【教學(xué)】第3章數(shù)據(jù)鏈路層

第3章數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層使用的信道主要有兩種類型：（1）點(diǎn)對點(diǎn)信道，這種信道使用一對一的點(diǎn)對點(diǎn)通信方式；（2）廣播信道，這種信道使用一對多的廣播通信方式，因此過程比較復(fù)雜。廣播信道上連接的主機(jī)很多，因此必須使用專用的共享信道協(xié)議來協(xié)調(diào)這些主機(jī)的數(shù)據(jù)發(fā)送。.數(shù)據(jù)鏈路層的簡單模型局域網(wǎng)廣域網(wǎng)主機(jī)

H1主機(jī)

H2路由器

R1路由器

R2路由器

R3電話網(wǎng)局域網(wǎng)主機(jī)

H1

向

H2

發(fā)送數(shù)據(jù)鏈路層應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層R1R2R3H1H2從層次上來看數(shù)據(jù)的流動(dòng).數(shù)據(jù)鏈路層的簡單模型(續(xù)）局域網(wǎng)廣域網(wǎng)主機(jī)

H1主機(jī)

H2路由器

R1路由器

R2路由器

R3電話網(wǎng)局域網(wǎng)主機(jī)

H1

向

H2

發(fā)送數(shù)據(jù)鏈路層應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層R1R2R3H1H2僅從數(shù)據(jù)鏈路層觀察幀的流動(dòng).§3.1使用點(diǎn)對點(diǎn)信道的數(shù)據(jù)鏈路層一、數(shù)據(jù)鏈路和幀

1.數(shù)據(jù)鏈路

（1）鏈路(link)是一條無源的點(diǎn)到點(diǎn)的物理線路段，中間沒有任何其他的交換結(jié)點(diǎn)；一條鏈路只是一條通路的一個(gè)組成部分；（2）數(shù)據(jù)鏈路除了物理線路外，還必須有通信協(xié)議來控制這些數(shù)據(jù)的傳輸。若把實(shí)現(xiàn)這些協(xié)議的硬件和軟件加到鏈路上，就構(gòu)成了數(shù)據(jù)鏈路。.（3）現(xiàn)在最常用的方法是使用適配器（即網(wǎng)卡）來實(shí)現(xiàn)這些協(xié)議的硬件和軟件，一般的適配器都包括了數(shù)據(jù)鏈路層和物理層這兩層的功能；.IP數(shù)據(jù)報(bào)1010……0110幀取出數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層鏈路結(jié)點(diǎn)A結(jié)點(diǎn)B物理層數(shù)據(jù)鏈路層(a)發(fā)送接收結(jié)點(diǎn)A結(jié)點(diǎn)B幀(b)鏈路IP數(shù)據(jù)報(bào)1010……0110幀裝入2.數(shù)據(jù)鏈路層傳送的是幀幀.結(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn)3.數(shù)據(jù)鏈路層像個(gè)數(shù)字管道常常在兩個(gè)對等的數(shù)據(jù)鏈路層之間畫出一個(gè)數(shù)字管道，而在這條數(shù)字管道上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)單位是幀；

早期的數(shù)據(jù)通信協(xié)議曾叫作通信規(guī)程，因此，在數(shù)據(jù)鏈路層，規(guī)程和協(xié)議是同義語。幀幀.

二、三個(gè)基本問題(1)封裝成幀(2)透明傳輸(3)差錯(cuò)控制.

1.封裝成幀（1）封裝成幀就是在一段數(shù)據(jù)的前后分別添加首部和尾部，然后就構(gòu)成了一個(gè)幀；（2）確定幀的界限，首部和尾部的一個(gè)重要作用就是進(jìn)行幀定界；.幀結(jié)束幀首部IP數(shù)據(jù)報(bào)幀的數(shù)據(jù)部分幀尾部MTU數(shù)據(jù)鏈路層的幀長開始發(fā)送幀開始.用控制字符進(jìn)行幀定界的方法舉例

SOH裝在幀中的數(shù)據(jù)部分幀幀開始符幀結(jié)束符發(fā)送在前EOT.2.

