計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程 第7章.ppt

1、,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教程 自頂向下的分析與設(shè)計(jì)方法 吳功宜 吳英 編著,1,第7章 數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議 及編程方法,2,3,主要內(nèi)容,7.1 數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念,7.1.1 物理線路與數(shù)據(jù)鏈路 物理線路與數(shù)據(jù)鏈路的關(guān)系,4,7.1.2 數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能,鏈路管理 幀同步 流量控制,差錯(cuò)控制 透明傳輸 尋址,5,7.1.3 數(shù)據(jù)鏈路層向網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù),設(shè)立數(shù)據(jù)鏈路層的主要目的是將存在數(shù)據(jù)傳輸差錯(cuò)的物理線路變?yōu)閷?duì)于網(wǎng)絡(luò)層來(lái)說(shuō)是無(wú)差錯(cuò)的數(shù)據(jù)鏈路； 數(shù)據(jù)鏈路層提供：鏈路管理、幀傳輸、流量控制、差錯(cuò)控制等功能； 數(shù)據(jù)鏈路層為網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù)表現(xiàn)在： 正確傳輸網(wǎng)絡(luò)層的用戶(hù)數(shù)據(jù)； 向網(wǎng)絡(luò)層屏蔽物理層采用傳輸

2、技術(shù)的差異性。,6,7.2 差錯(cuò)產(chǎn)生與差錯(cuò)控制方法,7.2.1 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) 鏈路層的原因 7.2.2 差錯(cuò)產(chǎn)生 的原因與類(lèi)型,7,7.2.3 誤碼率的定義,誤碼率是指二進(jìn)制比特序列在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中被傳錯(cuò)的概率； 在數(shù)值上近似等于：Pe = Ne/N； 其中：N為傳輸?shù)亩M(jìn)制比特總數(shù)，Ne為被傳錯(cuò)的比特?cái)?shù)。,8,理解誤碼率的定義應(yīng)該注意的幾個(gè)問(wèn)題：,誤碼率是衡量數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)正常工作狀態(tài)下傳輸可靠性的參數(shù)； 對(duì)于一個(gè)實(shí)際的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，不能籠統(tǒng)地說(shuō)誤碼率越低就越好，要根據(jù)實(shí)際傳輸要求提出誤碼率要求； 對(duì)于實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，如果傳輸?shù)牟皇嵌M(jìn)制位，需要折合成二進(jìn)制位來(lái)計(jì)算； 差錯(cuò)的出現(xiàn)具有隨機(jī)性，在實(shí)

3、際測(cè)量一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)時(shí)，只有被測(cè)量的傳輸二進(jìn)制位數(shù)越大，才會(huì)越接近真正的誤碼率值。,9,7.2.4 檢錯(cuò)碼與糾錯(cuò)碼,差錯(cuò)控制在通信通信過(guò)程中能夠自動(dòng)檢測(cè)出錯(cuò) 誤并進(jìn)行糾正的方法； 差錯(cuò)控制有兩種基本的方案： 糾錯(cuò)碼：為每個(gè)分組加上足夠多的冗余信息， 接收方能發(fā)現(xiàn)并自動(dòng)糾正傳輸差錯(cuò)； 檢錯(cuò)碼：為每個(gè)分組加上一定的冗余信息，接 收方能發(fā)現(xiàn)傳輸差錯(cuò)，但是自己不能 糾正，必須通過(guò)重發(fā)機(jī)制來(lái)解決。,10,7.2.5 循環(huán)冗余編碼工作原理,11,標(biāo)準(zhǔn)的CRC生成多項(xiàng)式：,CRC-12 G(x)=x12+x11+x3+x2+x+1 CRC-16 G(x)=x16+x15+x2+1 CRC-CCITT G(

4、x)=x16+x12+x5+1 CRC-32 G(x)=x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10+x8 +x7+x5+x4+x2+x+1,12,CRC校驗(yàn)的工作過(guò)程,發(fā)送方生成數(shù)據(jù)多項(xiàng)式f(x)xK，其中K 為生成多項(xiàng)式的最高冪N值減1； 將f(x)xK除以生成多項(xiàng)式G（x），得f(x)xK/G(x)=Q(x)+R(x)/G(x)。其中，式中R(x)為余數(shù)多項(xiàng)式； 將f(x)xK+R(x)作為整體，從發(fā)送方通過(guò)通信信道傳送到接收方； 接收方對(duì)多項(xiàng)式f(x)采用同樣的運(yùn)算， f (x)xK/G(x)=Q(x)+ R(x)/G(x)，求得余數(shù)多項(xiàng)式 R(x)； 根據(jù)計(jì)算余數(shù)多

