計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第五章數(shù)據(jù)鏈路層和局域網(wǎng)

1、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第 5 章 數(shù)據(jù)鏈路層和局域網(wǎng)1第 5 章 數(shù)據(jù)鏈路層和局域網(wǎng)5.1 概述和服務(wù)5.2 差錯(cuò)檢測(cè)和糾錯(cuò)技術(shù)5.3 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議 PPP5.4 以太網(wǎng)5.5 組網(wǎng)設(shè)備235.1 概述和服務(wù)節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn) (node)：主機(jī)和路由器主機(jī)和路由器鏈路鏈路(link)：連接相鄰節(jié)點(diǎn)的連接相鄰節(jié)點(diǎn)的通信信道。通信信道。n鏈路層傳輸數(shù)據(jù)報(bào)的過程：鏈路層傳輸數(shù)據(jù)報(bào)的過程： 沿端到端路徑上的沿端到端路徑上的每段獨(dú)立每段獨(dú)立的鏈路傳輸?shù)逆溌穫鬏敗０l(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送節(jié)點(diǎn)先將數(shù)據(jù)報(bào)封裝成先將數(shù)據(jù)報(bào)封裝成鏈路層幀，發(fā)送到鏈路上；鏈路層幀，發(fā)送到鏈路上；接收節(jié)點(diǎn)接收節(jié)點(diǎn)接收該幀，并提取接收該幀，并提取出數(shù)據(jù)報(bào)。出數(shù)據(jù)報(bào)。節(jié)

2、點(diǎn)節(jié)點(diǎn)鏈路鏈路5.1.1 鏈路層提供的服務(wù)鏈路層提供的服務(wù)5.1.2 適配器通信適配器通信45.1.1 鏈路層提供的服務(wù)n鏈路層功能：鏈路層功能：將分組通過一個(gè)鏈路，將分組通過一個(gè)鏈路，從一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)洁徑鼜囊粋€(gè)節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)洁徑牧硪粋€(gè)節(jié)點(diǎn)。的另一個(gè)節(jié)點(diǎn)。n鏈路層協(xié)議：鏈路層協(xié)議：用來在單段鏈路上傳輸分組。用來在單段鏈路上傳輸分組。 定義定義:在鏈路兩端的節(jié)點(diǎn)之間交互的在鏈路兩端的節(jié)點(diǎn)之間交互的分組格式分組格式，以及當(dāng)發(fā)送和，以及當(dāng)發(fā)送和接收分組時(shí)接收分組時(shí)節(jié)點(diǎn)采取的動(dòng)作。節(jié)點(diǎn)采取的動(dòng)作。交換的數(shù)據(jù)單元稱為交換的數(shù)據(jù)單元稱為幀幀 (frame)，封裝了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)，封裝了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)報(bào)。

3、報(bào)。所采取的動(dòng)作所采取的動(dòng)作：包括差錯(cuò)檢測(cè)、重傳、流量控制和隨機(jī)訪問。：包括差錯(cuò)檢測(cè)、重傳、流量控制和隨機(jī)訪問。5網(wǎng)絡(luò)層與鏈路層關(guān)系n網(wǎng)絡(luò)層：網(wǎng)絡(luò)層： 提供兩臺(tái)提供兩臺(tái)主機(jī)之間主機(jī)之間的通信服務(wù)。的通信服務(wù)。 通信路徑由源主機(jī)通信路徑由源主機(jī)和目的主機(jī)之間的和目的主機(jī)之間的一系列一系列通信鏈路和通信鏈路和路由器路由器組成。組成。鏈路鏈路網(wǎng)絡(luò)層與鏈路層關(guān)系(續(xù))q鏈路層：鏈路層：分組分組如何通過各段鏈路如何通過各段鏈路網(wǎng)絡(luò)層的網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)報(bào)如何被數(shù)據(jù)報(bào)如何被封裝封裝成鏈路層的幀；成鏈路層的幀；鏈路層協(xié)議鏈路層協(xié)議是否能夠提是否能夠提供供路由器之間的路由器之間的可靠數(shù)可靠數(shù)據(jù)傳輸；據(jù)傳輸；通信路徑

