CH3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 數(shù)據(jù)鏈路層

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（第5版）

第3章數(shù)據(jù)鏈路層

?第3章數(shù)據(jù)鏈路層

3.1使用點(diǎn)對點(diǎn)信道的數(shù)據(jù)鏈路層

3.2點(diǎn)對點(diǎn)協(xié)議PPP

3.3使用廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層

3.4使用廣播信道的以太網(wǎng)

3.5擴(kuò)展的以太網(wǎng)

3.6高速以太網(wǎng)

3.7其他類型的高速局域網(wǎng)接口

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(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。

■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

主機(jī)?向出發(fā)送數(shù)據(jù)

兒從層次上來看數(shù)據(jù)的流動

應(yīng)用層以用層

運(yùn)輸層m輸層

網(wǎng)絡(luò)層岡絡(luò)層

鏈路層連超較各層

施

物理層理勿理層

數(shù)據(jù)鏈路層的簡單模型（續(xù)）

主機(jī)?向出發(fā)送數(shù)據(jù)

路由器R3

一—盤由器名一

主機(jī)He

局域網(wǎng)一iO一廣域網(wǎng)’

兒僅從數(shù)據(jù)鏈路層觀察幀的流動

應(yīng)用層應(yīng)用層

運(yùn)輸層昌輸層

向絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層

物理層件I耳:層I；勿理也一斤理#里層I

3.1使用點(diǎn)對點(diǎn)信道的數(shù)據(jù)鏈路層

L3.1.1數(shù)據(jù)鏈路和幀

■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(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。

-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。

數(shù)據(jù)鏈路層傳送的是幀

結(jié)點(diǎn)B

幀丁丁

1010..........011C

IIIII

鏈路

(a)

結(jié)點(diǎn)A結(jié)點(diǎn)B

數(shù)據(jù)

鏈路層

(b)

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)o因此在數(shù)據(jù)鏈路層，規(guī)程

和協(xié)議是同義語。

3.1.2三個基本問題

(1)封裝成幀

(2)透明傳輸

(3)差錯控制

1.封裝成幀

■封裝成幀(framing)就是在一段數(shù)據(jù)的前后分別

添加首部和尾部，然后就構(gòu)成了一個幀。確定

幀的界限。

■首部和尾部的一個重要作用就是進(jìn)行幀定界。

幀開始IP數(shù)據(jù)報(bào)幀結(jié)束

發(fā)送幀首部幀的數(shù)據(jù)部分幀尾部

——<MTU--------

數(shù)據(jù)鏈路層的幀長

用控制字符進(jìn)行幀定界的方法舉例

幀開始符幀結(jié)束符

S。.裝在幀中的數(shù)據(jù)部分|EOT

[----------------------幀-----------------------，

發(fā)送在前

收到的數(shù)據(jù)有完整的定界符（SOH和EOT）,正確接收

如果不完整（有SOH無EOT）,不完整的幀，則丟棄。

2.透明傳輸

出現(xiàn)了“EOT”

完整的幀一

發(fā)送—數(shù)據(jù)部分

車前

SOHEOTEOT

被接收端被接收端當(dāng)作無效幀而丟棄

誤認(rèn)為是一個幀

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(jìn)制編碼是1B)O

■字節(jié)填充(bytestuffing)或字符填充(character

stuffing)——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。

■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

符前面插入一個轉(zhuǎn)義字符。當(dāng)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。

用字節(jié)填充法解決透明傳輸?shù)膯栴}

幀開始符幀結(jié)束符

原始數(shù)據(jù)

SOHEOTSOHESCSOHEOT

字節(jié)填先/字節(jié)鋪充；字就填'充'字卷填充

■/■』'、'、、■'、、.