5、項(xiàng)式R(x)是否等于接收余數(shù)多項(xiàng)式R(x)判斷是否出現(xiàn)錯(cuò)誤。,13,CRC檢錯(cuò)方法的特點(diǎn),CRC校驗(yàn)碼的檢錯(cuò)能力很強(qiáng)，它除了能檢查出離散錯(cuò)，還 能檢查出突發(fā)錯(cuò)； CRC校驗(yàn)碼具有以下檢錯(cuò)能力： CRC校驗(yàn)碼能檢查出全部單個(gè)錯(cuò)； CRC校驗(yàn)碼能檢查出全部離散的二位錯(cuò)； CRC校驗(yàn)碼能檢查出全部奇數(shù)個(gè)錯(cuò)； CRC校驗(yàn)碼能檢查出全部長(zhǎng)度小于或等于K位突發(fā)錯(cuò)； CRC校驗(yàn)碼能以1-(1/2)K-1的概率檢查出長(zhǎng)度為K+1位的突發(fā)錯(cuò)。,14,7.2.6 差錯(cuò)控制機(jī)制,反饋重發(fā)（ARQ）糾錯(cuò)：收發(fā)雙方在發(fā)現(xiàn)傳輸錯(cuò)誤時(shí)，采用反饋和重發(fā)的方法來(lái)糾正錯(cuò)誤； 反饋重發(fā)糾錯(cuò)的實(shí)現(xiàn)機(jī)制：,15,7.3 面向字符型數(shù)據(jù)

6、鏈路層協(xié)議,7.3.1 數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的分類(lèi) 面向字符型 面向比特型 7.3.2 面向字符型數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議 利用已定義好的一種標(biāo)準(zhǔn)字編碼（如ACSII碼）的一個(gè)子集來(lái)執(zhí)行通信控制功能； 典型的面向字符型數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議是二進(jìn)制同步通信（BSC）協(xié)議。,16,面向字符型協(xié)議實(shí)例BSC協(xié)議,BSC協(xié)議中使用的控制字符,17,數(shù)據(jù)報(bào)文格式,18,面 向 字 符 型 協(xié) 議 執(zhí) 行 過(guò) 程,19,7.4 面向比特型數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議實(shí)例HDLC協(xié)議,7.4.1 HDLC協(xié)議產(chǎn)生的背景 面向字符型鏈路控制協(xié)議的缺點(diǎn)： 控制報(bào)文與數(shù)據(jù)報(bào)文的格式不一致； 通信雙方只能交替工作，協(xié)議效率低，通信線路的利用率低； 協(xié)

7、議只對(duì)數(shù)據(jù)部分進(jìn)行差錯(cuò)控制，如果控制字符出錯(cuò)無(wú)法控制，系統(tǒng)可靠性較差。 系統(tǒng)每增加一種新的功能，需要設(shè)定一個(gè)新的控制字符，因此功能擴(kuò)展困難。,20,7.4.2 數(shù)據(jù)鏈路的配置方式和數(shù)據(jù)傳送方式,非平衡配置方式： 主站 從站 非平衡配置兩種類(lèi)型： 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式 多點(diǎn)方式 非平衡配置兩種數(shù)據(jù)傳送方式： 正常響應(yīng)模式（NRM） 異步響應(yīng)模式（ARM）,21,7.4.3 HDLC的幀結(jié)構(gòu),標(biāo)志字段F 幀同步是指如何從接收到的比特流中正確判斷一個(gè)幀開(kāi)始和結(jié)束的位置； HDLC規(guī)定標(biāo)志字段F（flag）就是幀的開(kāi)始與結(jié)束的標(biāo)記； 標(biāo)志字段F為“011111110”特定的比特序列。,22,HDLC幀數(shù)據(jù)傳輸?shù)?/p>

8、透明性保證措施,0比特插入/刪除方法,23,地址字段A 當(dāng)使用非平衡方式傳送數(shù)據(jù)時(shí)，地址字段總是填入從站地址； 當(dāng)使用平衡方式傳送數(shù)據(jù)時(shí)，地址字段填入應(yīng)答站地址； 如果地址字段為全1時(shí)，表示為廣播地址，則要求網(wǎng)中所有站都要接收該幀。,24,HDLC控制字段結(jié)構(gòu),HDLC幀分為： 信息幀：I（information）幀 監(jiān)控幀：S（supervisory）幀 無(wú)編號(hào)幀：U（unnumbered）幀,25,信息字段I 由于采用了0比特插入/刪除方法，信息字段允許任意的二進(jìn)制比特序列的組合； 信息字段僅出現(xiàn)在信息幀（I幀）與無(wú)編號(hào)幀（U幀）中，它是網(wǎng)絡(luò)層的用戶(hù)數(shù)據(jù)。 幀校驗(yàn)字段FCS HDLC采用C

9、RC校驗(yàn)方式，生成多項(xiàng)式采用CRC-CCITT（即X16+X12+X5+1）； CRC校驗(yàn)的范圍是A、C、I字段。,26,信息幀,發(fā)送序號(hào)N（S）與接收序號(hào)N（R）的意義 N（S）表示當(dāng)前發(fā)送的信息幀的序號(hào)； N（R）表示該站已正確接收序號(hào)為 N（R）-1的幀及以前各幀，通知發(fā)送站應(yīng)發(fā)送序號(hào)為N（R）的幀； N（R）帶有捎帶確認(rèn)的意義； 全雙工通信中，通信雙方各有自己的N（S）和N（R）序列值。,27,探詢(xún)/終止位的意義,控制字段C的b4為探詢(xún)/終止（poll/final）位，簡(jiǎn)稱(chēng)為P/F位； 對(duì)于正常響應(yīng)模式NRM，只有主站向從站發(fā)出“探詢(xún)”后，從站才能向主站發(fā)送信息幀，這時(shí)主站置探詢(xún)位P=