4、上通信路徑上不同的鏈路不同的鏈路是否采用不同的鏈路層是否采用不同的鏈路層協(xié)議。協(xié)議。6鏈路鏈路7網(wǎng)絡(luò)層與鏈路層關(guān)系(續(xù))網(wǎng)絡(luò)層：網(wǎng)絡(luò)層：將運(yùn)輸層報(bào)文段將運(yùn)輸層報(bào)文段從源主機(jī)傳送到目的主機(jī)從源主機(jī)傳送到目的主機(jī)。 能夠在各段能夠在各段鏈路層提供異構(gòu)服務(wù)鏈路層提供異構(gòu)服務(wù)的情況下，完成端到的情況下，完成端到端的工作。端的工作。鏈路層：鏈路層：將網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)報(bào)將網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)報(bào)從一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳送到下一個(gè)節(jié)從一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳送到下一個(gè)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)（單段鏈路）。（單段鏈路）。 不同的鏈路采用不同的鏈路層協(xié)議不同的鏈路采用不同的鏈路層協(xié)議，提供的服務(wù)不同。，提供的服務(wù)不同。8類比例旅行社組織游客從旅行社組織游客從A地到地到B地

5、。經(jīng)過地。經(jīng)過3段旅程，如圖。段旅程，如圖。游客：游客：數(shù)據(jù)報(bào)；數(shù)據(jù)報(bào)；運(yùn)輸區(qū)段：運(yùn)輸區(qū)段：通信鏈路；通信鏈路；運(yùn)輸方式：運(yùn)輸方式：鏈路層協(xié)議，如汽車、飛機(jī)和火車。鏈路層協(xié)議，如汽車、飛機(jī)和火車。旅行社：旅行社：選路協(xié)議。選路協(xié)議。汽車汽車 飛機(jī)飛機(jī) 火車火車AB鏈路層提供的服務(wù)成幀鏈路訪問可靠交付流量控制差錯(cuò)檢測(cè)差錯(cuò)糾正910鏈路層提供的服務(wù)將數(shù)據(jù)報(bào)通過一條通信鏈路從一個(gè)節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)報(bào)通過一條通信鏈路從一個(gè)節(jié)點(diǎn)“移動(dòng)移動(dòng)”到相到相鄰的節(jié)點(diǎn)。鄰的節(jié)點(diǎn)。n 成幀：成幀：把網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)報(bào)封裝成鏈路層幀把網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)報(bào)封裝成鏈路層幀，再傳送到鏈，再傳送到鏈路上。路上。 首部包括若干字段：如編號(hào)、物理地址等

6、。首部包括若干字段：如編號(hào)、物理地址等。 不同的鏈路層協(xié)議，幀格式可能不同。不同的鏈路層協(xié)議，幀格式可能不同。首部首部數(shù)據(jù)報(bào)數(shù)據(jù)報(bào)11n鏈路訪問：鏈路訪問：由由媒體訪問控制媒體訪問控制MAC協(xié)議定義幀在鏈路上協(xié)議定義幀在鏈路上傳輸?shù)囊?guī)則。傳輸?shù)囊?guī)則。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路：一個(gè)發(fā)送方和一個(gè)接收方，一個(gè)發(fā)送方和一個(gè)接收方，MAC協(xié)議比協(xié)議比較簡(jiǎn)單，即任何時(shí)候較簡(jiǎn)單，即任何時(shí)候只要鏈路空閑，發(fā)送方都能夠發(fā)送只要鏈路空閑，發(fā)送方都能夠發(fā)送幀幀。廣播鏈路：廣播鏈路：多個(gè)節(jié)點(diǎn)共享一個(gè)鏈路（多個(gè)節(jié)點(diǎn)共享一個(gè)鏈路（多路訪問多路訪問），），使用使用MAC協(xié)議協(xié)議協(xié)調(diào)多個(gè)節(jié)點(diǎn)的幀傳輸。協(xié)調(diào)多個(gè)節(jié)點(diǎn)的幀傳輸。鏈路

7、層提供的服務(wù)12鏈路層提供的服務(wù)n可靠交付：可靠交付： 保證網(wǎng)絡(luò)層的保證網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)報(bào)無差錯(cuò)地通過鏈路層數(shù)據(jù)報(bào)無差錯(cuò)地通過鏈路層。與運(yùn)輸層類似，可與運(yùn)輸層類似，可通過確認(rèn)和重傳獲得通過確認(rèn)和重傳獲得。高差錯(cuò)率的鏈路高差錯(cuò)率的鏈路：如無線鏈路，在本地如無線鏈路，在本地 ( (發(fā)生差錯(cuò)的鏈發(fā)生差錯(cuò)的鏈路路) )糾正差錯(cuò)，不通過運(yùn)輸層或應(yīng)用層協(xié)議進(jìn)行端到端糾正差錯(cuò)，不通過運(yùn)輸層或應(yīng)用層協(xié)議進(jìn)行端到端的數(shù)據(jù)重傳；的數(shù)據(jù)重傳；低差錯(cuò)率的鏈路：低差錯(cuò)率的鏈路：如光纖、同軸電纜、雙絞線鏈路如光纖、同軸電纜、雙絞線鏈路, ,不不需提供可靠的傳輸服務(wù)。需提供可靠的傳輸服務(wù)。13n流量控制：流量控制：防止發(fā)送節(jié)點(diǎn)