透明傳輸SOHEOT出現(xiàn)了“EOT”被接收端當(dāng)作無效幀而丟棄被接收端誤認(rèn)為是一個(gè)幀數(shù)據(jù)部分EOT完整的幀發(fā)送在前.解決透明傳輸問題（1）發(fā)送端的數(shù)據(jù)鏈路層在數(shù)據(jù)中出現(xiàn)控制字符“SOH”或“EOT”的前面插入一個(gè)轉(zhuǎn)義字符“ESC”(其十六進(jìn)制編碼是1BH)；（2）字節(jié)填充或字符填充—接收端的數(shù)據(jù)鏈路層在將數(shù)據(jù)送往網(wǎng)絡(luò)層之前刪除插入的轉(zhuǎn)義字符；（3）如果轉(zhuǎn)義字符也出現(xiàn)數(shù)據(jù)當(dāng)中，那么應(yīng)在轉(zhuǎn)義字符前面插入一個(gè)轉(zhuǎn)義字符。當(dāng)接收端收到連續(xù)的兩個(gè)轉(zhuǎn)義字符時(shí)，就刪除其中前面的一個(gè)；.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)束符用字節(jié)填充法解決透明傳輸?shù)膯栴}

SOH.3.差錯(cuò)檢測在傳輸過程中可能會產(chǎn)生比特差錯(cuò)：1可能會變成0而0也可能變成1；在一段時(shí)間內(nèi)，傳輸錯(cuò)誤的比特占所傳輸比特總數(shù)的比率稱為誤碼率（BER）；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?，在?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，必須采用各種差錯(cuò)檢測措施。.（1）循環(huán)冗余檢驗(yàn)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(yàn)CRC的檢錯(cuò)技術(shù)；在發(fā)送端，先把數(shù)據(jù)劃分為組。假定每組有k個(gè)比特；假設(shè)，待傳送的數(shù)據(jù)：M=101001（k=6）。我們在

M的后面再添加供差錯(cuò)檢測用的n

位冗余碼一起發(fā)送；.

（2）冗余碼的計(jì)算用二進(jìn)制的模2運(yùn)算進(jìn)行2n乘

M的運(yùn)算，這相當(dāng)于在

M后面添加

n個(gè)0；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。冗余碼的計(jì)算舉例：

.例1，假設(shè)，待傳送的數(shù)據(jù)：M=101001，即

k=6,事先選定除數(shù)P=1101，即

n=3,要求，計(jì)算冗余碼R和幀檢驗(yàn)序列FCS；解：因n=3,構(gòu)造被除數(shù)是

2nM

=101001000；對2nM進(jìn)行模2運(yùn)算，得：商Q=110101，余數(shù)R=001，即冗余碼R=001；

把余數(shù)R作為冗余碼加在數(shù)據(jù)M的后面發(fā)送出去，發(fā)送的數(shù)據(jù)是：MT=2nM+R=101001001，共(k+n)位；

在數(shù)據(jù)M后面添加上的冗余碼R稱為幀檢驗(yàn)序列FCS=MT=101001001；.

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

.

（3）循環(huán)冗余檢驗(yàn)（CRC）

接收端對收到的每一幀進(jìn)行CRC檢驗(yàn)：設(shè)接收端收到發(fā)送端發(fā)來的數(shù)據(jù)幀MT，將其除以雙方事先選定的P=1101，則：若得到的余數(shù)R=0，則判定這個(gè)幀MT沒有差錯(cuò)，就接受；若余數(shù)R0，則判定這個(gè)幀有錯(cuò)，就丟棄；CRC檢驗(yàn)并不能確定幀MT中究竟是哪一個(gè)或哪幾個(gè)比特出現(xiàn)了差錯(cuò)；經(jīng)過嚴(yán)格的挑選，使用位數(shù)足夠多的除數(shù)P，那么出現(xiàn)檢測不到差錯(cuò)的概率就很小很小。

.

（4）注意：僅用循環(huán)冗余檢驗(yàn)CRC差錯(cuò)檢測技術(shù)只能做到無差錯(cuò)接受；所謂“無差錯(cuò)接受”是指：“凡是接受的幀（即不包括丟棄的幀），我們都能以非常接近于1的概率認(rèn)為這些幀在傳輸過程中沒有產(chǎn)生差錯(cuò)”；也就是說：“凡是接收端數(shù)據(jù)鏈路層接受的幀都沒有傳輸差錯(cuò)”（有差錯(cuò)的幀就丟棄而不接受）；要做到“可靠傳輸”（即發(fā)送什么就收到什么）必須再加上確認(rèn)和重傳機(jī)制。.§3.2點(diǎn)對點(diǎn)協(xié)議PPP一、PPP協(xié)議的特點(diǎn)（1）現(xiàn)在，全世界使用得最多的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議是點(diǎn)對點(diǎn)協(xié)議PPP（Point-to-PointProtocol）；（2）用戶使用撥號電話線接入因特網(wǎng)時(shí)，一般都是使用PPP協(xié)議；.用戶到ISP的鏈路使用PPP協(xié)議

用戶至因特網(wǎng)已向因特網(wǎng)管理機(jī)構(gòu)申請到一批IP地址ISP接入網(wǎng)PPP協(xié)議.