10、1，從站在接收的信息幀中檢查出P=1時(shí)，如果從站有幀要發(fā)送就可以向主站發(fā)送； 發(fā)送的最后一幀要置終止位F=1，表示從站此次發(fā)送結(jié)束； P=1與F=1在幀交換過(guò)程中應(yīng)成對(duì)出現(xiàn)。,28,監(jiān)控幀,監(jiān)控幀共有4種，取決于b2、b3的取值；,29,無(wú)編號(hào)幀,無(wú)編號(hào)幀格式與鏈路控制功能,30,7.4.4 數(shù)據(jù)鏈路層的工作過(guò)程,信息幀的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu),31,信息幀的例子 無(wú)編號(hào)幀的表示方法 SNRM幀與UA幀的表示方法,32,正 常 響 應(yīng) 模 式 工 作 過(guò) 程,33,7.4.5 數(shù)據(jù)鏈路層與物理層的關(guān)系,34,7.5 數(shù)據(jù)鏈路層滑動(dòng)窗口協(xié)議及幀傳輸效率分析,7.5.1 數(shù)據(jù)鏈路層滑動(dòng)窗口協(xié)議的分類(lèi),35,7.

11、5.2 單幀停止等待ARQ協(xié)議,ARQ實(shí)現(xiàn)方法主要有兩種： 單幀的停止等待方式 多幀連續(xù)發(fā)送方式 單幀停止等待ARQ協(xié)議執(zhí)行過(guò)程：,36,單幀停止等待ARQ協(xié)議效率的分析,停止等待ARQ協(xié)議的幀傳輸過(guò)程,37,幀傳輸總延時(shí)分析,傳播延時(shí)： 發(fā)送方將表示數(shù)據(jù)的電信號(hào)經(jīng)過(guò)傳輸介質(zhì)傳播到接收方時(shí)需要的傳播時(shí)間； 數(shù)值上等于傳輸介質(zhì)的長(zhǎng)度除電磁波傳播速度； 計(jì)算中將傳播延時(shí)記為tp； 發(fā)送延時(shí) 幀發(fā)送所需的時(shí)間，數(shù)值等于發(fā)送速率除幀長(zhǎng)度； 如果發(fā)送速率不變，幀越長(zhǎng)所需的發(fā)送延時(shí)越長(zhǎng)； tf和ta表示數(shù)據(jù)幀1與確認(rèn)幀ACK的發(fā)送延時(shí)；,38,處理延時(shí) 當(dāng)接收方接收到一個(gè)數(shù)據(jù)幀時(shí)，需要檢查數(shù)據(jù)幀的幀頭地址

12、、校驗(yàn)字段，以確定幀傳輸是否正確；當(dāng)接收方接收到一個(gè)確認(rèn)幀，同樣需要進(jìn)行檢查； 結(jié)點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)幀處理的時(shí)間與對(duì)確認(rèn)幀處理的時(shí)間稱(chēng)為處理延時(shí)； 為了簡(jiǎn)化計(jì)算，分析幀傳輸總延時(shí)忽略結(jié)點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)幀處理時(shí)間與對(duì)確認(rèn)幀處理時(shí)間的細(xì)微區(qū)別，統(tǒng)一將數(shù)據(jù)幀處理延時(shí)和確認(rèn)幀處理延時(shí)記為tpr。,39,理想狀態(tài)下，幀傳輸總延時(shí)為： tT=tp+tf+tpr+ta+tp+tpr=2tp+2tpr+tf+ta 簡(jiǎn)化： 結(jié)點(diǎn)對(duì)幀的處理延時(shí)tpr小于幀發(fā)送延時(shí)tf與傳播延時(shí)tp，tpr可以忽略； 確認(rèn)幀通常很短，確認(rèn)幀ACK的發(fā)送延時(shí)ta可以忽略； 簡(jiǎn)化后的幀傳輸總延時(shí)為： tTtf+ 2tp 假設(shè)：=傳播延時(shí)/發(fā)送延時(shí)= t

13、ptf U=11+ 2,40,討論,影響協(xié)議效率的因素 如果電磁波在有線傳輸介質(zhì)中，例如電纜中傳播速度約為空間電磁波的2/3，空間電磁波傳播速度為為3108(ms)，則在電纜中傳播速度約為2108(m/s)。如果連接收發(fā)雙方的傳輸介質(zhì)長(zhǎng)度為1000m，則傳輸延時(shí)tp約等于5.010-6(s)； 如果一個(gè)數(shù)據(jù)幀的長(zhǎng)度為100bit，結(jié)點(diǎn)的發(fā)送速率為10Mbps，則發(fā)送延時(shí)tf等于810-5 s； 1=tptf=5.010-6/1.010-5=0.50 U1=1（1+ 20. 50） 0.50,41,推論： 在保持tf+ 2tp時(shí)間內(nèi)不出現(xiàn)差錯(cuò)的條件下，連續(xù)發(fā)送多個(gè)幀，可以提高ARQ協(xié)議的傳輸效率