SOHESCEOTESCSOHESCESCESCSOHEOT

--------------------經(jīng)過字節(jié)填充后發(fā)送的數(shù)據(jù)---------------->

發(fā)送

在前

3.差錯檢測

■在傳輸過程中可能會產(chǎn)生比特差錯：1可能會變

成。而。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?，在?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳

輸數(shù)據(jù)時，必須采用各種差錯檢測措施。

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)乂=101001（現(xiàn)在

k=6）o我們在M的后面再添加供差錯檢

測用的。位冗余碼一起發(fā)送。

冗余碼的計(jì)算

■用二進(jìn)制的模2運(yùn)算進(jìn)行2〃乘M的運(yùn)

算，這相當(dāng)于在M后面添加〃個0。

■得到的（k+"）位的數(shù)除以事先選定好的

長度為（,+1）位的除數(shù)戶，得出商是Q

而余數(shù)是凡余數(shù)只比除數(shù)尸少1位，

即凡是〃位。

冗余碼的計(jì)算舉例

?現(xiàn)在k=6,"=101001。

■設(shè)/?=3,除數(shù)P=1101,

■被除數(shù)是101001000。

■模2運(yùn)算的結(jié)果是：商Q=110101,

余數(shù)/?二001o

■把余數(shù)周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：2“M+R

即：101001001,共（k+c）位。

循環(huán)冗余檢驗(yàn)的原理說明

110101—Q（商）

尸（除數(shù)）->1101110除Q1.Q00-2心（版除數(shù)）

HOIiHH

moHH

HOIjj1:

cm^:

0000ijj

mo”

1101；j

■oiibj

0000i

Two

1101

西一代（余數(shù)），作為FCS

幀檢驗(yàn)序列FCS

■在數(shù)據(jù)后面添加上的冗余碼稱為幀檢驗(yàn)序

歹ijFCS(FrameCheckSequence)o

■循環(huán)冗余檢驗(yàn)CRC和幀檢驗(yàn)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。

接收端對收到的每一幀進(jìn)行CRC檢驗(yàn)

■(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)RwO,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(yán)格的挑選，并使用位數(shù)足夠多的除

數(shù)尸，那么出現(xiàn)檢測不到的差錯的概率就很小

很小。

■P(x)=x3+x2+1P=1101

>CRC-16=x16+x15+x2+1

>CRC-CCITT=X16+X12+X5+1

■CRC-32=X32+X26+X23+X22+X11+X10+X8+X7+X5+X4+X2+X+1

■數(shù)據(jù)鏈路層，發(fā)送端幀檢驗(yàn)序列FCS的生成

和接收端的CRC檢驗(yàn)都是用硬件完成，處理

迅速，不延誤數(shù)據(jù)的傳輸。

應(yīng)當(dāng)注意

-僅用循環(huán)冗余檢驗(yàn)CRC差錯檢測技術(shù)只能做到

無差錯接受（accept）。

■“無差錯接受”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(rèn)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(rèn)和重傳機(jī)制。

3.2點(diǎn)對點(diǎn)協(xié)議PPP

[3.2.1PPP協(xié)議的特點(diǎn)

-在通信線路質(zhì)量較差的年代，鏈路層使用

可靠傳輸?shù)母呒墧?shù)據(jù)鏈路控制HDLC協(xié)議。

■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-Point

Protocol)o

-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。

用戶到ISP的鏈路使用PPP協(xié)議

用

戶

<-------------------PPP協(xié)議------------A

用戶計(jì)算機(jī)和ISP進(jìn)行通信時所使用的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議

1.ppp協(xié)議應(yīng)滿足的需求

簡單——協(xié)議是實(shí)現(xiàn)不易出錯，提高對協(xié)議的不同實(shí)現(xiàn)

的互操作性。

封裝成幀一接收端正確定位比特流的開始與結(jié)束位置

透明性-解決數(shù)據(jù)中出現(xiàn)幀定界符

多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議一在同一條物理鏈路上同時支持多種網(wǎng)

