計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)精編教程-原理與實(shí)踐 課件 第2章 直連網(wǎng)絡(luò)

直連網(wǎng)絡(luò)第2章2.1 直連網(wǎng)絡(luò)2.2 編碼2.3 成幀2.4 差錯(cuò)檢測(cè)2.5 廣播式以太網(wǎng)2.6 交換機(jī)2.7 高速以太網(wǎng)直連網(wǎng)絡(luò)第2章2.1.1 直連網(wǎng)絡(luò)的概念2.1.2 直連網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸2.1.3 直連網(wǎng)絡(luò)的硬件組成2.1.4 導(dǎo)向傳輸媒體2.1.5 非導(dǎo)向傳輸媒體2.1直連網(wǎng)絡(luò)2.1.1直連網(wǎng)絡(luò)的概念定義：直連網(wǎng)絡(luò)指的是所有通信主機(jī)通過(guò)某種“傳輸媒體”直接連接，直連網(wǎng)絡(luò)中的任何一臺(tái)主機(jī)發(fā)送一個(gè)廣播幀，其他主機(jī)都能夠收到該廣播幀。2.1.1直連網(wǎng)絡(luò)的概念兩種情況：直接通過(guò)物理傳輸媒體將主機(jī)連接在一起通過(guò)交換機(jī)將主機(jī)間接連接在一起2.1.1直連網(wǎng)絡(luò)的概念傳輸媒體：可以是銅纜或光纖等，其傳輸距離可以很近也可以很遠(yuǎn)，即直連的網(wǎng)絡(luò)可以覆蓋一個(gè)較小的區(qū)域；也可能覆蓋一個(gè)很大的區(qū)域，最簡(jiǎn)單的直連網(wǎng)絡(luò)就是用一根雙絞線將兩臺(tái)計(jì)算機(jī)直接相連而構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。由集線器（物理層）組成的小型直連網(wǎng)絡(luò)。由交換機(jī)（數(shù)據(jù)鏈路層）組成的小型直連網(wǎng)絡(luò)。直連網(wǎng)絡(luò)的距離取決于這個(gè)特殊的網(wǎng)絡(luò)。直連網(wǎng)絡(luò)物理層集線器鏈路層交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)層路由器直連網(wǎng)絡(luò)R1R2網(wǎng)絡(luò)接口直連網(wǎng)絡(luò)直連網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍直連網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍左邊直連的網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)的數(shù)據(jù)，可能需要經(jīng)過(guò)路由器間多次逐跳轉(zhuǎn)發(fā)，才能夠到達(dá)右邊直連網(wǎng)絡(luò)中的某個(gè)主機(jī)。相鄰路由器之間連接的網(wǎng)絡(luò)是直連網(wǎng)絡(luò)。R3R2R1R4直連網(wǎng)絡(luò)直連網(wǎng)絡(luò)直連網(wǎng)絡(luò)2.1.2直連網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸比特傳輸?shù)膯?wèn)題：比特0或1通過(guò)編碼和調(diào)制，能轉(zhuǎn)換成在鏈路上傳輸?shù)男盘?hào)。完整消息的問(wèn)題：為了把一個(gè)完整的消息發(fā)送給接收主機(jī)，發(fā)送方主機(jī)需要將這些消息比特封裝成幀，簡(jiǎn)稱成幀（framing）。直連網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)，當(dāng)它通過(guò)網(wǎng)卡相連的鏈路發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，需要解決哪些問(wèn)題呢？2.1.2直連網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸傳輸出錯(cuò)的問(wèn)題：發(fā)送的比特1變成了比特0或接收方無(wú)法還原接收的信號(hào)。必須有一種機(jī)制來(lái)保證接收方不會(huì)將傳輸中出錯(cuò)的數(shù)據(jù)交付給應(yīng)用程序，這種機(jī)制就是幀的差錯(cuò)檢測(cè)。2.1.2直連網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸共享鏈路的問(wèn)題：直連網(wǎng)絡(luò)中的多臺(tái)主機(jī)共享同一鏈路，則需要使用某種機(jī)制來(lái)協(xié)調(diào)主機(jī)使用共享鏈路，這種機(jī)制被稱為媒體訪問(wèn)控制也被稱為介質(zhì)訪問(wèn)控制。廣播式以太網(wǎng)絡(luò)，采用的是CSMA/CD媒體訪問(wèn)控制方法。2.1.2直連網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸主機(jī)標(biāo)識(shí)的問(wèn)題：為了解決任何一臺(tái)主機(jī)向共享鏈路上發(fā)送幀，所有連接在該共享鏈路上的主機(jī)均能收到這個(gè)幀不知道哪臺(tái)主機(jī)，不知道由哪臺(tái)主機(jī)來(lái)處理這個(gè)幀的問(wèn)題，需要對(duì)連接到共享鏈路上的主機(jī)進(jìn)行標(biāo)識(shí)。2.1.3直連網(wǎng)絡(luò)的硬件組成CacheCPUMemory總線接口鏈路接口直連網(wǎng)絡(luò)的硬件由兩部分組成，一部分是能夠發(fā)送或接收幀的主機(jī)，另一部分是用于主機(jī)間傳輸信號(hào)的鏈路。串行通信鏈路主機(jī)

2.1.4導(dǎo)向傳輸媒體1）雙絞線定義：按照某種標(biāo)準(zhǔn)，將兩根相互絕緣的、獨(dú)立的導(dǎo)線以絞合的方式纏繞在一起，導(dǎo)線相互纏繞可以有效的提高其抗電磁干擾的能力，并且能夠減少線纜內(nèi)線對(duì)間的電磁輻射和線纜內(nèi)相鄰線對(duì)間的串?dāng)_。分類：非屏蔽雙絞線（UnshieldedTwisted

Pair，UTP）屏蔽雙絞線（ShieldedTwisted

Pair，STP）不同類型雙絞線標(biāo)識(shí)U/FTP：僅有線對(duì)屏蔽層。F(S)/UTP：僅有總屏蔽層。F(S)/FTP：總屏蔽層，每對(duì)雙絞線有鋁箔屏蔽層。SF/UTP：雙層總屏蔽層，雙絞線對(duì)無(wú)屏蔽層。SF/FTP：整條雙絞線線纜有雙層總屏蔽層，且每對(duì)雙絞線有鋁箔屏蔽層。雙絞線節(jié)距注意，用于計(jì)算機(jī)間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾p絞線線纜，一共有4對(duì)8根銅導(dǎo)線，這8根銅導(dǎo)線均被不同的色標(biāo)的絕緣材料包裹。雙絞線絞距/節(jié)距雙絞線節(jié)距

