計算機網絡教程第3章數據鏈路層

計算機網絡教程第3章數據鏈路層第一頁，共189頁。第3章數據鏈路層3.1使用點對點信道的數據鏈路層

3.1.1數據鏈路層所處的地位 3.1.2數據鏈路和幀 3.1.3封裝成幀 3.1.4差錯檢測 3.1.5可靠傳輸3.2點對點協議PPP 3.2.1PPP協議的特點 3.2.2PPP協議的組成

3.2.3PPP協議的幀格式

3.2.4PPP協議的工作狀態(tài)第二頁，共189頁。第3章數據鏈路層（續(xù)）3.3使用廣播信道的數據鏈路層 3.3.1媒體接入控制 3.3.2局域網3.4共享式以太網 3.4.1CSMA/CD協議 3.4.2共享式以太網的信道利用率 3.4.3使用集線器的星形拓撲 3.4.4以太網的幀格式第三頁，共189頁。第3章數據鏈路層（續(xù)）3.5網橋和以太網交換機 3.5.1在物理層擴展以太網 3.5.2在數據鏈路層擴展以太網 3.5.3以太網交換機 3.5.4虛擬局域網VLAN3.6以太網的演進 3.6.1100BASE-T以太網 3.6.2吉比特以太網 3.6.310吉比特和100吉比特以太網 3.6.4使用以太網進行寬帶接入第四頁，共189頁。第3章數據鏈路層（續(xù)）3.7無線局域網 3.7.1無線局域網的組成 3.7.2802.11局域網的物理層 3.7.3802.11局域網的MAC協議 3.7.4802.11局域網的MAC幀 3.7.5其他無線計算機網絡第五頁，共189頁。數據鏈路層數據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議來協調這些主機的數據發(fā)第六頁，共189頁。3.1使用點對點信道的數據鏈路層

3.1.1數據鏈路層所處的地位

主機

H1

向

H2

發(fā)送數據局域網廣域網主機

H1主機

H2路由器

R1路由器

R2路由器

R3電話網局域網鏈路層應用層運輸層網絡層物理層鏈路層應用層運輸層網絡層物理層鏈路層網絡層物理層鏈路層網絡層物理層鏈路層網絡層物理層R1R2R3H1H2從層次上來看數據的流動第七頁，共189頁。3.1使用點對點信道的數據鏈路層

3.1.1數據鏈路層所處的地位

主機

H1

向

H2

發(fā)送數據局域網廣域網主機

H1主機

H2路由器

R1路由器

R2路由器

R3電話網局域網鏈路層應用層運輸層網絡層物理層鏈路層應用層運輸層網絡層物理層鏈路層網絡層物理層鏈路層網絡層物理層鏈路層網絡層物理層R1R2R3H1H2僅從數據鏈路層觀察幀的流動第八頁，共189頁。

3.1.2數據鏈路和幀

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點。一條鏈路只是一條通路的一個組成部分。數據鏈路(datalink)除了物理線路外，還必須有通信協議來控制這些數據的傳輸。若把實現這些協議的硬件和軟件加到鏈路上，就構成了數據鏈路?，F在最常用的方法是使用適配器（即網卡）來實現這些協議的硬件和軟件。一般的適配器都包括了數據鏈路層和物理層這兩層的功能。

第九頁，共189頁。IP數據報1010……0110幀取出數據鏈路層網絡層鏈路結點A結點B物理層數據鏈路層結點A結點B幀(a)(b)發(fā)送幀接收鏈路IP數據報1010……0110幀裝入數據鏈路層傳送的是幀第十頁，共189頁。3.1.3封裝成幀封裝成幀(framing)就是在一段數據的前后分別添加首部和尾部，然后就構成了一個幀。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。

幀結束幀首部IP數據報幀的數據部分幀尾部MTU數據鏈路層的幀長開始發(fā)送幀開始第十一頁，共189頁。用控制字符進行幀定界的方法舉例SOH裝在幀中的數據部分幀幀開始符幀結束符發(fā)送在前EOT第十二頁，共189頁。透明傳輸SOHEOT出現了“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據部分EOT完整的幀發(fā)送在前第十三頁，共189頁。解決透明傳輸問題發(fā)送端的數據鏈路層在數據中出現控制字符“SOH”或“EOT”的前面插入一個轉義字符“ESC”(其十六進制編碼是1B)。字節(jié)填充(bytestuffing)或字符填充(characterstuffing)——接收端的數據鏈路層在將數據送往網絡層之前刪除插入的轉義字符。如果轉義字符也出現數據當中，那么應在轉義字符前面插入一個轉義字符。當接收端收到連續(xù)的兩個轉義字符時，就刪除其中前面的一個。第十四頁，共189頁。SOHSOHEOTSOHESCESCEOTESCSOHESCESCESCSOH原始數據EOTEOT經過字節(jié)填充后發(fā)送的數據字節(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束符用字節(jié)填充法解決透明傳輸的問題SOH第十五頁，共189頁。3.1.4差錯檢測在傳輸過程中可能會產生比特差錯：1可能會變成0而0也可能變成1。在一段時間內，傳輸錯誤的比特占所傳輸比特總數的比率稱為誤碼率

BER(BitErrorRate)。誤碼率與信噪比有很大的關系。為了保證數據傳輸的可靠性，在計算機網絡傳輸數據時，必須采用各種差錯檢測措施。第十六頁，共189頁。差錯檢測的基本原理易出現比特差錯的鏈路DEDCD’EDC’

數據數據檢測出差錯嗎？是否第十七頁，共189頁。循環(huán)冗余檢驗的原理在數據鏈路層傳送的幀中，廣泛使用了循環(huán)冗余檢驗CRC的檢錯技術。在發(fā)送端，先把數據劃分為組。假定每組k個比特。假設待傳送的一組數據M=101001（現在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。第十八頁，共189頁。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)位的數除以事先選定好的長度為(n+1)位的除數