絡(luò)層協(xié)議（IP,IPX等）

多種類型鏈路一串行，并行，同步，異步，低速，高速

差錯檢測一接收端進(jìn)行幀檢測，丟體有差錯的幀

檢測連接狀態(tài)一自動檢測鏈路是否處在正常工作狀態(tài)

最大傳送單元-促進(jìn)各種實(shí)現(xiàn)之間的互操作性；數(shù)據(jù)部分

的最大長度，不是幀的總長度

網(wǎng)絡(luò)層地址協(xié)商一通過協(xié)商知道彼此的網(wǎng)絡(luò)層地址

數(shù)據(jù)壓縮協(xié)商

2.PPP協(xié)議不需要的功能

-糾錯：PPP鏈路層協(xié)議只負(fù)責(zé)檢錯

■流量控制：TCP負(fù)責(zé)，PPP不需要重復(fù)負(fù)責(zé)

-序號：PPP是不可靠傳輸

-多點(diǎn)線路：PPP只支持點(diǎn)到點(diǎn)的鏈路通信

■半雙工或單工鏈路:PPP只支持全雙工鏈路

3.PPP協(xié)議的組成

LPPP協(xié)議有三個組成部分

-封裝：一種封裝多協(xié)議數(shù)據(jù)報(bào)的方法。PPP封裝提供了

不同網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議同時在同一鏈路傳輸?shù)亩嗦窂?fù)用技術(shù)。

PPP封裝精心設(shè)計(jì)，能保持對大多數(shù)常用硬件的兼容

性。

■鏈路控制協(xié)議LCP：PPP提供的LCP功能全面，適用

于大多數(shù)環(huán)境。LCP用于就封裝格式選項(xiàng)自動達(dá)成一

致，處理數(shù)據(jù)包大小限制，探測環(huán)路鏈路和其他普通的

配置錯誤，以及終止鏈路。LCP提供的其他可選功能

有：認(rèn)證鏈路中對等單元的身份，決定鏈路功能正常或

鏈路失敗情況。

■網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議NCP：一種擴(kuò)展鏈路控制協(xié)議，用于建

立、配置、測試和管理數(shù)據(jù)鏈路連接。

3.2.2PPP協(xié)議的幀格式

■標(biāo)志字段F=0x7Eo

■地址字段A只置為OxFF。地址字段實(shí)際上并不起作用。

-控制字段C通常置為0x03。

■信息字段的長度是可變的，不超過1500字節(jié)

■FCS是使用CRC幀檢測序列

ppp協(xié)議的幀格式

■ppp有一個2個字節(jié)的協(xié)議字段。

■當(dāng)協(xié)議字段為0x0021時，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)據(jù)。

■若為0x8021,則表示這是網(wǎng)絡(luò)控制數(shù)據(jù)。

透明傳輸問題

■當(dāng)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(dāng)信息字段中出現(xiàn)和標(biāo)志字段一樣的比

特（0x7E）時，采取措施使這樣的比特

組合不出現(xiàn)在信息字段中。

■當(dāng)PPP用在異步傳輸時，就使用一種特

殊的字符填充法。

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)o

■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)o

■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。如：0x03變?yōu)?/p>

(0x7D0x23)

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(shí)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(jìn)行掃描。每當(dāng)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，

零比特填充

信息字段中出現(xiàn)了和01001111110001010

標(biāo)志字段F完全一樣k--------Y--------)

的8比特組合會被誤認(rèn)為是標(biāo)志字段F

o

發(fā)送端在5個連1之后t

填入0比特再發(fā)送出去

發(fā)送端填入0比特

01001111110001010

在接收端把5個連1

之后的0比特刪除

接收端刪除填入的0比特

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(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字段可保證無差錯接受。

3.2.3PPP協(xié)議的工作狀態(tài)

■當(dāng)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(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)分配一個臨