雙絞線的絞距越小，它能夠支持的數(shù)據(jù)率也就越高。所謂絞距，是指雙絞線一個(gè)扭絞周期的長(zhǎng)度，也稱為節(jié)距。雙絞線絞距/節(jié)距型帶寬最高最大應(yīng)用場(chǎng)景線形GAT21Mhz4Mb/s-令牌環(huán)網(wǎng)絡(luò)GAT316Mhz10Mb/s100m令牌環(huán)網(wǎng)絡(luò)，以太網(wǎng)GAT420Mhz16Mb/s100m令牌環(huán)網(wǎng)絡(luò)，以太網(wǎng)，快速以太網(wǎng)GAT5100Mhz100Mb/s100m以太網(wǎng)，快速以太網(wǎng)，令牌環(huán)網(wǎng)絡(luò)GAT5E125Mhz1Gb/s100m以太網(wǎng)，快速以太網(wǎng)，千兆以太網(wǎng)GAT6250Mhz10Gb/s100m千兆以太網(wǎng)，萬(wàn)兆以太網(wǎng)（55m）GAT6A500Mhz10Gb/s100m千兆以太網(wǎng)，萬(wàn)兆以太網(wǎng)（100m）GAT7600Mhz10Gb/s100m千兆以太網(wǎng)，萬(wàn)兆以太網(wǎng)（100m）必須使用屏蔽雙絞線GAT82000Mhz40Gb/s36m數(shù)據(jù)中心、短距離服務(wù)器與交換機(jī)連接，4萬(wàn)兆以太網(wǎng)（30-36m）必須使用屏蔽雙絞線常用雙絞線類型2.1.4導(dǎo)向傳輸媒體2）光纖定義：光纖是由兩種不同折射率的材質(zhì)包裹在一起而合成的雙層圓柱體，處于里層的材質(zhì)，其折射率要高于外層（包層）的折射率，當(dāng)光通過(guò)纖芯到達(dá)纖芯與包層的結(jié)合面時(shí)，光會(huì)形成折射，如果光的入射角度選擇合適，光的折射角度就會(huì)大于入射角度而形成光的全反射，即光遇到包層，又折回到纖芯中，這個(gè)過(guò)程的不斷重復(fù)，使得光能夠沿著纖芯不斷傳輸下去。光纖的傳播模式多模光纖：若在一條光纖中，光能夠以多個(gè)不同的入射角進(jìn)入該光纖而形成全反射，即光能夠以不同的傳播路徑通過(guò)光纖傳輸，這種光纖稱為多模光纖。光纖的傳播模式單模光纖：若光纖的直徑非常細(xì)（纖芯直徑一般是9μm或10μm），這種光纖僅能夠傳輸一種模式的光。光纖的優(yōu)點(diǎn)高帶寬：光纖的帶寬要遠(yuǎn)高于雙絞線的帶寬。低成本：玻璃光纖最基本的原材料是二氧化硅，價(jià)格比較低廉，這使得玻璃光纖的制造成本要低于雙絞線。重量輕：光纖的直徑要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于銅線，因此光纖的體積更小，重量也更輕。信號(hào)衰減低：光纖中光信號(hào)的衰減要小于銅線中的電信號(hào)，這也使得光纖的中繼距離更長(zhǎng)。光纖的優(yōu)點(diǎn)抗干擾能力強(qiáng)：不會(huì)受到電磁場(chǎng)的干擾，也不存在電磁泄露的問(wèn)題。承載能力高：光纖非常細(xì)小，同樣直徑的線纜，能夠容納的光纖的數(shù)量高于銅線。使用壽命長(zhǎng)：二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)較為穩(wěn)定，使得光纖的壽命要遠(yuǎn)大于銅線，普通的光纜的使用壽命約為20年，而海底光纜的使用壽命可達(dá)25年。光纖的缺點(diǎn)質(zhì)地脆，機(jī)械強(qiáng)度較差。需要專用的工具和技術(shù)才能完成光纖的接續(xù)。分路、耦合不靈活。彎曲半徑不能太小。光纖通信模型在發(fā)送端，源主機(jī)產(chǎn)生的電信號(hào)通過(guò)光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，并將光信號(hào)耦合到光纖中進(jìn)行傳輸。光纖通信模型

在接收端，光電轉(zhuǎn)換器把從光檢測(cè)器檢測(cè)的到光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后該電信號(hào)發(fā)送至接收主機(jī)。

如果發(fā)送端與接收端距離較遠(yuǎn)，需要使用中繼器將衰減、畸變后的光信號(hào)整形、放大，然后再將整形、放大后的光信號(hào)送入光纖繼續(xù)傳輸。光纖通信模型光纜光纜是將單根或多根光纖（多達(dá)數(shù)千根）進(jìn)行鎧裝。光纜由光纖、套管填充物、松套管、電纜填充物、聚氯乙烯內(nèi)護(hù)套、阻水材料、鋁鎧、聚氯乙烯外護(hù)套、中心加強(qiáng)件組成。光纜

光信號(hào)在傳輸過(guò)程中也會(huì)出現(xiàn)衰減，長(zhǎng)距離敷設(shè)的光纜中包含供電線，該供電線可用于為光纖的中繼設(shè)備提供電力。同軸電纜一般的同軸電纜一共有四層，分別是內(nèi)導(dǎo)體、絕緣層、外導(dǎo)體（金屬織物屏蔽層）和外保護(hù)層。同軸電纜一共分為兩種類型：基帶同軸電纜和寬帶同軸電纜?；鶐S電纜：主要用于傳輸數(shù)字信號(hào)，屏蔽層采用銅質(zhì)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。寬帶同軸電纜：主要用于傳輸模擬信號(hào)，屏蔽層采用鋁材料沖壓而成。同軸電纜2.1.5非導(dǎo)向傳輸媒體1）無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)可被分為有基礎(chǔ)設(shè)施的無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)和無(wú)基礎(chǔ)設(shè)施的無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)。無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)WLAN（常被稱為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)）是最典型的有基礎(chǔ)設(shè)施的無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)，在這種網(wǎng)絡(luò)中，移動(dòng)通信結(jié)點(diǎn)與基站進(jìn)行通信，基站與基站之間通過(guò)路由器相連，實(shí)現(xiàn)基站間分組轉(zhuǎn)發(fā)。主機(jī)通過(guò)AP（無(wú)線接入點(diǎn)）實(shí)現(xiàn)主機(jī)間的通信，將AP接入有線網(wǎng)絡(luò)，則能是心啊無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和有線網(wǎng)絡(luò)間的聯(lián)通。部分共用的ISM頻段頻率范圍帶寬中位頻率13.553MHz13.567MHz14KHz13.560MHz26.957MHz27.283MHz326KHz27.120MHz40.660MHz40.700MHz40KHz40.680MHz2.400GHz2.500GHz100MHz2.450GHz5.725GHz5.875GHz150MHz5.800GHz24.000GHz24.250GHz250MHz24.125GHz802.11標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)史時(shí)間（年）標(biāo)準(zhǔn)最高速率工作的頻段典型產(chǎn)品1997802.112Mb/s2.4GHz

1999802.11b11Mb/s2.4GHzWi-Fi11999802.11a54Mb/s5GHzWi-Fi22003802.11g54Mb/s2.4GHzWi-Fi32009802.11n600Mb/s2.4GHz、5GHzWi-Fi42013802.11ac3460Mb/s5GHzWi-Fi52019802.11ax9.6Gb/s2.4GHz、5GHzWi-Fi62021802.11be30Gb/s2.4GHz、5GHz、6GHzWi-Fi7WLAN與Wi-Fi的區(qū)別注意，WLAN和Wi-Fi的區(qū)分，廣義上認(rèn)為WLAN可以采用各種類型的無(wú)線電波作為傳輸媒體，來(lái)替代有線傳輸媒體組建小規(guī)模局域網(wǎng)絡(luò)。狹義上WLAN是基于IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)。而Wi-Fi是實(shí)現(xiàn)WLAN的一種技術(shù)。EthernetEthernet無(wú)線路由器或無(wú)線網(wǎng)橋

