第4章：數(shù)據(jù)鏈路層

第4章網(wǎng)絡協(xié)議----數(shù)據(jù)鏈路層與以太網(wǎng)基礎(chǔ)1第4章數(shù)據(jù)鏈路層4.1使用點對點信道的數(shù)據(jù)鏈路層

4.1.1數(shù)據(jù)鏈路和幀

4.1.2三個基本問題4.2點對點協(xié)議PPP 4.2.1PPP協(xié)議的特點

4.2.2PPP協(xié)議的幀格式

4.2.3PPP協(xié)議的工作狀態(tài)2第4章數(shù)據(jù)鏈路層（續(xù)）4.3使用廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層

4.3.1局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層

4.3.2CSMA/CD協(xié)議4.4使用廣播信道的以太網(wǎng)

4.4.1使用集線器的星形拓撲

4.4.2以太網(wǎng)的信道利用率

4.4.3以太網(wǎng)的MAC層3第4章數(shù)據(jù)鏈路層（續(xù)）4.5擴展的以太網(wǎng)

4.5.1在物理層擴展以太網(wǎng)

4.5.2在數(shù)據(jù)鏈路層擴展以太網(wǎng)4.6高速以太網(wǎng)

4.6.1100BASE-T以太網(wǎng)

4.6.2吉比特以太網(wǎng)

4.6.310吉比特以太網(wǎng)

4.6.4使用高速以太網(wǎng)進行寬帶接入4.7其他類型的高速局域網(wǎng)接口45【本章內(nèi)容簡介】數(shù)據(jù)鏈路層是計算機網(wǎng)絡的基礎(chǔ)和重要組成部分。本章介紹了數(shù)據(jù)鏈路層、ppp協(xié)議，以及局域網(wǎng)的特點、體系結(jié)構(gòu)、協(xié)議標準、拓撲結(jié)構(gòu)，介質(zhì)訪問控制法、以太網(wǎng)、交換式以太網(wǎng)和虛擬局域網(wǎng)基本概念和應用。

【本章重點難點】重點掌握數(shù)據(jù)鏈路層3個基本問題，CRC編碼，以太網(wǎng)工作原理及組網(wǎng)方法，熟悉高速以太網(wǎng)、交換式以太網(wǎng)、虛擬局域網(wǎng)的功能和實現(xiàn)技術(shù)。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的點對點通信方式。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6數(shù)據(jù)鏈路層的簡單模型局域網(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)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從層次上來看數(shù)據(jù)的流動7數(shù)據(jù)鏈路層的簡單模型(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)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僅從數(shù)據(jù)鏈路層觀察幀的流動84.1使用點對點信道的數(shù)據(jù)鏈路

4.1.1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。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?，F(xiàn)在最常用的方法是使用適配器（即網(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。

9IP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(a)(b)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10數(shù)據(jù)鏈路層像個數(shù)字管道常常在兩個對等的數(shù)據(jù)鏈路層之間畫出一個數(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。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)點結(jié)點幀幀114.1.2三個基本問題(1)封裝成幀(2)透明傳輸(3)差錯控制121.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。確定幀的界限。首部和尾部的一個重要作用就是進行幀定界。

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13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EOT142.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15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)。字節(jié)填充(bytestuffing)或字符填充(characterstuffing)——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。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。16SOHSOHEOTSOHESCESCEOTESCSOHESCESCESCSOH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)束符用字節(jié)填充法解決透明傳輸?shù)膯栴}SOH173.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。為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕谟嬎銠C網(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)時，必須采用各種差錯檢測措施。18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(shè)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。19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。20冗余碼的計算舉例現(xiàn)在

k=6,M=101001。設(shè)

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。21

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

循環(huán)冗余檢驗的原理說明22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。

23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。只要經(jīng)過嚴格的挑選，并使用位數(shù)足夠多的除數(shù)