8、的發(fā)送速率過高防止發(fā)送節(jié)點(diǎn)的發(fā)送速率過高，避免接收節(jié)，避免接收節(jié)點(diǎn)來不及處理。點(diǎn)來不及處理。 鏈路節(jié)點(diǎn)的幀緩存容量有限。鏈路節(jié)點(diǎn)的幀緩存容量有限。 當(dāng)幀到達(dá)接收節(jié)點(diǎn)的速率大于其處理速率，接收方緩沖當(dāng)幀到達(dá)接收節(jié)點(diǎn)的速率大于其處理速率，接收方緩沖區(qū)產(chǎn)生溢出，幀會(huì)丟失。區(qū)產(chǎn)生溢出，幀會(huì)丟失。 鏈路層提供的服務(wù)14鏈路層提供的服務(wù)n差錯(cuò)檢測(cè)：差錯(cuò)檢測(cè)： 幀在傳輸時(shí)有可能出現(xiàn)幀在傳輸時(shí)有可能出現(xiàn)比特差錯(cuò)比特差錯(cuò)（10、01）。）。 差錯(cuò)檢測(cè)用來差錯(cuò)檢測(cè)用來檢測(cè)是否存在一個(gè)或多個(gè)差錯(cuò)檢測(cè)是否存在一個(gè)或多個(gè)差錯(cuò)。 發(fā)送節(jié)點(diǎn)：發(fā)送節(jié)點(diǎn)：在幀中設(shè)置差錯(cuò)檢測(cè)比特；在幀中設(shè)置差錯(cuò)檢測(cè)比特； 接收節(jié)點(diǎn)：接收節(jié)點(diǎn)：對(duì)

9、收到的幀進(jìn)行差錯(cuò)檢測(cè)。對(duì)收到的幀進(jìn)行差錯(cuò)檢測(cè)。 通過硬件實(shí)現(xiàn)。通過硬件實(shí)現(xiàn)。n差錯(cuò)糾正：差錯(cuò)糾正： 與差錯(cuò)檢測(cè)類似。與差錯(cuò)檢測(cè)類似。 接收方不僅能檢測(cè)幀中是否出現(xiàn)差錯(cuò)，還能判斷差錯(cuò)接收方不僅能檢測(cè)幀中是否出現(xiàn)差錯(cuò)，還能判斷差錯(cuò)的位置，并進(jìn)行糾正。的位置，并進(jìn)行糾正。15鏈路層提供的服務(wù)n半雙工和全雙工：半雙工和全雙工：全雙工傳全雙工傳輸：輸：鏈路兩端的節(jié)點(diǎn)可以同時(shí)傳輸分組。鏈路兩端的節(jié)點(diǎn)可以同時(shí)傳輸分組。半雙工傳輸：半雙工傳輸：鏈路兩端的節(jié)點(diǎn)不能同時(shí)傳輸和接收鏈路兩端的節(jié)點(diǎn)不能同時(shí)傳輸和接收，只能交替。只能交替。16鏈路層服務(wù)和運(yùn)輸層服務(wù)比較n運(yùn)輸層協(xié)議：運(yùn)輸層協(xié)議：在端到端的基礎(chǔ)上為在端到端

10、的基礎(chǔ)上為兩個(gè)進(jìn)程之間兩個(gè)進(jìn)程之間提供可靠傳輸；提供可靠傳輸；流量控制是在端到端的基礎(chǔ)上提供。流量控制是在端到端的基礎(chǔ)上提供。n鏈路層協(xié)議：鏈路層協(xié)議：在一條鏈路相連的在一條鏈路相連的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間提供可靠傳輸。提供可靠傳輸。流量控制是在流量控制是在相鄰節(jié)點(diǎn)相鄰節(jié)點(diǎn)之間的基礎(chǔ)上提供。之間的基礎(chǔ)上提供。鏈路層服務(wù)和運(yùn)輸層服務(wù)比較（續(xù)）n其他其他：1、鏈路層的流量是根據(jù)分配的帶寬由路由器、交換機(jī)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備控制的；2、傳輸層的流量控制是用戶終端為了保證傳輸質(zhì)量而由電腦操作系統(tǒng)（OS）控制的；3、傳輸層流量受鏈路層流量影響。17185.1.2 適配器通信n適配器適配器(adapter)：網(wǎng)絡(luò)