P，得出商是Q而余數是R，余數R比除數P少1位，即R是n

位。第十九頁，共189頁。冗余碼的計算舉例現在

k=6,M=101001。設

n=3,除數

P=1101，被除數是2nM=101001000。模2運算的結果是：商

Q=110101，

余數

R=001。把余數R作為冗余碼添加在數據M的后面發(fā)送出去。發(fā)送的數據是：2nM+R

即：101001001，共(k+n)位。第二十頁，共189頁。

110101

←

Q

(商)P(除數)→

1101101001000

←

2nM(被除數)

1101

1110

1101

0111

0000

1110

1101

0110

0000

1100

1101

001←R(余數)，作為FCS

循環(huán)冗余檢驗的原理說明第二十一頁，共189頁。幀檢驗序列FCS在數據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是添加在數據后面的冗余碼。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。

第二十二頁，共189頁。接收端對收到的每一幀進行CRC檢驗(1)若得出的余數R=0，則判定這個幀沒有差錯，就接受(accept)。(2)若余數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了差錯。只要經過嚴格的挑選，并使用位數足夠多的除數

P，那么出現檢測不到的差錯的概率就很小很小。第二十三頁，共189頁。應當注意僅用循環(huán)冗余檢驗CRC差錯檢測技術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生差錯”。也就是說：“凡是接收端數據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）就必須再加上下一節(jié)要講的確認和重傳機制。第二十四頁，共189頁?？煽啃诺?.1.5可靠傳輸在不可靠的信道上實現可靠的數據傳輸為上層提供一條可靠的邏輯通道可靠傳輸協議可靠傳輸協議上層用戶上層用戶不可靠信道如何實現？第二十五頁，共189頁。1.停止等待協議(a)無差錯情況AM0確認M0BAB超時重傳丟棄出錯幀(b)幀出錯或丟失ttttM0M1確認M1確認M0M0M0M1確認M0確認M1AB超時重傳丟棄M0重傳確認(c)確認出錯或丟失ttM0M0M1確認M0確認M1確認M0第二十六頁，共189頁。請注意在發(fā)送完一個幀后，必須暫時保留已發(fā)送的幀的副本。數據幀和確認幀都必須進行編號。只要超過了一段時間還沒有收到確認，就認為已發(fā)送的幀出錯或丟失了，因而重傳已發(fā)送過的幀。這就叫做超時重傳。超時計時器的重傳時間應當比數據在分組傳輸的平均往返時間更長一些。第二十七頁，共189頁。自動重傳請求ARQ使用上述的確認和重傳機制，我們就可以在不可靠的傳輸網絡上實現可靠的通信。這種可靠傳輸協議常稱為自動重傳請求ARQ(AutomaticRepeatreQuest)。ARQ表明重傳的請求是自動進行的。接收方不需要請求發(fā)送方重傳某個出錯的分組。第二十八頁，共189頁。3.信道利用率停止等待協議的優(yōu)點是簡單，但缺點是信道利用率太低。TDRTTATD+RTT+TAB分組確認tt分組確認RTT(Round-TripTime):往返時延停止等待協議不適合發(fā)送時延遠小于往返時延的情況！第二十九頁，共189頁。連續(xù)ARQ:流水線傳輸發(fā)送方可連續(xù)發(fā)送多個分組，不必每發(fā)完一個分組就停頓下來等待對方的確認。由于信道上一直有數據不間斷地傳送，這種傳輸方式可獲得很高的信道利用率。B分組ttAACK

連續(xù)不間斷發(fā)送數據可能導致接收方或網絡來不及處理第三十頁，共189頁。限制連續(xù)發(fā)送分組的數目發(fā)送方接收方時間發(fā)送PKT0發(fā)送PKT1發(fā)送PKT2發(fā)送PKT3發(fā)送ACK0發(fā)送ACK1發(fā)送ACK2發(fā)送ACK3發(fā)送PKT4發(fā)送PKT5發(fā)送PKT6發(fā)送PKT7第三十一頁，共189頁?；瑒哟翱?23456789101112(a)發(fā)送方維持發(fā)送窗口（發(fā)送窗口是5）發(fā)送窗口(b)收到一個確認后發(fā)送窗口向前滑動向前123456789101112發(fā)送窗口通過設置發(fā)送窗口來限制發(fā)送方的發(fā)送速率

發(fā)送窗口大小是已發(fā)送但還沒有收到確認的最大分組數第三十二頁，共189頁?；瑒哟翱诘淖饔冒l(fā)送方接收方時間發(fā)送PKT0發(fā)送PKT1發(fā)送PKT2發(fā)送PKT3發(fā)送ACK0發(fā)送ACK1發(fā)送ACK2發(fā)送ACK3發(fā)送PKT4發(fā)送PKT5發(fā)送PKT6發(fā)送PKT7允許最多發(fā)送N個未收到ACK的分組，假設N為4第三十三頁，共189頁。滑動窗口的作用發(fā)送方接收方時間發(fā)送PKT0發(fā)送PKT1發(fā)送PKT2發(fā)送PKT3發(fā)送ACK0發(fā)送ACK1