802.11Accesspoint采用任意無(wú)線技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 (b)WLAN支持802.11的客戶機(jī)(c)WLAN(atypeofWLAN)(a)Wireless,WLANs,WI-FI間的關(guān)系A(chǔ)dhoc是一種無(wú)中心（無(wú)基礎(chǔ)設(shè)施）的、對(duì)等的、多跳的自組織網(wǎng)絡(luò)（Self-organizingNetwork），主機(jī)可以隨時(shí)加入或撤出網(wǎng)絡(luò)。Adhoc無(wú)線網(wǎng)絡(luò)由于每個(gè)主機(jī)的無(wú)線覆蓋范圍受限，并且不斷有新的主機(jī)加入或原有主機(jī)退出，因此，Adhoc網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)常常處于動(dòng)態(tài)變化之中。Adhoc無(wú)線網(wǎng)絡(luò)2）微波通信微波是指頻率范圍在300MHz～3THz之間的電磁波。微波通信是指使用微波（頻率范圍是3GHz～40GHz）作為載體、用于長(zhǎng)途中繼的通信網(wǎng)絡(luò)。由于地表是一個(gè)凹凸不平的曲面，使得微波的傳輸距離受到限制，一般的情況下，其傳輸距離不會(huì)超過(guò)50公里。因此，采用微波來(lái)進(jìn)行遠(yuǎn)距離長(zhǎng)途通信，需要進(jìn)行微波接力。衛(wèi)星通信的最大優(yōu)點(diǎn)是覆蓋面大，幾乎可以覆蓋地球表面，特別適用于偏僻復(fù)雜的無(wú)人環(huán)境以及海洋環(huán)境。按軌道高度（距地表高度）進(jìn)行區(qū)分，人造地球衛(wèi)星運(yùn)行的軌道大致可區(qū)分為三大類：低地軌道/近地軌道中地軌道地球同步軌道/對(duì)地靜止軌道2）微波通信2.2.1 不歸零編碼2.2.2 曼徹斯特編碼2.2.3 差分曼徹斯特特編碼2.2編碼如果想將比特?cái)?shù)據(jù)通過(guò)主機(jī)間相連的物理鏈路傳輸?shù)搅硪慌_(tái)主機(jī)，我們需要在發(fā)送端將比特?cái)?shù)據(jù)編碼成能夠在物理鏈路上傳輸?shù)男盘?hào)。接收端從物理鏈路上接收信號(hào)并解碼成二進(jìn)制比特?cái)?shù)據(jù)。在銅纜中用高電平表示1，低電平表示0。在光纖中有光脈沖表示比特1，無(wú)光脈沖表示0。比特轉(zhuǎn)換成信號(hào)的工作，是由主機(jī)中的網(wǎng)卡信令模塊實(shí)現(xiàn)的。編碼的定義2.2.1不歸零編碼不歸零編碼高電平表示比特1，低電平表示比特0的這種編碼方式，稱為不歸零編碼。時(shí)鐘偏移如果接收方的時(shí)鐘慢了“半拍”或者更多，則接收方解碼不到正確的信號(hào)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，可以在發(fā)送方與接收方之間增加一條時(shí)鐘線，用來(lái)將發(fā)送方的時(shí)鐘發(fā)送給接收方，這種通信稱為同頻通信系統(tǒng)。2.2.2曼徹斯特編碼曼徹斯特編碼，它是采用發(fā)送方的時(shí)鐘與不歸零編碼進(jìn)行異或而得到的編碼，即將信號(hào)與時(shí)鐘合并起來(lái)。曼徹斯特編碼具有二電性、定時(shí)信息豐富、無(wú)直流分量、連碼個(gè)數(shù)不會(huì)超過(guò)2個(gè)等特點(diǎn)。2.2.3差分曼徹斯特編碼差分曼徹斯編碼就是在去除差分編碼中的參考碼之后，再采用曼徹斯編碼進(jìn)行編碼，得到的結(jié)果就是差分曼徹斯特編碼，即先進(jìn)行差分編碼，然后再進(jìn)行曼徹斯特編碼，最終得到差分曼徹斯特編碼。2.3.1 面向字符的協(xié)議（PPP）2.3.2面向比特的協(xié)議（HDLC）2.3成幀2.3.1非面向字符的協(xié)議（PPP）1）概述PPP協(xié)議把幀看作是一個(gè)字節(jié)/字符集而非比特集，即幀是以字節(jié)為單位進(jìn)行封裝的，每個(gè)幀中包含若干字節(jié)（字符），幀的長(zhǎng)度一定是字節(jié)的整數(shù)倍。2.3.1非面向字符的協(xié)議（PPP）1）概述PPP的優(yōu)點(diǎn)：（1）支持同步傳輸和異步傳輸。（2）當(dāng)在以太網(wǎng)上承載PPP，解決了傳統(tǒng)以太網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有身份認(rèn)證、加密以及壓縮功能。（3）通過(guò)LCP協(xié)議，實(shí)現(xiàn)各種鏈路層參數(shù)的協(xié)商，主要用于建立、監(jiān)控和關(guān)閉數(shù)據(jù)鏈路。（4）通過(guò)NCP協(xié)議，使得PPP能夠支持多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。（5）支持CHAP和PAP認(rèn)證，保證網(wǎng)絡(luò)的安全性。（6）沒(méi)有重傳機(jī)制，速度快且開(kāi)銷較小。2）PPP幀的格式FlagFlagAddressControlPayloadFCSFlagIP分組1尾部122~N2或4首部Payload0x00210x80210xC0210xC023……11IP數(shù)據(jù)報(bào)網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議NCP鏈路控制協(xié)議LCP鑒別數(shù)據(jù)（1）Flag：幀的標(biāo)志字段，占1個(gè)字節(jié)，該字段是用于標(biāo)識(shí)幀的開(kāi)始與幀的結(jié)束。（2）Address：地址字段，占1個(gè)字節(jié)，由于PPP是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的協(xié)議，此字段沒(méi)有意義。（3）Control：控制字段，占1個(gè)字節(jié)，其值固定是“00000011”，表示為“0x03”。2）PPP幀的格式2）PPP幀的格式（4）Protocol：占2個(gè)字節(jié)，用來(lái)標(biāo)明幀中的負(fù)載（即所封裝的數(shù)據(jù)）采用的是什么協(xié)議。（5）Payload：載荷（信息部分），即主機(jī)間真正傳輸?shù)摹⑼暾南?，其長(zhǎng)度是可變的，默認(rèn)最長(zhǎng)是1500字節(jié)，即幀中最多能夠承載的數(shù)據(jù)量是1500字節(jié)我們把這個(gè)最多可承載的數(shù)據(jù)量稱為最大傳輸單元MTU。如果上層交來(lái)的需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)塊超過(guò)了幀的MTU，則需要對(duì)該數(shù)據(jù)塊進(jìn)行分割。（6）FCS：幀檢驗(yàn)序列，長(zhǎng)度是2個(gè)字節(jié)或4個(gè)字節(jié)，默認(rèn)長(zhǎng)度是2個(gè)字節(jié)。3）字符填充方法當(dāng)PPP幀采用異步傳輸方式時(shí)，采用字符填充方法實(shí)現(xiàn)透明傳輸。異步傳輸是以字節(jié)作為基本的傳輸單位，即在傳輸過(guò)程中，將一個(gè)完整的PPP幀拆分成一個(gè)一個(gè)的字節(jié)，然后一個(gè)字節(jié)一個(gè)字節(jié)地在異步鏈路上進(jìn)行傳輸。字符填充的方法是對(duì)出現(xiàn)在透明傳輸區(qū)域的特定字符進(jìn)行轉(zhuǎn)義。轉(zhuǎn)義規(guī)則如下（RFC1662）：使用0x7D作為轉(zhuǎn)義字符，將載荷字段中出現(xiàn)的每一個(gè)0x7E，轉(zhuǎn)換為兩個(gè)字節(jié)的序列“0x7D、0x5E”。如果載荷中出現(xiàn)了一個(gè)0x7D，則將轉(zhuǎn)義字符0x7D轉(zhuǎn)換為兩個(gè)字節(jié)的序列“0x7D、0x5D”。對(duì)出現(xiàn)在載荷中的、其ASCII值小于0x20的控制字符也轉(zhuǎn)換為兩個(gè)字節(jié)的序列。3）字符填充方法4）比特填充方法當(dāng)PPP幀在SONET/SDH鏈路上使用同步傳輸，且采用比特填充方法實(shí)現(xiàn)透明傳輸。同步傳輸是將PPP幀看成一個(gè)比特串，即在傳輸過(guò)程中，將這一連串的比特串一位一位地連續(xù)不斷地進(jìn)行傳輸。為了防止載荷中出現(xiàn)字符0x7E（01111110），發(fā)送方發(fā)送載荷時(shí)，如果任意時(shí)刻起連續(xù)發(fā)送了

