數(shù)據(jù)鏈路層學(xué)習(xí)課件

1第3章數(shù)據(jù)鏈路層2數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層使用的信道：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道。一對(duì)一的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信方式。廣播信道。一對(duì)多的廣播通信方式。協(xié)議設(shè)計(jì)：如何保證多主機(jī)對(duì)共享信道的使用？3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)4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)53.1使用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道的數(shù)據(jù)鏈路層

3.1.1數(shù)據(jù)鏈路和幀

鏈路(link)：結(jié)點(diǎn)到相鄰結(jié)點(diǎn)的物理線路。數(shù)據(jù)鏈路(datalink)：在物理線路的基礎(chǔ)上，通過通信協(xié)議來控制數(shù)據(jù)的傳輸。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。常用方法：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。

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)鏈路層結(jié)點(diǎn)A結(jié)點(diǎn)B幀(a)(b)發(fā)送幀接收鏈路IP數(shù)據(jù)報(bào)1010……0110幀裝入數(shù)據(jù)鏈路層傳送的是幀73.1.2三個(gè)基本問題(1)幀的封裝(2)透明傳輸(3)差錯(cuò)控制81.幀的封裝首部和尾部：幀定界，必要的控制信息；最大傳輸單元MTU：幀的數(shù)據(jù)部分的長度上限。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9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場合：數(shù)據(jù)由可打印的ASCII碼文本構(gòu)成。幀定界符設(shè)計(jì)：采用不可打印的控制字符。幀開始符：SOH(ASCII碼：0x01)。幀結(jié)束符：EOT(ASCII碼：0x04)。102.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)送在前場合：數(shù)據(jù)由任意字符（可能包括SOH或EOT）。問題？11解決辦法字節(jié)填充或字符填充發(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，如：“ESC”(ASCII碼：0x1B)。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(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)。12SOHSOHEOTSOHESCESCEOTESCSOHESCESCESCSOH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}SOH133.差錯(cuò)檢測在傳輸過程中可能會(huì)產(chǎn)生比特差錯(cuò)：1可能會(huì)變成0，0也可能變成1。誤碼率

BER(BitErrorRate)：傳輸錯(cuò)誤的比特占所傳輸比特總數(shù)的比率。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。14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k個(gè)比特。假設(shè)待傳送的一組數(shù)據(jù)M=101001（k=6）。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。15冗余碼的計(jì)算事先選定好長度為(n+1)位的除數(shù)

P，即為生成多項(xiàng)式；用二進(jìn)制的模

2

運(yùn)算（加減法是異或運(yùn)算）進(jìn)行2n乘M的運(yùn)算：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P，得出商

Q和余數(shù)R(n

位)。16冗余碼的計(jì)算舉例k=6,M=101001。設(shè)除數(shù)

P=1101=x3+x2+x0，

則n=3,被除數(shù)：2nM=101001000實(shí)際上是左移運(yùn)算，用硬件很容易實(shí)現(xiàn)。

運(yùn)算結(jié)果：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)：2nM+R

即：101001001，共(k+n)位。17

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))循環(huán)冗余檢驗(yàn)的原理說明18接收端對(duì)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(gè)幀沒有差錯(cuò)，就接受(accept)。(2)若余數(shù)R

0，則判定這個(gè)幀有差錯(cuò)，就丟棄。該檢測方法并不能確定究竟是哪一個(gè)或哪幾個(gè)比特出現(xiàn)了差錯(cuò)。只要經(jīng)過嚴(yán)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(cuò)的概率就很小很小。19應(yīng)當(dāng)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(accept)?！盁o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)”。對(duì)于幀丟失、幀重復(fù)、幀失序無能為力。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（由上層TCP實(shí)現(xiàn)）?！盁o比特差錯(cuò)”不等于“無傳輸差錯(cuò)”。203.2點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議PPP

3.2.1PPP協(xié)議的特點(diǎn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議

PPP：(Point-to-PointProtocol。用戶使用撥號(hào)電話線接入因特網(wǎng)時(shí)，一般都是使用PPP協(xié)議。21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PPPoE：現(xiàn)在的寬帶上網(wǎng)（ADSL）用的是PPPoverEthernet協(xié)議。22PPP協(xié)議的組成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。一個(gè)用來建立、配置和測試數(shù)據(jù)鏈路連接的鏈路控制協(xié)議