1.PPP協(xié)議應(yīng)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(luò)層協(xié)議多種類型鏈路差錯(cuò)檢測檢測連接狀態(tài)最大傳送單元網(wǎng)絡(luò)層地址協(xié)商數(shù)據(jù)壓縮協(xié)商.

2.PPP協(xié)議不需要的功能糾錯(cuò)流量控制序號多點(diǎn)線路半雙工或單工鏈路.

3.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(biāo)準(zhǔn)；

PPP協(xié)議有三個(gè)組成部分一個(gè)將IP數(shù)據(jù)報(bào)封裝到串行鏈路的方法；鏈路控制協(xié)議LCP；網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議NCP；.

二、PPP協(xié)議的幀格式標(biāo)志字段F=0x7E（符號“0x”表示后面的字符是用十六進(jìn)制表示，十六進(jìn)制的7E的二進(jìn)制表示是01111110）；地址字段A只置為0xFF，地址字段實(shí)際上并不起作用；控制字段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)。.PPP協(xié)議的幀格式PPP有一個(gè)2個(gè)字節(jié)的協(xié)議字段；當(dāng)協(xié)議字段為0x0021時(shí)，PPP幀的信息字段就是IP數(shù)據(jù)報(bào)；若為0xC021,則信息字段是PPP鏈路控制數(shù)；若為0x8021，則表示這是網(wǎng)絡(luò)控制數(shù)據(jù)。IP數(shù)據(jù)報(bào)1211字節(jié)12不超過1500字節(jié)PPP幀先發(fā)送7EFF03FACFCSF7E協(xié)議信息部分首部尾部.

1.透明傳輸問題當(dāng)PPP用在同步傳輸鏈路時(shí)，協(xié)議規(guī)定采用硬件來完成比特填充（和HDLC的做法一樣）；當(dāng)PPP用在異步傳輸時(shí)，就使用一種特殊的字符填充法；.（1）字符填充法將信息字段中出現(xiàn)的每一個(gè)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(gè)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(gè)0x7D字節(jié)，同時(shí)將該字符的編碼加以改變；.零比特填充法PPP協(xié)議用在SONET/SDH鏈路時(shí)，是使用同步傳輸（一連串的比特連續(xù)傳送）。這時(shí)PPP協(xié)議采用零比特填充方法來實(shí)現(xiàn)透明傳輸；在發(fā)送端，只要發(fā)現(xiàn)有5個(gè)連續(xù)1，則立即填入一個(gè)0。接收端對幀中的比特流進(jìn)行掃描。每當(dāng)發(fā)現(xiàn)5個(gè)連續(xù)1時(shí)，就把這5個(gè)連續(xù)1后的一個(gè)0刪除；.01001111110001010信息字段中出現(xiàn)了和標(biāo)志字段F完全一樣的8比特組合發(fā)送端在5個(gè)連1之后填入0比特再發(fā)送出去在接收端把5個(gè)連1之后的0比特刪除會被誤認(rèn)為是標(biāo)志字段F

010011111010001010發(fā)送端填入0比特010011111010001010接收端刪除填入的0比特零比特填充法.

不提供使用序號和確認(rèn)的可靠傳輸：PPP協(xié)議之所以不使用序號和確認(rèn)機(jī)制是出于以下的考慮：在數(shù)據(jù)鏈路層出現(xiàn)差錯(cuò)的概率不大時(shí)，使用比較簡單的PPP協(xié)議較為合理；在因特網(wǎng)環(huán)境下，PPP的信息字段放入的數(shù)據(jù)是IP數(shù)據(jù)報(bào)。數(shù)據(jù)鏈路層的可靠傳輸并不能夠保證網(wǎng)絡(luò)層的傳輸也是可靠的；

幀檢驗(yàn)序列FCS字段可保證無差錯(cuò)接受；.

