第5章 數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議

1、第第5章章 局域網(wǎng)技術(shù)與局域網(wǎng)技術(shù)與數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議v 數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議主要功能數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議主要功能v 數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議主要類型數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議主要類型v 數(shù)據(jù)鏈路層差錯(cuò)控制技術(shù)數(shù)據(jù)鏈路層差錯(cuò)控制技術(shù)v HDLC協(xié)議基本內(nèi)容協(xié)議基本內(nèi)容v PPP協(xié)議基本內(nèi)容協(xié)議基本內(nèi)容v 以太網(wǎng)以太網(wǎng)MAC層協(xié)議基本內(nèi)容層協(xié)議基本內(nèi)容5.1 數(shù)據(jù)鏈路層基本概念數(shù)據(jù)鏈路層基本概念5.1.1 鏈路與數(shù)據(jù)鏈路鏈路與數(shù)據(jù)鏈路v 鏈路：一條點(diǎn)到點(diǎn)的物理線路（中間沒(méi)有任何其它交換結(jié)點(diǎn)）v 數(shù)據(jù)鏈路：物理線路/傳輸設(shè)備+規(guī)程（軟硬件）。保證數(shù)據(jù)傳輸正確性v 通路由許多鏈路串接而成（鏈路是通路的組成部分）物理線路與數(shù)

2、據(jù)鏈路的關(guān)系5.1.2 數(shù)據(jù)鏈路層主要功能數(shù)據(jù)鏈路層主要功能v 鏈路管理鏈路管理：數(shù)據(jù)鏈路建立、維持和釋放v 幀同步幀同步：準(zhǔn)確區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)幀開始和結(jié)束v 流量控制流量控制：避免鏈路擁塞，控制數(shù)據(jù)發(fā)送速率v 差錯(cuò)控制差錯(cuò)控制：接收方能夠發(fā)現(xiàn)并糾正傳輸錯(cuò)誤v 透明傳輸透明傳輸：保證所有數(shù)據(jù)比特組合，都應(yīng)當(dāng)能夠在鏈路上傳送v 尋址尋址：保證每幀都能送到正確的目的站5.1.3 向網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù)向網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù)v 介于物理層與網(wǎng)絡(luò)層之間（第2層），其目的：將物理線路（存在傳輸差錯(cuò)）成為無(wú)差錯(cuò)數(shù)據(jù)鏈路（對(duì)網(wǎng)絡(luò)層來(lái)說(shuō)）v 實(shí)現(xiàn)鏈路管理、幀傳輸、流量控制、差錯(cuò)控制等功能。v 為網(wǎng)絡(luò)層屏蔽物理傳輸介質(zhì)、傳輸技

3、術(shù)的差異性（異構(gòu)互聯(lián)）。v 為網(wǎng)絡(luò)層提供服務(wù)：正確傳輸網(wǎng)絡(luò)層分組數(shù)據(jù)；屏蔽物理層傳輸技術(shù)的差異性5.2 差錯(cuò)產(chǎn)生差錯(cuò)產(chǎn)生、差錯(cuò)控制方法差錯(cuò)控制方法5.2.1 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)鏈路層的原因設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)鏈路層的原因v 在物理通信線路上傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)一定存在差錯(cuò)v 在原始、有差錯(cuò)物理線路上，采取差錯(cuò)檢測(cè)、差錯(cuò)控制、流量控制等方法，將物理線路改造成無(wú)差錯(cuò)的數(shù)據(jù)鏈路（向網(wǎng)絡(luò)層提供高質(zhì)量服務(wù)）v 物理層以上各層都有改善數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量責(zé)任，數(shù)據(jù)鏈路層差錯(cuò)控制最重要。5.2.2 差錯(cuò)產(chǎn)生原因差錯(cuò)產(chǎn)生原因、類型類型v 傳輸差錯(cuò)傳輸差錯(cuò)：數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)通信信道，接收數(shù)據(jù)與發(fā)送數(shù)據(jù)不一致v 差錯(cuò)控制方法差錯(cuò)控制方法：查錯(cuò)、糾錯(cuò)v 噪聲：