11、接口卡（網(wǎng)絡(luò)接口卡（NIC，network interface card）。）。是一個(gè)電路板（或是一個(gè)電路板（或PCMCIA板），包括板），包括RAM、DSP芯片、主機(jī)芯片、主機(jī)總線接口和鏈路接口。總線接口和鏈路接口。 實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)物理層及鏈路層物理層及鏈路層的主要功能。的主要功能。發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送節(jié)點(diǎn)幀幀接收節(jié)點(diǎn)接收節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)報(bào)數(shù)據(jù)報(bào)幀幀適配器適配器適配器適配器鏈路層協(xié)議鏈路層協(xié)議19特點(diǎn)是一個(gè)半自治的單元。是一個(gè)半自治的單元。n適配器接收幀，適配器接收幀，并判斷是否有差錯(cuò)并判斷是否有差錯(cuò)出錯(cuò)：出錯(cuò)：直接丟棄該幀直接丟棄該幀正確：正確：向上傳遞網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)報(bào)向上傳遞網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)報(bào)適配器發(fā)送幀：適配器發(fā)送幀

12、： 節(jié)點(diǎn)把網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)報(bào)向下傳給適配器，節(jié)點(diǎn)把網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)報(bào)向下傳給適配器，由適配器負(fù)責(zé)在鏈由適配器負(fù)責(zé)在鏈路上傳輸數(shù)據(jù)報(bào)路上傳輸數(shù)據(jù)報(bào)。n硬件上：硬件上： 適配器和節(jié)點(diǎn)的其他部分在同一個(gè)物理盒子中，共享電源適配器和節(jié)點(diǎn)的其他部分在同一個(gè)物理盒子中，共享電源和總線，在節(jié)點(diǎn)的控制之下。和總線，在節(jié)點(diǎn)的控制之下。 20適配器組成網(wǎng)卡速率：網(wǎng)卡速率：10Mbps、100Mbps、10/100M自適應(yīng)。自適應(yīng)。215.2 差錯(cuò)檢測(cè)和糾錯(cuò)技術(shù)n 比特級(jí)差錯(cuò)檢測(cè)和糾錯(cuò)比特級(jí)差錯(cuò)檢測(cè)和糾錯(cuò)對(duì)一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送到一個(gè)對(duì)一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送到一個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)的幀，相鄰節(jié)點(diǎn)的幀，檢測(cè)是檢測(cè)是否出現(xiàn)比特差錯(cuò)否出現(xiàn)比特差錯(cuò)，并糾，并糾正。

13、正。 相關(guān)技術(shù)很多。相關(guān)技術(shù)很多。網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層，幀數(shù)據(jù)鏈路層，幀22說明：差錯(cuò)檢測(cè)和糾正技術(shù)不能保證接收方檢測(cè)到所有的比差錯(cuò)檢測(cè)和糾正技術(shù)不能保證接收方檢測(cè)到所有的比特差錯(cuò)，即特差錯(cuò)，即可能出現(xiàn)未檢測(cè)到的比特差錯(cuò)可能出現(xiàn)未檢測(cè)到的比特差錯(cuò)，而接收方，而接收方并未發(fā)現(xiàn)。并未發(fā)現(xiàn)。選擇一個(gè)合適的差錯(cuò)檢測(cè)方案使未檢測(cè)到的情況發(fā)生選擇一個(gè)合適的差錯(cuò)檢測(cè)方案使未檢測(cè)到的情況發(fā)生的概率很小的概率很小。差錯(cuò)檢測(cè)和糾錯(cuò)差錯(cuò)檢測(cè)和糾錯(cuò)技術(shù)越好，越復(fù)雜技術(shù)越好，越復(fù)雜，開銷更大開銷更大。23三種主要差錯(cuò)檢測(cè)技術(shù)奇偶校驗(yàn)：奇偶校驗(yàn)：最基本的方法。最基本的方法。檢查和方法：檢查和方法：常用于運(yùn)輸層。常用于運(yùn)