5個(gè)比特1，則在發(fā)送下一個(gè)比特之前發(fā)送一個(gè)比特0（插入一個(gè)比特0），通過(guò)這種填充方法，發(fā)送方可以確保發(fā)送的載荷中不會(huì)出現(xiàn)連續(xù)的6個(gè)比特1的情況。在接收方，當(dāng)識(shí)別出PPP幀開(kāi)始的定界符之后，將連續(xù)收到的5個(gè)比特1之后的比特0刪除，這樣就可以還源發(fā)送端發(fā)送的比特流。4）比特填充方法5）PPP協(xié)議的工作狀態(tài)（1）鏈路靜止?fàn)顟B(tài)：PPP鏈路從鏈路靜止?fàn)顟B(tài)開(kāi)始，也結(jié)束于該狀態(tài)。在該狀態(tài)下，用戶主機(jī)與ISP之間沒(méi)有物理連接。當(dāng)用戶主機(jī)通過(guò)調(diào)制解調(diào)器拔號(hào)向ISP服務(wù)器發(fā)送載波信息后，雙方PPP之間的物理連接便Up起來(lái)進(jìn)入PPP鏈路建立狀態(tài)（LinkEstablish）。鏈路靜止鏈路建立認(rèn)證網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議鏈路終止Up打開(kāi)成功或不需要認(rèn)證LCP協(xié)商失敗Down失敗鏈路故障/關(guān)閉5）PPP協(xié)議的工作狀態(tài)（2）鏈路建立狀態(tài)：在鏈路建立狀態(tài)，用戶主機(jī)與ISP服務(wù)器之間，通過(guò)交換一系列的配置分組來(lái)協(xié)商PPP參數(shù)，從而建立LCP連接。（3）身份認(rèn)證狀態(tài)：對(duì)于一些需要身份認(rèn)證的鏈路，在進(jìn)入到網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議協(xié)商狀態(tài)之前，需要進(jìn)行身份認(rèn)證，在默認(rèn)的情況下不需要進(jìn)行身份認(rèn)證。如果采用某種特定的身份認(rèn)證，則需要在鏈路建立時(shí)協(xié)商認(rèn)證。如果身份認(rèn)證失敗，PPP進(jìn)入鏈路終止?fàn)顟B(tài)。5）PPP協(xié)議的工作狀態(tài)（4）網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議協(xié)商狀態(tài)：當(dāng)前述各階段全部正確完成，PPP便進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議協(xié)商狀態(tài)。（5）鏈路終止?fàn)顟B(tài)：PPP在任何狀態(tài)下可以隨時(shí)終止鏈接，載波丟失、身份認(rèn)證失敗、鏈路質(zhì)量問(wèn)題等，都會(huì)導(dǎo)致PPP進(jìn)入鏈路終止?fàn)顟B(tài)。5）PPP協(xié)議的工作狀態(tài)LCP分組基本格式Code：代碼，占1個(gè)字節(jié)。用來(lái)指明LCP分組的類型。一共有三大類型的LCP分組：鏈路配置LCP分組；鏈路終止LCP分組；鏈路維護(hù)LCP分組。Identifier：標(biāo)識(shí)，占1個(gè)字節(jié)。用來(lái)標(biāo)識(shí)一對(duì)LCP配置請(qǐng)求和回答。Length：長(zhǎng)度，占2個(gè)字節(jié)。指的是LCP分組的總長(zhǎng)度。Data：數(shù)據(jù)，長(zhǎng)度可變。數(shù)據(jù)就是LCP分組進(jìn)行協(xié)商的一些參數(shù)選項(xiàng)。CodeIdentifierLength0123Data...6）PPP協(xié)議抓包例子01:Point-to-Point·Protocol02:PPPIPControl·Protocol03:…Code:ConfigurationRequest(1)04:…Identifier:1(0x01)05:…Length:1006:……Options:(6bytes),IPAddress07:……IPAddress08:…Type:IPAddress(3)09:………Length:610:……IPAddress:2.3.2面向比特的協(xié)議HDLC1）概述面向比特的協(xié)議把幀看成一個(gè)一連串的比特集，它并不關(guān)心字符的邊界，即幀中載荷可以是任何一種字符編碼集，它可以是ASCII字符集、可以是一個(gè)二進(jìn)制文件、也可以是一幅圖片等等。在HDLC中規(guī)定了3種類型的站（主機(jī)）、2種鏈路配置以及3種數(shù)據(jù)傳輸方式。2.3.2面向比特的協(xié)議HDLC1）概述3種類型的站分別是主站、從站和復(fù)合站。2種鏈路配置分別是不平衡配置和平衡配置。3種數(shù)據(jù)傳輸方式分別是正常響應(yīng)方式、異步平衡方式和異步響應(yīng)方式。2）HDLC幀格式Flag：幀定界符，占8比特，與PPP幀定界符相同。Address：地址字段，長(zhǎng)度可變。Control：控制字段，占8比特。用于指明HDLC幀的類型。Payload：載荷字段，其最大長(zhǎng)度取決于通信雙方緩存的大小或由FCS字段來(lái)決定。FCS：幀檢驗(yàn)序列，長(zhǎng)度是2個(gè)字節(jié)或4個(gè)字節(jié)，與PPP幀相同。FlagAddressControlPayloadControlFlagIP分組1尾部1≥1122~N2或4首部3）HDLC抓包實(shí)例01:·Cisco·HDLC02:·····Address:·Multicast·(0x8f)03:·····Control:·0x0004:·····Protocol:·SLAPR·(0x8035)05:·Cisco·SLARP06:·····Packet·type:·Line·keepalive·(2)07:·····Outgoing·sequence·number:·208:·····Returned·sequence·number:·109:·····Reliability:·0xffff2.4差錯(cuò)檢測(cè)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(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?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(cè)措施。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)。1）CRC原理原始數(shù)據(jù)CRC冗余碼發(fā)送數(shù)據(jù)k