三、PPP協(xié)議的工作狀態(tài)當(dāng)用戶撥號接入ISP時(shí)，路由器的調(diào)制解調(diào)器對撥號做出確認(rèn)，并建立一條物理連接；PC機(jī)向路由器發(fā)送一系列的LCP分組（封裝成多個(gè)PPP幀）；這些分組及其響應(yīng)選擇一些PPP參數(shù)，和進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)層配置，NCP給新接入的PC機(jī)分配一個(gè)臨時(shí)的IP地址，使PC機(jī)成為因特網(wǎng)上的一個(gè)主機(jī)；通信完畢時(shí)，NCP釋放網(wǎng)絡(luò)層連接，收回原來分配出去的IP地址。接著，LCP釋放數(shù)據(jù)鏈路層連接；最后釋放的是物理層的連接。.設(shè)備之間無鏈路鏈路靜止鏈路建立鑒別網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議鏈路打開鏈路終止物理鏈路LCP鏈路已鑒別的LCP鏈路已鑒別的LCP鏈路和NCP鏈路物理層連接建立LCP配置協(xié)商鑒別成功或無需鑒別NCP配置協(xié)商鏈路故障或關(guān)閉請求LCP鏈路終止鑒別失敗LCP配置協(xié)商失敗.§3.3使用廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層一、局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層局域網(wǎng)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)具有如下主要優(yōu)點(diǎn)：（1）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；（2）便于系統(tǒng)的擴(kuò)展，各設(shè)備的位置可靈活調(diào)整和改變；.1.局域網(wǎng)的拓?fù)?/p>

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).2.以太網(wǎng)的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)（1）DIXEthernetV2是世界上第一個(gè)局域網(wǎng)產(chǎn)品（以太網(wǎng)）的規(guī)約；（2）IEEE的802.3標(biāo)準(zhǔn)；（3）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)簡稱為“以太網(wǎng)”。嚴(yán)格說來，“以太網(wǎng)”是指符合DIXEthernetV2標(biāo)準(zhǔn)的局域網(wǎng)；.3.

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子層媒體接入控制MAC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.局域網(wǎng)對LLC子層是透明的局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層物理層站點(diǎn)1網(wǎng)絡(luò)層物理層邏輯鏈路控制LLCLLC媒體接入控制MACMAC數(shù)據(jù)鏈路層站點(diǎn)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;.2.適配器的作用網(wǎng)絡(luò)接口板又稱為通信適配器或網(wǎng)絡(luò)接口卡NIC，或“網(wǎng)卡”；適配器的重要功能：

進(jìn)行串行/并行轉(zhuǎn)換；對數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存；在計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)安裝設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序；實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)協(xié)議；.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.

二、CSMA/CD協(xié)議最初的以太網(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單又可靠，因?yàn)榭偩€上沒有有源器件；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)B向

D發(fā)送數(shù)據(jù).1.以太網(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)都能檢測到B發(fā)送的數(shù)據(jù)信號;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)了一對一的通信;.

為了通信簡便以太網(wǎng)采取了兩種重要措施：（1）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)；（2）以太網(wǎng)對發(fā)送的數(shù)據(jù)幀不進(jìn)行編號，也不要求對方發(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；.

2.以太網(wǎng)提供的服務(wù)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)發(fā)送的數(shù)據(jù)都使用

曼徹斯特編碼

基帶數(shù)字信號曼徹斯特編碼

碼元1111100000出現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換.3.

載波監(jiān)聽多點(diǎn)接入/碰撞檢測CSMA/CD（1）“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；（2）“載波監(jiān)聽”是指每一個(gè)站在發(fā)送數(shù)據(jù)之前先要檢測一下總線上是否有其他計(jì)算機(jī)在發(fā)送數(shù)據(jù)，如果有，則暫時(shí)不要發(fā)送數(shù)據(jù)，以免發(fā)生碰撞；總線上并沒有什么“載波”。因此，“載波監(jiān)聽”就是檢測總線上有沒有其他計(jì)算機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)信號；.（3）“碰撞檢測”就是計(jì)算機(jī)邊發(fā)送數(shù)據(jù)邊檢測信道上的信號電壓大?。唬?）當(dāng)幾個(gè)站同時(shí)在總線上發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，總線上的信號電壓擺動(dòng)值將會增大（互相疊加）；當(dāng)一個(gè)站檢測到的信號電壓擺動(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；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”。.

