層必須有解決沖突的介質(zhì)訪問控制功能。又由于LAN采用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不同，傳輸介質(zhì)各異，相應(yīng)的介質(zhì)訪問控制方法也有多種。導(dǎo)致數(shù)據(jù)鏈路層存在與傳輸介質(zhì)有關(guān)的和無關(guān)的兩部分。所以可將LAN的數(shù)據(jù)鏈路層劃分為兩個(gè)子層：邏輯鏈路控制子層LLC和介質(zhì)存取控制子層MAC。為什么數(shù)據(jù)鏈路層會(huì)有兩個(gè)子層劃分子層的原因保持與OSI模型的一致性解決OSI中的數(shù)據(jù)鏈路層不具備局域網(wǎng)所需的介質(zhì)訪問控制功能問題。使整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)具有良好的可擴(kuò)展性，以備將來接受新的介質(zhì)與介質(zhì)訪問控制方法。數(shù)據(jù)鏈路層的兩個(gè)子層

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：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)，不管采用何種協(xié)議的局域網(wǎng)對(duì)LLC子層來說都是透明的邏輯鏈路控制層（LLC，LogicLinkControl）屏蔽MAC子層的具體實(shí)現(xiàn)，將其變成統(tǒng)一的LLC界面，從而向網(wǎng)絡(luò)層提供一致的服務(wù)（面向連接的虛電路服務(wù)和無連接的數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)，數(shù)據(jù)幀的封裝與拆卸，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)訪問點(diǎn)）。媒體訪問控制層（MAC，MediumAccessControl）處理局域網(wǎng)中各站點(diǎn)對(duì)通信介質(zhì)的爭(zhēng)用問題，不同類型的局域網(wǎng)使用不同的介質(zhì)訪問控制協(xié)議。局域網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層的兩個(gè)子層OSI/RM的數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)模型的LLC+MAC相當(dāng)。（1）LLC層與傳輸媒體無關(guān)，對(duì)于各種不同類型的局域網(wǎng)都是適合的。LLC層的主要作用：為高層協(xié)議提供相應(yīng)的接口，并進(jìn)行差錯(cuò)和流量控制。（2）MAC層與傳輸媒體有關(guān)，它和網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湫问?、傳輸媒體的類型有直接關(guān)系。MAC層的主要作用：媒體接入控制和對(duì)信道資源的分配；裝/拆幀、CRC校驗(yàn)。用戶數(shù)據(jù)用戶數(shù)據(jù)LLC頭MAC頭MAC尾LLC頭LLC層MAC層LLC幀和MAC幀的關(guān)系用戶數(shù)據(jù)高層LLCPDUMAC幀MAC是數(shù)據(jù)鏈路層的下半部分，它直接與物理層相鄰，是將傳輸媒體的帶寬有效地分配給網(wǎng)上各站點(diǎn)用戶的方法。MAC子層集中了與接入介質(zhì)有關(guān)的部分，負(fù)責(zé)在物理層的基礎(chǔ)上進(jìn)行無差錯(cuò)通信，維護(hù)數(shù)據(jù)鏈路功能，并為L(zhǎng)LC子層提供服務(wù)，支持CSMA/CD、Token-Bus、Token-Ring等介質(zhì)訪問控制方式。媒體訪問控制子層MAC在傳輸時(shí)，將要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)組裝成幀，幀中包含有地址和差錯(cuò)檢測(cè)等字段。在接收時(shí)，將收到的幀解包，進(jìn)行地址識(shí)別和差錯(cuò)檢測(cè)。管理和控制對(duì)于局域網(wǎng)傳輸媒體的訪問。為高層協(xié)議提供相應(yīng)的接口，即一個(gè)或多個(gè)服務(wù)訪問點(diǎn)（SAP），并且進(jìn)行流量和差錯(cuò)控制。媒體訪問控制層MAC功能DIXEthernetV2是世界上第一個(gè)局域網(wǎng)產(chǎn)品（以太網(wǎng)）的規(guī)約。IEEE的802.3標(biāo)準(zhǔn)。DIXEthernetV2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(jiǎn)稱為“以太網(wǎng)”。嚴(yán)格說來，“以太網(wǎng)”應(yīng)當(dāng)是指符合DIXEthernetV2標(biāo)準(zhǔn)的局域網(wǎng)以太網(wǎng)的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)

常用的以太網(wǎng)MAC幀格式有兩種標(biāo)準(zhǔn)：DIXEthernetV2標(biāo)準(zhǔn)IEEE的802.3標(biāo)準(zhǔn)最常用的MAC幀是以太網(wǎng)V2的格式。MAC幀的格式

MAC幀格式

由于采用不同的MAC協(xié)議，各MAC幀的確切定義不盡相同。但是所有的MAC幀的格式都大致類似。包括18個(gè)字節(jié)的幀頭和幀尾在內(nèi)的最大幀長(zhǎng)為1518個(gè)字節(jié)。從幀結(jié)構(gòu)可以看出，MAC層協(xié)議在LLC層PDU的外面，加上幀頭和幀尾，組裝成完整的MAC幀，然后經(jīng)物理層傳送出去。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(bào)MAC幀以太網(wǎng)的MAC幀格式

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(gè)字段域共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)MAC幀格式

幀同步序列，其格式為連續(xù)7個(gè)字節(jié)的“10101010”二進(jìn)制序列，它的作用是使接收節(jié)點(diǎn)的接收電路在正式開始接收幀之前達(dá)到穩(wěn)定的同步狀態(tài)，但它不作為幀的有效成份。MAC幀格式

表示一個(gè)有效幀的開始，其格式為“10101011”二進(jìn)制序列，它也不作為幀的有效成份。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幀格式目的地址字段6字節(jié)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)在局域網(wǎng)中，硬件地址又稱為物理地址，或MAC地址。802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。但鑒于大家都早已習(xí)慣了將這種48位的“名字”稱為“地址”，所以也采用這種習(xí)慣用法，盡管這種說法并不太嚴(yán)格。MAC層的硬件地址

IEEE的注冊(cè)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)。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。一個(gè)地址塊可以生成224個(gè)不同的地址。這種48位地址稱為MAC-48，它的通用名稱是EUI-48?！癕AC地址”實(shí)際上就是適配器地址或適配器標(biāo)識(shí)符EUI-48。48位的MAC地址MAC地址的結(jié)構(gòu)圖占1比特，稱為單個(gè)或組地址標(biāo)志(IndividualorGroupaddressflag)。它指明該MAC地址是單個(gè)的地址(0)，還是組地址。當(dāng)I/G=1時(shí)，MAC地址的其余47比特用于編碼組地址，此時(shí)U/L、OUI和OUA字段不存在。MAC地址的結(jié)構(gòu)圖占1比特，稱為通用或局部管理標(biāo)志(UniversalorLocaladministrationflag)。它指明該MAC地址是全局唯一的(U/L=0)，還是局部唯一的(U/L=1)。由非網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備廠商生產(chǎn)的設(shè)備，其U/L=1，此類設(shè)備一般專用于局部網(wǎng)絡(luò)。MAC地址的結(jié)構(gòu)圖占22比特，稱為組織唯一標(biāo)識(shí)(OrganizationallyUniqueIdentifier)。它指明具有該MAC地址的設(shè)備是由哪個(gè)供應(yīng)商生產(chǎn)的。OUI由IEEE分配給廠商，一個(gè)廠商可以得到1個(gè)或幾個(gè)OUI。MAC地址的結(jié)構(gòu)圖占24比特，稱為組織唯一地址(OrganizationallyUniqueAddress)。它是廠商給自己生產(chǎn)的接口設(shè)備分配的編號(hào)。同一廠商設(shè)備的OUA兩兩不同。因此任意兩個(gè)MAC地址都不相同。單個(gè)通用MAC地址：該MAC地址的I/G=0且U/L=0，它全局唯一地尋址一個(gè)接口設(shè)備。當(dāng)局域網(wǎng)數(shù)據(jù)幀只能發(fā)給一個(gè)接口設(shè)備時(shí)(此方式稱為單播)，該幀的目的地址必須使用這種MAC地址。這種地址又稱單播地址。廣播MAC地址：48比特全為1的MAC地址稱為廣播MAC地址。當(dāng)局域網(wǎng)幀要發(fā)給網(wǎng)上所有接口設(shè)備時(shí)，該幀的目的地址必須使用這種地址。它可以看成是一種特殊的組地址。