丟棄失序分組，發(fā)送ACK1發(fā)送PKT4發(fā)送PKT5發(fā)送PKT2發(fā)送PKT3接收方只接收按序到達的分組！×超時重傳丟棄失序分組，發(fā)送ACK1丟棄失序分組，發(fā)送ACK1發(fā)送PKT4發(fā)送PKT5累積確認ACKn表示，PKTn以及以前的分組都已正確接收第三十四頁，共189頁。4.Go-back-N（回退N）協議如果發(fā)送方發(fā)送了前5個分組，而中間的第3個分組丟失了。這時接收方只能對前兩個分組發(fā)出確認。發(fā)送方無法知道后面三個分組的下落，而只好把后面的三個分組都再重傳一次。這就叫做Go-back-N（回退N），表示需要再退回來重傳已發(fā)送過的N個分組。第三十五頁，共189頁。5.選擇重傳GBN協議存在一個缺點：一個分組的差錯可能引起大量分組的重傳，這些分組可能已經被接收方正確接收了，但由于未按序到達而被丟棄?？稍O法只重傳出現差錯的分組。但必須加大接收窗口，以便先收下失序到達但仍然處在接收窗口中的哪些分組，等到所缺分組收齊后再一并送交上層。這就是選擇重傳SR(SelectiveRepeat)協議。第三十六頁，共189頁。5.選擇重傳第三十七頁，共189頁。6.數據鏈路層的可靠傳輸實現可靠傳輸需要付出代價（如會降低傳輸效率）。因此，應當根據鏈路的具體情況來決定是否需要讓鏈路層向上提供可靠傳輸服務。當鏈路誤碼率非常低時，在數據鏈路層可不實現可靠傳輸，而是由上層協議（例如，運輸層的TCP協議）來完成。但是在使用無線信道傳輸數據時，由于信道質量較差，在數據鏈路層仍需要實現可靠傳輸（例如使用停止等待協議）。第三十八頁，共189頁。3.2點對點協議PPP

3.2.1PPP協議的特點現在全世界使用得最多的數據鏈路層協議是點對點協議

PPP(Point-to-PointProtocol)。用戶使用撥號電話線接入因特網時，一般都是使用PPP協議。第三十九頁，共189頁。用戶到ISP的鏈路使用PPP協議用戶至因特網已向因特網管理機構申請到一批

IP地址ISP接入網PPP

協議第四十頁，共189頁。3.2.1PPP協議的特點簡單——這是首要的要求封裝成幀透明性多種網絡層協議多種類型鏈路差錯檢測檢測連接狀態(tài)最大傳送單元網絡層地址協商第四十一頁，共189頁。3.2.2PPP協議的組成PPP協議有三個組成部分一個將IP數據報封裝到串行鏈路的方法。鏈路控制協議

LCP(LinkControlProtocol)。網絡控制協議

NCP(NetworkControlProtocol)。

第四十二頁，共189頁。3.2.3PPP協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

幀的長度都是整數字節(jié)。第四十三頁，共189頁。PPP協議的幀格式PPP有一個2個字節(jié)的協議字段。當協議字段為0x0021時，PPP幀的信息字段就是IP數據報。若為0xC021,則信息字段是PPP鏈路控制數據。若為0x8021，則表示這是網絡控制數據。

IP數據報1211字節(jié)12不超過1500字節(jié)PPP幀先發(fā)送7EFF03FACFCSF7E協議信息部分首部尾部第四十四頁，共189頁。透明傳輸問題當PPP用在同步傳輸鏈路時，協議規(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。第四十五頁，共189頁。字符填充將信息字段中出現的每一個0x7E字節(jié)轉變成為2字節(jié)序列(0x7D,0x5E)。若信息字段中出現一個0x7D的字節(jié),則將其轉變成為2字節(jié)序列(0x7D,0x5D)。若信息字段中出現ASCII碼的控制字符（即數值小于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。第四十六頁，共189頁。零比特填充PPP協議用在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協議采用零比特填充方法來實現透明傳輸。在發(fā)送端，只要發(fā)現有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5個連續(xù)1時，就把這5個連續(xù)1后的一個0刪除，第四十七頁，共189頁。01001111101000101001001111110001010010011111010001010信息字段中出現了和標志字段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比特零比特填充第四十八頁，共189頁。3.2.4PPP的工作狀態(tài)當用戶撥號接入ISP時，路由器的調制解調器對撥號做出確認，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，和進行網絡層配置，NCP給新接入的PC機分配一個臨時的IP地址，使PC機成為因特網上的一個主機。通信完畢時，NCP釋放網絡層連接，收回原來分配出去的IP地址。接著，LCP釋放數據鏈路層連接。最后釋放的是物理層的連接。第四十九頁，共189頁。建立網絡鑒別打開終止靜止失敗失敗NCP配置鑒別成功通信結束載波停止檢測到載波雙方協商一些選項3.2.4PPP的工作狀態(tài)第五十頁，共189頁。3.3使用廣播信道的數據鏈路層廣播信道可以進行一對多的通信，能很方便且廉價地連接多個鄰近的計算機，因此曾經被廣泛應用于局域網之中。由于用廣播信道連接的計算機共享同一傳輸媒體，因此使用廣播信道的局域網被稱為共享式局域網。雖然交換式局域網在有線領域已完全取代了共享式局域網，但無線局域網仍然使用的是共享媒體技術。第五十一頁，共189頁。3.3.1媒體接入控制靜態(tài)劃分信道頻分多址、時分多址、碼分多址…動態(tài)媒體接入控制（多點接入）隨機接入，如以太網如何減少沖突，沖突后如何辦受控接入，如令牌環(huán)或輪詢在集中或分布式控制下輪流接入MultipleAccess：多點接入、多址訪問媒體訪問/接入控制(MAC)MediumAccessControl第五十二頁，共189頁。3.3.2局域網網絡為一個單位所擁有，且地理范圍和站點數目均有限。最初，主要用來連接一個單位內部的計算機，方便地共享所有連接在局域網上的各種硬件、軟件和數據資源。現在，局域網將各種企業(yè)、機構、校園中的大量用戶接入到互聯網中，網絡中大部分的信息資源都集中在這些局域網中。第五十三頁，共189頁。1.局域網的拓撲匹配電阻集線器干線耦合器總線網星形網樹形網環(huán)形網第五十四頁，共189頁。2.局域網體系結構局域網網絡層物理層站點1網絡層物理層邏輯鏈路控制LLCLLC媒體接入控制MACMAC數據鏈路層站點2LLC子層看不見下面的局域網由于以太網已經“一統(tǒng)江湖”，LLC已不再重要第五十五頁，共189頁。數據鏈路層的兩個子層為了使數據鏈路層能更好地適應多種局域網標準，802委員會就將局域網的數據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的內容都放在MAC子層，而LLC子層則與傳輸媒體無關，不管采用何種協議的局域網對LLC子層來說都是透明的第五十六頁，共189頁。以后一般不考慮LLC子層由于TCP/IP體系經常使用的局域網是DIXEthernetV2而不是802.3標準中的幾種局域網，因此現在802委員會制定的邏輯鏈路控制子層LLC（即802.2標準）的作用已經不大了。很多廠商生產的適配器上就僅裝有MAC協議而沒有LLC協議。第五十七頁，共189頁。3.網絡適配器網絡接口板又稱為通信適配器(adapter)或網絡接口卡

