第三章 以太網(wǎng).ppt

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(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)具有如下的一些主要優(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 可用性和殘存性 局域網(wǎng)的拓?fù)?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) 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 以太網(wǎng)的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn) DIXEthernetV2是世界上第一個(gè)局域網(wǎng)產(chǎn)品 以太網(wǎng) 的規(guī)約 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(jiǎn)稱為 以太網(wǎng) 嚴(yán)格說來 以太網(wǎng) 應(yīng)當(dāng)是指符合DIXEthernetV2標(biāo)準(zhǔn)的局域網(wǎng) 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 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(duì)LLC子層來說都是透明的 局域網(wǎng)對(duì)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 數(shù)據(jù)鏈路層 站點(diǎn)2 LLC子層看不見下面的局域網(wǎng) 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)中的幾種局域網(wǎng) 因此現(xiàn)在802委員會(huì)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 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 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 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(jiǎn)單又可靠 因?yàn)榭偩€上沒有有源器件 CSMA CD協(xié)議 B向D發(fā)送數(shù)據(jù) C D A E 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) 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(cè)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(cè)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(duì)一的通信 為了通信的簡(jiǎn)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(duì)發(fā)送的數(shù)據(jù)幀不進(jìn)行編號(hào) 也不要求對(duì)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 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 Manchester 編碼 基帶數(shù)字信號(hào) 曼徹斯特編碼 碼元 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 出現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換 載波監(jiān)聽多點(diǎn)接入 碰撞檢測(cè)CSMA CD CSMA CD表示CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection 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(gè)站在發(fā)送數(shù)據(jù)之前先要檢測(cè)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 就是用電子技術(shù)檢測(cè)總線上有沒有其他計(jì)算機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)信號(hào) 碰撞檢測(cè) 碰撞檢測(cè) 就是計(jì)算機(jī)邊發(fā)送數(shù)據(jù)邊檢測(cè)信道上的信號(hào)電壓大小 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(hào)電壓擺動(dòng)值將會(huì)增大 互相疊加 當(dāng)一個(gè)站檢測(cè)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 所謂 碰撞 就是發(fā)生了沖突 因此 碰撞檢測(cè) 也稱為 沖突檢測(cè) 檢測(cè)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 電磁波在總線上的有限傳播速率的影響 當(dāng)某個(gè)站監(jiān)聽到總線是空閑時(shí) 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(shí)間后才能傳送到B 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(shí)B的載波監(jiān)聽檢測(cè)不到A所發(fā)送的信息 則必然要在某個(gè)時(shí)間和A發(fā)送的幀發(fā)生碰撞 碰撞的結(jié)果是兩個(gè)幀都變得無用 1km A B 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 1km A B t t B檢測(cè)到信道空閑發(fā)送數(shù)據(jù) t 2發(fā)生碰撞 A B A B t 0A檢測(cè)到信道空閑發(fā)送數(shù)據(jù) A B t 0 A B 單程端到端傳播時(shí)延記為 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 爭(zhēng)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(zhēng)用期 或碰撞窗口 經(jīng)過爭(zhēng)用期這段時(shí)間還沒有檢測(cè)到碰撞 才能肯定這次發(fā)送不會(huì)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(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 一般是取為爭(zhēng)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 爭(zhēng)用期的長(zhǎng)度 以太網(wǎng)取51 2 s為爭(zhēng)用期的長(zhǎng)度 對(duì)于10Mb s以太網(wǎng) 在爭(zhēng)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 最短有效幀長(zhǎng) 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(cè)到?jīng)_突就立即中止發(fā)送 這時(shí)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(zhǎng)為64字節(jié) 凡長(zhǎng)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)化碰撞 當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)的站一旦發(fā)現(xiàn)發(fā)生了碰撞時(shí) 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(hào) jammingsignal 以便讓所有用戶都知道現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)生了碰撞 人為干擾信號(hào) A B t A檢測(cè)到?jīng)_突 信道占用時(shí)間 B也能夠檢測(cè)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(hào) 這里為了簡(jiǎn)單起見 只畫出A發(fā)送干擾信號(hào)的情況 使用廣播信道的以太網(wǎng)使用集線器的星形拓?fù)?