14、。,42,7.5.3 多幀連續(xù) 發(fā)送協(xié)議,43,滑動(dòng)窗口控制流量的工作原理,44,滑動(dòng)窗口控制機(jī)制對(duì)幀傳輸出錯(cuò)的處理,選擇重發(fā)糾錯(cuò)滑動(dòng)窗口控制過(guò)程,45,7.6 PPP協(xié)議,7.6.1 互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議 PPP協(xié)議的特點(diǎn) 不使用幀序號(hào)，不提供流量控制功能; 只支持點(diǎn)-點(diǎn)連接，不支持點(diǎn)-多點(diǎn)連接; 只支持全雙工通信，不支持單工與半雙工通信; 可以支持異步、串行通信，也可以支持同步、并行傳輸。,46,PPP協(xié)議是大多數(shù)個(gè)人計(jì)算機(jī)和ISP之間使用的協(xié)議，它在高速?gòu)V域網(wǎng)上也有一定的應(yīng)用; PPP協(xié)議不僅用于撥號(hào)電話線上，在路由器之間的專(zhuān)用線路上也得到廣泛應(yīng)用。,47,7.6.2 PPP協(xié)議的基本內(nèi)

15、容,PPP協(xié)議的基本功能 用于串行鏈路的基于HDLC數(shù)據(jù)幀封裝機(jī)制; 鏈路控制協(xié)議（LCP）用于建立、配置、管理和測(cè)試數(shù)據(jù)鏈路連接; 網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議（NCP）用于建立和配置不同的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。,48,PPP協(xié)議的幀結(jié)構(gòu),PPP協(xié)議的幀分為： PPP信息幀 PPP鏈路控制幀 PPP網(wǎng)絡(luò)控制幀,49,PPP信息幀,PPP信息幀的格式 標(biāo)志字段 標(biāo)志字節(jié)長(zhǎng)度為1字節(jié)，用于比特流的同步; 值為“7E” （01111110）; 地址字段 地址字段長(zhǎng)度為1字節(jié); 值為“FF”(11111111)。,50,控制字段 控制字段長(zhǎng)度為1字節(jié); 值為“03”（00000011）; 協(xié)議字段 協(xié)議字段長(zhǎng)度為2字節(jié); 標(biāo)

16、識(shí)網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議數(shù)據(jù)域的類(lèi)型; 0021H表示TCP/IP; 信息字段 信息字段長(zhǎng)度可變; 最長(zhǎng)為1500字節(jié);,51,幀校驗(yàn)字段字段 幀校驗(yàn)字段長(zhǎng)度為2字節(jié); 用于保證數(shù)據(jù)的完整性。,52,PPP協(xié)議保證幀傳輸“透明性”問(wèn)題的方法：,RFC1662定義了在用于異步通信中的轉(zhuǎn)義字符是“0 x7D”， 并且使用字節(jié)填充。 字節(jié)填充規(guī)則： 在信息字段中出現(xiàn)的每一個(gè)“0 x7E”字節(jié)，要轉(zhuǎn)換成雙字節(jié)“0 x7D 0 x5E”； 在信息字段中出現(xiàn)的每一個(gè)“0 x7D”字節(jié)，要轉(zhuǎn)換成雙字節(jié)“0 x7D 0 x5D”； 在信息字段中出現(xiàn)ASCII中控制字符（即數(shù)值小于0 x20）時(shí)，在該字符前加一個(gè)“0 x7

17、D”字節(jié)，同時(shí)改變?cè)撟止?jié)，例如傳輸結(jié)束“ETX”（0 x03），轉(zhuǎn)換后的雙字節(jié)是“0 x7D 0 x31”； 由于在發(fā)送端進(jìn)行字節(jié)填充，接收端需要檢測(cè)并還原成填充前的數(shù)據(jù)。,53,PPP 鏈路控制幀,PPP鏈路控制幀的格式 PPP協(xié)議的數(shù)據(jù)鏈路選項(xiàng)主要包括： 鏈路控制幀可以用來(lái)與對(duì)方進(jìn)行協(xié)商，異步鏈路中將什么字符當(dāng)做轉(zhuǎn)義字符； 為了提高線路的利用率，鏈路控制幀可以用來(lái)與對(duì)方協(xié)商，是否可以不傳輸標(biāo)志字節(jié)或地址字節(jié)，并將協(xié)議字段從2字節(jié)縮短為1字節(jié)； 如果在線路建立期間，收發(fā)雙方不使用鏈路控制協(xié)商，固定的數(shù)據(jù)字段長(zhǎng)度為1500B。,54,PPP網(wǎng)絡(luò)控制幀,PPP網(wǎng)絡(luò)控制幀的格式 網(wǎng)絡(luò)控制幀可以用來(lái)