時的IP地址，使PC機(jī)成為因特網(wǎng)上的一個主

機(jī)。

■通信完畢時，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

LCP配置

LCP鏈路協(xié)商吳敗

終止I____

二鑒別失敗

鏈路終止＜-----------

鏈路故障或

關(guān)閉請求

■配置：使用鏈路控制協(xié)議的簡單和自制機(jī)制。

該機(jī)制也應(yīng)用于其它控制協(xié)議，例如：網(wǎng)絡(luò)控

制協(xié)議(NCP)o

為了建立點(diǎn)對點(diǎn)鏈路通信，PPP鏈路的每一端，

必須首先發(fā)送LCP包以便設(shè)定和測試數(shù)據(jù)鏈路。

在鏈路建立，LCP所需的可選功能被選定之后，

PPP必須發(fā)送NCP包以便選擇和設(shè)定一個或更

多的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。一旦每個被選擇的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)

議都被設(shè)定好了，來自每個網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的數(shù)據(jù)

報(bào)就能在鏈路上發(fā)送了。

■鏈路將保持通信設(shè)定不變，直到有LCP和NCP

數(shù)據(jù)包關(guān)閉鏈路，或者是發(fā)生一些外部事件的

時候(如，休止?fàn)顟B(tài)的定時器期滿或者網(wǎng)絡(luò)管

埋員干佛)。

3.3使用廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層

3.3.1局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層

■局域網(wǎng)最主要的特點(diǎn)是：網(wǎng)絡(luò)為一個單位

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、可用性和生存性。

局域網(wǎng)的拓?fù)?/p>

集線器.+工?

uu\

總線網(wǎng)\

星形網(wǎng)

匹配電阻

「星"/

（干線耦合器

［早￥,

環(huán)形網(wǎng)樹形網(wǎng)

■以太網(wǎng)發(fā)展很快，快速以太網(wǎng)100Mb/s,

吉比特以太網(wǎng)1Gb/s,10吉比特以太網(wǎng)

10Gb/s,在局域網(wǎng)市場中占絕對優(yōu)勢

■局域網(wǎng)工作層次跨越了數(shù)據(jù)鏈路層和物

理層。局域網(wǎng)技術(shù)中有關(guān)數(shù)據(jù)鏈路層的

內(nèi)容比較豐富，因此把局域網(wǎng)的內(nèi)容放

到數(shù)據(jù)鏈路層這章中討論。

,媒體共享技術(shù)

禺何使眾多用戶能夠合理而方便的共享通信

媒體資源。兩種方法：

-靜態(tài)劃分信道

■頻分復(fù)用，時分復(fù)用，波分復(fù)用，碼分復(fù)用

-動態(tài)媒體接入控制(多點(diǎn)接入)

-隨機(jī)接入必須解決碰撞的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

■受控接入，如多點(diǎn)線路探詢(polling),或輪

詢。

■重點(diǎn)討論屬于隨機(jī)接入的以太網(wǎng)

1.以太網(wǎng)的兩個標(biāo)準(zhǔn)

■DIXEthernetV2是世界上第一個局域網(wǎng)

產(chǎn)品（以太網(wǎng)）的規(guī)約。10Mb/s

■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)簡稱為“以太網(wǎng)”。

■嚴(yán)格說來，“以太網(wǎng)”應(yīng)當(dāng)是指符合DIX

EthernetV2標(biāo)準(zhǔn)的局域網(wǎng)

數(shù)據(jù)鏈路層的兩個子層

41

■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

拆成兩個子層：

■邏輯鏈路控制LLC(LogicalLinkControl)子層

■媒體寸妾入寸空制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

局域網(wǎng)對LLC子層

是透明的

邏輯鏈路控制

媒體接入控制

站點(diǎn)1站點(diǎn)2

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(biāo)準(zhǔn)中的幾種局姓網(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(adapter)

或網(wǎng)絡(luò)接口卡NIC(NetworkInterface

Card),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

IP地址硬件地址

計(jì)算機(jī)

CPU和-——H適配器至局域網(wǎng)