4、噪聲：熱噪聲、沖擊噪聲5.2.3 誤碼率定義誤碼率定義v 衡量數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)傳輸可靠性的參數(shù)（傳輸錯(cuò)誤是正常，不可避免）v 誤碼率未必越低越好，需根據(jù)實(shí)際傳輸要求提出（誤碼率越低，傳輸系統(tǒng)越復(fù)雜，造價(jià)越高）。v 傳輸非二進(jìn)制比特?cái)?shù)據(jù)，需折合成二進(jìn)制比特計(jì)算。v 差錯(cuò)出現(xiàn)具有隨機(jī)性，只有被測(cè)二進(jìn)制比特?cái)?shù)越大，越接近真正誤碼率5.2.4 檢錯(cuò)碼檢錯(cuò)碼、糾錯(cuò)碼糾錯(cuò)碼檢錯(cuò)檢錯(cuò)碼碼：自動(dòng)發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)的編碼糾錯(cuò)碼糾錯(cuò)碼：不僅能發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)，且能自動(dòng)糾正差錯(cuò)的編碼。編碼效率R：kkRnkr R越高，用來(lái)傳送信息碼元的有效利用率越高5.2.5 循環(huán)冗余碼工作原理循環(huán)冗余碼工作原理CRC（多項(xiàng)式循環(huán)冗余）（多項(xiàng)式循環(huán)冗余

5、）檢錯(cuò)的工作原理檢錯(cuò)的工作原理發(fā)送方發(fā)送方：v 生成多項(xiàng)式f(x) xk（k為多項(xiàng)式最高冪n值減1）v 將f(x)xk除以多項(xiàng)式G(x)，f(x) xk/G(x) = Q(x)+R(x)/G(x)（R(x)為余數(shù)多項(xiàng)式v 將f(x)xk+R(x)作為整體，發(fā)送到接收方接收方接收方：v 對(duì)多項(xiàng)式f(x)采用運(yùn)算，f(x)xk/G(x) = Q(x)+ R(x)/G(x)，得余數(shù)多項(xiàng)式R(x)v 根據(jù)R(x)=R(x) ？，判斷是否出現(xiàn)錯(cuò)誤5.2.5 循環(huán)冗余碼工作原理循環(huán)冗余碼工作原理1CRC（多項(xiàng)式循環(huán)冗余）（多項(xiàng)式循環(huán)冗余）檢錯(cuò)的工作原理檢錯(cuò)的工作原理2CRC檢錯(cuò)檢錯(cuò)例子例子（1）發(fā)送數(shù)據(jù)位

6、1010001（7bit）（2）生成多項(xiàng)式為10111（n=5，k=4）（3）將發(fā)送數(shù)據(jù)乘以24（左移4位），得到乘積：10100010000（4）將乘積用生成多項(xiàng)式去除（模2計(jì)算），求得余數(shù)：11012CRC檢錯(cuò)檢錯(cuò)例子例子（5）將余數(shù)比特流附加到發(fā)送數(shù)據(jù)尾部，得到： （6）若傳輸過(guò)程沒(méi)有差錯(cuò)，接收方收到的數(shù)據(jù)比特流（帶有CRC碼）一定能被相同生成多項(xiàng)式整除。3CRC檢錯(cuò)方法特點(diǎn)檢錯(cuò)方法特點(diǎn)v 能檢查出全部單個(gè)錯(cuò)。v 能檢查出全部離散的二位錯(cuò)。v 能檢查出全部奇數(shù)個(gè)錯(cuò)。v 能檢查出全部長(zhǎng)度小于或等于k位的突發(fā)錯(cuò)。v 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)。5.2.6 海明

7、碼工作原理海明碼工作原理v 檢錯(cuò)、糾正差錯(cuò)編碼（若信息位足夠長(zhǎng)，編碼效率很高）若信息位為：k=n-1位（an-1an-2a1），偶校驗(yàn)位a0，構(gòu)成一個(gè)n位的碼字an-1an-2a1a0。接收端校驗(yàn)時(shí)，按監(jiān)督式計(jì)算校正因子若S=0，則無(wú)錯(cuò)；若S=1，則有錯(cuò)。5.2.6 海明碼工作原理海明碼工作原理v 碼字 n(bit) = k+r，k: 信息位、r: 冗余位v 若用r個(gè)監(jiān)督關(guān)系式產(chǎn)生r個(gè)校正因子，區(qū)分無(wú)錯(cuò)、碼字中n個(gè)不同位置的位錯(cuò)，則要求 即： 以k=4為例，要滿足上述不等式，則r3（取r=3，則n=k+r=7）表8-3 S2S1S0值與錯(cuò)碼位置的對(duì)應(yīng)S2S1S00000010101000111