14、輸層。循環(huán)冗余檢測(cè)：循環(huán)冗余檢測(cè)：常用于鏈路層。常用于鏈路層。5.2.1 奇偶校驗(yàn)奇偶校驗(yàn) 5.2.2 檢查和方法檢查和方法 5.2.3 循環(huán)冗余檢測(cè)循環(huán)冗余檢測(cè)24 1、一比特奇偶校驗(yàn)n 發(fā)送方：發(fā)送方： 在要發(fā)送的信息在要發(fā)送的信息D（d位）后面位）后面附加一個(gè)奇偶校驗(yàn)位附加一個(gè)奇偶校驗(yàn)位 使使“1”的個(gè)數(shù)是的個(gè)數(shù)是奇數(shù)（奇數(shù)（奇校驗(yàn)奇校驗(yàn)）或或偶數(shù)（偶數(shù)（偶校驗(yàn)偶校驗(yàn)） 一起傳輸發(fā)送（一起傳輸發(fā)送（d+1位）。位）。01110001101010111d位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)校驗(yàn)位校驗(yàn)位偶校驗(yàn)偶校驗(yàn)25n 接收方：接收方： 檢測(cè)收到的信息（檢測(cè)收到的信息（d+1位）中位）中“1”的個(gè)數(shù)。的個(gè)數(shù)。 偶

15、校驗(yàn)：偶校驗(yàn)：發(fā)現(xiàn)奇數(shù)個(gè)發(fā)現(xiàn)奇數(shù)個(gè)“1”，至少有一個(gè)比特發(fā)生差錯(cuò)，至少有一個(gè)比特發(fā)生差錯(cuò)（奇數(shù)個(gè)比特差錯(cuò)）。（奇數(shù)個(gè)比特差錯(cuò)）。 奇校驗(yàn)：奇校驗(yàn)：發(fā)現(xiàn)偶數(shù)個(gè)發(fā)現(xiàn)偶數(shù)個(gè) “1”，至少有一個(gè)比特發(fā)生差錯(cuò)。，至少有一個(gè)比特發(fā)生差錯(cuò)。01110001101010111d位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)校驗(yàn)位校驗(yàn)位偶校驗(yàn)偶校驗(yàn)26特點(diǎn)可以查出任意奇數(shù)個(gè)錯(cuò)誤可以查出任意奇數(shù)個(gè)錯(cuò)誤，但，但不能發(fā)現(xiàn)偶數(shù)個(gè)錯(cuò)誤不能發(fā)現(xiàn)偶數(shù)個(gè)錯(cuò)誤。若比特若比特差錯(cuò)概率很小差錯(cuò)概率很小，差錯(cuò)獨(dú)立發(fā)生，差錯(cuò)獨(dú)立發(fā)生，一比特奇偶校一比特奇偶校驗(yàn)可滿足要求驗(yàn)可滿足要求。若差錯(cuò)集中一起若差錯(cuò)集中一起“突發(fā)突發(fā)”（突發(fā)差錯(cuò)），（突發(fā)差錯(cuò)），一幀中未檢一幀中未檢

16、測(cè)到的差錯(cuò)的概率達(dá)到測(cè)到的差錯(cuò)的概率達(dá)到50%。272、二維奇偶校驗(yàn)n基本思想：基本思想：將要傳信息將要傳信息D（d比特）劃比特）劃分為分為i 行行j 列（列（ i 個(gè)組，每個(gè)組，每組組j位位）；對(duì)每行和每列分別計(jì)算奇對(duì)每行和每列分別計(jì)算奇偶值；偶值；結(jié)果的結(jié)果的i+j+1個(gè)奇偶比特構(gòu)個(gè)奇偶比特構(gòu)成了幀的差錯(cuò)檢測(cè)比特。成了幀的差錯(cuò)檢測(cè)比特。 i行行 j 列列28例特點(diǎn)：特點(diǎn)： 可以可以檢測(cè)并糾正單個(gè)比特檢測(cè)并糾正單個(gè)比特差錯(cuò)差錯(cuò)（數(shù)據(jù)或校驗(yàn)位中）。（數(shù)據(jù)或校驗(yàn)位中）。 能夠檢測(cè)分組中任意兩個(gè)能夠檢測(cè)分組中任意兩個(gè)比特的差錯(cuò)。比特的差錯(cuò)。行、列確定行、列確定要發(fā)送的數(shù)據(jù)比特要發(fā)送的數(shù)據(jù)比特101