NIC(NetworkInterfaceCard)，或“網卡”。適配器的重要功能：進行串行/并行轉換。對數據進行緩存。在計算機的操作系統(tǒng)安裝設備驅動程序。實現以太網協議。

第五十八頁，共189頁。計算機通過適配器

和局域網進行通信硬件地址至局域網適配器（網卡）串行通信CPU和存儲器生成發(fā)送的數據處理收到的數據把幀發(fā)送到局域網從局域網接收幀計算機IP地址并行通信第五十九頁，共189頁。4.MAC地址

在局域網中，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。第六十頁，共189頁。48位的MAC地址IEEE的注冊管理機構

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?！癕AC地址”實際上就是適配器地址或適配器標識符EUI-48。第六十一頁，共189頁。適配器檢查MAC地址適配器從網絡上每收到一個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）第六十二頁，共189頁。

3.4共享式以太網

以太網的兩個標準DIXEthernetV2。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局域網簡稱為“以太網”。嚴格說來，“以太網”應當是指符合DIXEthernetV2標準的局域網第六十三頁，共189頁。最初的以太網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。3.4.1CSMA/CD協議B向

D發(fā)送數據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)送的數據第六十四頁，共189頁。以太網的廣播方式發(fā)送總線上的每一個工作的計算機都能檢測到B發(fā)送的數據信號。由于只有計算機D的地址與數據幀首部寫入的地址一致，因此只有D才接收這個數據幀。其他所有的計算機（A,C和E）都檢測到不是發(fā)送給它們的數據幀，因此就丟棄這個數據幀而不能夠收下來。具有廣播特性的總線上實現了一對一的通信。第六十五頁，共189頁。為了通信的簡便

以太網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)送數據。以太網對發(fā)送的數據幀不進行編號，也不要求對方發(fā)回確認。這樣做的理由是局域網信道的質量很好，因信道質量產生差錯的概率是很小的。

第六十六頁，共189頁。以太網提供的服務以太網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據幀時就丟棄此幀，其他什么也不做。差錯的糾正由高層來決定。如果高層發(fā)現丟失了一些數據而進行重傳，但以太網并不知道這是一個重傳的幀，而是當作一個新的數據幀來發(fā)送。第六十七頁，共189頁。以太網發(fā)送的數據都使用

曼徹斯特(Manchester)編碼

基帶數字信號曼徹斯特編碼

碼元1111100000出現電平轉換第六十八頁，共189頁。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)送數據之前先要檢測一下總線上是否有其他計算機在發(fā)送數據，如果有，則暫時不要發(fā)送數據，以免發(fā)生碰撞?？偩€上并沒有什么“載波”。因此，“載波監(jiān)聽”就是用電子技術檢測總線上有沒有其他計算機發(fā)送的數據信號。第六十九頁，共189頁。碰撞檢測“碰撞檢測”就是計算機邊發(fā)送數據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)送數據時，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)送數據，表明產生了碰撞。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”。第七十頁，共189頁。檢測到碰撞后在發(fā)生碰撞時，總線上傳輸的信號產生了嚴重的失真，無法從中恢復出有用的信息來。每一個正在發(fā)送數據的站，一旦發(fā)現總線上出現了碰撞，就要立即停止發(fā)送，免得繼續(xù)浪費網絡資源，然后等待一段隨機時間后再次發(fā)送。第七十一頁，共189頁。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。碰撞的結果是兩個幀都變得無用。第七十二頁，共189頁。1kmABt碰撞t=2

A檢測到發(fā)生碰撞t=

B發(fā)送數據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)聽的影響第七十三頁，共189頁。1kmABt碰撞t=

B檢測到信道空閑發(fā)送數據t=

/2發(fā)生碰撞t=2

A檢測到發(fā)生碰撞t=

B發(fā)送數據B檢測到發(fā)生碰撞t=ABABABt=0A檢測到信道空閑發(fā)送數據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

第七十四頁，共189頁。爭用期最先發(fā)送數據幀的站，在發(fā)送數據幀后至多經過時間2（兩倍的端到端往返時延）就可知道發(fā)送的數據幀是否遭受了碰撞。以太網的端到端往返時延2稱為爭用期，或碰撞窗口。經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。第七十五頁，共189頁。二進制指數類型退避算法(truncatedbinaryexponentialtype)發(fā)生碰撞的站在停止發(fā)送數據后，要推遲（退避）一個隨機時間才能再發(fā)送數據。確定基本退避時間，一般是取為爭用期2。定義重傳次數k

，k10，即

k=Min[重傳次數,10]從整數集合[0,1,…,(2k

1)]中隨機地取出一個數，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。

第七十六頁，共189頁。爭用期的長度以太網取51.2s為爭用期的長度。對于10Mb/s以太網，在爭用期內可發(fā)送512bit，即64字節(jié)。以太網在發(fā)送數據時，若前64字節(jié)沒有發(fā)生沖突，則后續(xù)的數據就不會發(fā)生沖突。第七十七頁，共189頁。如果發(fā)送的幀太短，有可能檢測不到發(fā)生的碰撞最短有效幀長ABt碰撞B檢測不到發(fā)生碰撞t=0單程端到端傳播時延記為