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)?在星形的中心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) 集線器 兩對(duì)雙絞線 站點(diǎn) RJ 45插頭 星形網(wǎng)10BASE T 不用電纜而使用無屏蔽雙絞線 每個(gè)站需要用兩對(duì)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(gè)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(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) 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 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 以太網(wǎng)的MAC層1 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 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(shí)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 IEEE的注冊(cè)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 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(shí)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 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 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) FCS 6 6 2 4 字節(jié) 46 1500 MAC幀 以太網(wǎng)的MAC幀格式 MAC幀 物理層 MAC層 IP層 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 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 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 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(zhǎng)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(zhǎng)度 MAC幀 物理層 MAC層 IP層 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1 10 8時(shí) MAC子層可使未檢測(cè)到的差錯(cuò)小于1 10 14 當(dāng)數(shù)據(jù)字段的長(zhǎng)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(zhǎng)不小于64字節(jié) MAC幀 物理層 MAC層 IP層 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(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) 數(shù)據(jù)字段的長(zhǎng)度與長(zhǎng)度字段的值不一致 幀的長(zhǎng)度不是整數(shù)個(gè)字節(jié) 用收到的幀檢驗(yàn)序列FCS查出有差錯(cuò) 數(shù)據(jù)字段的長(zhǎng)度不在46 1500字節(jié)之間 有效的MAC幀長(zhǎng)度為64 1518字節(jié)之間 對(duì)于檢查出的無效MAC幀就簡(jiǎn)單地丟棄 以太網(wǎng)不負(fù)責(zé)重傳丟棄的幀 無效的MAC幀 幀間最小間隔為9 6 s 相當(dāng)于96bit的發(fā)送時(shí)間 一個(gè)站在檢測(cè)到總線開始空閑后 還要等待9 6 s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 幀間最小間隔 擴(kuò)展的局域網(wǎng)在物理層擴(kuò)展局域網(wǎng) 主機(jī)使用光纖和一對(duì)光纖調(diào)制解調(diào)器連接到集線器 以太網(wǎng)集線器 光纖 光纖調(diào)制解調(diào)器 光纖調(diào)制解調(diào)器 某大學(xué)有三個(gè)系 各自有一個(gè)局域網(wǎng) 用多個(gè)集線器可連成更大的局域網(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 用集線器組成更大的局域網(wǎng)都在一個(gè)碰撞域中 一系 三系 二系 主干集線器 一個(gè)更大的碰撞域 碰撞域 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 用集線器擴(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(duì)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 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2 網(wǎng)段B 網(wǎng)段A 1 1 1 2 2 2 站地址 接口 網(wǎng)橋 網(wǎng)橋 接口1 接口2 1 2 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) 使用網(wǎng)橋帶來的好處 網(wǎng)橋使各網(wǎng)段成為隔離開的碰撞域 B2 B1 碰撞域 碰撞域 碰撞域 A B C D E F 存儲(chǔ)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(huì)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 使用網(wǎng)橋帶來的缺點(diǎn) 用戶層 IP MAC 站1 用戶層 IP MAC 站2 物理層 網(wǎng)橋1 網(wǎng)橋2 A B 用戶數(shù)據(jù) IP H MAC H MAC T DL H DL T 物理層 DL R MAC 物理層 物理層 DL R 物理層 物理層 LAN LAN 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 集線器在轉(zhuǎn)發(fā)幀時(shí) 不對(duì)傳輸媒體進(jìn)行檢測(cè) 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)橋和集線器 或轉(zhuǎn)發(fā)器 不同 目前使用得最多的網(wǎng)橋是透明網(wǎng)橋 transparentbridge 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(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 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 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 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 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 