17、01 11110 01110，劃分劃分3組組，每組，每組5個(gè)個(gè)比特。進(jìn)行比特。進(jìn)行行行、列偶列偶校驗(yàn)校驗(yàn)29前向差錯(cuò)糾正FEC接收方可以檢測(cè)并糾正差錯(cuò)接收方可以檢測(cè)并糾正差錯(cuò)?？膳c可與ARQ技術(shù)一起應(yīng)用，接收方立即糾正差錯(cuò)，減少技術(shù)一起應(yīng)用，接收方立即糾正差錯(cuò)，減少發(fā)送方重發(fā)的次數(shù)。發(fā)送方重發(fā)的次數(shù)。降低分組傳輸?shù)耐祩鞑r(shí)延，適用于實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。降低分組傳輸?shù)耐祩鞑r(shí)延，適用于實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。305.2.2 檢查和方法把要發(fā)送的把要發(fā)送的d 位位數(shù)據(jù)看成是一個(gè)數(shù)據(jù)看成是一個(gè)k 位整數(shù)位整數(shù)的序列，將這些的序列，將這些k 位整數(shù)位整數(shù)加起來，得到的和作為差錯(cuò)檢測(cè)比特。加起來，得到的和作為差錯(cuò)檢

18、測(cè)比特。 TCP和和UDP協(xié)議協(xié)議: 對(duì)所有字段對(duì)所有字段(包括首部和數(shù)據(jù)字段包括首部和數(shù)據(jù)字段)都都計(jì)算因特網(wǎng)檢查和。計(jì)算因特網(wǎng)檢查和。 有些協(xié)議有些協(xié)議:對(duì)首部計(jì)算一個(gè)檢查和，對(duì)整個(gè)分組計(jì)算另對(duì)首部計(jì)算一個(gè)檢查和，對(duì)整個(gè)分組計(jì)算另一個(gè)檢查和。一個(gè)檢查和。31檢查和q發(fā)送方：發(fā)送方：將數(shù)據(jù)的每?jī)蓚€(gè)字節(jié)當(dāng)作將數(shù)據(jù)的每?jī)蓚€(gè)字節(jié)當(dāng)作一個(gè)一個(gè)16位的整數(shù)，可分成位的整數(shù)，可分成若干整數(shù)；若干整數(shù)；將所有將所有16 位的整數(shù)求和位的整數(shù)求和；對(duì)得到的和逐位取反對(duì)得到的和逐位取反，作，作為檢查和，放在報(bào)文段首為檢查和，放在報(bào)文段首部，一起發(fā)送。部，一起發(fā)送。q 接收方：接收方：對(duì)接收到的信息對(duì)接收到的信

19、息 (包括包括檢查和檢查和)按與發(fā)送方相同按與發(fā)送方相同的方法求和。的方法求和。全全“1”：收到的數(shù)據(jù)：收到的數(shù)據(jù)無差錯(cuò)；無差錯(cuò)；其中有其中有“0”：收到的：收到的數(shù)據(jù)出現(xiàn)差錯(cuò)。數(shù)據(jù)出現(xiàn)差錯(cuò)。32檢查和特點(diǎn)：分組分組開銷?。洪_銷?。簷z查和位數(shù)比較少；檢查和位數(shù)比較少；差錯(cuò)差錯(cuò)檢測(cè)能力弱檢測(cè)能力弱： 適用于適用于運(yùn)輸層運(yùn)輸層（差錯(cuò)檢測(cè)（差錯(cuò)檢測(cè)用軟件實(shí)現(xiàn)用軟件實(shí)現(xiàn)，檢查和方法簡(jiǎn)，檢查和方法簡(jiǎn)單、快速）。單、快速）。 鏈路層的差錯(cuò)檢測(cè)由適配器中鏈路層的差錯(cuò)檢測(cè)由適配器中專用的硬件實(shí)現(xiàn)專用的硬件實(shí)現(xiàn)，采用，采用更強(qiáng)的更強(qiáng)的CRC方法。方法。5.2.3循環(huán)冗余檢驗(yàn)的原理 n在數(shù)據(jù)鏈路層傳送的幀中，廣泛

20、使用了循環(huán)冗余檢驗(yàn) CRC 的檢錯(cuò)技術(shù)。n在發(fā)送端，先把數(shù)據(jù)劃分為組。假定每組 k 個(gè)比特。 n假設(shè)待傳送的一組數(shù)據(jù) M = 101001（現(xiàn)在 k = 6）。我們?cè)?M 的后面再添加供差錯(cuò)檢測(cè)用的 n 位冗余碼一起發(fā)送。 33冗余碼的計(jì)算 n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。n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。 34冗余碼的計(jì)算舉例 n現(xiàn)在 k = 6, M = 101001。n設(shè) n = 3, 除數(shù) P =