P，那么出現(xiàn)檢測不到的差錯的概率就很小很小。24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)鏈路層接受的幀都沒有傳輸差錯”（有差錯的幀就丟棄而不接受）。要做到“可靠傳輸”（即發(fā)送什么就收到什么）就必須再加上確認和重傳機制。（因特網(wǎng)廣泛使用的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議都不在使用，曾用過停止等待協(xié)議和滑動窗口機制）254.2點對點協(xié)議PPP

4.2.1PPP協(xié)議的特點能實現(xiàn)可靠傳輸?shù)腍DLC：已經(jīng)很少使用現(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)。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。26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271.PPP協(xié)議應滿足的需求簡單——這是首要的要求，不需要序號、糾錯、流量控制封裝成幀透明性支持多種網(wǎng)絡層協(xié)議：IP、IPX

多種類型鏈路：串行、并行、同步、異步、低速、高速、交換的、非交換的差錯檢測檢測連接狀態(tài)最大傳送單元MTU：默認1500字節(jié)網(wǎng)絡層地址協(xié)商數(shù)據(jù)壓縮協(xié)商282.PPP協(xié)議不需要的功能糾錯：只進行檢錯，可靠傳輸由TCP完成流量控制：端到端的流量控制由TCP完成序號多點線路半雙工或單工鏈路293.PPP協(xié)議的組成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]。PPP協(xié)議有三個組成部分一個將IP數(shù)據(jù)報封裝到串行鏈路的方法：支持異步鏈路、面向比特的同步鏈路一個鏈路控制協(xié)議

LCP(LinkControlProtocol)：建立、配置和測試數(shù)據(jù)鏈路連接一套網(wǎng)絡控制協(xié)議

NCP(NetworkControlProtocol)：支持不同的網(wǎng)絡層協(xié)議

304.2.2PPP協(xié)議的幀格式標志字段

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。PPP是面向字節(jié)的，所有的PPP

幀的長度都是整數(shù)字節(jié)。31PPP協(xié)議的幀格式PPP有一個2個字節(jié)的協(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PPP鏈路控制LCP數(shù)據(jù)。若為0x8021，則表示這是網(wǎng)絡控制數(shù)據(jù)。

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32透明傳輸問題當PPP用在同步傳輸鏈路時，協(xié)議規(guī)定采用硬件來完成比特填充（和HDLC的做法一樣）。當PPP用在異步傳輸時，就使用一種特殊的字符填充法。33字符填充將信息字段中出現(xiàn)的每一個0x7E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),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。34零比特填充PPP協(xié)議用在SONET/SDH鏈路時，是使用同步傳輸（一連串的比特連續(xù)傳送）。這時PPP協(xié)議采用零比特填充方法來實現(xiàn)透明傳輸。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，3501001111101000101001001111110001010010011111010001010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比特零比特填充36

不提供使用序號和確認

的可靠傳輸PPP協(xié)議之所以不使用序號和確認機制是出于以下的考慮：在數(shù)據(jù)鏈路層出現(xiàn)差錯的概率不大時，使用比較簡單的PPP協(xié)議較為合理。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。數(shù)據(jù)鏈路層的可靠傳輸并不能夠保證網(wǎng)絡層的傳輸也是可靠的。幀檢驗序列FCS字段可保證無差錯接受。

374.2.3PPP協(xié)議的工作狀態(tài)當用戶撥號接入ISP時，路由器的調(diào)制解調(diào)器對撥號做出確認，并建立一條物理連接。PC機向路由器發(fā)送一系列的LCP分組（封裝成多個PPP幀）。這些分組及其響應選擇一些PPP參數(shù)，和進行網(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，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。38設(shè)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394.3使用廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層

4.3.1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(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。40局域網(wǎng)的分類1．按拓撲結(jié)構(gòu)分類根據(jù)拓撲結(jié)構(gòu)可把局域網(wǎng)分為總線型局域網(wǎng)、星型局域網(wǎng)等。