8、01110111錯(cuò)碼位置無(wú)錯(cuò)a0a1a2a3a4a5a65.2.6 海明碼工作原理海明碼工作原理表8-3 S2S1S0值與錯(cuò)碼位置的對(duì)應(yīng)S2S1S0000001010100011101110111錯(cuò)碼位置無(wú)錯(cuò)a0a1a2a3a4a5a6發(fā)送端編碼時(shí)，信息位a6、a5、a4、a3值取決于輸入信號(hào)（隨機(jī)）。冗余位a2、a1、a0值根據(jù)信息位取值決定（監(jiān)督關(guān)系式計(jì)算）5.2.6 海明碼工作原理海明碼工作原理由由信息位算得的海明碼冗余位信息位算得的海明碼冗余位信 息 位冗 余 位信 息 位冗 余 位a6 a5 a4 a3a2 a1 a0a6 a5 a4 a3a2 a1 a000000001000111

9、000101110011000010101101001000111101011001010011011000010101101110101001100111110100011100011111115.2.6 海明碼工作原理海明碼工作原理5.2 差錯(cuò)產(chǎn)生與差錯(cuò)控制方法差錯(cuò)產(chǎn)生與差錯(cuò)控制方法5.2.7 差錯(cuò)控制機(jī)制差錯(cuò)控制機(jī)制（ARR糾錯(cuò)）糾錯(cuò)）v 自動(dòng)反饋重發(fā)（ARR糾錯(cuò)）：收發(fā)雙方在發(fā)現(xiàn)幀傳輸錯(cuò)誤時(shí)，采用反饋/重發(fā)方法糾正錯(cuò)誤。v 接收方通過(guò)檢錯(cuò)碼檢查接收數(shù)據(jù)是否正確，發(fā)現(xiàn)傳輸錯(cuò)誤就采用ARR糾錯(cuò)ARR的實(shí)現(xiàn)機(jī)制5.3 數(shù)據(jù)鏈路層的流量與擁塞控制數(shù)據(jù)鏈路層的流量與擁塞控制5.3.1 數(shù)據(jù)鏈路層

10、協(xié)議模型數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議模型v 數(shù)據(jù)鏈路層需要有流量與擁塞控制，以保證數(shù)據(jù)幀傳輸可靠性5.3.2 單幀停止等待協(xié)議單幀停止等待協(xié)議1單幀停止等待協(xié)議工作原理單幀停止等待協(xié)議工作原理v 發(fā)送方每次發(fā)送一幀后，需要等待確認(rèn)幀返回，再發(fā)送下一幀v 發(fā)送方收到否認(rèn)幀（數(shù)據(jù)幀錯(cuò)），重新發(fā)送出錯(cuò)的數(shù)據(jù)幀v 優(yōu)點(diǎn)：協(xié)議簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)v 缺點(diǎn)：幀傳輸效率低下停止等待協(xié)議5.3.2 單幀停止等待協(xié)議單幀停止等待協(xié)議2單幀停止等待協(xié)議效率分析單幀停止等待協(xié)議效率分析 幀傳輸總延時(shí)tT ： tT = tp+tf+tpr+ta+tp+tpr = 2tp+2tpr+tf +ta tT tf+2tp 幀傳輸效率U： U=t

11、f /( tf+2tp)假設(shè) = 傳播延時(shí)/發(fā)送延時(shí)（ tp / tf） U=1/(1+2) 5.3.3 連續(xù)發(fā)送連續(xù)發(fā)送ARQ協(xié)議協(xié)議v 發(fā)送方連續(xù)向接收方發(fā)送數(shù)據(jù)幀，接收方對(duì)收到的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行校驗(yàn)后，向發(fā)送方返回相應(yīng)的應(yīng)答幀。5.3.4 滑動(dòng)窗口協(xié)議滑動(dòng)窗口協(xié)議1 滑動(dòng)窗口的基本概念滑動(dòng)窗口的基本概念v 發(fā)送方連續(xù)發(fā)送幀數(shù)量受接收方控制（根據(jù)接收緩沖區(qū)剩余空間來(lái)限制發(fā)送幀節(jié)奏），避免傳輸過(guò)程出現(xiàn)擁塞。v 滑動(dòng)窗口：將已發(fā)送（但未被確認(rèn)）的數(shù)據(jù)幀數(shù)目加以限制，達(dá)到流量控制目的。v 設(shè)置發(fā)送窗口Ws ：對(duì)發(fā)送方進(jìn)行流量控制（Ws代表在還沒(méi)有收到接收方確認(rèn)信息的情況下發(fā)送方最多可以發(fā)送的數(shù)據(jù)幀數(shù)。