21、1101，n被除數(shù)是 2nM = 101001000。 n模 2 運(yùn)算的結(jié)果是：商 Q = 110101， 余數(shù) R = 001。n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。 35 110101 Q (商) P (除數(shù)) 1101 101001000 2nM (被除數(shù)) 1101 1110 1101 0111 0000 1110 1101 0110 0000 1100 1101 001 R (余數(shù))，作為 FCS 循環(huán)冗余檢驗(yàn)的原理說明 36幀檢驗(yàn)序列 FCS n在數(shù)據(jù)后面添加上的冗余碼稱為幀檢驗(yàn)序列 F

22、CS (Frame Check Sequence)。nCRC 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。37n發(fā)送方發(fā)送的序列為：101001001n接收方收到后把101001001除以110138接收端對(duì)收到的每一幀進(jìn)行 CRC 檢驗(yàn) n(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)。n(2) 若余數(shù) R 0，則判定這個(gè)幀有差錯(cuò)，就丟棄。n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)。n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(cè)不到的差錯(cuò)的概率就很小很小。 39應(yīng)當(dāng)注意 n僅用循環(huán)冗余檢驗(yàn) CRC 差錯(cuò)檢測(cè)技術(shù)

23、只能做到無差錯(cuò)接受(accept)。n“無差錯(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)”。n也就是說：“凡是接收端數(shù)據(jù)鏈路層接受的幀都沒有傳輸差錯(cuò)”（有差錯(cuò)的幀就丟棄而不接受）。n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。 40nReview415.3 PPP協(xié)議n5.3.1 PPP協(xié)議的特點(diǎn)n5.3.2PPP協(xié)議的基本要求n5.3.3PPP數(shù)據(jù)成幀425.3 PPP協(xié)議（點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議）5.3.1PPP協(xié)議的特點(diǎn)n在通信線路質(zhì)量較差年代，在數(shù)據(jù)鏈路層使用可靠傳輸協(xié)議是一個(gè)好方法。n現(xiàn)在全世界使用

24、得最多的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議 PPP (Point-to-Point Protocol)。n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。 43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(qǐng)到一批 IP 地址ISP接入網(wǎng)PPP 協(xié)議445.3.2PPP協(xié)議的基本要求nIETF要求nPPP協(xié)議實(shí)際情況45IETF對(duì)PPP所提出的初始要求l簡(jiǎn)單性l分組成幀l透明性l多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議l多種類型鏈路l差錯(cuò)鏈路l連接的活性l網(wǎng)絡(luò)層地址協(xié)商46n（1）簡(jiǎn)單性：lIETF設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)單優(yōu)先l最復(fù)雜：TCPlIP簡(jiǎn)單l數(shù)據(jù)鏈路層（不需要糾錯(cuò)，不需要序號(hào)，也不需要流量

25、控制）l原則：接收方收到一幀，就進(jìn)行CRC檢驗(yàn)。如果CRC檢驗(yàn)正確就收下，反之丟棄該幀，其他什么也不做。47n（2）分組成幀lPPP協(xié)議鏈路層的發(fā)送方必須能夠攜帶網(wǎng)絡(luò)層的分組，并將它封裝在PPP鏈路層幀中，以便接收方能夠確認(rèn)鏈路層幀的起始和結(jié)束位置和該幀中網(wǎng)絡(luò)層分組n（3）透明性lPPP協(xié)議不能對(duì)出現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)層分組中的數(shù)據(jù)（首部或者數(shù)據(jù)）做任何限制。48n（4）多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議lPPP協(xié)議必須能夠在同一條物理鏈路上同時(shí)支持多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。l當(dāng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議所連接的是局域網(wǎng)或路由器時(shí)，PPP協(xié)議必須同時(shí)支持在鏈路所連接的局域網(wǎng)或路由器上運(yùn)行的各種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議49n（5）多種類型鏈路l除了要支持多種網(wǎng)絡(luò)層的