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 地址接口 轉(zhuǎn)發(fā)表的建立過程舉例 B2 B1 A B C D E F 1 2 1 2 地址接口 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(shí)間 這是因?yàn)橐蕴W(wǎng)的拓?fù)淇赡芙?jīng)常會(huì)發(fā)生變化 站點(diǎn)也可能會(huì)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(gè)幀到達(dá)網(wǎng)橋的時(shí)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)橋在轉(zhuǎn)發(fā)表中登記以下三個(gè)信息 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 但進(jìn)入網(wǎng)橋的接口除外 按進(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) 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 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 A F 不停地兜圈子 A發(fā)出的幀 網(wǎng)絡(luò)資源白白消耗了 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(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 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(shí)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(gè)發(fā)現(xiàn)幀 每個(gè)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(shí)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(gè)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 3 源路由網(wǎng)橋 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(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 4 多接口網(wǎng)橋 以太網(wǎng)交換機(jī) 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 交換機(jī)能同時(shí)連通許多對(duì)的接口 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)由于使用了專用的交換結(jié)構(gòu)芯片 其交換速率就較高 以太網(wǎng)交換機(jī)的特點(diǎn) 對(duì)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(duì)于擁有N對(duì)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) 獨(dú)占傳輸媒體的帶寬 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 s 100Mb s 100Mb 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 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(gè)VLAN的幀都有一個(gè)明確的標(biāo)識(shí)符 指明發(fā)送這個(gè)幀的工作站是屬于哪一個(gè)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) 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) 以太網(wǎng)交換機(jī) A4 B1 以太網(wǎng)交換機(jī) VLAN3 C3 B3 VLAN1 VLAN2 C1 A2 A1 A3 C2 B2 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 以太網(wǎng)交換機(jī) A4 B1 以太網(wǎng)交換機(jī) VLAN3 C3 B3 VLAN1 VLAN2 C1 A2 A1 A3 C2 B2 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的構(gòu)成 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(huì)收到廣播的信息 以太網(wǎng)交換機(jī) A4 B1 以太網(wǎng)交換機(jī) VLAN3 C3 B3 VLAN1 VLAN2 C1 A2 A1 A3 C2 B2 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的構(gòu)成 B1發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí) 工作站A1 A2和C1都不會(huì)收到B1發(fā)出的廣播信息 以太網(wǎng)交換機(jī) A4 B1 以太網(wǎng)交換機(jī) VLAN3 C3 B3 VLAN1 VLAN2 C1 A2 A1 A3 C2 B2 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的構(gòu)成 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(huì)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)協(xié)議允許在以太網(wǎng)的幀格式中插入一個(gè)4字節(jié)的標(biāo)識(shí)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(gè)虛擬局域網(wǎng) 虛擬局域網(wǎng)使用的以太網(wǎng)幀格式 802 3MAC幀 字節(jié) 6 6 2 46 1500 4 目地地址 源地址 長(zhǎng)度 類型 數(shù)據(jù) FCS 長(zhǎng)度 類型 802 1Q標(biāo)記類型標(biāo)記控制信息1000000100000000VID 2字節(jié) 2字節(jié) 插入4字節(jié)的VLAN標(biāo)記 4 用戶優(yōu)先級(jí) CFI 高速以太網(wǎng)100BASE T以太網(wǎng) 速率達(dá)到或超過100Mb s的以太網(wǎng)稱為高速以太網(wǎng) 在雙絞線上傳送100Mb s基帶信號(hào)的星型拓?fù)湟蕴W(wǎng) 仍使用IEEE802 3的CSMA CD協(xié)議 100BASE T以太網(wǎng)又稱為快速以太網(wǎng) FastEthernet 100BASE T以太網(wǎng)的特點(diǎn) 可在全雙工方式下工作而無沖突發(fā)生 因此 不使用CSMA CD協(xié)議 MAC幀格式仍然是802 3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的 保持最短幀長(zhǎng)不變 但將一個(gè)網(wǎng)段的最大電纜長(zhǎng)度減小到100m 幀間時(shí)間間隔從原來的9 6 s改為現(xiàn)在的0 96 s 三種不同的物理層標(biāo)準(zhǔn) 100BASE TX使用2對(duì)UTP5類線或屏蔽雙絞線STP 100BASE FX使用2對(duì)光纖 100BASE T4使用4對(duì)UTP3類線或5類線 吉比特以太網(wǎng) 允許在1Gb s下全雙工和半雙工兩種方式工作 使用802 3協(xié)議規(guī)定的幀格式 在半雙工方式下使用CSMA CD協(xié)議 全雙工方式不需要使用CSMA CD協(xié)議 與10BASE T和100BASE T技術(shù)向后兼容 吉比特以太網(wǎng)的物理層 1000BASE X