12、v 特例： 當(dāng)Ws=1，為單幀停止等待協(xié)議5.3.4 滑動(dòng)窗口協(xié)議滑動(dòng)窗口協(xié)議2滑動(dòng)窗口協(xié)議工作原理滑動(dòng)窗口協(xié)議工作原理5.3.4 滑動(dòng)窗口協(xié)議滑動(dòng)窗口協(xié)議2滑動(dòng)窗口協(xié)議工作原理滑動(dòng)窗口協(xié)議工作原理工作原理5.3.4 滑動(dòng)窗口協(xié)議滑動(dòng)窗口協(xié)議3 發(fā)送序號(hào)與發(fā)送窗口最大值關(guān)系發(fā)送序號(hào)與發(fā)送窗口最大值關(guān)系假設(shè)Ws=8；發(fā)送方發(fā)送完0-7（8個(gè)）幀，因發(fā)送窗口填滿，發(fā)送暫停；接收方對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)幀發(fā)送確認(rèn)幀。v 第一種情況：第一種情況：所有確認(rèn)幀都正確到達(dá)發(fā)送方，接著又發(fā)送8個(gè)新的數(shù)據(jù)幀，其編號(hào)也是0-7。v 第二種情況第二種情況：所有確認(rèn)幀全部丟失，發(fā)送方要重發(fā)8個(gè)舊數(shù)據(jù)幀，其編號(hào)仍為0-7。問(wèn)題：?jiǎn)?/p>

13、題：接收方無(wú)法判定新舊數(shù)據(jù)幀（即Ws=8不行）。結(jié)論：結(jié)論：若接收窗口Wr=1，則發(fā)送窗口的大小Ws2 n-1時(shí)，ARQ協(xié)議才能正確運(yùn)行5.4 PPP協(xié)議協(xié)議5.4.1 互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議v 互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議：串行線路IP協(xié)議SLIP、點(diǎn)-點(diǎn)協(xié)議PPPv PPP高效率、取代SLIP、互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議主要特點(diǎn)：主要特點(diǎn)：v 不使用幀序號(hào)，不提供流量控制功能。v 只支持點(diǎn)-點(diǎn)連接，不支持點(diǎn)-多點(diǎn)連接。v 只支持全雙工通信，不支持單工與半雙工通信。v 支持異步、串行通信，也可以支持同步、并行通信。 5.4.2 PPP協(xié)議基本內(nèi)容協(xié)議基本內(nèi)容1PPP協(xié)議基本功能協(xié)議基

14、本功能v 采用串行鏈路的基于HDLC數(shù)據(jù)幀封裝機(jī)制。v 采用鏈路控制協(xié)議LCP（建立、配置、管理、測(cè)試鏈路連接）v 采用網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議NCP（建立、配置不同網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議） 5.4.2 PPP協(xié)議基本內(nèi)容協(xié)議基本內(nèi)容 建立 鑒別 打開 終止 靜止 網(wǎng)絡(luò)鑒別成功NCP配置分配IP地址載波停止物理層 檢測(cè)有載波LCP 檢查選項(xiàng)PPP協(xié)議工作狀態(tài)圖不成功5.4.2 PPP協(xié)議基本內(nèi)容協(xié)議基本內(nèi)容2. PPP協(xié)議的幀結(jié)構(gòu)協(xié)議的幀結(jié)構(gòu) PPP信息幀格式PPP鏈路控制幀格式PPP網(wǎng)絡(luò)控制幀格式5.5 局域網(wǎng)參考模型與局域網(wǎng)參考模型與以太網(wǎng)工作原理以太網(wǎng)工作原理5.5.1 IEEE 802參考模型參考模型1 IE