存儲器卜并行（網(wǎng)卡）串行贏

生成發(fā)送的數(shù)據(jù)把幀發(fā)送到局域網(wǎng)

處理收到的數(shù)據(jù)從局域網(wǎng)接收幀

3.3.2CSMA/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。

ABCDE

不接受［B向D［不接受）|接受［不接受

發(fā)送數(shù)據(jù)-------------------

以太網(wǎng)的廣播方式發(fā)送

■總線上的每一個工作的計(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才接收這個數(shù)據(jù)幀。

■其他所有的計(jì)算機(jī)（人,€：和￡）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(shí)現(xiàn)了一對一的通信。

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(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)生差錯的概率是很小的。

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)目的站收到有差錯的數(shù)據(jù)幀時就丟棄

些幀，其他什么也不做。差錯的糾正由

局層來決定。

■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)并不知道這是一個重傳的

幀，而是當(dāng)作一個新的數(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(Manchester)編碼

碼元1000100iii

基帶數(shù)字信號I?1

111i11

曼徹斯特編碼Udrdn-?TLHLj-Lrir

出現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換tTTtt；tT

基帶數(shù)字信號是高、低電平交替出現(xiàn)的信號。當(dāng)出現(xiàn)一連串的1或0

時，接收端無法從數(shù)據(jù)比特流中提取同步信號。曼徹斯特編碼保證

每個碼元的正中間出現(xiàn)一次電壓的轉(zhuǎn)換，保證接收端方便的提取同

步信號。

載波監(jiān)聽多點(diǎn)接入/碰撞檢測

CSMA/CD

:CSMA/CD表示CarrierSenseMultipleAccess

withCollisionDetectiono

■“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”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(jì)算機(jī)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(jì)

算機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)信號。

碰撞檢測

■“碰撞檢測”就是計(jì)算機(jī)邊發(fā)送數(shù)據(jù)邊檢測信道

上的信號電壓大小。

■當(dāng)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(dāng)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(rèn)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”。

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(yán)重的失真，無法從中恢復(fù)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(fèi)網(wǎng)絡(luò)資源，然后等待一段

隨機(jī)時間后再次發(fā)送。

電磁波在總線上的有限傳播速率的影響

■當(dāng)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Bo

■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。

傳播時延對載波監(jiān)聽的影響

1km

=

fT—5

B檢測到信道空閑

發(fā)送數(shù)據(jù)

?3/2

發(fā)生碰撞

B檢測到發(fā)生碰撞

停止發(fā)送

重要特性

■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(yuǎn)小于以太網(wǎng)的最高數(shù)據(jù)率。

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2u（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2u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。

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）一個隨機(jī)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

■定義重傳次數(shù)k,k<10,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

數(shù)，記為幾重傳所需的時延就是，倍的爭用

舟間。

■當(dāng)重傳達(dá)16次仍不能成功時即丟棄該幀，并

向高層報(bào)告。

爭用期的長度

!以太網(wǎng)取51.2四為爭用期的長度。

■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。

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。

強(qiáng)化4或撞

!當(dāng)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)送若干比特的人為干擾信號(jamming

signal),以便讓所有用戶都知道現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)生

了碰撞。

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。

發(fā)生碰撞總線被占用的時間TB+TJ+工

幀間最小間隔

■以太網(wǎng)規(guī)定幀間最小間隔為9.6RS,相當(dāng)于96

bit的發(fā)送時間。

■一個站在檢測到總線開始空閑后，還要等待

9.6”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。

CSMA/CD協(xié),議的要點(diǎn)