2．按傳輸介質(zhì)分類根據(jù)傳輸介質(zhì)可把局域網(wǎng)分為雙絞線局域網(wǎng)、同軸電纜局域網(wǎng)和光纖局域網(wǎng)。如果局域網(wǎng)采用無線電波，則稱這類局域網(wǎng)為無線局域網(wǎng)。

3．按介質(zhì)訪問控制方法分類根據(jù)介質(zhì)訪問方法的不同，可把局域網(wǎng)分為以太網(wǎng)、令牌網(wǎng)和ATM網(wǎng)等。

4．按線路中傳輸?shù)男盘栃问椒诸惛鶕?jù)線路傳輸信號形式不同，可把局域網(wǎng)分為基帶局域網(wǎng)和寬帶局域網(wǎng)。局域網(wǎng)的拓撲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)42局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)IEEE802參考模型

局域網(wǎng)的IEEE參考模型與OSI/RM的對應關(guān)系如圖所示，其參考模型只相當于OSI/RM的低兩層。IEEE802參考模型與OSI/RM的比較IEEE802標準IEEE802已經(jīng)公布的主要標準如表所示。IEEE802標準IEEE802系列標準及相互之間的關(guān)系：媒體共享技術(shù)靜態(tài)劃分信道頻分復用時分復用波分復用碼分復用

動態(tài)媒體接入控制（多點接入）隨機接入受控接入，如多點線路探詢(polling)，或輪詢。

46

以太網(wǎng)的兩個標準

DIXEthernetV2是世界上第一個局域網(wǎng)產(chǎn)品（以太網(wǎng)）的規(guī)約。IEEE的802.3標準。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)47

以太網(wǎng)是典型的總線局域網(wǎng)，網(wǎng)中沒有控制節(jié)點，任何結(jié)點發(fā)送信息都是隨機的，網(wǎng)中結(jié)點都只能平等地爭用發(fā)送時間，以太網(wǎng)的介質(zhì)訪問控制方法采用CSMA/CD。表列出了一些以太網(wǎng)規(guī)范的發(fā)展情況。以太網(wǎng)概述

以太網(wǎng)中一般采用以數(shù)據(jù)塊為單位的同步方式，待發(fā)送的數(shù)據(jù)加上一定的控制類信息構(gòu)成幀，以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)如圖所示。其中：2字節(jié)長度802.3定義：2字節(jié)長度/協(xié)議Ethernet-II定義為2字節(jié)協(xié)議數(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)，不管采用何種協(xié)議的局域網(wǎng)對LLC子層來說都是透明的50局域網(wǎng)對LLC子層

是透明的局域網(wǎng)網(wǎng)絡層物理層站點1網(wǎng)絡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2LLC子層看不見下面的局域網(wǎng)51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。522.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：進行串行/并行轉(zhuǎn)換。對數(shù)據(jù)進行緩存。在計算機的操作系統(tǒng)安裝設(shè)備驅(qū)動程序。實現(xiàn)以太網(wǎng)協(xié)議。

53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54

網(wǎng)卡包括OSI模型的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能。

1、網(wǎng)卡的功能數(shù)據(jù)通過網(wǎng)卡在進行數(shù)據(jù)傳輸時，其工作過程如下：(1)發(fā)送數(shù)據(jù)時，網(wǎng)卡首先偵聽介質(zhì)上是否有載波，即沒有被其他站點占用。(2)進行幀數(shù)據(jù)發(fā)送的同時繼續(xù)偵聽通信介質(zhì)，以檢測沖突；(3)在發(fā)送數(shù)據(jù)期間，若檢測到?jīng)_突，則立即停止該次發(fā)送，并向介質(zhì)發(fā)送一個“阻塞”信號，隨機等待一段時間后，再進行新的發(fā)送；(4)若重傳多次后（大于16次）仍發(fā)生沖突，就放棄發(fā)送。2、網(wǎng)卡的工作原理3．網(wǎng)卡的分類(1)按所支持的帶寬劃分，有10Mbps網(wǎng)卡、10/100Mbps自適應網(wǎng)卡和1000Mbps網(wǎng)卡；(2)按總線類型劃分，有ISA網(wǎng)卡、PCI網(wǎng)卡、USB網(wǎng)卡以及專門用于筆記本電腦的PCMCIA網(wǎng)卡；(3)按應用領(lǐng)域劃分，有工作站網(wǎng)卡和服務器網(wǎng)卡；ISA網(wǎng)卡