4.檢測到碰撞后（1）在發(fā)生碰撞時(shí)，總線上傳輸?shù)男盘柈a(chǎn)生了嚴(yán)重的失真，無法從中恢復(fù)出有用的信息來;（2）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；.§3.4使用廣播信道的以太網(wǎng)一、使用集線器的星形拓?fù)鋫鹘y(tǒng)以太網(wǎng)最初是使用粗同軸電纜，后來演進(jìn)到使用比較便宜的細(xì)同軸電纜，最后發(fā)展為使用更便宜和更靈活的雙絞線；這種以太網(wǎng)采用星形拓?fù)洌谛切蔚闹行膭t增加了一種可靠性非常高的設(shè)備，叫做集線器(hub)；.使用集線器的雙絞線以太網(wǎng)

集線器兩對雙絞線站點(diǎn)RJ-45插頭.1.星形網(wǎng)10BASE-T

（1）使用無屏蔽雙絞線，每個(gè)站需要用兩對雙絞線，分別用于發(fā)送和接收；（2）使用集線器，可靠性高，擴(kuò)展方便；（3）通信距離稍短，每個(gè)站到集線器的距離不超過100m；（4）10Mb/s速率，這種無屏蔽雙絞線星形網(wǎng)，成本低，可靠性高；10BASE-T雙絞線以太網(wǎng)是局域網(wǎng)發(fā)展史上一個(gè)非常重要的里程碑，它為以太網(wǎng)在局域網(wǎng)中的統(tǒng)治地位奠定了牢固的基礎(chǔ)。.2.集線器的特點(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.三、以太網(wǎng)的MAC層1.MAC層的硬件地址（1）在局域網(wǎng)中，硬件地址又稱為物理地址，或MAC地址；（2）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)識符；（3）鑒于大家都早已習(xí)慣了將這種48位的“名字”稱為“地址”，所以本書也采用這種習(xí)慣用法，盡管這種說法并不太嚴(yán)格；.

48位的MAC地址：IEEE的注冊管理機(jī)構(gòu)RA負(fù)責(zé)向廠家分配地址字段的前三個(gè)字節(jié)(即高位24位)；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；“MAC地址”實(shí)際上就是適配器地址或適配器標(biāo)識符EUI-48。.適配器檢查MAC地址：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；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；.

2.MAC幀的格式常用的以太網(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；.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).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

.MAC幀物理層MAC層IP層目的地址源地址類型數(shù)據(jù)FCS6624字節(jié)46~1500IP數(shù)據(jù)報(bào)以太網(wǎng)V2的MAC幀格式FCS字段4字節(jié)當(dāng)傳輸媒體的誤碼率為1108時(shí)，MAC子層可使未檢測到的差錯(cuò)小于11014。當(dāng)數(shù)據(jù)字段的長度小于46字節(jié)時(shí)，應(yīng)在數(shù)據(jù)字段的后面加入整數(shù)字節(jié)的填充字段，以保證以太網(wǎng)的MAC幀長不小于64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).二、在數(shù)據(jù)鏈路層擴(kuò)展局域網(wǎng)在數(shù)據(jù)鏈路層擴(kuò)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(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)，并不是向所有的接口轉(zhuǎn)發(fā)此幀，而是先檢查此幀的目的MAC地址，然后再確定將該幀轉(zhuǎn)發(fā)到哪一個(gè)接口；.1.網(wǎng)橋的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

站表接口管理軟件網(wǎng)橋協(xié)議實(shí)體緩存接口1接口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.使用網(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；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)；.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ABCDEF.使用網(wǎng)橋帶來的缺點(diǎn):存儲轉(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2AB用戶數(shù)據(jù)