15、EE802參考模型的研究背景參考模型的研究背景v 1980年2月，IEEE成立局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)（簡(jiǎn)稱IEEE802委員會(huì)）v 研究重點(diǎn)：解決局部范圍內(nèi)計(jì)算機(jī)組網(wǎng)問(wèn)題 5.5.1 IEEE 802參考模型參考模型2 IEEE802標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)v 802.1標(biāo)準(zhǔn)：定義局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、網(wǎng)絡(luò)管理與性能測(cè)試v 802.2標(biāo)準(zhǔn)：定義LLC子層功能與服務(wù)v 定義不同介質(zhì)訪問(wèn)控制技術(shù)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)IEEE802標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)v 802.3標(biāo)準(zhǔn)：定義CSMA/CD介質(zhì)訪問(wèn)控制子層與物理層標(biāo)準(zhǔn)v 802.11標(biāo)準(zhǔn)：定義無(wú)線局域網(wǎng)訪問(wèn)控制子層與物理層標(biāo)準(zhǔn)。v 802.15標(biāo)準(zhǔn)：定義近距離無(wú)線個(gè)人網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)

16、控制子層與物理層標(biāo)準(zhǔn)v 802.16標(biāo)準(zhǔn)：定義寬帶無(wú)線城域網(wǎng)訪問(wèn)控制子層與物理層標(biāo)準(zhǔn)。 5.5.1 IEEE 802參考模型參考模型2 IEEE802標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu) IEEE802數(shù)據(jù)鏈路層標(biāo)準(zhǔn)局域網(wǎng)發(fā)展趨勢(shì)：局域網(wǎng)發(fā)展趨勢(shì)：v以太網(wǎng)占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，成為組建局域網(wǎng)首選技術(shù)v局域網(wǎng)系統(tǒng)中，桌面采用10/100M以太網(wǎng)（FE），主干網(wǎng)采用千兆以太網(wǎng)（GE），核心交換采用10G萬(wàn)兆以太網(wǎng)（10GE）成為趨勢(shì)v10M以太網(wǎng)基本使用非屏蔽雙絞線10BASE-T標(biāo)準(zhǔn)vIP協(xié)議直接使用以太網(wǎng)幀接口（LLC協(xié)議已經(jīng)很少使用）vGE/10GE保留傳統(tǒng)以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)（主干網(wǎng)采用光纖傳輸介質(zhì)、點(diǎn)-點(diǎn)全雙工通信方

17、式），但非傳統(tǒng)CSMA/CD隨機(jī)爭(zhēng)用方式vGE/10GE技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成熟，逐步擴(kuò)大到城域網(wǎng)和廣域網(wǎng) 5.5.2 以太網(wǎng)基本工作原理以太網(wǎng)基本工作原理1 以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸特點(diǎn)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸特點(diǎn)載波偵聽多路訪問(wèn)/沖突檢測(cè)（CSMA/CD）技術(shù)載波偵聽：監(jiān)聽總線占用多路訪問(wèn)：平等訪問(wèn)總線沖突檢測(cè)：沖突不可避免 CSMA/CD工作特點(diǎn)5.5.2 以太網(wǎng)基本工作原理以太網(wǎng)基本工作原理1 以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸特點(diǎn)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸特點(diǎn) 總線忙閑狀態(tài)判斷5.5.2 以太網(wǎng)基本工作原理以太網(wǎng)基本工作原理1 以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸特點(diǎn)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸特點(diǎn) 沖突窗口概念5.5.2 以太網(wǎng)基本工作原理以太網(wǎng)基本工作原理1 以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸

18、特點(diǎn)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸特點(diǎn)沖突檢測(cè)方法：沖突檢測(cè)方法：比較法、編碼違例判決法 5.5.2 以太網(wǎng)基本工作原理以太網(wǎng)基本工作原理2以太幀結(jié)構(gòu)以太幀結(jié)構(gòu) 前導(dǎo)前導(dǎo)符符/幀前定界符幀前定界符：由10101010比特流組成目的地址目的地址、源地址源地址：MAC地址（6字節(jié)）類型類型：網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議類型（0 x800表示IP協(xié)議；0 x8137表示IPX協(xié)議數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)：46B1500B（幀頭長(zhǎng)度為18B）幀校驗(yàn)幀校驗(yàn)：32位CRC校驗(yàn)（目的地址、源地址、類型、幀數(shù)據(jù)）CRC生成多項(xiàng)式生成多項(xiàng)式：G(X)=X32+X26+X23+X22+X16+X12+X11+X10+X8+X7+X5+X4+X2+X+15.5.2