PCI網(wǎng)卡

USB網(wǎng)卡

PCMCIA網(wǎng)卡

(4)按端口類型劃分，有RJ-45端口、AUI端口網(wǎng)卡、BNC端口和光纖端口網(wǎng)卡；

(5)按端口的數(shù)量劃分，有單端口、雙端口和三端口網(wǎng)卡；

(6)按需不需網(wǎng)線，網(wǎng)卡可分為有線和無線網(wǎng)卡兩種。無線網(wǎng)卡

帶有RJ-45、AUI、BNC接口組合的網(wǎng)卡最初的以太網(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。4.3.2CSMA/CD協(xié)議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）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)59以太網(wǎng)的廣播方式發(fā)送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)幀而不能夠收下來。具有廣播特性的總線上實現(xiàn)了一對一的通信。60為了通信的簡便

以太網(wǎng)采取了兩種重要的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。

61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。差錯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。62以太網(wǎng)發(fā)送的數(shù)據(jù)都使用

曼徹斯特(Manchester)編碼

基帶數(shù)字信號曼徹斯特編碼

碼元1111100000出現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換63局域網(wǎng)中介質(zhì)訪問控制方法1．CSMA／CD的發(fā)送工作過程

CSMA/CD的發(fā)送流程可簡單地概括為四點：先聽后發(fā)，邊聽邊發(fā)，沖突停止，隨機延遲后重發(fā)。

2．CSMA/CD的接收工作過程信道上連接的每個站點時間都在監(jiān)聽總線，如果有信息幀到來則接收，得到MAC幀后再查看該幀的目的地址是不是本站點的地址，如果是則復制再做下一步處理，否則，就丟棄該幀。1、帶有沖突檢測的載波偵聽多點訪問方法（CSMA/CD）概述以太網(wǎng)幀的發(fā)送流程如圖a所示，幀的接收過程如圖b所示。以太網(wǎng)幀的發(fā)送流程

以太網(wǎng)幀的接收流程載波監(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?！拜d波監(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計算機在發(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。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算機發(fā)送的數(shù)據(jù)信號。66碰撞檢測“碰撞檢測”就是計算機邊發(fā)送數(shù)據(jù)邊檢測信道上的信號電壓大小。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”。67檢測到碰撞后在發(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。68電磁波在總線上的

有限傳播速率的影響當某個站監(jiān)聽到總線是空閑時，也可能總線并非真正是空閑的。A向B發(fā)出的信息，要經(jīng)過一定的時間后才能傳送到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。691kmABt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

傳播時延對載波監(jiān)聽的影響701kmABt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=ABABABt=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

71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）。每個站在發(fā)送數(shù)據(jù)之后的一小段時間內(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以太網(wǎng)的平均通信量遠小于以太網(wǎng)的最高數(shù)據(jù)率。72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（兩倍的端到端往返時延）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。73截斷二進制指數(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

，k10，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。

74爭用期的長度以太網(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)。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。75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)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。76強化碰撞當發(fā)送數(shù)據(jù)的站一旦發(fā)現(xiàn)發(fā)生了碰撞時：立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)；再繼續(xù)發(fā)送若干比特（32或48）的人為干擾信號(jammingsignal)，以便讓所有用戶都知道現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)生了碰撞。以太網(wǎng)規(guī)定了幀間最小間隔9.6s,是為了使接收站來得及清理緩存，做好接收下一幀的準備77數(shù)據(jù)幀干擾信號TJ人為干擾信號ABTBtB發(fā)送數(shù)據(jù)A檢測到?jīng)_突開始沖突信道占用時間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。這里為了簡單起見，只畫出A發(fā)送干擾信號的情況。78