MAC地址被分成三類組播MAC地址：I/G=1，但其余47位不全為1的組地址。當(dāng)局域網(wǎng)幀發(fā)給網(wǎng)上多個(gè)接口設(shè)備時(shí)，就要在該幀的目的地址字段中填入代表這些設(shè)備的組地址。

MAC地址被分成三類由于MAC地址是協(xié)議參考模型第二層協(xié)議(MAC協(xié)議)使用的地址，它用于尋址網(wǎng)絡(luò)接口，而且被固化在網(wǎng)絡(luò)接口的物理硬件中，不能被重新設(shè)置，因此它又經(jīng)常被稱為第二層地址、物理地址或硬件地址。局域網(wǎng)硬件在識(shí)別MAC地址時(shí)，實(shí)際上只關(guān)心它是單播地址還是組地址，而不去處理U/L、OUI或OUA字段。說明適配器從網(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.單播(unicast)幀（一對(duì)一）廣播(broadcast)幀（一對(duì)全體）多播(multicast)幀（一對(duì)多）“發(fā)往本站的幀”包括以下三種幀：如果是發(fā)往本站的幀則收下，然后再進(jìn)行其他的處理。否則就將此幀丟棄，不再進(jìn)行其他的處理。適配器檢查MAC地址

MAC幀格式

DA，SA表示分別目的節(jié)點(diǎn)和源節(jié)點(diǎn)（發(fā)送節(jié)點(diǎn)）地址，可以選擇16位或48位地址長(zhǎng)度，但這兩個(gè)地址長(zhǎng)度必須保持一致。DA可以是單地址、多播地址或廣播地址；而SA必須是單地址。在選用48位地址時(shí)，可用特征位來指示該地址是作為局部地址，還是作為全局地址。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。MAC幀格式

以字節(jié)為單位來表示PDU數(shù)據(jù)的實(shí)際長(zhǎng)度。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(zhǎng)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(zhǎng)度

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幀格式當(dāng)數(shù)據(jù)字段的長(zhǎng)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MAC幀長(zhǎng)不小于64字節(jié)。MAC幀格式

MAC幀要求有最小幀長(zhǎng)限制，最小幀長(zhǎng)為64個(gè)字節(jié)，其中包括18個(gè)字節(jié)固定長(zhǎng)度的幀頭（幀頭為DA、SA、FL和FCS等4個(gè)字段，共18個(gè)字節(jié)）在內(nèi)。如果實(shí)際的PDU數(shù)據(jù)長(zhǎng)度小于46個(gè)字節(jié)，必須在PAD字段上填充若干字節(jié)的0，使PDU和PAD字段的總長(zhǎng)度不小于46個(gè)字節(jié)；否則，接收節(jié)點(diǎn)會(huì)把超短幀作為“幀碎片”濾掉，不予接收。MAC幀格式

表示要傳送的LLC層數(shù)據(jù)，LLC層數(shù)據(jù)應(yīng)是一個(gè)字節(jié)序列，最大數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為1500個(gè)字節(jié)。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(cè)到的差錯(cuò)小于11014。MAC幀格式

采用32位CRC校驗(yàn)，用規(guī)定的生成多項(xiàng)式去除數(shù)據(jù)信息，獲得的余數(shù)作為校驗(yàn)序列填入FCS字段。數(shù)據(jù)字段的長(zhǎng)度與長(zhǎng)度字段的值不一致；幀的長(zhǎng)度不是整數(shù)個(gè)字節(jié)；用收到的幀檢驗(yàn)序列FCS查出有差錯(cuò)；數(shù)據(jù)字段的長(zhǎng)度不在46~1500字節(jié)之間。有效的MAC幀長(zhǎng)度為64~1518字節(jié)之間。對(duì)于檢查出的無效MAC幀就簡(jiǎn)單地丟棄。以太網(wǎng)不負(fù)責(zé)重傳丟棄的幀。無效的MAC幀

幀間最小間隔為9.6s，相當(dāng)于96bit的發(fā)送時(shí)間。一個(gè)站在檢測(cè)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(zhǔn)備。幀間最小間隔

①M(fèi)AC與LLC之間的接口。MAC層通過該接口向LLC層提供LLC幀的發(fā)送與接收服務(wù)。該接口定義了兩個(gè)功能，即幀發(fā)送和幀接收。LLC層可以通過該接口使用MAC層設(shè)施來發(fā)送和接收LLC幀。②MAC與物理層之間的接口。物理層通過該接口向MAC層提供MAC幀的發(fā)送與接收服務(wù)。該接口定義了兩個(gè)功能:位發(fā)送與位接收，以及三個(gè)狀態(tài)變量:沖突檢測(cè)、載波監(jiān)聽和發(fā)送正在進(jìn)行中。MAC層通過該接口使用物理層設(shè)施，并根據(jù)物理層提供的介質(zhì)狀態(tài)，對(duì)介質(zhì)訪問實(shí)施相應(yīng)的控制。MAC層定義了兩個(gè)與相鄰層的接口LLC是數(shù)據(jù)鏈路層的一個(gè)功能子層。LLC協(xié)議是根據(jù)局域網(wǎng)的特點(diǎn)，對(duì)HDLC通信規(guī)程進(jìn)行了適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化和重定義而制定的。LLC子層集中了與介質(zhì)接入無關(guān)的部分，并將網(wǎng)絡(luò)層的服務(wù)訪問點(diǎn)SAP設(shè)在LLC子層與高層的交界面上。LLC子層功能：數(shù)據(jù)幀的組裝、拆卸、收發(fā)；差錯(cuò)控制、流量控制；為網(wǎng)絡(luò)層提供服務(wù)。邏輯鏈路控制子層LLC在IEEE802局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)中，數(shù)據(jù)鏈路層功能由LLC和MAC兩個(gè)子層實(shí)現(xiàn)，LLC幀必須封裝在MAC幀中進(jìn)行傳輸，而不能單獨(dú)地通過物理層傳輸。因此，LLC幀中沒有用于幀同步的標(biāo)志字段以及用于驗(yàn)證幀正確性的幀校驗(yàn)字段；這些字段由MAC協(xié)議添加在MAC幀中，而LLC幀被封裝在MAC幀的信息字段中。MAC協(xié)議則與局域網(wǎng)類型有關(guān)。LLC協(xié)議與HDLC協(xié)議的區(qū)別LLC地址就是數(shù)據(jù)鏈路層的服務(wù)訪問點(diǎn)。LLC地址實(shí)際上是主機(jī)中某個(gè)上層協(xié)議實(shí)體的地址。一個(gè)主機(jī)中可以同時(shí)有多個(gè)上層協(xié)議進(jìn)程，因而就有多個(gè)服務(wù)訪問點(diǎn)。1、LLC幀格式

DSAPSSAP控制（C）信息（I）888/16

1、LLC幀DSAPSSAP控制（C）信息（I）888/16

SAP提供了多個(gè)高層協(xié)議進(jìn)程共同使用一個(gè)LLC層實(shí)體進(jìn)行通信的機(jī)制。在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上，一個(gè)LLC層實(shí)體可能同時(shí)為多個(gè)高層協(xié)議提供服務(wù)。為此，LLC協(xié)議定義了一種邏輯地址SAP及其編碼機(jī)制，允許多個(gè)高層協(xié)議進(jìn)程使用不同的SAP地址來共享一個(gè)LLC層實(shí)體進(jìn)行通信，而不會(huì)發(fā)生沖突。SAP機(jī)制還允許高層協(xié)議進(jìn)程同時(shí)使用多個(gè)SAP進(jìn)行通信，但在某一時(shí)刻一個(gè)SAP只能由一個(gè)高層協(xié)議進(jìn)程使用，一次通信結(jié)束并釋放了SAP后，才能被其它高層協(xié)議進(jìn)程使用。1、LLC幀DDDDDDDI/GSSSSSSSSC/RDSAPSSAP控制（C）信息（I）888/16

SSAP和DSAP地址字段分別定義了SSAP地址和DSAP地址，其中DSAP的最高位為地址類型標(biāo)志（I/G）位，I/G=0表示DSAP地址是一個(gè)單地址，LLC幀由DSAP標(biāo)識(shí)的惟一目的LLCSAP接收；I/G=1表示DSAP地址是一個(gè)組地址，LLC幀由DSAP標(biāo)識(shí)的一組目的LLCSAP接收。SSAP的最高位為命令/響應(yīng)標(biāo)志（C/R）位，C/R=0表示LLC幀是命令幀；C/R=1表示LLC幀是響應(yīng)幀。1、LLC幀DSAPSSAP控制（C）信息（I）888/16