18、協(xié)商是否采用報(bào)頭壓縮CSLIP協(xié)議，也可用來(lái)動(dòng)態(tài)協(xié)商確定鏈路每端的IP地址。,55,7.7 Ethernet工作原理與局域網(wǎng)組網(wǎng),7.7.1 IEEE 802參考模型 IEEE 802與OSI參考模型的對(duì)應(yīng)關(guān)系,56,簡(jiǎn)化的IEEE 802協(xié)議結(jié)構(gòu),57,IEEE 802去標(biāo)準(zhǔn)可以分為3類(lèi)：,定義局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，以及網(wǎng)絡(luò)管理與性能測(cè)試的802.1標(biāo)準(zhǔn)； 定義邏輯鏈路控制LLC子層功能與服務(wù)的802.2標(biāo)準(zhǔn)； 定義不同介質(zhì)訪問(wèn)控制技術(shù)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；,58,目前主要的IEEE 802標(biāo)準(zhǔn),802.3標(biāo)準(zhǔn)：定義CSMA/CD總線介質(zhì)訪問(wèn)控制子層與物理層標(biāo)準(zhǔn)； 802.11標(biāo)準(zhǔn)：定義無(wú)線局域網(wǎng)

19、訪問(wèn)控制子層與物理層的標(biāo)準(zhǔn)； 802.15標(biāo)準(zhǔn)：定義近距離個(gè)人無(wú)線網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)控制子層與物理層的標(biāo)準(zhǔn)； 802.16標(biāo)準(zhǔn)：定義寬帶無(wú)線城域網(wǎng)訪問(wèn)控制子層與物理層的標(biāo)準(zhǔn)；,59,7.7.2 Ethernet基本工作原理,CSMA/CD的工作過(guò)程,60,CSMA/CD的發(fā)送流程要點(diǎn)： 先聽(tīng)后發(fā) 邊聽(tīng)邊發(fā) 沖突停止 延遲重發(fā),61,Ethernet數(shù)據(jù)發(fā)送流程,62,載波偵聽(tīng)過(guò)程,總線電平跳變與總線忙閑狀態(tài)的判斷,63,沖突檢測(cè)方法,沖突窗口的概念,64,曼徹斯特編碼信號(hào)的波形疊加,65,Ethernet協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的沖突窗口值,在Ethernet協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)中，規(guī)定的沖突窗口（collision wind

20、ow）長(zhǎng)度為51.2s； Ethernet的數(shù)據(jù)傳輸速率為10Mbps，沖突窗口的51.2s可以發(fā)送512bit（64B）數(shù)據(jù)，64B是Ethernet的最短幀長(zhǎng)度； 當(dāng)一個(gè)結(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)最短幀，或一個(gè)長(zhǎng)幀的前64個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)時(shí)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)沖突，則表示該結(jié)點(diǎn)已經(jīng)獨(dú)自獲得總線發(fā)送權(quán)，并可以繼續(xù)發(fā)送后續(xù)的字節(jié)。,66,發(fā)現(xiàn)沖突、停止發(fā)送,如果在發(fā)送數(shù)據(jù)過(guò)程中檢測(cè)出沖突，為了解決信道爭(zhēng)用沖突，發(fā)送結(jié)點(diǎn)要進(jìn)入停止發(fā)送數(shù)據(jù)、隨機(jī)延遲后重發(fā)的流程； 隨機(jī)延遲重發(fā)的第一步是發(fā)送“沖突加強(qiáng)信號(hào)”。發(fā)送沖突加強(qiáng)信號(hào)的目的是確保有足夠的沖突持續(xù)時(shí)間，使網(wǎng)中所有結(jié)點(diǎn)都能檢測(cè)出沖突存在，立即丟棄沖突幀，減少由于沖突浪費(fèi)的時(shí)間

21、，提高信道利用率。,67,隨機(jī)延遲重發(fā),Ethernet協(xié)議規(guī)定一個(gè)幀的最大重發(fā)次數(shù)為16； CSMA/CD后退延遲算法是截止二進(jìn)制指數(shù)后退延遲算法； 該算法可以表示為：2kRa。其中，為重新發(fā)送所需的后退延遲時(shí)間，a為沖突窗口值，R為隨機(jī)數(shù)。 結(jié)點(diǎn)重發(fā)后退的延遲時(shí)間是沖突窗口值的整數(shù)倍，并與以沖突次數(shù)為二進(jìn)制指數(shù)的冪值成正比。,68,為了避免延遲過(guò)長(zhǎng)，截止二進(jìn)制指數(shù)后退延遲算法限定作為二進(jìn)制指數(shù)k的范圍，定義為k=min（n，10）； 在n10時(shí)，重發(fā)延遲時(shí)間不再增長(zhǎng)； 由于限制了二進(jìn)制的指數(shù)k的范圍，則第n次重發(fā)延遲分布在0與2 min（n，10）-1個(gè)時(shí)間片內(nèi)，最大可能延遲時(shí)間為1023

22、個(gè)時(shí)間片。,69,Ethernet幀結(jié)構(gòu),前導(dǎo)碼與幀前定界符字段 前導(dǎo)碼由56位（7B）的10101010101010比特序列組成； 幀前定界符可以視為前導(dǎo)碼的延續(xù)。1字節(jié)的幀前定界符結(jié)構(gòu)為10101011； 前導(dǎo)碼與幀前定界符主要用于接收同步階段。； 8個(gè)字節(jié)的前導(dǎo)碼與幀前定界符在接收后不需要保留，也不計(jì)入幀頭長(zhǎng)度中。,70,目的地址和源地址字段 目的地址與源地址分別表示幀的接收結(jié)點(diǎn)與發(fā)送結(jié)點(diǎn)的硬件地址； 硬件地址通常稱(chēng)為MAC地址、物理地址或Ethernet地址。地址長(zhǎng)度為6B（48bit）； 目的地址可以是單一結(jié)點(diǎn)的單播地址、多播地址與廣播地址等3類(lèi)； 目的地址的第1位為0表示單一結(jié)點(diǎn)地