19、 以太網(wǎng)基本工作原理以太網(wǎng)基本工作原理 3. 以太網(wǎng)接收流程分析以太網(wǎng)接收流程分析 5.5.3 以太網(wǎng)卡與物理地址以太網(wǎng)卡與物理地址1. 以太網(wǎng)卡結(jié)構(gòu)以太網(wǎng)卡結(jié)構(gòu) 典型的以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)方法 以太網(wǎng)卡結(jié)構(gòu)示意圖5.5.3 以太網(wǎng)卡與物理地址以太網(wǎng)卡與物理地址2以太網(wǎng)物理地址以太網(wǎng)物理地址v 統(tǒng)一管理以太網(wǎng)物理地址（地址唯一，不會(huì)出現(xiàn)重復(fù)） 5.6 現(xiàn)代以太網(wǎng)技術(shù)現(xiàn)代以太網(wǎng)技術(shù)5.6.1 交換式局域網(wǎng)技術(shù)交換式局域網(wǎng)技術(shù)1交換式局域網(wǎng)技術(shù)研究背景交換式局域網(wǎng)技術(shù)研究背景v 交換技術(shù)應(yīng)用于高性能局域網(wǎng)技術(shù)v 傳統(tǒng)共享介質(zhì)局域網(wǎng)（所有結(jié)點(diǎn)共享一條傳輸介質(zhì)）不可避免發(fā)生沖突（結(jié)點(diǎn)數(shù)量不斷增加，網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷加重，

20、網(wǎng)絡(luò)效率急劇下降）v 克服網(wǎng)絡(luò)規(guī)模與網(wǎng)絡(luò)性能矛盾，將共享介質(zhì)改為交換方式 5.6.1 交換式局域網(wǎng)技術(shù)交換式局域網(wǎng)技術(shù)2局域網(wǎng)交換機(jī)的工作原理局域網(wǎng)交換機(jī)的工作原理 局域網(wǎng)交換機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理5.6.1 交換式局域網(wǎng)技術(shù)交換式局域網(wǎng)技術(shù)3 交換機(jī)的交換方式交換機(jī)的交換方式（1）直接交換方式l 交換機(jī)只接收數(shù)據(jù)幀頭部，檢測(cè)目的地址，立即轉(zhuǎn)發(fā)（無(wú)論幀是否出錯(cuò)）l 幀出錯(cuò)檢測(cè)由結(jié)點(diǎn)主機(jī)完成（延遲小，缺乏差錯(cuò)檢測(cè)）（2）存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換方式l 交換機(jī)完整地接收數(shù)據(jù)幀，并檢測(cè)差錯(cuò)。若幀正確，則根據(jù)幀目的地址確定輸出端口，進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)出l 具有幀差錯(cuò)檢測(cè)能力，延遲大（3）改進(jìn)的直接交換方式（二者結(jié)合） 5.6.1

21、 交換式局域網(wǎng)技術(shù)交換式局域網(wǎng)技術(shù)4局域網(wǎng)交換機(jī)性能參數(shù)局域網(wǎng)交換機(jī)性能參數(shù)v 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v 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v 轉(zhuǎn)發(fā)等待時(shí)間：交換機(jī)做出過(guò)濾或轉(zhuǎn)發(fā)決策需要的時(shí)間（與交換機(jī)采用交換技術(shù)相關(guān)） 5.6.2 快速以太網(wǎng)快速以太網(wǎng)FE1 快速以太網(wǎng)的發(fā)展快速以太網(wǎng)的發(fā)展v 傳輸率比普通以太網(wǎng)塊10倍（達(dá)到100Mbps）v 保留傳統(tǒng)10Mbps速率以太網(wǎng)基本特征（相同幀格式、最小幀長(zhǎng)度、最大幀長(zhǎng)度、介質(zhì)訪問(wèn)控制方法、組網(wǎng)方法）v 將10M以太網(wǎng)每個(gè)比特發(fā)送時(shí)間有100ns降低到10ns。v IEEE802委員會(huì)定義：快速以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)8