令牌環(huán)訪問控制方法的主要原理是使用一個稱之為“令牌”的控制標志，所謂“令牌”就是一種信息發(fā)送許可證，它是一個特殊的幀，沿環(huán)形網(wǎng)依次向每個站點傳遞，只有獲得令牌的站點才有權(quán)利發(fā)送信息。令牌環(huán)訪問控制方法的原理如圖所示。2、令牌環(huán)訪問控制方法（TokenRing）

從物理結(jié)構(gòu)上看，令牌總線網(wǎng)是總線型局域網(wǎng)，各站點共享總線信道，可是從邏輯上看，它又是一種環(huán)型的局域網(wǎng)，如圖所示。令牌總線局域網(wǎng)中只有在邏輯環(huán)上的站才有機會獲得令牌，而不在邏輯環(huán)上的站點只能通過總線接收數(shù)據(jù)或響應令牌保持時間。3、令牌總線訪問控制方法（TokenBus）4.4使用廣播信道的以太網(wǎng)

4.4.1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(shè)備，叫做集線器(hub)81使用集線器的雙絞線以太網(wǎng)集線器兩對雙絞線站點RJ-45插頭82星形網(wǎng)10BASE-T不用電纜而使用無屏蔽雙絞線。每個站需要用兩對雙絞線，分別用于發(fā)送和接收。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。831．細同軸電纜以太網(wǎng)細同軸電纜以太網(wǎng)也稱10Base-2，10是指網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸速率為10Mbps，Base是指基帶傳輸，2是指最大的干線段為185m，圖表示有兩個網(wǎng)段和一個中繼器的細同軸電纜以太網(wǎng)。其他傳統(tǒng)以太網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)2．粗同軸電纜以太網(wǎng)粗同軸電纜以太網(wǎng)也稱10Base-5，5是指最大的干線段為500m，該網(wǎng)是標準以太網(wǎng)，圖表示有兩個網(wǎng)段和一個中繼器的粗同軸電纜以太網(wǎng)。3．雙絞線以太網(wǎng)雙絞線以太網(wǎng)也稱10Base-T，T表示采用雙絞線，一個基本的10Base-T連接如圖所示。所用局域網(wǎng)網(wǎng)絡接口硬件1、同軸電纜接口圖4-1BNC接口圖4-2AUI接口

同軸電纜從用途上分可分為基帶同軸電纜和寬帶同軸電纜，而基帶電纜又分細同軸電纜和粗同軸電纜。對于細同軸電纜和粗同軸電纜各自采用不同的接口，分別為BNC接口與AUI接口。2、雙絞線接口

雙絞線接口常用的是RJ45接口。雙絞線通常用于數(shù)據(jù)傳輸，廣泛應用于局域網(wǎng)和ADSL寬帶上網(wǎng)用戶的網(wǎng)絡設(shè)備間網(wǎng)線的連接。RJ45型插頭的網(wǎng)線的接線標準有T568A和T568B兩種。

3、光纖接口

光纖接口是用來連接光纖線纜的物理接口。其原理是利用了光從光密介質(zhì)進入光疏介質(zhì)從而發(fā)生了全反射。通常有ST、SC、LC、MT-RJ等幾種類型。圖4-4

ST光纖接口圖4-5SC光纖接口圖4-6LC光纖接口圖4-7MT-RJ光纖接口2、廣域網(wǎng)接口類型1、窄帶廣域網(wǎng)接口(1)EI接口(2)V.24接口(3)V.35接口2、寬帶廣域網(wǎng)接口(1)ATM(2)POS3、邏輯接口