23、址，該幀只被與目的地址相同的結(jié)點(diǎn)所接收；目的地址的第1位為1表示多點(diǎn)地址，該幀只被一組結(jié)點(diǎn)所接收；目的地址為全1表示是廣播地址，該幀將被所有的結(jié)點(diǎn)接收。,71,類(lèi)型字段 類(lèi)型字段表示的是網(wǎng)絡(luò)層使用的協(xié)議類(lèi)型； 類(lèi)型字段值等于0 x0800時(shí)，表示網(wǎng)絡(luò)層使用IP協(xié)議； 數(shù)據(jù)字段 數(shù)據(jù)字段是高層待發(fā)送的數(shù)據(jù)部分； 數(shù)據(jù)字段最小長(zhǎng)度為46B，如果幀的數(shù)據(jù)字段值小于46B，則將它填充至46B；填充字符是任意的，不計(jì)入長(zhǎng)度字段值中； 數(shù)據(jù)字段最大長(zhǎng)度為1500B； Ethernet幀最小長(zhǎng)度為64B，最大長(zhǎng)度為1518B； 幀校驗(yàn)字段 采用32位的CRC校驗(yàn)；CRC校驗(yàn)的范圍是：目的地址、源地址、長(zhǎng)度、

24、LLC數(shù)據(jù)等字段。,72,Ethernet接收流程,73,7.7.3 Ethernet網(wǎng)卡設(shè)計(jì)與物理地址,Ethernet網(wǎng)卡設(shè)計(jì)方法,74,Ethernet網(wǎng)卡結(jié)構(gòu),75,Ethernet物理地址,Ethernet物理地址長(zhǎng)度為48位，每一塊網(wǎng)卡有一個(gè)固定不變的物理地址； IEEE注冊(cè)管理委員會(huì)為每個(gè)網(wǎng)卡生產(chǎn)商分配Ethernet物理地址的前三字節(jié)，即公司標(biāo)識(shí)也稱(chēng)為機(jī)構(gòu)惟一標(biāo)識(shí)符；后面三字節(jié)由網(wǎng)卡的廠商自行分配； 在網(wǎng)卡生產(chǎn)過(guò)程中，將該地址寫(xiě)入網(wǎng)卡的只讀存儲(chǔ)器 （EPROM）； 如果網(wǎng)卡的物理地址是00-60-08-00-A6-38，那么不管它連接在哪個(gè)具體的局域網(wǎng)中，其物理地址都是不變的；

25、 世界上沒(méi)有任何兩塊網(wǎng)卡的Ethernet物理地址是相同的。,76,Ethernet物理地址的十六進(jìn)制與二進(jìn)制表示方法,77,7.8 高速以太網(wǎng)工作原理,7.8.1 快速以太網(wǎng)（Fast Ethernet） 數(shù)據(jù)傳輸速率為100Mbps； 保留著傳統(tǒng)的10Mbps速率Ethernet的基本特征，即相同的幀格式、最小幀長(zhǎng)度、介質(zhì)訪問(wèn)控制方法與組網(wǎng)方法； 1995年9月，IEEE 802委員會(huì)正式批準(zhǔn)Fast Ethernet標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.3u。,78,Fast Ethernet的協(xié)議結(jié)構(gòu),79,100ASE-T的物理層標(biāo)準(zhǔn),100BASE-TX 支持2對(duì)5類(lèi)非屏蔽雙絞線UTP或2對(duì)1類(lèi)屏

26、蔽雙絞線STP； 一對(duì)雙絞線用于發(fā)送，另一對(duì)雙絞線用于接收； 全雙工系統(tǒng)，可同時(shí)以100Mbps速率發(fā)送與接收數(shù)據(jù)。 100BASE-T4 100BASE-T4支持4對(duì)3類(lèi)非屏蔽雙絞線UTP，其中3對(duì)用于數(shù)據(jù)傳輸，1對(duì)用于沖突檢測(cè)。 100BASE-FX 100BASE-FX支持2芯的多?；騿文９饫w； 從結(jié)點(diǎn)到集線器的距離可以達(dá)到2km； 全雙工系統(tǒng)。,80,10Mbps與100Mbps速率自動(dòng)協(xié)商功能,Fast Ethernet以速率自動(dòng)協(xié)商機(jī)制來(lái)支持在一個(gè) 局域網(wǎng)中10Mbps與100Mbps速率網(wǎng)卡共存的組 網(wǎng)方式； 速率自動(dòng)協(xié)商機(jī)制的主要功能： 自動(dòng)確定遠(yuǎn)端連接設(shè)備使用的是CSMA/C