A檢測不到發(fā)生碰撞第七十八頁，共189頁。最短有效幀長為保證發(fā)送方能檢測到所有碰撞，以太網規(guī)定了最短有效幀長為64字節(jié)如果發(fā)生沖突，就一定是在發(fā)送的前64字節(jié)之內，立即中止發(fā)送，這時已經發(fā)送出去的數據一定小于64字節(jié)。因此將長度小于64字節(jié)的幀都視為是由于沖突而異常中止的無效幀。第七十九頁，共189頁。強化碰撞當發(fā)送數據的站一旦發(fā)現發(fā)生了碰撞時：立即停止發(fā)送數據；再繼續(xù)發(fā)送若干比特的人為干擾信號(jammingsignal)，以便讓所有用戶都知道現在已經發(fā)生了碰撞。

第八十頁，共189頁。數據幀干擾信號TJ人為干擾信號ABTBtB發(fā)送數據A檢測到沖突開始沖突信道占用時間A發(fā)送數據B也能夠檢測到沖突，并立即停止發(fā)送數據幀，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。第八十一頁，共189頁。重要特性使用CSMA/CD協議的以太網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)送數據之后的一小段時間內，存在著遭遇碰撞的可能性。當連接很多站點時，以太網的平均吞吐量要比以太網的最高數據率小很多。CSMA/CD協議能否用于廣域網？第八十二頁，共189頁。重要特性網絡覆蓋范圍越大，端到端時延越大，爭用期越大，發(fā)生碰撞的概率越大，性能越差。10M以太網最大網絡長度：(2108)(51.2/2)=5120m但考慮到其它因素，規(guī)定2500m網絡中主機越多，發(fā)送數據的概率越大，發(fā)生碰撞的概率越大，性能越差。CSMA/CD協議不適合廣域網！第八十三頁，共189頁。3.4.2共享式以太網的

信道利用率以太網的信道被占用的情況：爭用期長度為2，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)，數據發(fā)送速率為C(b/s)，因而幀的發(fā)送時間為L/C=T0(s)。

第八十四頁，共189頁。以太網的信道利用率一個幀從開始發(fā)送，經可能發(fā)生的碰撞后，將再重傳數次，到發(fā)送成功且信道轉為空閑(即再經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。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…第八十五頁，共189頁。參數a

要提高以太網的信道利用率，就必須減小與T0之比。在以太網中定義了參數a，它是以太網單程端到端時延與幀的發(fā)送時間T0之比：(3-4)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。第八十六頁，共189頁。對以太網參數的要求當數據率一定時，以太網的連線的長度受到限制，否則的數值會太大。以太網的幀長不能太短，否則T0的值會太小，使a值太大。第八十七頁，共189頁。在理想化的情況下，以太網上的各站發(fā)送數據都不會產生碰撞（這顯然已經不是CSMA/CD，而是需要使用一種特殊的調度方法），即總線一旦空閑就有某一個站立即發(fā)送數據。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

(3-5)第八十八頁，共189頁。以太網性能分析的結論當網絡覆蓋范圍越大，既端到端時延越大，信道極限利用率越低，即網絡性能越差。另外，端到端時延越大或連接的站點越多，都會導致發(fā)生沖突的概率變大，網絡性能還會進一步降低?？梢?，共享式以太網只能作為一種局域網技術。第八十九頁，共189頁。3.4.3使用集線器的星形拓撲傳統(tǒng)以太網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)第九十頁，共189頁。使用集線器的雙絞線以太網集線器兩對雙絞線站點RJ-45插頭第九十一頁，共189頁。星形網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，因此這樣的硬件設備的可靠性已大大提高了。第九十二頁，共189頁。以太網在局域網中的統(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的出現，既降低了成本，又提高了可靠性。10BASE-T雙絞線以太網的出現，是局域網發(fā)展史上的一個非常重要的里程碑，它為以太網在局域網中的統(tǒng)治地位奠定了牢固的基礎。第九十三頁，共189頁。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)的以太網那樣運行。使用集線器的以太網在邏輯上仍是一個總線網，各工作站使用的還是CSMA/CD

協議，并共享邏輯上的總線。集線器很像一個多接口的轉發(fā)器，工作在物理層。第九十四頁，共189頁。具有三個接口的集線器集線器網卡工作站網卡工作站網卡工作站雙絞線第九十五頁，共189頁。3.4.4以太網的幀格式常用的以太網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V2的格式。第九十六頁，共189頁。以太網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據FCS6624字節(jié)46~1500IP數據報MAC幀以太網的MAC

幀格式第九十七頁，共189頁。MAC幀物理層MAC層IP層目的地址源地址類型數據FCS6624字節(jié)46~1500IP數據報以太網V2的MAC幀格式目的地址字段6字節(jié)第九十八頁，共189頁。MAC幀物理層MAC層IP層目的地址源地址類型數據FCS6624字節(jié)46~1500IP數據報以太網V2的MAC幀格式源地址字段6字節(jié)第九十九頁，共189頁。MAC幀物理層MAC層IP層目的地址源地址類型數據FCS6624字節(jié)46~1500IP數據報以太網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議，以便把收到的MAC幀的數據上交給上一層的這個協議。第一百頁，共189頁。MAC幀物理層MAC層IP層目的地址源地址類型數據FCS6624字節(jié)46~1500IP數據報以太網V2的MAC幀格式數據字段46~1500

字節(jié)數據字段的正式名稱是MAC

客戶數據字段最小長度64字節(jié)