邏輯接口也稱虛接口，應用最廣泛的是Loopback接口。Loopback地址也稱回送地址，幾乎每臺路由器上都會使用，該接口的存在具有以下幾種用途：(1)作為路由器的管理地址；(2)作為動態(tài)路由協(xié)議OSPF、BGP的routerid；(3)作為BGP建立TCP連接的源地址。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(chǔ)。92集線器的一些特點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。使用集線器的以太網(wǎng)在邏輯上仍是一個總線網(wǎng)，各工作站使用的還是CSMA/CD

協(xié)議，并共享邏輯上的總線。集線器很像一個多接口的轉(zhuǎn)發(fā)器/中繼器，工作在物理層。93具有三個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94中繼器repeater

1中繼器

中繼器是位于OSI參考模型的物理層的網(wǎng)絡設(shè)備，常用于兩個網(wǎng)絡節(jié)點之間物理信號的雙向轉(zhuǎn)發(fā)工作，是網(wǎng)絡互連中最簡單的設(shè)備。采用中繼器所連接的網(wǎng)絡，在邏輯功能方面實際上是同一個網(wǎng)絡。2、集線器

集線器，又稱HUB，是一種特殊的中繼器，它可以看作是一種具有多個端口的中繼器，主要用于連接雙絞線介質(zhì)或光纖介質(zhì)的以太網(wǎng)系統(tǒng)。2、網(wǎng)橋

網(wǎng)橋，也稱橋接器，是網(wǎng)段與網(wǎng)段之間建立連接的橋梁，是OSI七層模型中數(shù)據(jù)鏈路層的設(shè)備。網(wǎng)橋具有CPU、存儲器和至少兩個網(wǎng)絡接口。通過接口實現(xiàn)網(wǎng)段擴展。如圖4-13所示。3、交換機

交換機也稱交換式集線器，是專門設(shè)計使各種計算機能夠相互高速通信的獨享帶寬的網(wǎng)絡設(shè)備。交換機的傳輸速率高于網(wǎng)橋；二層交換機與網(wǎng)橋都工作在數(shù)據(jù)鏈路層；

如下列舉了思科、華為和中興等公司的交換機：圖4-14CiscoCatalyst1900圖4-15ZXR102826S交換機圖4-16華為S2403TP-EA設(shè)備比較1、中繼器與集線器的比較◆不同點：(1)連接設(shè)備的線纜的數(shù)量；(2)接口收到信號后，處理方式不同。

◆相同點：(1)都工作在物理層；(2)功能相同。2、網(wǎng)橋與交換機的比較◆不同點：(1)在同一時間，同時工作的端口數(shù)目不同；(2)兩者劃分的物理網(wǎng)段數(shù)目不同；(3)交換機的傳輸速率高于網(wǎng)橋；(4)數(shù)據(jù)幀的轉(zhuǎn)發(fā)方式不同；◆相同點：(1)二層交換機與網(wǎng)橋都工作在數(shù)據(jù)鏈路層；(2)基本功能相同。4.4.2以太網(wǎng)的信道利用率以太網(wǎng)的信道被占用的情況：爭用期長度為2（51.2s），即端到端傳播時延的兩倍。檢測到碰撞后不發(fā)送干擾信號。幀長為L

(bit)，數(shù)據(jù)發(fā)送速率為C(b/s)，因而幀的發(fā)送時間為L/C=T0(s)。

101以太網(wǎng)的信道利用率一個幀從開始發(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)過時間使得信道上無信號在傳播)時為止，是發(fā)送一幀所需的平均時間。最后一個指最后一個比特在極端情況下，從一端傳輸?shù)搅硪欢说臅r間發(fā)送成功爭用期爭用期爭用期τ2τ2τ2T0τt占用期發(fā)生碰撞發(fā)送一幀所需的平均時間…102參數(shù)a

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)單程端到端時延與幀的發(fā)送時間T0之比：(4-2)a→0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)生一次碰撞就浪費許多信道資源，使得信道利用率明顯降低。103對以太網(wǎng)參數(shù)的要求

a應當要盡可能的小當數(shù)據(jù)率一定時，以太網(wǎng)的連線的長度受到限制，否則的數(shù)值會太大。以太網(wǎng)的幀長不能太短，否則T0的值會太小，使a值太大。104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站立即發(fā)送數(shù)據(jù)。發(fā)送一幀占用線路的時間是T0+，而幀本身的發(fā)送時間是T0。于是我們可計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