用于定義LLC幀類型。LLC定義了如下三種幀：信息幀（I幀）、監(jiān)控幀（S幀）和無編號(hào)幀（U幀），其含義與HDLC幀相同，但它根據(jù)局域網(wǎng)特點(diǎn)進(jìn)行了調(diào)整和簡(jiǎn)化。LLC幀中的控制字段可以擴(kuò)展為兩個(gè)字節(jié)，擴(kuò)展后的控制字段主要增加了N（S）和N（R）的長(zhǎng)度，即由原來的3位增加到7位，序號(hào)的模數(shù)由原來的8增加到128。1、LLC幀N（S）0P/FN（R）SS1P/FN（R）00000MM1P/F1MMM信息幀監(jiān)控幀無編號(hào)幀DSAPSSAP控制（C）信息（I）888/16

1100*111無確認(rèn)無連接的測(cè)試1、LLC幀DSAPSSAP控制（C）信息（I）888/16

用于傳送用戶數(shù)據(jù)。信息字段長(zhǎng)度為8的整數(shù)（M）倍，M上限取決于所采用的MAC協(xié)議。不確認(rèn)無連接的服務(wù)，它是在無連接的數(shù)據(jù)鏈路上提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)的，無需任何形式的確認(rèn)，也無需流量和差錯(cuò)控制。因此不保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。數(shù)據(jù)傳輸模式可以是單播（點(diǎn)對(duì)點(diǎn)）方式、組播（點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)）方式和廣播（點(diǎn)對(duì)全體）方式。這是一種數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)，相當(dāng)簡(jiǎn)單。面向連接方式的服務(wù)，這種服務(wù)類似于HDLC提供的服務(wù)，它是在面向連接的數(shù)據(jù)鏈路上提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)的，因此它必須提供建立、使用、終止以及復(fù)位數(shù)據(jù)鏈路層連接所需的操作手段，并且還要提供數(shù)據(jù)鏈路層的定序、流控和錯(cuò)誤恢復(fù)等功能。這是一種虛電路服務(wù)。2、LLC服務(wù)LLC協(xié)議通過不同的操作類型來標(biāo)識(shí)這兩種服務(wù)：2、LLC服務(wù)類型Ⅰ操作：采用不確認(rèn)無連接的服務(wù)方式，使用無編號(hào)的信息（UI）幀實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。與類型Ⅰ操作有關(guān)的LLC幀有UI、XID和TEST。類型Ⅱ操作:采用面向連接的服務(wù)方式，在建立連接時(shí)使用SABME幀；在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)使用有編號(hào)的信息（I）幀；在斷開連接時(shí)使用DISC幀；在數(shù)據(jù)傳輸過程中使用RR、RNR和REJ幀實(shí)施定序、流控和錯(cuò)誤恢復(fù)等功能。除了UI、XID和TEST三種幀外，其余的LLC幀都是在類型Ⅱ操作中使用的。LLC協(xié)議的實(shí)現(xiàn)可采用兩種方法：只支持類型Ⅰ操作的LLC和同時(shí)支持兩種類型操作的LLC，具體取決于網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品開發(fā)商。在一般網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，LLC協(xié)議只支持類型Ⅰ操作。面向連接的服務(wù)通常是由高層協(xié)議（如傳輸層協(xié)議）實(shí)現(xiàn)的。局域網(wǎng)對(duì)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)2LLC子層看不見下面的局域網(wǎng)由于TCP/IP體系經(jīng)常使用的局域網(wǎng)是DIXEthernetV2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。以后一般不考慮LLC子層

局域網(wǎng)介質(zhì)訪問控制Chapter5-3本節(jié)教學(xué)目標(biāo)介質(zhì)訪問控制CSMA/CDToken最初的局域網(wǎng)是將許多計(jì)算機(jī)都連接到一根總線上。當(dāng)初認(rèn)為這樣的連接方法既簡(jiǎn)單又可靠，因?yàn)榭偩€上沒有有源器件。B向

D發(fā)送數(shù)據(jù)CDAE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)局域網(wǎng)的廣播方式發(fā)送

總線上的每一個(gè)工作的計(jì)算機(jī)都能檢測(cè)到B發(fā)送的數(shù)據(jù)信號(hào)。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。其他所有的計(jì)算機(jī)（A,C和E）都檢測(cè)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。具有廣播特性的總線上實(shí)現(xiàn)了一對(duì)一的通信。局域網(wǎng)的廣播方式發(fā)送

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(duì)發(fā)送的數(shù)據(jù)幀不進(jìn)行編號(hào)，也不要求對(duì)方發(fā)回確認(rèn)。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。

為了通信的簡(jiǎn)便

以太網(wǎng)采取了兩種重要的措施以太網(wǎng)提供的服務(wù)是不可靠的交付，即盡最大努力的交付。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。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。以太網(wǎng)提供的服務(wù)

局域網(wǎng)介質(zhì)訪問控制介質(zhì)訪問控制：在共享或廣播網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)信道的使用產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)時(shí)，如何分配信道的使用權(quán)。在局域網(wǎng)中，特意從數(shù)據(jù)鏈路層中分出介質(zhì)訪問控制子層，用以完成信道分配或介質(zhì)訪問控制功能。使網(wǎng)絡(luò)有更高的工作效率和可靠性。

介質(zhì)訪問控制策略在介質(zhì)訪問控制技術(shù)中，最關(guān)鍵的是控制地點(diǎn)和控制方法。

1）在什么地方對(duì)媒體訪問進(jìn)行控制集中式控制、分布式控制

2）怎樣對(duì)共享媒體進(jìn)行控制訪問同步機(jī)制：如FDM、TDM等。異步機(jī)制：如時(shí)間片輪轉(zhuǎn)、預(yù)約、競(jìng)爭(zhēng)等。介質(zhì)訪問控制的類型集中式：

有一個(gè)單獨(dú)的集中控制器或一個(gè)具有控制整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)來管理網(wǎng)絡(luò)的通信分布式：

無集中控制節(jié)點(diǎn)，各節(jié)點(diǎn)均處于平等地位。節(jié)點(diǎn)間的通信由各節(jié)點(diǎn)自身控制

CSMA/CD

令牌法時(shí)隙法（TimeSlot）1、訪問控制方式缺點(diǎn)：如果控制點(diǎn)不能工作，則會(huì)導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)癱瘓。由于所有訪問要經(jīng)過控制點(diǎn)的允許，可能會(huì)形成瓶頸，降低效率。（1）集中方式：指定某個(gè)控制器擁有控制網(wǎng)絡(luò)訪問的權(quán)利。優(yōu)點(diǎn)：能提供除了對(duì)媒體訪問外的其他更高級(jí)的功能，如優(yōu)先級(jí)控制、可靠性等。每個(gè)站點(diǎn)的訪問控制邏輯簡(jiǎn)單。避免進(jìn)行分布合作可能帶來的協(xié)調(diào)問題。（2）分布方式：由各個(gè)站點(diǎn)共同完成媒體訪問控制功能，動(dòng)態(tài)地確定站點(diǎn)的發(fā)送順序。2、時(shí)間片輪轉(zhuǎn)每個(gè)站點(diǎn)按照一定的時(shí)間順序得到傳輸時(shí)間。如果站點(diǎn)利用這個(gè)機(jī)會(huì)發(fā)送，則對(duì)其發(fā)送時(shí)間或發(fā)送的數(shù)據(jù)總量有一定限制，超過這個(gè)限制的數(shù)據(jù)只能在下一輪中發(fā)送。

在一段時(shí)間內(nèi)有多個(gè)節(jié)點(diǎn)要傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，此方式是有效的。當(dāng)要傳輸數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)較少時(shí)，時(shí)間開銷就顯得很大。

這種順序控制可能是集中式的，也可能是分布式的。

3、預(yù)約式一般來說，這種技術(shù)把傳輸媒體的使用時(shí)間劃分為一些時(shí)槽。一個(gè)節(jié)點(diǎn)要傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，就可以預(yù)約一些時(shí)槽進(jìn)行連續(xù)傳輸。