18字節(jié)的首部和尾部=數據字段的最小長度

第一百零一頁，共189頁。MAC幀物理層MAC層IP層目的地址源地址類型數據FCS6624字節(jié)46~1500IP數據報以太網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。當數據字段的長度小于46字節(jié)時，應在數據字段的后面加入整數字節(jié)的填充字段，以保證以太網的MAC幀長不小于64字節(jié)。第一百零二頁，共189頁。MAC幀物理層MAC層IP層目的地址源地址類型數據FCS6624字節(jié)46~1500IP數據報以太網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)第一百零三頁，共189頁。數據字段的長度與長度字段的值不一致；幀的長度不是整數個字節(jié)；用收到的幀檢驗序列FCS查出有差錯；數據字段的長度不在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。以太網不負責重傳丟棄的幀。無效的MAC幀第一百零四頁，共189頁。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)送數據。這樣做是為了使剛剛收到數據幀的站的接收緩存來得及清理，做好接收下一幀的準備。幀間最小間隔第一百零五頁，共189頁。3.5網橋和以太網交換機

3.5.1在物理層擴展以太網主機使用光纖和一對光纖調制解調器連接到集線器以太網集線器光纖光纖調制解調器光纖調制解調器第一百零六頁，共189頁。某大學有三個系，各自有一個局域網用多個集線器可連成更大的以太網三個獨立的碰撞域一系二系三系碰撞域碰撞域碰撞域第一百零七頁，共189頁。用集線器組成更大的以太網

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第一百零八頁，共189頁。優(yōu)點使原來屬于不同碰撞域的局域網上的計算機能夠進行跨碰撞域的通信。擴大了局域網覆蓋的地理范圍。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據率，那么就不能用集線器將它們互連起來。

由于爭用期的限制，并不能無限擴大地理覆蓋范圍用集線器擴展以太網第一百零九頁，共189頁。在數據鏈路層擴展以太網要使用網橋。網橋工作在數據鏈路層，它根據MAC幀的目的地址對收到的幀進行轉發(fā)。網橋具有過濾幀的功能。當網橋收到一個幀時，并不是向所有的接口轉發(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發(fā)到哪一個接口3.5.2在數據鏈路層擴展以太網第一百一十頁，共189頁。1.網橋的內部結構站表接口管理軟件網橋協議實體緩存接口1接口2①②③網段B網段A1112①③⑤2②④⑥2站地址接口網橋網橋④⑤⑥接口1接口212第一百一十一頁，共189頁。過濾通信量。擴大了物理范圍。提高了可靠性。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）的局域網。使用網橋帶來的好處第一百一十二頁，共189頁。網橋使各網段成為

隔離開的碰撞域B2B1碰撞域碰撞域碰撞域ABCDEF第一百一十三頁，共189頁。存儲轉發(fā)增加了時延。在MAC子層并沒有流量控制功能。具有不同MAC子層的網段橋接在一起時時延更大。網橋只適合于用戶數不太多(不超過幾百個)和通信量不太大的局域網，否則有時還會因傳播過多的廣播信息而產生網絡擁塞。這就是所謂的廣播風暴。使用網橋帶來的缺點第一百一十四頁，共189頁。用戶層IPMAC站1用戶層IPMAC站2物理層網橋1網橋2AB用戶數據IP-HMAC-HMAC-TDL-HDL-T

物理層DLRMAC物理層物理層DLRMAC物理層物理層LANLAN兩個網橋之間還可使用一段點到點鏈路網橋不改變它轉發(fā)的幀的源地址第一百一十五頁，共189頁。集線器在轉發(fā)幀時，不對傳輸媒體進行檢測。網橋在轉發(fā)幀之前必須執(zhí)行CSMA/CD算法。若在發(fā)送過程中出現碰撞，就必須停止發(fā)送和進行退避。網橋和集線器（或轉發(fā)器）不同第一百一十六頁，共189頁。目前使用得最多的網橋是透明網橋(transparentbridge)。“透明”是指局域網上的站點并不知道所發(fā)送的幀將經過哪幾個網橋，因為網橋對各站來說是看不見的。透明網橋是一種即插即用設備，其標準是IEEE802.1D。2.透明網橋第一百一十七頁，共189頁。若從A發(fā)出的幀從接口x進入了某網橋，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。網橋每收到一個幀，就記下其源地址和進入網橋的接口，作為轉發(fā)表中的一個項目。在建立轉發(fā)表時是把幀首部中的源地址寫在“地址”這一欄的下面。在轉發(fā)幀時，則是根據收到的幀首部中的目的地址來轉發(fā)的。這時就把在“地址”欄下面已經記下的源地址當作目的地址，而把記下的進入接口當作轉發(fā)接口。網橋應當按照以下自學習算法

處理收到的幀和建立轉發(fā)表第一百一十八頁，共189頁。地址接口轉發(fā)表的建立過程舉例B2B1ABCDEF1212地址接口…………B1B→AA→BA1F→CF2A→BA1F→CF2第一百一十九頁，共189頁。在網橋的轉發(fā)表中寫入的信息除了地址和接口外，還有幀進入該網橋的時間。這是因為以太網的拓撲可能經常會發(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，以太網上的工作站并非總是接通電源的。把每個幀到達網橋的時間登記下來，就可以在轉發(fā)表中只保留網絡拓撲的最新狀態(tài)信息。這樣就使得網橋中的轉發(fā)表能反映當前網絡的最新拓撲狀態(tài)。網橋在轉發(fā)表中

登記以下三個信息第一百二十頁，共189頁。網橋的自學習和轉發(fā)幀

的步驟歸納網橋收到一幀后先進行自學習。查找轉發(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。轉發(fā)幀。查找轉發(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（但進入網橋的接口除外）按進行轉發(fā)。如有，則按轉發(fā)表中給出的接口進行轉發(fā)。若轉發(fā)表中給出的接口就是該幀進入網橋的接口，則應丟棄這個幀（因為這時不需要經過網橋進行轉發(fā)）。第一百二十一頁，共189頁。這是為了避免產生轉發(fā)的幀在網絡中不斷地兜圈子。3.生成樹協議局域網2局域網1網橋2網橋1