(4-3)1054.4.3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。10648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。后三個字節(jié)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?！癕AC地址”實際上就是適配器地址或適配器標識符EUI-48。107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，地址為全1）多播(multicast)幀（一對多）1082.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。109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110前同步碼使接收端在接受mac幀時迅速調(diào)整時鐘頻率，與發(fā)送端同步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)111MAC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)112MAC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。113類型字段：0x0800-------IP數(shù)據(jù)報0x8137--------NovelIPXMAC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

114MAC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)。115MAC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)116幀的長度不是整數(shù)個字節(jié)；用收到的幀檢驗序列FCS查出有差錯；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117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。以太網(wǎng)以幀為單位傳輸，接收端只要找到幀開始定界符，后面的比特流屬于同一個mac幀。所以：不需要幀結(jié)束定界符、不需要字節(jié)插入保證透明傳輸

幀間最小間隔1184.5擴展的局域網(wǎng)

4.5.1在物理層擴展局域網(wǎng)主機使用光纖和一對光纖調(diào)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119某大學有三個系，各自有一個局域網(wǎng)用多個集線器可連成更大的局域網(wǎng)三個獨立的碰撞域一系二系三系碰撞域碰撞域碰撞域120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121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)122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4.5.2在數(shù)據(jù)鏈路層擴展局域網(wǎng)1231.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212124過濾通信量。擴大了物理范圍。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)。使用網(wǎng)橋帶來的好處125網(wǎng)橋使各網(wǎng)段成為

隔離開的碰撞域B2B1碰撞域碰撞域碰撞域ABCDEF126存儲轉(zhuǎn)發(fā)增加了時延。在MAC子層并沒有流量控制功能。具有不同MAC子層的網(wǎng)段橋接在一起時時延更大。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127用戶層IPMAC站1用戶層IPMAC站2物理層網(wǎng)橋1網(wǎng)橋2AB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LANLAN兩個網(wǎng)橋之間還可使用一段點到點鏈路網(wǎng)橋不改變它轉(zhuǎn)發(fā)的幀的源地址128集線器在轉(zhuǎn)發(fā)幀時，不對傳輸媒體進行檢測。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)送和進行退避。網(wǎng)橋和集線器（或轉(zhuǎn)發(fā)器）不同129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(shè)備，其標準是IEEE802.1D。2.透明網(wǎng)橋130若從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。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)橋應當按照以下自學習算法

處理收到的幀和建立轉(zhuǎn)發(fā)表131地址接口轉(zhuǎn)發(fā)表的建立過程舉例B2B1ABCDEF1212地址接口…………B1B→AA→BA1F→CF2A→EA1F→CF2132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133網(wǎng)橋的自學習和轉(zhuǎn)發(fā)幀

的步驟歸納網(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。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)）。134這是為了避免產(chǎn)生轉(zhuǎn)發(fā)的幀在網(wǎng)絡中不斷地兜圈子。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)絡資源白白消耗了135生成樹算法：互連在一起的網(wǎng)橋在進行彼此通信后，就能找出原來的網(wǎng)絡拓撲的一個子集。在這個子集里，整個連通的網(wǎng)絡中不存在回路，即在任何兩個站之間只有一條路徑。為了避免產(chǎn)生轉(zhuǎn)發(fā)的幀在網(wǎng)絡中不斷地兜圈子。為了得出能夠反映網(wǎng)絡拓撲發(fā)生變化時的生成樹，在生成樹上的根網(wǎng)橋每隔一段時間還要對生成樹的拓撲進行更新。生成樹的得出136透明網(wǎng)橋容易安裝，但網(wǎng)絡資源的利用不充分。源路由(sourceroute)網(wǎng)橋在發(fā)送幀時將詳細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)送一個發(fā)現(xiàn)幀，每個發(fā)現(xiàn)幀都記錄所經(jīng)過的路由。發(fā)現(xiàn)幀到達目的站時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。3.源路由網(wǎng)橋1371990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138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139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。共享獨占：共享式以太網(wǎng)、交換式以太網(wǎng)