■適配器從網(wǎng)絡(luò)層獲得一個分組，組成以太網(wǎng)幀,

放入適配器的緩沖，準(zhǔn)備發(fā)送

■若適配器檢測到信道空閑(96bit時間沒有檢測到

信道上有信號)，就發(fā)送幀。若檢測到信道忙，

則繼續(xù)檢測并等待信道空閑，然后再發(fā)送。

■在發(fā)送過程中繼續(xù)檢測信道，若一直未檢測到

碰撞，就順利發(fā)送完幀。若檢測到碰撞，則中

止數(shù)據(jù)發(fā)送，并發(fā)人為干擾信號

■在中止發(fā)送后，適配器執(zhí)行指數(shù)退避算法，等

待r倍倍2bit時間后,返回到步(2)

3.4使用廣播信道的以太網(wǎng)

3.4.1使用集線器的星形拓?fù)?/p>

!傳統(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)?，在星形的中?/p>

則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)

兩對雙絞線

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。

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)。

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，因此整個系統(tǒng)仍然像一個傳統(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，工作在物理

層O

■集線器采用了專門的芯片，進(jìn)行自適應(yīng)串音回

波抵消。每個比特在轉(zhuǎn)發(fā)之前進(jìn)行再生整形并

重新定時。

具有三個接口的集線器

工作站工作站工作站

■現(xiàn)在的堆疊式集線器由4?8個集線器堆疊

起來使用。有少量的容錯能力和網(wǎng)絡(luò)管

理功能。

■模塊化的機(jī)箱式智能集線器有很高的可

靠性。全部功能都以模塊方式實(shí)現(xiàn)。各

模塊均可熱插拔。

■IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)可以使用光纖作為傳輸媒

體，10BASE-F

3.4.2以太網(wǎng)的信道利用率

=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r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)生碰撞------f------占用期

，爭用期，爭用期:爭用期

發(fā)送成功

111

*---2-----1-2--AV-2--AY--------TR--------F

<-------------發(fā)送一幀所需的平均時間------------>

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2u,即端到端傳播時延的兩倍。

檢測到碰撞后不發(fā)送信號。

■假定發(fā)送幀需要的時間為T。。幀長為L(bit),

數(shù)據(jù)發(fā)送速率為。(b/s),因而幀的發(fā)送時間

為〃。=1(s)。

■成功發(fā)送一個幀需要占用信道的時間是T0+T,

To

參數(shù)a

■要提高以太網(wǎng)的信道利用率，就必須減小丁與To

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c與幀的發(fā)送時間7。之比：

a=—(3-2)

To

?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(fèi)許多信道資源，使得信道

利用率明顯降低。

對以太網(wǎng)參數(shù)的要求

■當(dāng)數(shù)據(jù)率一定時，以太網(wǎng)的連線的長度

受到限制，否則了的數(shù)值會太大。

-以太網(wǎng)的幀長不能太短，否則丁0的值會

太小，使a值太大。

信道利用率的最大值Smax

生理想化的情況下，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To十2而幀本身的

發(fā)送時間是7。。于是我們可計(jì)算出理想情況下的

極限信道利用率Smax為：

T。1

Smax(3-3)

1+Q

3.4.3以太網(wǎng)的MAC層

■1MAC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(biāo)準(zhǔn)所說的“地址”嚴(yán)格地講應(yīng)當(dāng)是

每一個站的“名字”或標(biāo)識符。

■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

■lEEE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(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。

■一個地址塊可以生成224個不同的地址。這

種48位地址稱為MAC-48,它的通用名稱

是EUI-48。

■“MAC地址”實(shí)際上就是適配器地址或適

配器標(biāo)識符EUI-48。

當(dāng)路由器通過適配器連接到局域網(wǎng)時，

（計(jì)算機(jī)通過適配器連接到網(wǎng)）適配器

上的硬件地址就用來標(biāo)志路由器的某個

接口。路由器如果同時連接到兩個網(wǎng)絡(luò)

上，那么它就需要兩個適配器和兩個硬

件地址。

適配器檢查MAC地址

cs配器具有過濾功能。

■適配器從網(wǎng)絡(luò)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(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。

■“發(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)