LCP(LinkControlProtocol)。一套網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議

NCP(NetworkControlProtocol)。

233.2.2PPP協(xié)議的幀格式標(biāo)志字段：F

=0x7E；地址字段：A=0xFF；控制字段：C=0x03；協(xié)議字段：0x0021：信息字段為IP數(shù)據(jù)報(bào)。0xC021：信息字段為鏈路控制協(xié)議LCP數(shù)據(jù)。0x8021：信息字段為網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議NCP數(shù)據(jù)。

FCS幀校驗(yàn)序列，可以用CRC，也可以用其他校驗(yàn)方法。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24透明傳輸問題（自學(xué)）字節(jié)填充。零比特填充。253.3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)的優(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、可用性和生存性。26局域網(wǎng)的拓?fù)淦ヅ潆娮杓€器干線耦合器總線網(wǎng)星形網(wǎng)樹形網(wǎng)環(huán)形網(wǎng)27媒體共享技術(shù)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。

28

傳統(tǒng)以太網(wǎng)的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)

1982年，DIXEthernetV2是世界上第一個(gè)局域網(wǎng)產(chǎn)品（以太網(wǎng)）的規(guī)約。1983年，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)”。29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。30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(NetworkInterfaceCard)，或“網(wǎng)卡”。適配器的重要功能：進(jìn)行串行/并行轉(zhuǎn)換。對(duì)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。

31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32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。3.3.2CSMA/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(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)33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(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。具有廣播特性的總線上實(shí)現(xiàn)了一對(duì)一的通信。34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。35曼徹斯特(Manchester)編碼

基帶數(shù)字信號(hào)曼徹斯特編碼

碼元1111100000出現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換基帶數(shù)字信號(hào)：對(duì)于長串0或1，接收端無法提取同步信號(hào)。曼徹斯特編碼：每個(gè)碼元分成兩個(gè)相等的間隔。1：先低后高；0：先高后低。36載波監(jiān)聽多點(diǎn)接入/碰撞檢測CSMA/CD多點(diǎn)接入：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：每一個(gè)站在發(fā)送數(shù)據(jù)之前先要檢測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。碰撞檢測：計(jì)算機(jī)邊發(fā)送數(shù)據(jù)邊檢測信道上信號(hào)電壓大小。當(dāng)檢測到的信號(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，即沖突。37檢測到碰撞后在發(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。1kmABt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(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(shí)延記為

40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(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。41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(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

稱為爭用期，或碰撞窗口。經(jīng)過爭用期這段時(shí)間還沒有檢測到碰撞，才能肯定這次發(fā)送不會(huì)發(fā)生碰撞。42爭用期的長度以太網(wǎng)取51.2

s為爭用期的長度。對(duì)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(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。因此，以太網(wǎng)規(guī)定，最短有效幀為64字節(jié)。43二進(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，一般取爭用期2

。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(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。

443.4使用廣播信道的以太網(wǎng)

3.4.1使用集線器的星形拓?fù)浼€器兩對(duì)雙絞線站點(diǎn)RJ-45插頭45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。集線器很像一個(gè)多接口的轉(zhuǎn)發(fā)器，工作在物理層，集線器不進(jìn)行碰撞檢測。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。463.4.3以太網(wǎng)的

MAC

層

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。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(shí)符，必須保證生產(chǎn)出的適配器沒有重復(fù)地址。注意：路由器連接多個(gè)網(wǎng)絡(luò)，因此需要多個(gè)適配器和多個(gè)MAC地址。47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。特別地，混雜模式：把所聽到的以太網(wǎng)的幀都收下來。“發(fā)往本站的幀”包括以下三種幀：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）48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49MAC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)50MAC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)51MAC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。52MAC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)為什么數(shù)據(jù)域最小長度為46字節(jié)？因?yàn)橐蕴W(wǎng)幀的最小長度為64字節(jié)，減去其他域的長度，剩下數(shù)據(jù)域最小長度為46字節(jié)。53MAC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)54MAC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(1和0交替碼)，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)553.5擴(kuò)展的局域網(wǎng)