22、02.3u 第第8章章 數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議與編程方數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議與編程方法法5.6.2 快速以太網(wǎng)快速以太網(wǎng)FE2快速以太網(wǎng)協(xié)議結(jié)構(gòu)快速以太網(wǎng)協(xié)議結(jié)構(gòu) 快速以太網(wǎng)的協(xié)議結(jié)構(gòu)。5.6.2 快速以太網(wǎng)快速以太網(wǎng)FE3全雙工與半雙工工作模式全雙工與半雙工工作模式v 實(shí)現(xiàn)全雙工工作，主機(jī)需要通過(guò)網(wǎng)卡的兩個(gè)通道（兩對(duì)雙絞線/2根光纖）v 一對(duì)雙絞線用于發(fā)送數(shù)據(jù)，而另一對(duì)雙絞線用于接收數(shù)據(jù)（或者一根光纖用于發(fā)送數(shù)據(jù)，而另一根光纖用于接收數(shù)據(jù)）v 點(diǎn)-點(diǎn)連接方式（不同于傳統(tǒng)以太網(wǎng)連接）v 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)必須是星形結(jié)構(gòu) 5.6.2 快速以太網(wǎng)快速以太網(wǎng)FE4. 10M/100M速率自動(dòng)協(xié)商功能速率自動(dòng)協(xié)商功能網(wǎng)卡共存下

23、速率自動(dòng)協(xié)商機(jī)制v 自動(dòng)確定連接設(shè)備是半雙工（10M模式），還是全雙工（100M模式）v 向其他結(jié)點(diǎn)發(fā)布遠(yuǎn)端連接設(shè)備工作模式。v 向遠(yuǎn)端連接設(shè)備交換工作模式相關(guān)參數(shù)，協(xié)調(diào)和確定雙方工作模式。v 自動(dòng)選擇共有的最高性能工作模式（500ms）。 5.6.3 千兆以太網(wǎng)千兆以太網(wǎng)1千兆以太網(wǎng)的發(fā)展千兆以太網(wǎng)的發(fā)展v 有更高帶寬局域網(wǎng)需求（數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)、電視會(huì)議、三維圖形、高清圖像）v 企業(yè)網(wǎng)解決方案：桌面系統(tǒng)采用10M以太網(wǎng)、部門級(jí)網(wǎng)絡(luò)采用100M快速以太網(wǎng)、企業(yè)級(jí)網(wǎng)絡(luò)采1000M千兆以太網(wǎng)v 隨著GE技術(shù)的成熟，已經(jīng)成為大中型局域網(wǎng)系統(tǒng)主干網(wǎng)首選方案。 2千兆以太網(wǎng)協(xié)議結(jié)構(gòu)千兆以太網(wǎng)協(xié)議結(jié)構(gòu) 1000

24、BASE-T4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：1000BASE-T：5類非屏蔽雙絞線（長(zhǎng)度可達(dá)100m）1000BASE-CX：使用屏蔽雙絞線（長(zhǎng)度可達(dá)25m）1000BASE-LX：使用單模光纖（長(zhǎng)度可達(dá)3000m）1000BASE-SX：使用多模光纖（長(zhǎng)度可達(dá)300 550m）5.6.4 十千兆十千兆（萬(wàn)兆）（萬(wàn)兆）以太網(wǎng)以太網(wǎng)110GE主要特點(diǎn)主要特點(diǎn)v 幀格式與10/100/1000M以太網(wǎng)幀格式基本相同v 保留802.3標(biāo)準(zhǔn)最小幀長(zhǎng)度、最大幀長(zhǎng)度規(guī)定（便于升級(jí)）v 只使用光纖介質(zhì)（不能使用雙絞線），能在廣域網(wǎng)與城域網(wǎng)范圍內(nèi)工作v 只工作在全雙工方式（不存在爭(zhēng)用問(wèn)題），傳輸距離不受沖突檢測(cè)限制210GE物理層協(xié)議物理層協(xié)議v 局域網(wǎng)物理層（LAN PHY）標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)傳輸率10Gbps，一個(gè)10GE交換機(jī)支持10個(gè)Gbit以太網(wǎng)端口v 可選的廣域網(wǎng)物理層（WAN PHY）標(biāo)準(zhǔn)符合光纖通道技術(shù)速率體系SONET/SDH的OC-192/STM-64標(biāo)準(zhǔn) 5.6.5 虛擬局域網(wǎng)技術(shù)虛擬局域網(wǎng)技術(shù)VLA