流式通信就是長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)傳輸，例如話音通信、遙測(cè)通信和長(zhǎng)文件的傳輸?shù)取＿m合于傳輸連續(xù)數(shù)據(jù)的情況?？梢允羌惺降?，也可以是分布式的。4、競(jìng)爭(zhēng)式這種技術(shù)并不對(duì)各個(gè)工作站點(diǎn)的發(fā)送權(quán)限進(jìn)行控制，而是由各個(gè)工作站點(diǎn)自由競(jìng)爭(zhēng)發(fā)送機(jī)會(huì)。對(duì)突發(fā)性的數(shù)據(jù)傳輸，競(jìng)爭(zhēng)是最常用的機(jī)制。突發(fā)式通信就是短時(shí)間的少量傳輸，例如終端和主機(jī)之間的通信就是這樣的。在低負(fù)荷時(shí)，性能不錯(cuò)。是分布式的。媒體訪問控制技術(shù)CSMA/CD和它之前的ALOHA、CSMA技術(shù)都是隨機(jī)訪問和競(jìng)爭(zhēng)發(fā)送協(xié)議。隨機(jī)訪問意味著對(duì)任何節(jié)點(diǎn)都無法預(yù)計(jì)其發(fā)送的時(shí)刻；競(jìng)爭(zhēng)發(fā)送是指所有發(fā)送的節(jié)點(diǎn)自由競(jìng)爭(zhēng)信道的使用權(quán)。ALOHA協(xié)議訪問方式：不監(jiān)聽—隨機(jī)重發(fā)，即“發(fā)送—沖突—再發(fā)送”分槽ALOHA各用戶節(jié)點(diǎn)只能在下一時(shí)間片的起始時(shí)刻開始發(fā)送信息。信道利用率最多為37%信道利用率最多為18%CSMA

載波偵聽多路訪問（CSMA，CarrierSenseMultipleAccess）是一種適合于總線結(jié)構(gòu)的具有信道檢測(cè)功能的分布式介質(zhì)訪問控制方法，其控制手段稱之為“載波偵聽”。該協(xié)議的一般描述非常簡(jiǎn)單。如果一個(gè)站點(diǎn)有一個(gè)幀要發(fā)送，它遵循下面的規(guī)則：（1）偵聽介質(zhì)的活動(dòng)。（2）如果沒有活動(dòng)，則立即傳送，否則等待。CSMA按其算法的不同分為三種方式載波監(jiān)聽策略：非堅(jiān)持CSMA：一旦監(jiān)聽到信道忙，就不再監(jiān)聽；延遲一個(gè)隨機(jī)時(shí)間后再次監(jiān)聽。堅(jiān)持CSMA：監(jiān)聽到信道忙時(shí)，仍繼續(xù)監(jiān)聽，直到信道空閑。

1-堅(jiān)持CSMAp-堅(jiān)持CSMA非堅(jiān)持CSMA協(xié)議NonpersistentCSMA，欲傳輸?shù)恼军c(diǎn)監(jiān)聽介質(zhì)并遵循以下規(guī)則：1）介質(zhì)空閑就傳輸，否則，轉(zhuǎn)到第（2）步。2）介質(zhì)忙，等待一段隨機(jī)的重傳延遲時(shí)間，重復(fù)第（1）步。優(yōu)點(diǎn)：降低了沖突發(fā)生的概率；缺點(diǎn)：信道利用率降低；

1堅(jiān)持CSMA協(xié)議欲傳輸?shù)恼军c(diǎn)監(jiān)聽介質(zhì)并遵循以下規(guī)則：1）介質(zhì)空閑就傳輸，否則，轉(zhuǎn)到第2）步。2）介質(zhì)忙則繼續(xù)監(jiān)聽，直到檢測(cè)到信道空閑，然后立即傳輸。3）如果沖突，則等待一段隨機(jī)的時(shí)間后重復(fù)第一步。優(yōu)點(diǎn)：有利于搶占信道，減少信道空閑時(shí)間；缺點(diǎn)：沖突概率較大。

非堅(jiān)持CSMA協(xié)議中的站點(diǎn)是尊重別人的，而1堅(jiān)持方式是自私的。試圖既能如非堅(jiān)持算法那樣減少?zèng)_突而又像1堅(jiān)持算法那樣減少空閑時(shí)間的一種折衷方案是P堅(jiān)持協(xié)議。欲傳輸?shù)恼军c(diǎn)監(jiān)聽并遵循以下規(guī)則：1、若介質(zhì)空閑，以概率P傳輸，以概率（1－P）延遲一個(gè)時(shí)間單位，該時(shí)間單位通常等于最大傳播延遲的兩倍。2、若介質(zhì)忙，繼續(xù)監(jiān)聽直到信道空閑，并重復(fù)第1步。3、若傳輸延遲了一個(gè)時(shí)間單位，則重復(fù)第1步。P堅(jiān)持CSMA協(xié)議用戶就緒?信道忙?等到下一個(gè)時(shí)間槽發(fā)送幀等待一個(gè)時(shí)間槽信道忙?成功?等待一段隨機(jī)時(shí)間NYY概率P概率1-PNNYY入口在信道忙時(shí)不會(huì)有其他主機(jī)打亂正在進(jìn)行的發(fā)送。由于采用了信道偵聽，因此在一定程度上減少了沖突發(fā)生的次數(shù)，從而提高了信道的利用率和整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。CSMA不能完全避免沖突的原因：當(dāng)主機(jī)A認(rèn)為信道空閑時(shí)，主機(jī)B也可能認(rèn)為信道空閑，因此，兩臺(tái)主機(jī)差不多同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)，導(dǎo)致沖突發(fā)生。CSMA能夠做到載波監(jiān)聽多點(diǎn)接入/碰撞檢測(cè)，CSMA/CD表示CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection。“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。載波監(jiān)聽多點(diǎn)接入/碰撞檢測(cè)CSMA/CD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(cè)總線上有沒有其他計(jì)算機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)信號(hào)。“碰撞檢測(cè)”就是計(jì)算機(jī)邊發(fā)送數(shù)據(jù)邊檢測(cè)信道上的信號(hào)電壓大小。所謂“碰撞”就是發(fā)生了沖突。因此“碰撞檢測(cè)”也稱為“沖突檢測(cè)”。載波監(jiān)聽多點(diǎn)接入/碰撞檢測(cè)CSMA/CDCSMA/CD工作原理先聽后發(fā)：每個(gè)站在發(fā)送數(shù)據(jù)之前先檢測(cè)總線上是否空閑。如果信道是空閑的，立即搶占總線發(fā)送信息。如果信道忙，則退避一段時(shí)間再嘗試。邊聽邊發(fā)：當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)將開始發(fā)送數(shù)據(jù)后，在傳送的過程中發(fā)送者要邊發(fā)送邊監(jiān)聽(listenwhiletalking)。沖突停止：如果檢測(cè)到的信息與發(fā)出的不一致，說明發(fā)生了沖突，則停止發(fā)送，并發(fā)送一串阻塞信號(hào)以加強(qiáng)沖突。隨機(jī)延遲后重發(fā)：延遲一個(gè)隨機(jī)時(shí)間片后再去偵聽總線，延遲時(shí)間短的節(jié)點(diǎn)先搶占總線。發(fā)送者把從信道上收到的信號(hào)的特性，如電壓值、脈沖寬度等，與發(fā)送的信號(hào)的特性作比較，如果一致，則認(rèn)為無沖突，否則認(rèn)為發(fā)生了沖突。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）。當(dāng)一個(gè)站檢測(cè)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。碰撞檢測(cè)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。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。檢測(cè)到碰撞后當(dāng)某個(gè)站監(jiān)聽到總線是空閑時(shí)，也可能總線并非真正是空閑的。A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。B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(cè)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。碰撞的結(jié)果是兩個(gè)幀都變得無用。電磁波在總線上的

有限傳播速率的影響1kmABt碰撞t=2

A檢測(cè)到發(fā)生碰撞t=

B發(fā)送數(shù)據(jù)B檢測(cè)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(duì)載波監(jiān)聽的影響1kmABt碰撞t=

B檢測(cè)到信道空閑發(fā)送數(shù)據(jù)t=

/2發(fā)生碰撞t=2

A檢測(cè)到發(fā)生碰撞t=

B發(fā)送數(shù)據(jù)B檢測(cè)到發(fā)生碰撞t=ABABABt=0A檢測(cè)到信道空閑發(fā)送數(shù)據(jù)ABt=0t=B檢測(cè)到發(fā)生碰撞停止發(fā)送STOPt=2

A檢測(cè)到發(fā)生碰撞STOPAB單程端到端傳播時(shí)延記為

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）。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。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。重要特性最先發(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。以太網(wǎng)的端到端往返時(shí)延2