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)V2的MAC幀格式

前同步碼幀開始

定界符

以太網(wǎng)V2的MAC幀格式

IP層

MAC層

物理層

以太網(wǎng)V2的MAC幀格式

以太網(wǎng)V2的MAC幀格式

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協(xié)議。

以太網(wǎng)V2的MAC幀格式

以太網(wǎng)V2的MAC幀格式

當(dāng)傳輸媒體的誤碼率為1x10-8時，

MAC子層可使未檢測到的差錯小于1x10-14。

IP層

MAC層

物理層

當(dāng)數(shù)據(jù)字段的長度小于46字節(jié)時，

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)。

以太網(wǎng)V2的MAC幀格式

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(shí)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。

j無效的MAC幀

■幀的長度不是整數(shù)個字節(jié)；

■用收到的幀檢驗(yàn)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(fù)責(zé)重傳丟棄的幀。

3.5擴(kuò)展的以太網(wǎng)

3.5.1在物理層擴(kuò)展以太網(wǎng)

-以太網(wǎng)上的主機(jī)距離不能太遠(yuǎn)

-主機(jī)使用光纖和一對光纖調(diào)制解調(diào)器連接到集線

以太網(wǎng)

集線器

光纖

T

光纖光纖

調(diào)制葡調(diào)器

調(diào)制解調(diào)器

用多個集線器可連成更大的局域網(wǎng)

fl__________

■某大學(xué)有三個系，各自有一個局域網(wǎng)

三個獨(dú)立的碰撞域

碰撞域碰撞域碰撞域

二系

用集線器組成更大的局域網(wǎng)

都在一個碰撞域中

一個更大的碰撞域

用集線器擴(kuò)展局域網(wǎng)

X優(yōu)點(diǎn)

.使原來屬于不同碰撞域的局域網(wǎng)上的計(jì)算機(jī)能

夠進(jìn)行跨碰撞域的通信。

-擴(kuò)大了局域網(wǎng)覆蓋的地理范圍。

■缺點(diǎn)

■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。

3.5.2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

1.網(wǎng)橋的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

網(wǎng)段A網(wǎng)罩B

②⑤

...\.

使用網(wǎng)橋帶來的好處

■過濾通信量,增大吞吐量。

■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

使用網(wǎng)橋帶來的缺點(diǎn)

■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(luò)擁塞。這就是所謂

的廣播風(fēng)暴。

網(wǎng)橋不改變它轉(zhuǎn)發(fā)的幀的源地址

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，不對傳輸媒體進(jìn)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(jìn)行退避。

2.透明網(wǎng)橋

■目前使用得最多的網(wǎng)橋是透明網(wǎng)橋(transparent

bridge)o

■“透明”是指局域網(wǎng)上的站點(diǎn)并不知道所發(fā)送

的幀將經(jīng)過哪幾個網(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IEEE

802.1Do

網(wǎng)橋應(yīng)當(dāng)按照以下自學(xué)習(xí)算法

;處理收到的幀和建立轉(zhuǎn)發(fā)表

L若從A發(fā)出的幀從接口x進(jìn)入了某網(wǎng)橋,那么從這個接口

出發(fā)沿相反方向一定可把一個幀傳送到Ao

■網(wǎng)橋每收到一個幀，就記下其源地址和進(jìn)入網(wǎng)橋的接口，

作為轉(zhuǎn)發(fā)表中的一個項(xiàng)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(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。

轉(zhuǎn)發(fā)表的建立過程舉例

BB

12122

A11cR，F(xiàn)a

地址接口地址接口

A—BA1A一BA1

F—CF2F—CF2

B-AB1■■■■■■

■■■■■■

網(wǎng)橋在轉(zhuǎn)發(fā)表中登記以下三個信息

■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(jìn)入該網(wǎng)橋的時間。

■這是因?yàn)橐蕴W(wǎng)的拓?fù)淇赡芙?jīng)常會發(fā)生變化，站點(diǎn)