位n

位k+n

位發(fā)送在發(fā)送端，先把數(shù)據(jù)劃分為組。假定每組k

個(gè)比特。在每組M

后面再添加供差錯(cuò)檢測(cè)用的n

位冗余碼，然后一起發(fā)送出去。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(zhǎng)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。將余數(shù)R

作為冗余碼拼接在數(shù)據(jù)M

后面，一起發(fā)送出去。冗余碼計(jì)算k

位n

位除數(shù)Pn+1位原始數(shù)據(jù)00…0CRC余數(shù)Rn

位原始數(shù)據(jù)CRCk

位n

位除數(shù)Pn+1位原始數(shù)據(jù)CRC余數(shù)若余數(shù)=0，接受若余數(shù)≠0，丟棄發(fā)送方接收方冗余碼計(jì)算接收端進(jìn)行CRC檢驗(yàn)(1)若得出的余數(shù)R=0，則判定這個(gè)幀沒(méi)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。但這種檢測(cè)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(guò)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(cè)不到的差錯(cuò)的概率就很小很小。現(xiàn)在k=6,M=101001。設(shè)n=3,除數(shù)

P=1101，被除數(shù)是2nM=1A01001000。模2運(yùn)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。冗余碼計(jì)算舉例P(除數(shù))11011101001010010002nM(被除數(shù))11011110110101110000111011010110000011001101001R(余數(shù))，作為FCSQ(商)原始數(shù)據(jù)M=101001除數(shù)P=1101得到：發(fā)送數(shù)據(jù)=101001001循環(huán)冗余檢驗(yàn)原理說(shuō)明幀檢驗(yàn)序列FCS在數(shù)據(jù)后面添加上的冗余碼稱為幀檢驗(yàn)序列

FCS(FrameCheckSequence)。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(cuò)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(lái)獲得FCS的唯一方法。僅用循環(huán)冗余檢驗(yàn)CRC差錯(cuò)檢測(cè)技術(shù)只能做到無(wú)差錯(cuò)接受(accept)?！盁o(wú)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(guò)程中沒(méi)有產(chǎn)生差錯(cuò)”。也就是說(shuō)：“凡是接收端數(shù)據(jù)鏈路層接受的幀都沒(méi)有傳輸差錯(cuò)”（有差錯(cuò)的幀就丟棄而不接受）。單純使用CRC差錯(cuò)檢測(cè)技術(shù)不能實(shí)現(xiàn)“無(wú)差錯(cuò)傳輸”或“可靠傳輸”。注意應(yīng)當(dāng)明確，“無(wú)比特差錯(cuò)”與“無(wú)傳輸差錯(cuò)”是不同的概念。在數(shù)據(jù)鏈路層使用CRC檢驗(yàn)，能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)比特差錯(cuò)的傳輸，但這還不是可靠傳輸。要做到“無(wú)差錯(cuò)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。本章介紹的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議都不是可靠傳輸?shù)膮f(xié)議。注意2.5.1 以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)2.5.2 以太網(wǎng)MAC幀2.5.3 以太網(wǎng)MAC地址2.5.4 傳輸媒體訪問(wèn)控制2.5.5 10BASE-T網(wǎng)絡(luò)2.5廣播式以太網(wǎng)2.5.1以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)1）DIXEthernetV21975年，美國(guó)施樂(lè)公司研制了一種基帶總線的局域網(wǎng)，這種局域網(wǎng)上的主機(jī)通過(guò)一根稱為總線的同軸電纜傳送數(shù)據(jù)幀，數(shù)據(jù)率是2.94Mb/s。1989年9月，DEC、Intel和Xerox聯(lián)合推出第一個(gè)版本的以太網(wǎng)規(guī)約DIXV1。1982年對(duì)第一版修改之后又推出DIXEthernetV2，它是世界上第一個(gè)局域網(wǎng)規(guī)約，也是迄今為止最為成功的局域網(wǎng)絡(luò)。適配器（網(wǎng)卡）≤50m收發(fā)器≥2.5m同軸電纜50Ω匹配電阻1個(gè)網(wǎng)段長(zhǎng)度≤500m5-4-3原則一個(gè)總線型以太網(wǎng)絡(luò)中，最多可使用4個(gè)中繼設(shè)備，因此一個(gè)總線型以太網(wǎng)絡(luò)中最多包含5個(gè)網(wǎng)段，其中只有三個(gè)網(wǎng)段用于連接計(jì)算機(jī)，其余兩個(gè)網(wǎng)段僅用于擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)，即所謂的5-4-3原則。中繼器中繼器中繼器中繼器網(wǎng)段2網(wǎng)段4IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)2.5.2以太網(wǎng)MAC幀思考廣播式以太網(wǎng)絡(luò)中，如何區(qū)分是哪個(gè)特定主機(jī)來(lái)接收這個(gè)數(shù)據(jù)幀呢？接收主機(jī)如何知道接收的幀中封裝的數(shù)據(jù)是什么類型呢？即這些數(shù)據(jù)比特的組合采用何種協(xié)議？2.5.2以太網(wǎng)MAC幀主機(jī)間發(fā)送或接收數(shù)據(jù)必須遵守一定的規(guī)則。以太網(wǎng)絡(luò)中傳輸數(shù)據(jù)的單位稱為以太網(wǎng)MAC幀、MAC幀或幀，它是面向比特的。以太網(wǎng)向上層提供的是不可靠服務(wù)。在以太網(wǎng)中，對(duì)收到的幀進(jìn)行CRC檢測(cè)，如果檢測(cè)沒(méi)有錯(cuò)誤，便將該幀的數(shù)據(jù)交付給上層，且不會(huì)向發(fā)送方發(fā)送確認(rèn)。如果檢測(cè)有錯(cuò)誤，接收方則直接丟棄出錯(cuò)的幀，且不會(huì)要求發(fā)送方重傳出錯(cuò)的幀。以太網(wǎng)幀格式Preamble：前同步碼，8個(gè)字節(jié)。它不是幀格式的一部分。Dst_addr：目的地址，6個(gè)字節(jié)。它是接收方主機(jī)接入網(wǎng)絡(luò)的適配器的MAC地址。Src_addr：源地址，6個(gè)字節(jié)。它是發(fā)送方主機(jī)接入網(wǎng)絡(luò)的適配器的MAC地址。Type：類型，2個(gè)字節(jié)，該字段用來(lái)告知接收方，幀中的數(shù)據(jù)部分使用的是什么協(xié)議。Body：數(shù)據(jù)字段，46～1500字節(jié)。這一部分封裝的是收發(fā)雙方高層真正傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。CRC：4字節(jié)。以太網(wǎng)幀采用CRC進(jìn)行差錯(cuò)檢測(cè)。PreambleDst_addrSrc_addrTypeBodyCRC1010101010101010…1010101010101010866247個(gè)字節(jié)一個(gè)字節(jié)2.5.3以太網(wǎng)MAC地址以太網(wǎng)幀中的目的地址和源地址，常被稱為“硬件地址”。硬件地址“固化”在主機(jī)網(wǎng)卡（適配器）的ROM中，它不會(huì)隨主機(jī)的移動(dòng)而發(fā)生變化。IEEE802規(guī)定了以太網(wǎng)硬件地址的長(zhǎng)度是6個(gè)字節(jié)。主機(jī)可以有多塊網(wǎng)卡，每塊網(wǎng)卡都有一個(gè)硬件地址。硬件地址分類單站地址：指第一個(gè)字節(jié)的最低位是0的MAC地址，它代表了一塊特定的網(wǎng)卡。組地址：指第一個(gè)字節(jié)的最低位是1的MAC地址，它代表了一組網(wǎng)卡，用于多播。全球管理/本地管理：廠商向IEEE購(gòu)買的OUI屬于全球管理，本地管理的地址可以在不同的直連網(wǎng)絡(luò)中重復(fù)使用。廣播地址：指硬件地址的每一位都是1的MAC地址，即地址ff:ff:ff:ff:ff:ff。1234561/G位：0是單站地址，1是組地址G/L位：0是全球管理，1是本地管理2.5.4傳輸媒體訪問(wèn)控制1）CSMA/CD協(xié)議碰撞也被稱為沖突，某臺(tái)主機(jī)向網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送幀的電磁信號(hào)，所有能夠偵聽(tīng)到這些信號(hào)的設(shè)備的集合，稱為一個(gè)碰撞域或沖突域。因此廣播式以太網(wǎng)是一個(gè)沖突域，任何一臺(tái)主機(jī)發(fā)送的信號(hào)都有可能與其它主機(jī)發(fā)送的信號(hào)相互沖突。碰撞前的信號(hào)碰撞后的信號(hào)信號(hào)碰撞AB2.5.4傳輸媒體訪問(wèn)控制假設(shè)信號(hào)從傳輸媒體的一端傳播到另一端的傳播時(shí)延是d，主機(jī)A在t時(shí)刻發(fā)送幀，在極端情況下，主機(jī)B在d+t時(shí)刻發(fā)送幀，該幀立刻與主機(jī)A發(fā)送的幀產(chǎn)生沖突。主機(jī)B會(huì)立即偵測(cè)到?jīng)_突了的信號(hào)，此時(shí)它會(huì)停止發(fā)送幀，并且立即向網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送一個(gè)32比特的干擾串。干擾信號(hào)經(jīng)過(guò)d時(shí)間到達(dá)主機(jī)A傳播時(shí)延dABt+d時(shí)刻沖突T=2d時(shí)刻收到干擾信號(hào)主機(jī)A的信號(hào)經(jīng)過(guò)d時(shí)間到達(dá)主機(jī)B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。CSMA/CD協(xié)議的重要特性CSMA/CD協(xié)議的要點(diǎn)開(kāi)始有幀要發(fā)送嗎信道是否空閑等待9.6us執(zhí)行退避算法發(fā)送干擾串幀是否發(fā)送完成是否發(fā)送沖突沖突16次了嗎？結(jié)束開(kāi)始發(fā)生幀停止發(fā)送并報(bào)錯(cuò)YYNYNNYYN2）信道復(fù)用的方式使用傳輸媒體復(fù)用的示意圖A1A2B1B2C1C2(a)使用單獨(dú)的信道+()+A1A2B1B2C1C2共享信道(b)使用共享信道復(fù)用分用時(shí)分復(fù)用則是將時(shí)間劃分為一段段等長(zhǎng)的時(shí)分復(fù)用幀（TDM幀）。每一個(gè)時(shí)分復(fù)用的用戶在每一個(gè)TDM幀中占用固定序號(hào)的時(shí)隙。每一個(gè)用戶所占用的時(shí)隙是周期性地出現(xiàn)（其周期就是TDM幀的長(zhǎng)度）的。TDM信號(hào)也稱為等時(shí)