稱為爭(zhēng)用期，或碰撞窗口。經(jīng)過爭(zhēng)用期這段時(shí)間還沒有檢測(cè)到碰撞，才能肯定這次發(fā)送不會(huì)發(fā)生碰撞。爭(zhēng)用期確定發(fā)生沖突要花多少時(shí)間？傳輸周期：該時(shí)間內(nèi)信道上有數(shù)據(jù)在傳輸。競(jìng)爭(zhēng)周期：有數(shù)據(jù)要發(fā)送的主機(jī)在這段時(shí)間內(nèi)偵聽信道?？臻e周期：該時(shí)間內(nèi)信道上沒有數(shù)據(jù)傳輸，也沒有主機(jī)偵聽信道。工作狀態(tài)假設(shè)在t0時(shí)刻，A的第一個(gè)比特離開A開始向B傳輸，經(jīng)過τ后到達(dá)B。如圖所示，如果B在t0到t0+τ之間發(fā)送數(shù)據(jù)，就會(huì)導(dǎo)致沖突。討論沖突在t0到t0+τ之間發(fā)生沖突檢測(cè)時(shí)間沖突信號(hào)需要經(jīng)過2ε到達(dá)A，此時(shí)A才能檢測(cè)出沖突。從t0時(shí)刻起，要想避免與A發(fā)生沖突，其他主機(jī)至少要在t0+τ之后發(fā)送數(shù)據(jù)。而A最晚可能在t0+2τ時(shí)刻檢測(cè)到?jīng)_突。顯然，τ與A到B之間距離d和信號(hào)傳輸速度r有關(guān)，即τ=d/r而傳輸速度r又與信道有關(guān)。對(duì)于UTP電纜信道，電磁波在電纜中的傳播速度r最大只有在自由空間的65%左右。因此，1km電纜的τ≈51.2×10-6s=51.2μs。結(jié)論顯然，數(shù)據(jù)的發(fā)送時(shí)間與數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度L和比特率R有關(guān)(R又與數(shù)據(jù)編碼方式有關(guān))。數(shù)據(jù)幀的最小長(zhǎng)度Lmin應(yīng)該滿足關(guān)系：2τ=Lmin/R即Lmin=2τR又由于τ=d/r所以Lmin=2dR/r其中d為網(wǎng)絡(luò)共享鏈路的長(zhǎng)度，常被稱為網(wǎng)絡(luò)直徑，R是數(shù)據(jù)率，r是信號(hào)傳輸速率。結(jié)論（1）共享信道上的主機(jī)要在A發(fā)送數(shù)據(jù)后的τ時(shí)間后發(fā)送數(shù)據(jù)才可能避免沖突。（2）A發(fā)送數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度要大于2Τr，才能避免潛在的沖突。（3）從以上公式可以看出，為了避免沖突、提高信道的效率，應(yīng)該在d、R、r之間做出合理的匹配。換句話說，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模(d)不同時(shí)，使用的信道(r)和采用的編碼方式(R)也要做相應(yīng)的調(diào)整。結(jié)論二進(jìn)制指數(shù)類型退避算法

(truncatedbinaryexponentialtype)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)。確定基本退避時(shí)間，一般是取為爭(zhēng)用期2。定義重傳次數(shù)k，k10，即

k=Min[重傳次數(shù),10]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。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。

以太網(wǎng)取51.2s

為爭(zhēng)用期的長(zhǎng)度。對(duì)于10Mb/s以太網(wǎng)，在爭(zhēng)用期內(nèi)可發(fā)送512bit，即64字節(jié)。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。爭(zhēng)用期的長(zhǎng)度如果發(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(cè)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)。以太網(wǎng)規(guī)定了最短有效幀長(zhǎng)為64字節(jié)，凡長(zhǎng)度小于64字節(jié)的幀都是由于沖突而異常中止的無效幀。最短有效幀長(zhǎng)

重要原則：幀必須足夠長(zhǎng)，使沖突能在幀傳輸完之前被檢測(cè)到。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)：立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)；再繼續(xù)發(fā)送若干比特的人為干擾信號(hào)(jammingsignal)，以便讓所有用戶都知道現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)生了碰撞。

強(qiáng)化碰撞數(shù)據(jù)幀干擾信號(hào)TJ人為干擾信號(hào)

ABTBtB發(fā)送數(shù)據(jù)A檢測(cè)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(cè)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(jiǎn)單起見，只畫出A發(fā)送干擾信號(hào)的情況。CSMA/CD幀發(fā)送過程流程圖若干說明如何判斷信道忙或空閑？

以差分Machester編碼為例，若信道存在電平跳變，則判斷為忙，否則判為空閑

如何檢測(cè)沖突？比較法----將偵聽信號(hào)與原始的發(fā)送信號(hào)進(jìn)行比較以判斷是否發(fā)生沖突編碼違例判決法----分析偵聽到的信號(hào)是否符合原始的編碼規(guī)律，如差分Manchester編碼規(guī)律

如何隨機(jī)延遲？采用二進(jìn)制指數(shù)后退算法：一般地，第n次沖突后的等待時(shí)間從0到2n-1中選??；達(dá)到10次后，隨機(jī)等待的最大時(shí)隙固定在1023；16次沖突后，控制器不再動(dòng)作，報(bào)告發(fā)送失敗CSMA/CD的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：每個(gè)節(jié)點(diǎn)都處于平等地位去競(jìng)爭(zhēng)傳輸介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)的算法簡(jiǎn)單；網(wǎng)絡(luò)維護(hù)方便，增刪節(jié)點(diǎn)容易；負(fù)載較少時(shí)，要發(fā)送信息的節(jié)點(diǎn)可以“立即”獲得對(duì)介質(zhì)的訪問權(quán)，執(zhí)行發(fā)送操作，效率較高。缺點(diǎn)：不具有某些場(chǎng)合要求的優(yōu)先權(quán)；負(fù)載重時(shí)，容易出現(xiàn)沖突，使傳輸效率和有效帶寬大為降低，不確定的等待時(shí)間和延遲可能在過程控制應(yīng)用中產(chǎn)生嚴(yán)重問題。令牌訪問控制法在令牌環(huán)網(wǎng)中，令牌是一種特殊的控制幀，它具有特殊的格式和標(biāo)記。令牌有“忙（Busy）”和“空閑（Free）”兩種狀態(tài)。令牌在網(wǎng)絡(luò)中傳送，只有獲得令牌的節(jié)點(diǎn)才能啟動(dòng)幀的發(fā)送令牌法又稱許可證法。令牌訪問控制方法又可分為令牌環(huán)（tokenRing）訪問控制和令牌總線（tokenbus）訪問控制。令牌環(huán)訪問控制法是令牌環(huán)網(wǎng)采用的媒體訪問控制方法。令牌環(huán)網(wǎng)由IBM公司提出，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是環(huán)型，遵循IEEE802.5標(biāo)準(zhǔn)。令牌環(huán)工作原理各站點(diǎn)通過站接口連接成物理環(huán)型拓樸，令牌在物理環(huán)中逐站單向傳送，不存在路徑選擇問題。當(dāng)一個(gè)站點(diǎn)想發(fā)送幀時(shí)，必須獲得空閑令牌，并在啟動(dòng)數(shù)據(jù)幀的傳送前將令牌幀中的忙/閑狀態(tài)位置于“忙”。由于只存在一個(gè)令牌，所以任何時(shí)候，環(huán)中只能有一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，而其余站點(diǎn)只能允許接收幀。令牌環(huán)工作原理當(dāng)數(shù)據(jù)幀沿途經(jīng)過各站的環(huán)接口時(shí)，各站將該幀的目的地址與本站地址進(jìn)行比較，若不相符，則轉(zhuǎn)發(fā)該幀；若相符，則放入接收BUFFER以送入本站，并修改環(huán)上幀的接收狀態(tài)位，修改后的幀在環(huán)上繼續(xù)流動(dòng)直到循環(huán)一周后回到發(fā)送站，由發(fā)送站將幀移去。若發(fā)送站數(shù)據(jù)發(fā)送完畢，則釋放令牌。

令牌環(huán)訪問控制令牌環(huán)中各站點(diǎn)的三種主要操作：1、截獲令牌并且發(fā)送數(shù)據(jù)幀2、接受與轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)3、取消數(shù)據(jù)幀并且重發(fā)令牌