IP-H

MAC-HMAC-T

DL-HDL-T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)橋不改變它轉(zhuǎn)發(fā)的幀的源地址.網(wǎng)橋和集線器的不同：（1）集線器在轉(zhuǎn)發(fā)幀時(shí)，不對傳輸媒體進(jìn)行檢測；（2）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。.網(wǎng)橋是按照自學(xué)習(xí)算法處理收到的幀和建立轉(zhuǎn)發(fā)表：（1）若從A發(fā)出的幀從接口x進(jìn)入了某網(wǎng)橋，那么從這個(gè)接口出發(fā)沿相反方向一定可把一個(gè)幀傳送到A；（2）網(wǎng)橋每收到一個(gè)幀，就記下其源地址和進(jìn)入網(wǎng)橋的接口，作為轉(zhuǎn)發(fā)表中的一個(gè)項(xiàng)目；（3）在建立轉(zhuǎn)發(fā)表時(shí)是把幀首部中的源地址寫在“地址”這一欄的下面；.（4）在轉(zhuǎn)發(fā)幀時(shí)，則是根據(jù)收到的幀首部中的目的地址來轉(zhuǎn)發(fā)的。這時(shí)就把在“地址”欄下面已經(jīng)記下的源地址當(dāng)作目的地址，而把記下的進(jìn)入接口當(dāng)作轉(zhuǎn)發(fā)接口；.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→BA1F→CF2.B2B1ABCDEF1212例2，有5個(gè)站連在3個(gè)局域網(wǎng)上，用網(wǎng)橋B1和B2連接，開始時(shí)兩個(gè)網(wǎng)橋中的轉(zhuǎn)發(fā)表都是空的，以后有些站向其他站發(fā)送數(shù)據(jù)幀，要求完成下表。地址接口地址接口發(fā)送的幀B1的轉(zhuǎn)發(fā)表B2的轉(zhuǎn)發(fā)表B1的處理(轉(zhuǎn)發(fā)?丟棄?登記?)B2的處理(轉(zhuǎn)發(fā)?丟棄?登記?)A→EA1A1轉(zhuǎn)發(fā),寫入轉(zhuǎn)發(fā)表轉(zhuǎn)發(fā),寫入轉(zhuǎn)發(fā)表C→BC2C1轉(zhuǎn)發(fā),寫入轉(zhuǎn)發(fā)表轉(zhuǎn)發(fā),寫入轉(zhuǎn)發(fā)表D→CD2D1寫入轉(zhuǎn)發(fā)表,丟棄轉(zhuǎn)發(fā),寫入轉(zhuǎn)發(fā)表B→AB1寫入轉(zhuǎn)發(fā)表,丟棄收不到這個(gè)幀.2.多接口網(wǎng)橋—以太網(wǎng)交換機(jī)

1990年問世的交換式集線器，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(jī)或第二層交換機(jī)（表明此交換機(jī)工作在數(shù)據(jù)鏈路層）；以太網(wǎng)交換機(jī)通常都有十幾個(gè)接口，因此，以太網(wǎng)交換機(jī)實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)多接口的網(wǎng)橋，可見交換機(jī)工作在數(shù)據(jù)鏈路層；.以太網(wǎng)交換機(jī)的特點(diǎn)（1）以太網(wǎng)交換機(jī)的每個(gè)接口都直接與主機(jī)相連，并且一般都工作在全雙工方式；（2）交換機(jī)能同時(shí)連通許多對的接口，使每一對相互通信的主機(jī)都能像獨(dú)占通信媒體那樣，進(jìn)行無碰撞地傳輸數(shù)據(jù)；（3）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；.交換機(jī)獨(dú)占傳輸媒體的帶寬分析（1）對于普通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)接口到主機(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，因此對于擁有

N對接口的交換機(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)

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.利用交換機(jī)可以很方便地實(shí)現(xiàn)虛擬局域網(wǎng)：（1）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；（2）這些網(wǎng)段具有某些共同的需求；（3）每一個(gè)VLAN的幀都有一個(gè)明確的標(biāo)識符，指明發(fā)送這個(gè)幀的工作站是屬于哪一個(gè)VLAN；（4）虛擬局域網(wǎng)其實(shí)只是局域網(wǎng)給用戶提供的一種服務(wù)，而并不是一種新型局域網(wǎng)；.以太網(wǎng)交換機(jī)A4B1以太網(wǎng)交換機(jī)VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太網(wǎng)交換機(jī)以太網(wǎng)交換機(jī)三個(gè)虛擬局域網(wǎng):VLAN1,VLAN2和VLAN3當(dāng)B1向VLAN2工作組內(nèi)成員發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，工作站B2和B3將會收到廣播的信息。B1發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，工作站A1,A2和C1都不會收到B1發(fā)出的廣播信息。虛擬局域網(wǎng)限制了接收廣播信息的工作站數(shù)，使得網(wǎng)絡(luò)不會因傳播過多的廣播信息(即“廣播風(fēng)暴”)而引起性能惡化。.§3.6高速以太網(wǎng)一、100BASE-T以太網(wǎng)1.概述（1）速率達(dá)到或超過100Mb/s的以太網(wǎng)稱為高