獨占傳輸媒體的帶寬140用以太網(wǎng)交換機擴展局域網(wǎng)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141交換機的工作原理地址學習最開始的地址表是空的地址學習●

A發(fā)送一個幀給C●交換機從端口E0學習到A的MAC地址●

將該幀做“洪泛（flooding）”轉(zhuǎn)發(fā)●C回應一個幀給A●

交換機從端口E2學習到C的MAC地址地址學習過濾●A發(fā)送一個幀給C●

目標地址已經(jīng)知道,不再“洪泛”發(fā)送，直接從E2端口發(fā)送出去。

交換機的工作方式交換機在源端與目的端包括三種交換方式：◆直通式◆存儲轉(zhuǎn)發(fā)◆碎片隔離

路由交換機（也稱三層交換機）使用硬件技術(shù)，采用巧妙的處理方法把二層交換機和路由器在網(wǎng)絡中的功能集成到一個盒子里，將路由技術(shù)與交換技術(shù)合二為一的一種新的交換技術(shù)，即三層交換技術(shù)。同一個局域網(wǎng)中的各個子網(wǎng)的互聯(lián)以及局域網(wǎng)中VLAN間的路由，用三層交換機來代替路由器。如下圖為中興ZXR103928三層智能以太網(wǎng)交換機。路由交換機圖4-21中興ZXR103928三層智能以太網(wǎng)交換機

四層交換機在完成信息的交換與傳輸不僅僅依據(jù)MAC(第二層網(wǎng)橋)或源/目標IP地址（第三層路由），而且依據(jù)TCP/UDP（第四層）應用端口號。其功能就像是虛擬IP，指向物理服務器，在第四層完成交換則由源端和終端IP地址、TCP和UDP端口共同決定。四層交換機

例如，思科公司生產(chǎn)的Cisco

Catalyst

4500系列的四層交換機能夠為第2/3層交換提供集成式彈性，因而能進一步加強對融合網(wǎng)絡的控制。Cisco

Catalyst

4506型三層交換機如下圖所示。圖4-22Cisco

Catalyst

4506型三層交換機虛擬局域網(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)：利用以太網(wǎng)交換機可以很方便地實現(xiàn)虛擬局域網(wǎng)150一個網(wǎng)絡上的站點按照工作的需要和性質(zhì)，劃分成若干個不同的“邏輯工作組”，那么一個工作組就是一個虛擬局域網(wǎng)，虛擬局域網(wǎng)的結(jié)構(gòu)組成如圖所示。（a）物理結(jié)構(gòu)（b）邏輯結(jié)構(gòu)1．基于交換機端口的虛擬局域網(wǎng)2．基于硬件MAC地址的虛擬局域網(wǎng)3．基于網(wǎng)絡層的虛擬局域網(wǎng)4．基于IP廣播組的虛擬局域網(wǎng)虛擬局域網(wǎng)的組網(wǎng)方法(a)單個交換機劃分虛擬子網(wǎng)(b)多個交換機劃分虛擬子網(wǎng)圖

按交換機端口劃分的虛擬局域網(wǎng)1．虛擬局域網(wǎng)的優(yōu)點（1）廣播控制（2）安全性好（3）性能提高（4）管理簡單

2．虛擬局域網(wǎng)的應用（1）局域網(wǎng)內(nèi)部的局域網(wǎng)（2）共享訪問（3）交疊虛擬局域網(wǎng)

虛擬局域網(wǎng)的優(yōu)點和應用以太網(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VLAN3154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。155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，工作站A1,A2和C1都不會收到B1發(fā)出的廣播信息。156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。157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/