27、D的10Mbps工作模式，還是全雙工的100Mbps工作模式； 向其它結(jié)點(diǎn)發(fā)布遠(yuǎn)端連接設(shè)備的工作模式； 與遠(yuǎn)端連接設(shè)備交換工作模式相關(guān)參數(shù)，協(xié)調(diào)和確定雙方的工作模式； 自動(dòng)協(xié)商功能自動(dòng)選擇共有的最高性能的工作模式。,81,自動(dòng)協(xié)商機(jī)制的功能是為鏈路兩端的設(shè)備選擇10/100Mbps與半雙工/全雙工模式中共有的高性能工作模式，并在鏈路本地設(shè)備與遠(yuǎn)端設(shè)備之間激活鏈路； 自動(dòng)協(xié)商功能只能用于使用雙絞線的Ethernet，并且規(guī)定自動(dòng)協(xié)商過(guò)程需要在500ms內(nèi)完成； 按工作模式性能從高到低，這些協(xié)議的優(yōu)先級(jí)從高到低的排序是： 100BASE-TX或100BASE-FX全雙工模式 100BASE-T4

28、100BASE-TX半雙工模式 10BASE-T全雙工模式 10BASE-T半雙工模式,82,7.8.2 千兆以太網(wǎng),制定千兆以太網(wǎng)GE標(biāo)準(zhǔn)的工作是從1995年開(kāi)始的； 1995年11月，IEEE 802.3委員會(huì)成立了高速網(wǎng)研究組； 1998年2月，IEEE 802委員會(huì)正式批準(zhǔn)了GE標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.3z。 GE的傳輸速率比FE快10倍，它的數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到了1000Mbps；GE保留著傳統(tǒng)的10Mbps速率Ethernet的基本特征，它們具有相同的幀格式、最小幀長(zhǎng)度與類(lèi)似的組網(wǎng)方法，,83,GE的協(xié)議結(jié)構(gòu),84,1000BASE-T標(biāo)準(zhǔn)定義千兆介質(zhì)專(zhuān)用接口（GMII），將MAC 子層

29、與物理層分隔開(kāi)，物理層實(shí)現(xiàn)1Gbps速率時(shí)傳輸介質(zhì)和信號(hào)編碼方式的變化不影響MAC子層； 1000BASE-T物理層標(biāo)準(zhǔn)： 1000BASE-T：5類(lèi)非屏蔽雙絞線，長(zhǎng)度達(dá)到100m； 1000BASE-CX：屏蔽雙絞線，長(zhǎng)度達(dá)到25m。 1000BASE-LX：?jiǎn)文９饫w，長(zhǎng)度達(dá)到3000m。 1000BASE-SX：多模光纖，長(zhǎng)度達(dá)到300550m。,85,7.8.3 十千兆以太網(wǎng),在GE標(biāo)準(zhǔn)802.3z通過(guò)后不久，1999年3月IEEE成立高速研究組（HSSG），其任務(wù)是致力于十千兆以太網(wǎng)（10GE）技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)的研究； 10GE標(biāo)準(zhǔn)由IEEE 8023ae委員會(huì)制定，正式標(biāo)準(zhǔn)在2002年完成

30、。,86,10GE主要特點(diǎn)：,10GE的幀格式與10Mbps的Ethernet的幀格式基本相同； 10GE仍保留802.3標(biāo)準(zhǔn)對(duì)Ethernet最小幀長(zhǎng)度和最大幀長(zhǎng)度的規(guī)定； 由于數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)10Gbps，傳輸介質(zhì)只使用光纖，可以應(yīng)用于廣域網(wǎng)與城域網(wǎng)的范圍； 10GE只工作在全雙工方式，因此不存在爭(zhēng)用問(wèn)題，這就使10GE的傳輸距離不受沖突檢測(cè)的限制。,87,10GE的物理層協(xié)議,局域網(wǎng)物理層（LAN PHY）標(biāo)準(zhǔn) 局域網(wǎng)物理層標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)傳輸速率是10Gbps，一個(gè)10GE交換機(jī)支持10個(gè)GE端口。 廣域網(wǎng)物理層（WAN PHY）標(biāo)準(zhǔn) 對(duì)于廣域網(wǎng)應(yīng)用，10GE使用光纖通道技術(shù)； 10GE廣域

31、網(wǎng)物理層采用光纖通道技術(shù)速率體系SONET/SDH的OC-192/STM-64的標(biāo)準(zhǔn)，速率為9.95328Gbps； 10GEt幀將插入OC-192/STM-64幀的凈載荷區(qū)域中，與光纖通道傳輸系統(tǒng)相連接。,88,10GE應(yīng)用前景,由于10GE技術(shù)的出現(xiàn)，Ethernet工作范圍已從校園網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng)主流選型的局域網(wǎng)，擴(kuò)大到城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)； 同樣規(guī)模的10GE造價(jià)只有SONET的1/5，只有ATM的1/10； 從10Mbps Ethernet到10Gbps Ethernet都使用相同的Ethernet幀格式，簡(jiǎn)化操作和管理，提高系統(tǒng)的效率； GE和10GE產(chǎn)品的問(wèn)世，進(jìn)一步提高Ethernet的市