3.5.1在物理層擴(kuò)展局域網(wǎng)某大學(xué)有三個(gè)系，各自有一個(gè)局域網(wǎng)三個(gè)獨(dú)立的碰撞域一系二系三系碰撞域碰撞域碰撞域56用集線器擴(kuò)展局域網(wǎng)一系三系二系主干集線器一個(gè)更大的碰撞域碰撞域57優(yōu)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)跨系通信；擴(kuò)大了局域網(wǎng)覆蓋的地理范圍。缺點(diǎn)碰撞域增大了，但總吞吐量并未提高：三個(gè)10Mbps加在一起，還是10Mbps。用集線器擴(kuò)展局域網(wǎng)58在數(shù)據(jù)鏈路層擴(kuò)展局域網(wǎng)：網(wǎng)橋。工作原理：網(wǎng)橋工作在數(shù)據(jù)鏈路層，通過檢查幀的目的MAC地址，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)：確定將該幀轉(zhuǎn)發(fā)到哪個(gè)接口。3.5.2在數(shù)據(jù)鏈路層擴(kuò)展局域網(wǎng)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212①->⑥：轉(zhuǎn)發(fā)；①->③：丟棄。60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)。使用網(wǎng)橋帶來的好處B2B1碰撞域碰撞域碰撞域ABCDEF網(wǎng)橋使各網(wǎng)段成為隔離開的碰撞域61轉(zhuǎn)發(fā)前，存儲(chǔ)幀和查找轉(zhuǎn)發(fā)表，增加了時(shí)延。在MAC子層沒有流量控制功能，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷很重時(shí)，緩存空間不夠?qū)?dǎo)致幀丟失。存在廣播風(fēng)暴問題。使用網(wǎng)橋帶來的代價(jià)62集線器工作在物理層，不進(jìn)行碰撞檢測。網(wǎng)橋工作在數(shù)據(jù)鏈路層，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)橋和集線器的區(qū)別63透明：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(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。2.透明網(wǎng)橋64轉(zhuǎn)發(fā)表：初始為空。自學(xué)習(xí)算法：建立轉(zhuǎn)發(fā)表地址接口B2B1ABCDEF1212地址接口65基本思想：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。動(dòng)作：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。自學(xué)習(xí)算法：建立轉(zhuǎn)發(fā)表66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→CF267地址、接口、幀進(jìn)入該網(wǎng)橋的時(shí)間。原因：以太網(wǎng)的拓?fù)淇赡茏兓?、站點(diǎn)可能更換適配器、站點(diǎn)可能關(guān)機(jī)等。網(wǎng)橋定期掃描轉(zhuǎn)發(fā)表，刪除過期表項(xiàng)。網(wǎng)橋在轉(zhuǎn)發(fā)表中

登記以下三個(gè)信息68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(gè)項(xiàng)目（源地址、進(jìn)入的接口和時(shí)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（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(gè)幀（因?yàn)檫@時(shí)不需要經(jīng)過網(wǎng)橋進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)）。69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

F1

網(wǎng)橋1轉(zhuǎn)發(fā)的幀

F2網(wǎng)橋2轉(zhuǎn)發(fā)的幀網(wǎng)絡(luò)資源白白消耗了70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€(gè)子集。在這個(gè)子集里，整個(gè)連通的網(wǎng)絡(luò)中不存在回路，即在任何兩個(gè)站之間只有一條路徑。為了得出能夠反映網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化時(shí)的生成樹，在生成樹上的根網(wǎng)橋每隔一段時(shí)間還要對(duì)生成樹的拓?fù)溥M(jìn)行更新。生成樹的得出71自學(xué)。3.源路由網(wǎng)橋721990年出現(xiàn)交換式集線器(switchinghub)，稱為以太網(wǎng)交換機(jī)(switch)或第二層交換機(jī)（工作在數(shù)據(jù)鏈路層）。以太網(wǎng)交換機(jī)通常有多個(gè)接口，實(shí)質(zhì)上是多接口的網(wǎng)橋。4.多接口網(wǎng)橋——以太網(wǎng)交換機(jī)73交換機(jī)每個(gè)接口都直接與主機(jī)相連，并且一般工作在全雙工方式。交換機(jī)能同時(shí)連通許多對(duì)接口，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)的特點(diǎn)74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75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