在單令牌體制下，整個(gè)環(huán)路只有一個(gè)站工作在發(fā)送方式，其它所有的站只能處于監(jiān)聽方式而不能發(fā)送數(shù)據(jù)。截獲令牌的站要負(fù)責(zé)在發(fā)送數(shù)據(jù)幀完畢后再將令牌恢復(fù)過來，發(fā)送數(shù)據(jù)幀的站要負(fù)責(zé)從環(huán)路上收回它所發(fā)送的數(shù)據(jù)幀。ACDB數(shù)據(jù)ACDB數(shù)據(jù)ACDB令牌ACDB令牌令牌的附加功能數(shù)據(jù)幀中的幀狀態(tài)字節(jié)可為幀自動(dòng)提供確認(rèn)。提供優(yōu)先級(jí)預(yù)定位：當(dāng)站點(diǎn)要發(fā)送優(yōu)先級(jí)為n的幀時(shí)，其必須等到捕獲了優(yōu)先級(jí)小于或等于n的令牌。當(dāng)數(shù)據(jù)幀經(jīng)過某站時(shí)，該站可通過將為其想發(fā)送的幀的優(yōu)先級(jí)寫入數(shù)據(jù)幀中的預(yù)訂位的方法為其的待發(fā)幀預(yù)訂下一個(gè)令牌。但若預(yù)訂位已被具有更高優(yōu)先級(jí)的站點(diǎn)所預(yù)訂，則該站放棄預(yù)訂。在當(dāng)前幀傳完后，可產(chǎn)生一個(gè)具有預(yù)訂優(yōu)先級(jí)的新令牌。令牌總線訪問控制（4）故障管理：由令牌持有者發(fā)現(xiàn)故障并管理故障恢復(fù)過程，可能有各種偶然因素影響這種管理過程。維護(hù)包括下面一些功能：（2）加入環(huán)：環(huán)中的站在得到令牌后必須提供一個(gè)新站加入邏輯環(huán)的機(jī)會(huì)。（1）環(huán)初始化：當(dāng)一個(gè)或多個(gè)站在一段持續(xù)時(shí)間（即令牌循環(huán)一周的時(shí)間）內(nèi)，沒有檢測(cè)到網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)，就可斷定令牌已丟失，這種情況可能發(fā)生在網(wǎng)絡(luò)初始上電或者持有令牌的站失效時(shí)。（3）離開環(huán)：一個(gè)站要離開環(huán)必須等收到令牌后，向它的前導(dǎo)站發(fā)送set_successor幀（這種幀中含有它的后繼站的地址），然后照常把令牌向后繼站傳送。兩種介質(zhì)訪問控制方式的比較

CSMA/CDToken隨機(jī)MAC控制確定MAC控制協(xié)議簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)（有VLSI來實(shí)現(xiàn)CSMA/CD算法）

協(xié)議復(fù)雜，需維護(hù)環(huán)（初始化、新結(jié)點(diǎn)的加入、結(jié)點(diǎn)的刪除、環(huán)恢復(fù)等）

不適合實(shí)時(shí)通信，無優(yōu)先級(jí)

適合實(shí)時(shí)通信，支持優(yōu)先級(jí)，支持非任意長(zhǎng)度的短幀

適合于低負(fù)載環(huán)境，重負(fù)荷時(shí)，沖突增加，傳輸延遲增大，吞吐率下降

適合于重負(fù)荷環(huán)境，在重負(fù)荷時(shí)，有良好的延遲特性和吞吐率

802.3802.5

Homework復(fù)習(xí)本章內(nèi)容兩種介質(zhì)訪問控制方式的比較為令牌控制訪問方法制作一個(gè)動(dòng)畫局域網(wǎng)的主要組網(wǎng)設(shè)備計(jì)算機(jī)：

服務(wù)器、客戶機(jī)、工作站中繼器(Reapter)和集線器（Hub)網(wǎng)橋(Bridge)交換機(jī)(Switch)

網(wǎng)絡(luò)適配器網(wǎng)卡/NIC局域網(wǎng)組網(wǎng)的兩種方式對(duì)等方式：主從方式（C/S模式）服務(wù)器主從式局域網(wǎng)中的核心控制部件。一般由高檔的PC機(jī)或?qū)Ｓ梅?wù)器組成。主從模式的局域網(wǎng)中至少有一臺(tái)服務(wù)器，也可有多臺(tái)服務(wù)器主要功能：

網(wǎng)絡(luò)服務(wù)（文件服務(wù)、打印服務(wù)、郵件服務(wù)等）網(wǎng)絡(luò)管理（共享資源管理、用戶管理等）客戶機(jī)/工作站客戶機(jī)：

C/S模式下提出服務(wù)請(qǐng)求并接受服務(wù)的計(jì)算機(jī)，通常為PC機(jī)或?qū)Ｓ霉ぷ髡?。工作站：?duì)等網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的所有計(jì)算機(jī)，它們地位平等，只能相互提供簡(jiǎn)單的共享。主機(jī)與OSI模型網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算機(jī)統(tǒng)稱為主機(jī)主機(jī)不屬于OSI的某一特定層，而是被視為是一種涵蓋了OSI所有七層的設(shè)備.網(wǎng)卡概述網(wǎng)絡(luò)接口板又稱為通信適配器(adapter)或網(wǎng)絡(luò)接口卡NIC(NetworkInterfaceCard)，或“網(wǎng)卡”。局域網(wǎng)中提供主機(jī)與通信介質(zhì)相連的接口。其性能和質(zhì)量直接影響網(wǎng)絡(luò)的性能和網(wǎng)上所運(yùn)行軟件的效果

網(wǎng)卡與OSI模型網(wǎng)卡的功能包括了物理層與數(shù)據(jù)鏈路層，我們通常將其歸入數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備。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地址并行通信網(wǎng)卡的主要功能幀的封裝與拆卸，實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)協(xié)議。

發(fā)送時(shí)將上一層交下來的數(shù)據(jù)加上首部和尾部，成為以太網(wǎng)的幀。接收時(shí)將以太網(wǎng)的幀剝?nèi)ナ撞亢臀膊?，然后送交上一層。鏈路管?介質(zhì)訪問控制主要是CSMA/CD協(xié)議的實(shí)現(xiàn)。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)越大越好，一般為2-64KB編碼與解碼

曼徹斯特或差分曼徹斯特編碼

進(jìn)行串行/并行轉(zhuǎn)換。網(wǎng)卡的分類按照網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不同可分為：按照傳輸速度不同可分為：按照總線類型可分為：按照所支持的傳輸介質(zhì)可分為：按照網(wǎng)卡的使用對(duì)象可分為：網(wǎng)卡NIC的組成幀的裝配與拆卸數(shù)據(jù)緩沖MAC子層協(xié)議控制電路編碼與解碼電路收發(fā)電路內(nèi)部總線BNC/RJ-45AUI1、網(wǎng)卡的結(jié)構(gòu)和功能

網(wǎng)卡(networkinterfacecard,NIC)網(wǎng)卡地址每一塊網(wǎng)卡在出廠時(shí)均獲得一個(gè)唯一的地址，稱為網(wǎng)卡地址網(wǎng)卡地址有許多別名：

物理地址/硬件地址/MAC地址MAC地址的長(zhǎng)度為48位的二進(jìn)制數(shù)，或12位的十六進(jìn)制數(shù)前24比特代表廠商標(biāo)識(shí)，后24比特為產(chǎn)品的序列號(hào)。中繼器/集線器中繼器：用于當(dāng)網(wǎng)絡(luò)段傳輸超出網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)/網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)決定的最大傳輸距離時(shí)，起中繼、放大及整形作用，將其按原方向重新發(fā)送。在物理上對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行擴(kuò)展。集線器：多端口中繼器，起集中器作用。兩者均為物理層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。HubAPDUPPDUFrameBitsPacketSPDUSegment集線器的一些特點(diǎn)