AF不停地兜圈子A發(fā)出的幀F1網橋1轉發(fā)的幀F2網橋2轉發(fā)的幀網絡資源白白消耗了第一百二十二頁，共189頁?；ミB在一起的網橋在進行彼此通信后，就能找出原來的網絡拓撲的一個子集。在這個子集里，整個連通的網絡中不存在回路，即在任何兩個站之間只有一條路徑。為了避免產生轉發(fā)的幀在網絡中不斷地兜圈子。為了得出能夠反映網絡拓撲發(fā)生變化時的生成樹，在生成樹上的根網橋每隔一段時間還要對生成樹的拓撲進行更新。生成樹的得出第一百二十三頁，共189頁。透明網橋容易安裝，但網絡資源的利用不充分。源路由(sourceroute)網橋在發(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)現幀，每個發(fā)現幀都記錄所經過的路由。發(fā)現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。4.源路由網橋第一百二十四頁，共189頁。1990年問世的交換式集線器(switchinghub)，可明顯地提高局域網的性能。交換式集線器常稱為以太網交換機(switch)或第二層交換機（表明此交換機工作在數據鏈路層）。以太網交換機通常都有十幾個接口。因此，以太網交換機實質上就是一個多接口的網橋，可見交換機工作在數據鏈路層。3.5.3以太網交換機第一百二十五頁，共189頁。以太網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據。以太網交換機由于使用了專用的交換結構芯片，其交換速率就較高。以太網交換機的特點第一百二十六頁，共189頁。對于普通10Mb/s的共享式以太網，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容量為N10Mb/s。這正是交換機的最大優(yōu)點。獨占傳輸媒體的帶寬第一百二十七頁，共189頁。用以太網交換機擴展以太網一系三系二系10BASE-T至因特網100Mb/s100Mb/s100Mb/s萬維網服務器電子郵件服務器以太網交換機路由器第一百二十八頁，共189頁。虛擬局域網

VLAN是由一些局域網網段構成的與物理位置無關的邏輯組。這些網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。虛擬局域網其實只是局域網給用戶提供的一種服務，而并不是一種新型局域網。利用以太網交換機可以很方便地實現虛擬局域網3.5.4虛擬局域網第一百二十九頁，共189頁。以太網交換機A4B1以太網交換機VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太網交換機以太網交換機三個虛擬局域網:VLAN1,VLAN2和VLAN3第一百三十頁，共189頁。以太網交換機A4B1以太網交換機VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太網交換機以太網交換機三個虛擬局域網VLAN1,VLAN2和VLAN3

的構成當B1

向VLAN2

工作組內成員發(fā)送數據時，工作站B2和B3將會收到廣播的信息。第一百三十一頁，共189頁。以太網交換機A4B1以太網交換機VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太網交換機以太網交換機三個虛擬局域網VLAN1,VLAN2和VLAN3

的構成B1發(fā)送數據時，工作站A1,A2和C1都不會收到B1發(fā)出的廣播信息。第一百三十二頁，共189頁。以太網交換機A4B1以太網交換機VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太網交換機以太網交換機三個虛擬局域網VLAN1,VLAN2和VLAN3

的構成虛擬局域網限制了接收廣播信息的工作站數，使得網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。第一百三十三頁，共189頁。虛擬局域網具有以下優(yōu)點：（1）簡化網絡管理。當站點從一個工作組遷移到另一個工作組時，僅需調整VLAN配置即可。（2）控制廣播風暴。VLAN將大的局域網分隔成多個獨立的廣播域。（3）增強網絡的安全性。便于管理員根據用戶的安全需要隔離VLAN間的通信。虛擬局域網的優(yōu)點第一百三十四頁，共189頁。將接口劃分到不同VLANA1VLAN1A2A3VLAN2B1B2B3交換機123456第一百三十五頁，共189頁?？缭蕉鄠€交換機的VLANA1VLAN1A2A3VLAN2B1B2B3交換機交換機Trunk原以太網幀原以太網幀VLAN2第一百三十六頁，共189頁。虛擬局域網協議允許在以太網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。

802.1Q標準雖然修改了以太網的幀格式，但對所有用戶站點是完全透明的，802.1Q標記幀僅在交換機間各VLAN復用的Trunk鏈路上使用。虛擬局域網使用的

以太網幀格式802.3MAC幀字節(jié)66246~15004MAC幀目地地址源地址長度/類型數據FCS插入4字節(jié)的VLAN標記4第一百三十七頁，共189頁。3.6以太網的演進

3.6.1100BASE-T以太網速率達到或超過100Mb/s的以太網稱為高速以太網。在雙絞線上傳送100Mb/s基帶信號的星型拓撲以太網，仍使用IEEE802.3的CSMA/CD協議。100BASE-T以太網又稱為快速以太網(FastEthernet)。第一百三十八頁，共189頁。100BASE-T以太網的特點可在全雙工方式下工作而無沖突發(fā)生。因此，不使用CSMA/CD協議。MAC幀格式仍然是802.3標準規(guī)定的。保持最短幀長不變，但將一個網段的最大電纜長度減小到100m。幀間時間間隔從原來的9.6s改為現在的0.96s。第一百三十九頁，共189頁。三種不同的物理層標準100BASE-TX使用2對UTP5類線或屏蔽雙絞線STP。