(isochronous)信號(hào)。時(shí)分復(fù)用的所有用戶在不同的時(shí)間占用同樣的頻帶寬度。時(shí)分復(fù)用頻率時(shí)間BCDBCDBCDBCDAAAATDM幀TDM幀TDM幀TDM幀…TDM幀周期性出現(xiàn)時(shí)分復(fù)用時(shí)分復(fù)用使用時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)傳送計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)時(shí)，由于計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)的突發(fā)性質(zhì)，用戶對(duì)分配到的子信道的利用率一般是不高的。時(shí)分復(fù)用可能會(huì)造成線路資源的浪費(fèi)ABCDabcdttttt4個(gè)時(shí)分復(fù)用幀#1④③②①acb時(shí)分復(fù)用#2#3#4用戶當(dāng)某用戶暫時(shí)無(wú)數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，在時(shí)分復(fù)用幀中分配給該用戶的時(shí)隙只能處于空閑狀態(tài)。abbadcc時(shí)分復(fù)用用戶ABCDabcdttttt3個(gè)STDM幀#1④③②①acb#2#3統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用的工作原理STDM幀不是固定分配時(shí)隙，而是按需動(dòng)態(tài)地分配時(shí)隙。因此統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用可以提高線路的利用率。abbcacd統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用將整個(gè)帶寬分為多份，用戶在分配到一定的頻帶后，在通信過(guò)程中自始至終都占用這個(gè)頻帶。頻率時(shí)間頻帶1頻帶2

頻帶n頻帶3頻分復(fù)用頻分復(fù)用FDM頻分復(fù)用的所有用戶在同樣的時(shí)間占用不同的帶寬資源（請(qǐng)注意，這里的“帶寬”是頻率帶寬而不是數(shù)據(jù)的發(fā)送速率）。頻率時(shí)間頻帶1頻帶2

頻帶n頻帶3頻分復(fù)用頻分復(fù)用FDM1550nm01551nm11552nm21553nm31554nm41555nm51556nm61557nm701550nm11551nm21552nm31553nm41554nm51555nm61556nm71557nm8

2.5Gbit/s1310nm20Gbit/s復(fù)用器分用器EDFA光調(diào)制器光解調(diào)器8

2.5Gbit/s1310nm波分復(fù)用的概念波分復(fù)用就是光的頻分復(fù)用。使用一根光纖來(lái)同時(shí)傳輸多個(gè)光載波信號(hào)。120km波分復(fù)用WDM常用的名詞是碼分多址

CDMA(CodeDivisionMultipleAccess)。各用戶使用經(jīng)過(guò)特殊挑選的不同碼型，因此彼此不會(huì)造成干擾。這種系統(tǒng)發(fā)送的信號(hào)有很強(qiáng)的抗干擾能力，其頻譜類似于白噪聲，不易被敵人發(fā)現(xiàn)。碼分復(fù)用CDMA每一個(gè)比特時(shí)間劃分為m

個(gè)短的間隔，稱為碼片

(chip)。每個(gè)站被指派一個(gè)唯一的mbit碼片序列。如發(fā)送比特1，則發(fā)送自己的mbit碼片序列。如發(fā)送比特0，則發(fā)送該碼片序列的二進(jìn)制反碼。碼片序列例如，S站的8bit碼片序列是00011011。發(fā)送比特1時(shí)，就發(fā)送序列00011011，發(fā)送比特0時(shí)，就發(fā)送序列11100100。S站的碼片序列：(–1–1–1+1+1–1+1+1)碼片序列碼片序列實(shí)現(xiàn)了擴(kuò)頻假定S站要發(fā)送信息的數(shù)據(jù)率為bbit/s。由于每一個(gè)比特要轉(zhuǎn)換成m