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。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。集線器很像一個(gè)多接口的轉(zhuǎn)發(fā)器，工作在物理層。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)卡工作站雙絞線中繼器的5-4-3-2-1規(guī)則5個(gè)網(wǎng)絡(luò)段4個(gè)中繼器(或集線器)3個(gè)網(wǎng)段有主機(jī)2個(gè)網(wǎng)段為連接網(wǎng)段1個(gè)沖突域.5-4-3的含義（1）“5”是指網(wǎng)段的最大個(gè)數(shù)；（2）“4”是指連接網(wǎng)段的中繼器的最大個(gè)數(shù)；（3）“3”是指只有3個(gè)網(wǎng)段上有主機(jī)。5-4-3規(guī)則的示意圖如圖所示。以太網(wǎng)互聯(lián)的5-4-3規(guī)則共享網(wǎng)絡(luò)環(huán)境與沖突共享網(wǎng)絡(luò)環(huán)境是指網(wǎng)絡(luò)上的所有的設(shè)備通過一條公用的信道來傳輸數(shù)據(jù)，又稱廣播網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)同一時(shí)刻這些設(shè)備中的多個(gè)節(jié)點(diǎn)試圖發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，就會(huì)發(fā)生沖突。沖突會(huì)使其所涉及的各節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸發(fā)生失敗。通常將可能發(fā)生沖突的所有設(shè)備和與之相關(guān)的共享介質(zhì)稱為一個(gè)沖突域。中繼器作為物理層的網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備，不具備任何流量過濾功能，所以采用中繼器互連的網(wǎng)絡(luò)將會(huì)是一個(gè)更大的沖突域。集線器作為多端口中繼器，也會(huì)擴(kuò)大沖突域的規(guī)模。任何以中繼器或集線器互連而成的網(wǎng)絡(luò)段處于同一個(gè)沖突域中，對(duì)各個(gè)主機(jī)而言，沖突的幾率進(jìn)一步增加Question＆Answer除介質(zhì)訪問控制機(jī)制外，是否有其他解決沖突的方法？不是所有的網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備均具有隔離沖突的作用網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備物理上擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)邏輯上劃分沖突域

網(wǎng)絡(luò)分段使用智能網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備可以減少?zèng)_突域的大小(增加沖突域的個(gè)數(shù))智能網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備包括：網(wǎng)橋/交換機(jī)(第二層設(shè)備)路由器(第三層設(shè)備)網(wǎng)橋與OSI模型網(wǎng)橋基于第二層地址進(jìn)行工作，所以被歸于數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備網(wǎng)橋（Bridges）網(wǎng)橋（Bridge）也叫橋接器，是在數(shù)據(jù)鏈路層實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上LAN互連的一種存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備。用以連接兩個(gè)不同的局域網(wǎng)網(wǎng)段

-----網(wǎng)絡(luò)互連功能（物理上擴(kuò)展），它能將一個(gè)較大的LAN分割為多個(gè)網(wǎng)段，或?qū)蓚€(gè)以上的LAN互連成一個(gè)邏輯LAN，使LAN上的所有用戶都可訪問服務(wù)器。網(wǎng)橋（Bridges）網(wǎng)橋的擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)范圍功能類似于中繼器，但它還能提供智能化連接服務(wù)。它根據(jù)MAC幀的目的地址對(duì)收到的幀進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。網(wǎng)橋具有過濾幀的功能。當(dāng)網(wǎng)橋收到一個(gè)幀時(shí)，并不是向所有的端口轉(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)端口。1.網(wǎng)橋的內(nèi)部結(jié)構(gòu)站表端口管理軟件網(wǎng)橋協(xié)議實(shí)體端口1端口2緩存①②③網(wǎng)段B網(wǎng)段A1112①③⑤2②④⑥2站地址端口網(wǎng)橋網(wǎng)橋④⑤⑥網(wǎng)橋功能物理上擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò):將多個(gè)不同的網(wǎng)段互連數(shù)據(jù)過濾：當(dāng)網(wǎng)橋收到一個(gè)MAC幀時(shí)，它檢查該幀的源地址和目的地址，如果目的站點(diǎn)和源站點(diǎn)是在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上，則不對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，從而正確地完成了對(duì)網(wǎng)絡(luò)地隔離。邏輯上劃分網(wǎng)絡(luò)：物理網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部通信的相互隔離數(shù)據(jù)推進(jìn)：如果目的站點(diǎn)和源站點(diǎn)不在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上，則根據(jù)該站點(diǎn)所保持的路由表選擇正確的網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行“轉(zhuǎn)發(fā)”。幀格式轉(zhuǎn)換：將一種幀格式轉(zhuǎn)換為另一種幀格式網(wǎng)橋的工作示意圖A001CD201B56LAN1/PORT120017D201B96LAN1/PORT179E17D2019B6LAN2/PORT2LAN1LAN2port1port2以網(wǎng)橋互連的兩個(gè)網(wǎng)段屬于兩個(gè)不同的沖突域網(wǎng)橋帶來的好處

過濾通信量。擴(kuò)大了物理范圍。提高了可靠性?？苫ミB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)。網(wǎng)橋帶來的缺點(diǎn)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)增加了時(shí)延。在MAC子層并沒有流量控制功能。具有不同MAC子層的網(wǎng)段橋接在一起時(shí)時(shí)延更大。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。用戶層IPMAC站1用戶層IPMAC站2物理層網(wǎng)橋1網(wǎng)橋2AB①②③④⑤⑥⑦⑧⑨用戶數(shù)據(jù)IP-HMAC-HMAC-TDL-HDL-T①⑨②⑧③④⑥⑦⑤物理層DLRMAC物理層物理層DLRMAC物理層物理層LANLAN兩個(gè)網(wǎng)橋之間還可使用一段點(diǎn)到點(diǎn)鏈路網(wǎng)橋和集線器（或轉(zhuǎn)發(fā)器）不同集線器在轉(zhuǎn)發(fā)幀時(shí)，不對(duì)傳輸媒體進(jìn)行檢測(cè)。網(wǎng)橋在轉(zhuǎn)發(fā)幀之前必須執(zhí)行CSMA/CD算法。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。在這一點(diǎn)上網(wǎng)橋的接口很像一個(gè)網(wǎng)卡。但網(wǎng)橋卻沒有網(wǎng)卡。由于網(wǎng)橋沒有網(wǎng)卡，因此網(wǎng)橋并不改變它轉(zhuǎn)發(fā)的幀的源地址。透明網(wǎng)橋目前使用得最多的網(wǎng)橋是透明網(wǎng)橋(transparentbridge)?！巴该鳌笔侵妇钟蚓W(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。透明網(wǎng)橋是一種即插即用設(shè)備，其標(biāo)準(zhǔn)是IEEE802.1D。網(wǎng)橋應(yīng)當(dāng)按照以下算法

處理收到的幀和建立轉(zhuǎn)發(fā)表

(1)從端口x收到無差錯(cuò)的幀（如有差錯(cuò)即丟棄），在轉(zhuǎn)發(fā)表中查找目的站MAC地址。(2)如有，則查找出到此MAC地址應(yīng)當(dāng)走的端口d，然后進(jìn)行(3)，否則轉(zhuǎn)到(5)。(3)如到這個(gè)MAC地址去的端口d=x，則丟棄此幀（因?yàn)檫@表示不需要經(jīng)過網(wǎng)橋進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)）。否則從端口d轉(zhuǎn)發(fā)此幀。(4)轉(zhuǎn)到(6)。網(wǎng)橋應(yīng)當(dāng)按照以下算法

處理收到的幀和建立轉(zhuǎn)發(fā)表

(5)向網(wǎng)橋除x以外的所有端口轉(zhuǎn)發(fā)此幀（這樣做可保證找到目的站）。(6)如源站不在轉(zhuǎn)發(fā)表中，則將源站MAC地址加入到轉(zhuǎn)發(fā)表，登記該幀進(jìn)入網(wǎng)橋的端口號(hào)，設(shè)置計(jì)時(shí)器。然后轉(zhuǎn)到(8)。如源站在轉(zhuǎn)發(fā)表中，則執(zhí)行(7)。(7)更新計(jì)時(shí)器。(8)等待新的數(shù)據(jù)幀。轉(zhuǎn)到(1)。網(wǎng)橋在轉(zhuǎn)發(fā)表中登記以下三個(gè)信息

站地址：登記收到的幀的源MAC地址。端口：登記收到的幀進(jìn)入該網(wǎng)橋的端口號(hào)。時(shí)間：登記收到的幀進(jìn)入該網(wǎng)橋的時(shí)間。轉(zhuǎn)發(fā)表中的MAC地址是根據(jù)源MAC地址寫入的，但在進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)是將此MAC地址當(dāng)作目的地址。如果網(wǎng)橋現(xiàn)在能夠從端口x收到從源地址A發(fā)來的幀，那么以后就可以從端口x將幀轉(zhuǎn)發(fā)到目的地址A。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)橋使用了支撐樹算法