32、場(chǎng)占有率。,89,7.9 交換式局域網(wǎng)與虛擬局域網(wǎng)技術(shù),7.9.1 交換式局域網(wǎng)技術(shù) 局域網(wǎng)交換機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理示意圖,90,交換機(jī)的交換方式,交換方式的類(lèi)型 直接交換（cut through） 存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)（store and forward）方式 改進(jìn)直接交換方式 直接交換方式 交換機(jī)只要接收并檢測(cè)到目的地址字段，立即將該幀轉(zhuǎn)發(fā)出去，而不管數(shù)據(jù)是否出錯(cuò)；幀出錯(cuò)檢測(cè)任務(wù)由結(jié)點(diǎn)主機(jī)完成； 這種交換方式的交換延遲時(shí)間短，但是缺乏差錯(cuò)檢測(cè)能力。,91,存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換方式 交換機(jī)首先完整的接收發(fā)送幀，并先進(jìn)行差錯(cuò)檢測(cè)。如果接收幀正確，則根據(jù)幀目的地址確定輸出端口號(hào)，然后轉(zhuǎn)發(fā)出去； 這種交換方式的優(yōu)點(diǎn)是具有

33、幀差錯(cuò)檢測(cè)能力，并支持不同輸入速率與輸出速率端口之間的幀轉(zhuǎn)發(fā)，缺點(diǎn)是交換延遲時(shí)間將會(huì)增長(zhǎng)。 改進(jìn)直接交換方式 改進(jìn)的直接交換方式則將二者結(jié)合起來(lái)，在接收到以太幀的前64字節(jié)后，判斷以太網(wǎng)幀的幀頭字段是否正確，如果正確則轉(zhuǎn)發(fā)出去； 由于只對(duì)幀的地址字段與控制字段進(jìn)行差錯(cuò)檢測(cè)，因此交換延遲時(shí)間將會(huì)減少。,92,局域網(wǎng)交換機(jī)的性能參數(shù),最大轉(zhuǎn)發(fā)速率 兩個(gè)端口之間每秒最多能轉(zhuǎn)發(fā)的幀數(shù)量； 匯集轉(zhuǎn)發(fā)速率 所有端口每秒可以轉(zhuǎn)發(fā)的最多幀數(shù)量； 轉(zhuǎn)發(fā)等待時(shí)間 交換機(jī)作出過(guò)濾或轉(zhuǎn)發(fā)決策需要的時(shí)間， 它與交換機(jī)采用的交換技術(shù)相關(guān)。,93,7.9.2 虛擬局域網(wǎng)（VLAN）技術(shù),虛擬局域網(wǎng)并不是一種新型的局域網(wǎng)，是

34、局域網(wǎng)向用戶(hù)提供的一種新的服務(wù)； 虛擬局域網(wǎng)建立在交換技術(shù)的基礎(chǔ)上； 局域網(wǎng)中的結(jié)點(diǎn)按工作性質(zhì)與需要，劃分成若干個(gè)“邏輯工作組”，則一個(gè)邏輯工作組就是一個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)； 邏輯工作組的組成不受結(jié)點(diǎn)所在網(wǎng)段物理位置的限制。,94,虛擬局域網(wǎng)的工作原理示意圖,95,7.10 Ethernet組網(wǎng)設(shè)備與組網(wǎng)方法,傳統(tǒng)Ethernet的物理層標(biāo)準(zhǔn)的命名方法： IEEE 802.3 X Type-Y Name X表示數(shù)據(jù)傳輸速率，單位為Mbps； Y表示網(wǎng)段的最大長(zhǎng)度，單位為100m； Type表示傳輸方式是基帶還是頻帶； Name表示局域網(wǎng)的名稱(chēng)。,96,集線器與10BASE-T 的Ethernet組網(wǎng),集

35、線器（hub） 集線器作為Ethernet中的中心連接設(shè)備時(shí)，所有結(jié)點(diǎn)通過(guò)非屏蔽雙絞線與集線器連接形成星型結(jié)構(gòu)； 所以連接在一個(gè)集線器上的主機(jī)屬于一個(gè)“沖突域”。,97,使用集線器與非屏蔽雙絞線的組網(wǎng)方法,使用集線器與非屏蔽雙絞線組網(wǎng)： 單一集線器結(jié)構(gòu) 多集線器級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu) 堆疊式集線器結(jié)構(gòu) 單一集線器結(jié)構(gòu)示意圖,98,兩個(gè)集線器通過(guò)RJ-45端口的級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu) 使用堆疊式集線器的結(jié)構(gòu),99,在設(shè)計(jì)GE網(wǎng)絡(luò)時(shí)，需要注意以下幾個(gè)問(wèn)題:,在網(wǎng)絡(luò)主干部分通常使用高性能的GE主干交換機(jī)，以解決應(yīng)用中的主干網(wǎng)絡(luò)帶寬的瓶頸問(wèn)題; 在網(wǎng)絡(luò)支干部分考慮使用價(jià)格與性能相對(duì)較低的GE支干交換機(jī)，以滿足實(shí)際應(yīng)用對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的需要； 在樓層或部門(mén)一級(jí)，根據(jù)實(shí)際需要選擇100Mbps的FE交換機(jī); 在用戶(hù)端使用10/100Mbps網(wǎng)卡，將工作站連接到100Mbps的FE交換機(jī)。,100,典型的GE組網(wǎng)結(jié)構(gòu),101,7.11 局域網(wǎng)互聯(lián)與網(wǎng)橋的基本工作原理,7.11.1