也可能會更換適配器（這就改變了站點(diǎn)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(dá)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(luò)拓?fù)涞淖钚聽顟B(tài)信息。這樣就使得

網(wǎng)橋中的轉(zhuǎn)發(fā)表能反映當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的最新拓?fù)錉顟B(tài)。

網(wǎng)橋的自學(xué)習(xí)和轉(zhuǎn)發(fā)幀的步驟歸納

■網(wǎng)橋收到一幀后先進(jìn)行自學(xué)習(xí)。查找轉(zhuǎn)發(fā)表中與收到

幀的源地址有無相匹配的項(xiàng)目。如沒有，就在轉(zhuǎn)發(fā)表

中增加一個項(xiàng)目（源地址、進(jìn)入的接口和時間）。如

有，則把原有的項(xiàng)目進(jìn)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(xiàng)目。

-如沒有，則通過所有其他接口（但進(jìn)入網(wǎng)橋的接口除外）進(jìn)

行轉(zhuǎn)發(fā)。

.如有，則按轉(zhuǎn)發(fā)表中給出的接口進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。

■若轉(zhuǎn)發(fā)表中給出的接口就是該幀進(jìn)入網(wǎng)橋的接口，則應(yīng)丟棄

這個幀（因?yàn)檫@時不需要經(jīng)過網(wǎng)橋進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)）。

透明網(wǎng)橋使用了生成樹算法

■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。

A發(fā)出的幀

生成樹的得出

■互連在一起的網(wǎng)橋在進(jìn)行彼此通信后，就能

找出原來的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞囊粋€子集。在這個子

集里，整個連通的網(wǎng)絡(luò)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(luò)中不斷地兜圈

子。

■為了得出能夠反映網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(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?fù)溥M(jìn)行更新。

3.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(dá)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.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(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(jī)(switch)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)通常都有十幾個接口。因此，以太

網(wǎng)交換機(jī)實(shí)質(zhì)上就是一個多接口的網(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)

■以太網(wǎng)交換機(jī)的每個接口都直接與主機(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)。

■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(10

Mb/s)的N分之一。

■使用以太網(wǎng)交換機(jī)時，雖然在每個接口到主機(jī)的

帶寬還是10Mb/s,但由于一個用戶在通信時是獨(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?/p>

A/x10Mb/So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)

萬維網(wǎng)」

服務(wù)器—100Mb/s路由器至因特網(wǎng)

以太網(wǎng)

100Mb/s交換機(jī)

電子郵件三

服務(wù)器

二系一10BASE-T

3333asas

利用以太網(wǎng)交換機(jī)可以很方便地

實(shí)現(xiàn)虛擬局域網(wǎng)

■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(biāo)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(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)

L-l?—

HVLAN

VLAN1：VLAN2

C2

以太網(wǎng)_!

交換機(jī)1

c

以太網(wǎng)二j1、I

交換機(jī)-;I

—

?以太A

三個虛擬局域網(wǎng)：

7交換機(jī)

VLAN~VLAN?和VLAN3

以太網(wǎng)

交換機(jī)

L-l?—

nVLAN

：3

VLAN1VLAN2

B

以太網(wǎng)~\1_J

交換機(jī)

c

以太網(wǎng)=；「I

交換機(jī)「j

Ai

當(dāng)電向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。

以太網(wǎng)---7’

交換機(jī)門,A'「3'：

Ln?—

：nVLAN3

VLAN1VLAN2

以太網(wǎng)_!1」

交換機(jī)

以太網(wǎng)=；tI

交換機(jī)「j

k=rAi

B1發(fā)送數(shù)據(jù)時，工作站A1，A2和Ci

都不會收到B1發(fā)出的廣播信息。

LD以太）

0交換機(jī)

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。

虛擬局域網(wǎng)使用的

以太網(wǎng)幀格式

■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(biāo)識符，稱為VLAN標(biāo)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)。

/-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------\

插入4字節(jié)的VLAN標(biāo)記

字節(jié)66