個(gè)比特的碼片，因此S站實(shí)際上發(fā)送的數(shù)據(jù)率提高到mbbit/s，同時(shí)S站所占用的頻帶寬度也提高到原來(lái)數(shù)值的m倍。這種通信方式是擴(kuò)頻(spreadspectrum)通信中的一種。碼片序列實(shí)現(xiàn)了擴(kuò)頻擴(kuò)頻通信通常有兩大類：一種是直接序列擴(kuò)頻DSSS(DirectSequenceSpreadSpectrum)，如上面講的使用碼片序列就是這一類。另一種是跳頻擴(kuò)頻FHSS(FrequencyHoppingSpreadSpectrum)。碼片序列的正交關(guān)系令向量S表示站S的碼片向量，令T表示其他任何站的碼片向量。兩個(gè)不同站的碼片序列正交，就是向量S和T的規(guī)格化內(nèi)積

(innerproduct)等于0：正交關(guān)系的另一個(gè)重要特性任何一個(gè)碼片向量和該碼片向量自己的規(guī)格化內(nèi)積都是1。一個(gè)碼片向量和該碼片反碼的向量的規(guī)格化內(nèi)積值是–1。S站的碼片序列S110ttttttm

個(gè)碼片tS站發(fā)送的信號(hào)SxT站發(fā)送的信號(hào)Tx總的發(fā)送信號(hào)Sx+Tx規(guī)格化內(nèi)積S

Sx規(guī)格化內(nèi)積S

Tx數(shù)據(jù)碼元比特發(fā)送端接收端CDMA工作原理2.5.510BASE-T網(wǎng)絡(luò)10BASE-T是另一種實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)使用非屏蔽雙絞線作為傳輸媒體，傳輸媒體兩端使用RJ-45作為連接器，網(wǎng)絡(luò)帶寬是10Mb/s，且采用基帶傳輸。主機(jī)通過(guò)UTP與集線器（hub）相連而構(gòu)成一個(gè)星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的以太網(wǎng)絡(luò)。集線器集線器≤100m10BASE-T網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)（1）從五層體系結(jié)構(gòu)來(lái)看，集線器與中繼器類似，工作在物理層，它只能識(shí)別電磁波信號(hào)。（2）10BASE-T網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)沖突域，也是一個(gè)廣播域，大部分沖突發(fā)生在集線器中。10BASE-T網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)（3）物理上是星型結(jié)構(gòu)，但邏輯上仍是總線型以太網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中主機(jī)需要執(zhí)行CSMA/CD算法，主機(jī)間只能半雙工通信。（4）采用大規(guī)模的集成電路來(lái)模擬傳統(tǒng)的線纜，可靠性更高，單點(diǎn)故障不會(huì)影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。（5）所有主機(jī)共享帶寬。2.6.1 交換機(jī)概述2.6.2 交換機(jī)MAC地址學(xué)習(xí)2.6.3 虛擬局域網(wǎng)絡(luò)VLAN2.6.4

生成樹(shù)協(xié)議2.6交換機(jī)2.6.1交換機(jī)概述交換機(jī)工作在OSI數(shù)據(jù)鏈路層，它是一個(gè)智能設(shè)備，它不像集線器，只能識(shí)別比特信號(hào)，它可以識(shí)別數(shù)據(jù)鏈路層上的幀，即在數(shù)據(jù)鏈路層可以識(shí)別比特的組合，因此，交換機(jī)是可管理的智能設(shè)備。12345678全雙工通信全雙工通信全雙工通信全雙工通信100Mb/s100Mb/sSwitch即插即用：與集線器一樣，交換機(jī)通電即可使用。全雙工無(wú)碰撞：每個(gè)接口是一個(gè)獨(dú)立的碰撞域，任意一對(duì)接口間可實(shí)現(xiàn)全雙工無(wú)碰撞的通信，交換機(jī)的最大容量就是交換機(jī)接口速率之和。交換機(jī)的優(yōu)點(diǎn)可管理：管理員可以配置管理交換機(jī)，以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全管理，也可以監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的狀態(tài)，例如，每個(gè)接口的流量、錯(cuò)誤幀的數(shù)量等。支持不同的鏈路：交換機(jī)能夠?qū)㈡溌犯綦x，可以支持不同鏈路以不同速率運(yùn)行。交換機(jī)的優(yōu)點(diǎn)

以太網(wǎng)交換機(jī)A1243DBMAC地址接口有效時(shí)間

交換表C開(kāi)始時(shí)，交換表是空的2.6.2交換機(jī)MAC地址學(xué)習(xí)交換機(jī)的自學(xué)習(xí)功能

以太網(wǎng)交換機(jī)A1243DBMAC地址接口有效時(shí)間

交換表C目的地址源地址類型數(shù)據(jù)FCS以太網(wǎng)幀交換機(jī)收到幀后，先查找交換表。沒(méi)有查到應(yīng)從哪個(gè)接口轉(zhuǎn)發(fā)這個(gè)幀給B。A先向B發(fā)送一幀。該幀從接口1進(jìn)入到交換機(jī)。交換機(jī)把這個(gè)幀的源地址A和接口1寫(xiě)入交換表中。交換機(jī)向除接口1以外的所有的接口廣播這個(gè)幀。A1BA交換機(jī)的自學(xué)習(xí)功能

以太網(wǎng)交換機(jī)A1243DBMAC地址接口有效時(shí)間

交換表C目的地址源地址類型數(shù)據(jù)FCS以太網(wǎng)幀由于與該幀的目的地址不相符，C和D將丟棄該幀。A1BA丟棄丟棄交換機(jī)的自學(xué)習(xí)功能

以太網(wǎng)交換機(jī)A1243DBMAC地址接口有效時(shí)間

交換表C交換機(jī)收到幀后，先查找交換表。發(fā)現(xiàn)交換表中的MAC地址有A，表明要發(fā)送給A的幀應(yīng)從接口1轉(zhuǎn)發(fā)出去。于是就把這個(gè)幀傳送到接口1轉(zhuǎn)發(fā)給A。B向A發(fā)送一幀。該幀從接口3進(jìn)入到交換機(jī)。交換機(jī)把這個(gè)幀的源地址B和接口3寫(xiě)入交換表中。A1B3目的地址源地址類型數(shù)據(jù)FCS以太網(wǎng)幀AB交換機(jī)的自學(xué)習(xí)功能

以太網(wǎng)交換機(jī)A1243DBMAC地址接口有效時(shí)間

交換表CA1B3考慮到可能有時(shí)要在交換機(jī)的接口更換主機(jī)，或者主機(jī)要更換其網(wǎng)絡(luò)適配器，這就需要更改交換表中的項(xiàng)目。為此，在交換表中每個(gè)項(xiàng)目都設(shè)有一定的有效時(shí)間。過(guò)期的項(xiàng)目自動(dòng)被刪除。以太網(wǎng)交換機(jī)的這種自學(xué)習(xí)方法使得以太網(wǎng)交換機(jī)能夠即插即用，不必人工進(jìn)行配置，因此非常方便。交換機(jī)的自學(xué)習(xí)功能

以太網(wǎng)交換機(jī)S2E1243HGMAC地址接口有效時(shí)間

交換表F56

以太網(wǎng)交換機(jī)S1A1243DBMAC地址接口有效時(shí)間

交換表C56假設(shè)：A向B發(fā)送了一幀，C向E發(fā)送了一幀，E向A發(fā)送了一幀。請(qǐng)分析：此時(shí)，S1和S2的交換表內(nèi)容分別是什么？交換機(jī)的自學(xué)習(xí)功能