局域網(wǎng)2局域網(wǎng)1網(wǎng)橋2網(wǎng)橋1AFF2④F1③不停地兜圈子①②A發(fā)出的幀⑤網(wǎng)橋1轉(zhuǎn)發(fā)的幀⑥網(wǎng)橋2轉(zhuǎn)發(fā)的幀網(wǎng)絡(luò)資源白白消耗了支撐樹的得出每隔幾秒鐘每一個(gè)網(wǎng)橋要廣播其標(biāo)識(shí)號(hào)(由生產(chǎn)網(wǎng)橋的廠家設(shè)定的一個(gè)惟一的序號(hào))和它所知道的其他所有在網(wǎng)上的網(wǎng)橋。支撐樹算法選擇一個(gè)網(wǎng)橋作為支撐樹的根(例如，選擇一個(gè)最小序號(hào)的網(wǎng)橋)，然后以最短路徑為依據(jù)，找到樹上的每一個(gè)結(jié)點(diǎn)。當(dāng)互連局域網(wǎng)的數(shù)目非常大時(shí)，支撐樹的算法很花費(fèi)時(shí)間。這時(shí)可將大的互連網(wǎng)劃分為多個(gè)較小的互連網(wǎng)，然后得出多個(gè)支撐樹。源路由網(wǎng)橋透明網(wǎng)橋容易安裝但網(wǎng)絡(luò)資源的利用不充分。源路由(sourceroute)網(wǎng)橋在發(fā)送幀時(shí)將詳細(xì)的路由信息放在幀的首部中。源站以廣播方式向欲通信的目的站發(fā)送一個(gè)發(fā)現(xiàn)幀，每個(gè)發(fā)現(xiàn)幀都記錄所經(jīng)過的路由。發(fā)現(xiàn)幀到達(dá)目的站時(shí)就沿各自的路由返回源站。源站在得知這些路由后，從所有可能的路由中選擇出一個(gè)最佳路由。凡從該源站向該目的站發(fā)送的幀的首部，都必須攜帶源站所確定的這一路由信息。交換機(jī)與OSI模型交換機(jī)與網(wǎng)橋一樣，基于第二層地址進(jìn)行工作，所以也被歸于數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備。交換機(jī)（Switch)交換機(jī)由網(wǎng)橋發(fā)展而來，與網(wǎng)橋類似，屬于數(shù)據(jù)鏈路層上的網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備，基于第二層地址進(jìn)行流量的過濾。多端口的網(wǎng)橋，在其內(nèi)部配備大容量的交換式背板實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)交換。將網(wǎng)橋的第二層過濾功能與集線器所具有的集中功能集成到了一起。所有端點(diǎn)都要通過交換機(jī)連接起來，交換機(jī)為端點(diǎn)提供存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)和路由選擇功能，使端點(diǎn)間能沿著指定的路徑傳輸數(shù)據(jù)，而不是像共享式網(wǎng)絡(luò)那樣把數(shù)據(jù)廣播到每個(gè)節(jié)點(diǎn)。SwitchAPDUPPDUFrameBitsPacketSPDUSegment交換機(jī)工作示意圖LAN1LAN2LAN3LAN4A001CD201B56LAN1/PORT120017D201B96LAN2/PORT2…………79E17D2019B6LAN4/PORT12洪泛（flood）交換機(jī)根據(jù)收到數(shù)據(jù)幀中的源MAC地址建立該地址同交換機(jī)端口的映射，并將其寫入MAC地址表中。交換機(jī)將數(shù)據(jù)幀中的目的MAC地址同已建立的MAC地址表進(jìn)行比較，以決定由哪個(gè)端口進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。如數(shù)據(jù)幀中的目的MAC地址不在MAC地址表中，則向所有端口轉(zhuǎn)發(fā)。以太網(wǎng)交換機(jī)的特點(diǎn)交換機(jī)的每個(gè)端口都直接與主機(jī)相連，并且一般都工作在全雙工方式。交換機(jī)能同時(shí)連通許多對(duì)的端口，使每一對(duì)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)。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。獨(dú)占傳輸媒體的帶寬

對(duì)于普通10Mb/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(10Mb/s)的N分之一。使用以太網(wǎng)交換機(jī)時(shí)，雖然在每個(gè)端口到主機(jī)的帶寬還是10Mb/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(duì)于擁有N對(duì)端口的交換機(jī)的總?cè)萘繛镹10Mb/s。這正是交換機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)。用以太網(wǎng)交換機(jī)擴(kuò)展局域網(wǎng)

集線器集線器集線器一系三系二系10BASE-T至因特網(wǎng)100Mb/s100Mb/s100Mb/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)路由器交換機(jī)的每個(gè)端口都連接了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)分段（沖突域）交換機(jī)的每個(gè)端口都關(guān)連了一個(gè)沖突域交換機(jī)的轉(zhuǎn)發(fā)方式1、直接交換模式快速轉(zhuǎn)發(fā)交換（fast-forwardswitching）：收到目的地址就查找相應(yīng)輸出端口，迅速把幀轉(zhuǎn)發(fā)出去。無碎片交換（fragment-freeswitching）：只轉(zhuǎn)發(fā)幀長(zhǎng)度大于64B的幀，任何長(zhǎng)度小于64B的幀會(huì)被立即丟棄。2、存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)：是將需要發(fā)送的信息幀存儲(chǔ)起來，直到完全接收后再進(jìn)行CRC檢驗(yàn)，確認(rèn)正確后再取出幀頭的目的地址，通過查找交換表發(fā)送至目的端口。交換機(jī)的3種幀轉(zhuǎn)發(fā)模式712/62/6246-15004字節(jié)FCSPASALENSFDDALLCPDUPad快速轉(zhuǎn)發(fā)，具有最小的延時(shí)，不提供幀的錯(cuò)誤檢測(cè)。無碎片交換低延時(shí)，可過濾碎片幀存貯轉(zhuǎn)發(fā)高延時(shí)，可過濾所有錯(cuò)誤幀交換機(jī)與集線器的比較不同點(diǎn)集線器為物理層設(shè)備，只關(guān)注原始比特流的傳送，不具備流量過濾功能。會(huì)增加沖突。交換機(jī)為數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備，基于MAC地址在不同網(wǎng)段間進(jìn)行流量過濾。能隔離沖突。集線器提供共享帶寬，交換機(jī)提供專用帶寬

e.g.24口/100M集線器，每個(gè)端口帶寬100/24M24口/100M交換機(jī)，每個(gè)端口帶寬100M相同點(diǎn)：

均具有集中器功能基于硬件地址實(shí)現(xiàn)網(wǎng)橋與交換機(jī)的比較不同點(diǎn)網(wǎng)橋基于軟件實(shí)現(xiàn)，交換機(jī)基于硬件實(shí)現(xiàn)，所以速度更快交換機(jī)比網(wǎng)橋擁有更多的端口和更高的帶寬--多端口網(wǎng)橋交換機(jī)具有VLAN功能相同點(diǎn)：

OSI第二層的網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備基于硬件地址的流量過濾功能主機(jī)1向主機(jī)2發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包，盡管兩者在同一網(wǎng)段，但網(wǎng)絡(luò)中的集線器會(huì)不加選擇地向所有端口轉(zhuǎn)發(fā)流量，從而引發(fā)廣播風(fēng)暴。集線器不具過濾功能21紅色的箭頭表示所有的主機(jī)都有收到了集線器轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)，但只有主機(jī)2才會(huì)給予回應(yīng)網(wǎng)橋具有流量過濾功能21假定主機(jī)1仍向主機(jī)器2發(fā)送數(shù)據(jù)包，則只在與其在同一網(wǎng)段中的設(shè)備能看到該數(shù)據(jù)包，但不可能通過網(wǎng)橋到達(dá)其他網(wǎng)段。交換機(jī)同樣具有流量過濾功能121位于同一網(wǎng)段的主機(jī)1到主機(jī)2的數(shù)據(jù)流量將不會(huì)通過交換機(jī)到達(dá)其他網(wǎng)段交換機(jī)作為多端口網(wǎng)橋的交換機(jī)可以取代多個(gè)網(wǎng)橋的作用，且具有更高的帶寬以太網(wǎng)系列Chapter5-5當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的局域網(wǎng)是以太網(wǎng)家族。以太網(wǎng)系列技術(shù)是目前局域網(wǎng)組網(wǎng)首選的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)?！耙蕴W(wǎng)”是英文ethernet翻譯過來的。以太是物理學(xué)名詞，