100BASE-FX使用2對光纖。

100BASE-T4使用4對UTP3類線或5類線。

第一百四十頁，共189頁。3.6.2吉比特以太網允許在1Gb/s下全雙工和半雙工兩種方式工作。使用802.3協議規(guī)定的幀格式。在半雙工方式下使用CSMA/CD協議（全雙工方式不需要使用CSMA/CD協議）。與10BASE-T和100BASE-T技術向后兼容。第一百四十一頁，共189頁。吉比特以太網的物理層1000BASE-X基于光纖通道的物理層：1000BASE-SXSX表示短波長1000BASE-LXLX表示長波長1000BASE-CXCX表示銅線1000BASE-T使用4對5類線UTP

第一百四十二頁，共189頁。全雙工方式當吉比特以太網工作在全雙工方式時（即通信雙方可同時進行發(fā)送和接收數據），不使用載波延伸和分組突發(fā)。第一百四十三頁，共189頁。吉比特以太網的配置舉例1Gb/s鏈路吉比特交換集線器百兆比特或吉比特集線器100Mb/s鏈路中央服務器第一百四十四頁，共189頁。3.6.310

吉比特和

100吉比特以太網10吉比特以太網與10Mb/s，100Mb/s和1Gb/s以太網的幀格式完全相同。10吉比特以太網還保留了802.3標準規(guī)定的以太網最小和最大幀長，便于升級。10吉比特以太網不再使用銅線而只使用光纖作為傳輸媒體。10吉比特以太網只工作在全雙工方式，因此沒有爭用問題，也不使用CSMA/CD協議。第一百四十五頁，共189頁。端到端的以太網傳輸10吉比特和100吉比特以太網的出現，以太網的工作范圍已經從局域網（校園網、企業(yè)網）擴大到城域網和廣域網，從而實現了端到端的以太網傳輸。這種工作方式的好處是：成熟的技術互操作性很好在廣域網中使用以太網時價格便宜。統(tǒng)一的幀格式簡化了操作和管理。

第一百四十六頁，共189頁。以太網從10Mb/s到

10Gb/s的演進以太網從10Mb/s到10Gb/s的演進證明了以太網是：可擴展的（從10Mb/s到10Gb/s）。靈活的（多種傳輸媒體、全/半雙工、共享/交換）。易于安裝。穩(wěn)健性好。第一百四十七頁，共189頁。3.6.4使用以太網

進行寬帶接入以太網已成功地把速率提高到1~10Gb/s，所覆蓋的地理范圍也擴展到了城域網和廣域網，因此現在人們正在嘗試使用以太網進行寬帶接入。以太網接入的重要特點是它可提供雙向的寬帶通信，并且可根據用戶對帶寬的需求靈活地進行帶寬升級。采用以太網接入可實現端到端的以太網傳輸，中間不需要再進行幀格式的轉換。這就提高了數據的傳輸效率和降低了傳輸的成本。第一百四十八頁，共189頁。以太網接入舉例：光纖到大樓FTTB100M10M10M100M吉比特以太網光結點匯接點1Gb/s1Gb/s高速匯接點GigaPoP第一百四十九頁，共189頁。PPPoE(PPPoverEthernet)以太網的幀格式中沒有用戶名/密碼字段，因此以太網沒有鑒別用戶身份的功能，而這是居民接入網必須的功能。為此PPPoE(PPPoverEthernet)把數據鏈路層的兩個成功的協議結合起來，即把PPP協議中的PPP幀再封裝到以太網中來傳輸。現在的光纖寬帶接入FTTx都要使用PPPoE的方式進行接入。當用戶利用ADSL上網時，用戶PC到ADSL調制解調器之間也使用PPPoE第一百五十頁，共189頁。3.7無線局域網

3.7.1無線局域網的組成1.有固定基礎設施的無線局域網AP1AP2第一百五十一頁，共189頁。IEEE802.11對于有固定基礎設施的無線局域網，最有名的就是IEEE802.11無線局域網。實際上802.11既支持有固定基礎設施的網絡，也支持無固定基礎設施的網絡，但使用最多的是它的有固定基礎設施的組網方式。凡使用802.11系列協議的局域網又稱為Wi-Fi（WirelessFidelity，即無線保真度）第一百五十二頁，共189頁。與接入點AP

建立關聯(association)一個移動站若要加入到一個基本服務集BSS，就必須先選擇一個接入點AP，并與此接入點建立關聯。建立關聯就表示這個移動站加入了選定的AP所屬的子網，并和這個AP之間創(chuàng)建了一個虛擬線路。只有關聯的AP才向這個移動站發(fā)送數據幀，而這個移動站也只有通過關聯的AP才能向其他站點發(fā)送數據幀。第一百五十三頁，共189頁。移動站與AP建立關聯的方法被動掃描，即移動站等待接收接入站周期性發(fā)出的信標幀(beaconframe)。信標幀中包含有若干系統(tǒng)參數（如服務集標識符SSID以及支持的速率等）。主動掃描，即移動站主動發(fā)出探測請求幀(proberequestframe)，然后等待從AP發(fā)回的探測響應幀(proberesponseframe)。第一百五十四頁，共189頁。熱點(hotspot)現在許多地方，如辦公室、機場、快餐店、旅館、購物中心等都能夠向公眾提供有償或無償接入Wi-Fi的服務。這樣的地點就叫做熱點。由許多熱點和AP連接起來的區(qū)域叫做熱區(qū)(hotzone)。熱點也就是公眾無線入網點?，F在也出現了無線因特網服務提供者

WISP(WirelessInternetServiceProvider)這一名詞。用戶可以通過無線信道接入到WISP，然后再經過無線信道接入到因特網。第一百五十五頁，共189頁。2.移動自組網絡

又稱自組網絡(adhocnetwork)

自組網絡AEDCBF源結點目的結點轉發(fā)結點轉發(fā)結點轉發(fā)結點自組網絡是沒有固定基礎設施（即沒有AP）的無線局域網。這種網絡由一些處于平等狀態(tài)的移動站之間相互通信組成的臨時網絡。第一