以太網(wǎng)交換機(jī)S2E1243HGMAC地址接口有效時(shí)間

交換表F56

以太網(wǎng)交換機(jī)S1A1243DBMAC地址接口有效時(shí)間

交換表C56假設(shè)：A向B發(fā)送了一幀，C向E發(fā)送了一幀，E向A發(fā)送了一幀。請(qǐng)分析：此時(shí)，S1和S2的交換表內(nèi)容分別是什么？A1A5C2C5E1E5交換機(jī)的自學(xué)習(xí)功能2.6.3虛擬局域網(wǎng)絡(luò)VLAN1）虛擬局域網(wǎng)的概念未劃分Vlan的交換式以太網(wǎng)SW0SW1SW2SW3服務(wù)器0131院2院3院廣播域1）虛擬局域網(wǎng)的概念劃分Vlan的交換式以太網(wǎng)SW1SW2SW3服務(wù)器Vlan10：1院Vlan20：2院Vlan30：3院廣播域0132）VLAN中繼為了實(shí)現(xiàn)VLAN中所有主機(jī)間能夠相互通信，SW1和SW2中的2號(hào)接口必須屬于VLAN10，3號(hào)接口必須屬于VLAN20。12431243SW1Vlan10的流量Vlan10的流量SW2VLAN干線連接方法，可以很好地解決同一VLAN跨交換機(jī)的問(wèn)題。在交換機(jī)中，有一類稱為干線接口的特殊接口，專門(mén)用于實(shí)現(xiàn)同一VLAN跨交換機(jī)互通的問(wèn)題，這類特殊接口可屬于所有VLAN。ESW1ESW1Vlan10Vlan20Vlan干線普通幀：802.1Q幀：CABD2）VLAN中繼802.1Q幀格式Dst_addr、Src_addr、Type、Body這4個(gè)字段與原有的以太網(wǎng)幀的格式一致。Tag：標(biāo)簽，占4個(gè)字節(jié)。一部分是2字節(jié)的標(biāo)簽協(xié)議標(biāo)識(shí)符；另一部分是標(biāo)簽控制信息。CRC：循環(huán)冗余校驗(yàn)，占4個(gè)字節(jié)。CRCDst_addrSrc_addrTypeBody6624字節(jié)46-1500Tag4TPIDPriCFIVID比特163112標(biāo)簽協(xié)議標(biāo)識(shí)符標(biāo)簽控制信息3）VLAN的優(yōu)點(diǎn)（1）用戶管理更加方便，當(dāng)員工工作的物理地點(diǎn)發(fā)生了變化，利用VLAN技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)無(wú)需重新布線，管理員可以輕松將員工分配到新的工作組之中。（2）增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的安全性，企業(yè)各部門(mén)的數(shù)據(jù)與信息資源，并不是所有員工都能直接接觸，各部門(mén)的敏感數(shù)據(jù)只能被該部門(mén)的員工訪問(wèn)和使用。VLAN可以將員工劃分到不同的邏輯組中，數(shù)據(jù)只能在該邏輯組中傳輸，其他邏輯組中的員工無(wú)法查看和訪問(wèn)。3）VLAN的優(yōu)點(diǎn)（3）改善了網(wǎng)絡(luò)性能，VLAN技術(shù)將原本較大的廣播域劃分成一個(gè)個(gè)小的廣播域，因此廣播幀被限制在一個(gè)較小的VLAN范圍之內(nèi)，大大減少了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中不必要的廣播流量，節(jié)約了網(wǎng)絡(luò)資源，改善了網(wǎng)絡(luò)的性能。3）VLAN的優(yōu)點(diǎn)2.6.4生成樹(shù)協(xié)議在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)工程中，為了提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性，交換機(jī)之間常常通過(guò)冗余鏈路相互連接在一起。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中某些鏈路或交換機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，也能夠保證網(wǎng)絡(luò)中主機(jī)間的可達(dá)性。主機(jī)間如果存在多條冗余的通路，也就意味著主機(jī)間存在著環(huán)路。ABESW1ESW112432.6.4生成樹(shù)協(xié)議這種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋾?huì)帶來(lái)一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題：在直連的網(wǎng)絡(luò)中，很多協(xié)議（例如ARP

協(xié)議、DHCP

協(xié)議等）都是采用廣播方式進(jìn)行傳輸，即直連網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)，常常會(huì)向網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送廣播幀，這就導(dǎo)致VLAN干線1和VLAN干線2常常以轉(zhuǎn)圈的方式不斷重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)廣播幀。Vlan干線1Vlan干線21243SW1SW2ABDC

為了解決廣播幀轉(zhuǎn)圈轉(zhuǎn)發(fā)的問(wèn)題，IEEE制定了802.1D生成樹(shù)協(xié)議（SpanningTreeProtocol，STP），該協(xié)議的目的就是解決二層環(huán)路問(wèn)題，使得主機(jī)間的路徑變成一棵沒(méi)有環(huán)路的樹(shù)狀結(jié)構(gòu)。802.1D生成樹(shù)協(xié)議

STP通過(guò)臨時(shí)阻塞、禁用交換機(jī)某些接口的方式，切斷路徑中的環(huán)路。例如，在圖2-63中，SW2只要將接口6臨時(shí)禁用，VLAN干線1就不能轉(zhuǎn)發(fā)幀，環(huán)路就被切斷了。當(dāng)VLAN干線2出現(xiàn)了故障，SW2接口6立即啟用，以保證網(wǎng)絡(luò)的連通性。802.1D生成樹(shù)協(xié)議2.7.1 快速以太網(wǎng)2.7.2 吉比特以太網(wǎng)2.7.3 10吉比特以太網(wǎng)2.7.4 40吉比特以太網(wǎng)2.7高速以太網(wǎng)2.7.1快速以太網(wǎng)1）快速以太網(wǎng)概述

1995年，作為IEEE502.3標(biāo)準(zhǔn)的補(bǔ)充，IEEE制定了IEEE802.3u標(biāo)準(zhǔn)，即100BASE-T快速以太網(wǎng)（FastEthernet）標(biāo)準(zhǔn)。人們使用100Mb/s的集線器或交換機(jī)，可以方便地組建（或升級(jí)到）快速以太網(wǎng)絡(luò)，由于同軸電纜不再作為快速以太網(wǎng)使用的傳輸媒體，以同軸電纜作為傳輸媒體的10BASE-5網(wǎng)絡(luò)，必須重新布線。另外，快速以太網(wǎng)提供了自動(dòng)協(xié)商機(jī)制（Auto-Negotiation），以支持不同傳輸速率（10Mb/s、100Mb/s）、不同雙工方式（全雙工或半雙工）等交換機(jī)互連。2）交換式快速以太網(wǎng)

集線器集線器沖突域沖突域3）4B/5B編碼傳統(tǒng)的10Mb/s的以太網(wǎng)絡(luò)，其時(shí)鐘頻率是20MHz，采用曼徹斯特編碼，編碼效率僅有50%。如果100Mb/s的快速以太網(wǎng)也采用曼徹斯特編碼，時(shí)鐘頻率需要200MHz，這將大幅提升快速以太網(wǎng)的造價(jià)。因此，快速以太網(wǎng)沒(méi)有采用曼徹斯特編碼，而是則采用了4B/5B編碼，該編碼效率是80%。4B/5B編碼是用5位二進(jìn)制碼來(lái)表示4位二進(jìn)制碼，4位二進(jìn)制編碼共有16種組合，而5位二進(jìn)制編碼共有32種組合，因此，必須從這32種的組合中，挑選出16