26、協(xié)議，PPP還必須能夠在多種類型的鏈路上運(yùn)行。l如：串行、并行、同步、異步、低速、高速等網(wǎng)絡(luò)n（6）差錯(cuò)檢測(cè)lPPP協(xié)議必須能夠?qū)邮斩耸盏降膸M(jìn)行檢測(cè)，并立即丟棄有差錯(cuò)的幀。若在數(shù)據(jù)鏈路層不進(jìn)行差錯(cuò)檢測(cè)，會(huì)浪費(fèi)網(wǎng)絡(luò)資源50n（7）連接的活性lPPP協(xié)議必須具有一種機(jī)制能夠及時(shí)自動(dòng)檢測(cè)出鏈路是否處于正常工作狀態(tài)。n（8）網(wǎng)絡(luò)層地址協(xié)商lPPP必須為通信的網(wǎng)絡(luò)層（例如IP）提供一個(gè)機(jī)制，來獲悉或者配置相互的網(wǎng)絡(luò)地址。51n實(shí)際情況：不要求PPP協(xié)議實(shí)現(xiàn)的功能l差錯(cuò)糾正l流量控制l有序l多點(diǎn)鏈路52l差錯(cuò)糾正要求PPP能夠檢測(cè)比特差錯(cuò)，但不要求糾正它們。l流量控制期望一個(gè)PPP接收方能夠以支撐的物

27、理層的全部速率來接收幀。如果某較高層不能夠以這種全速接收分組，那么就該由高層負(fù)責(zé)丟棄分組或者遏制位于較高層的發(fā)送方?？偨Y(jié)：不是由PPP發(fā)送方遏制自己的傳輸速度，而是由較高層協(xié)議負(fù)責(zé)控制分組交付給PPP的發(fā)送速率53n有序lPPP不要求向鏈路接收方交付幀的順序與鏈路發(fā)送方發(fā)送幀的順序相同。l這個(gè)和IP服務(wù)模型類似n多點(diǎn)鏈路lPPP只需要工作于具有單個(gè)發(fā)送方和單個(gè)接收方的鏈路之上。545.3.3PPP數(shù)據(jù)成幀n標(biāo)志字段n地址字段n控制字段n協(xié)議n信息n檢驗(yàn)和n字節(jié)填充55PPP數(shù)據(jù)成幀n標(biāo)志字段：l每個(gè)PPP幀都是用值01111110的1字節(jié)的標(biāo)志字段作為開始和結(jié)束n地址字段l每個(gè)字段唯一可能的值

28、是11111111n控制字段l這個(gè)字段的唯一可能的值是00000011.56n協(xié)議l該字段告訴PPP接收方所接收的封裝數(shù)據(jù)（即PPP幀信息字段的內(nèi)容）所屬的上層協(xié)議。一收到PPP幀，PPP接收方就檢測(cè)該幀的正確性，然后將封裝的數(shù)據(jù)傳遞給適當(dāng)?shù)膮f(xié)議。57n信息l這個(gè)字段包含上層的協(xié)議（如：IP）在PPP鏈路上發(fā)送的被封裝分組（數(shù)據(jù)）。該信息字段的最大默認(rèn)長(zhǎng)度是1500字節(jié)。58n檢驗(yàn)和l檢驗(yàn)和字段用于檢測(cè)已知幀中的比特差錯(cuò)。它使用2或4字節(jié)的HDLC標(biāo)準(zhǔn)的循環(huán)冗余碼。59字節(jié)填充n思考：如果標(biāo)志字段01111110出現(xiàn)在信息字段出現(xiàn)在信息字段中怎么辦？n解決一：讓PPP禁止上層協(xié)議發(fā)送包含標(biāo)志字

29、段比特模式的數(shù)據(jù)n解決二：定義一個(gè)特殊的控制轉(zhuǎn)義字節(jié)01111101。n如果控制轉(zhuǎn)義字節(jié)自身作為實(shí)際數(shù)據(jù)出現(xiàn)怎么辦？60n模擬實(shí)驗(yàn)61n5.4 以太網(wǎng)l5.4.1以太網(wǎng)編址l5.4.2ARP協(xié)議l5.4.3以太網(wǎng)幀格式l5.4.4 使用廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層l5.4.5廣播協(xié)議存在的問題l5.5以太網(wǎng)設(shè)備625.4.1 以太網(wǎng)（鏈路層）編址n每個(gè)節(jié)點(diǎn)有網(wǎng)絡(luò)層地址和鏈路層地址。l網(wǎng)絡(luò)層地址： 節(jié)點(diǎn)在互連網(wǎng)絡(luò)中分配的一個(gè)唯一地址（IP地址）。用于把分組送到目的IP網(wǎng)絡(luò)。長(zhǎng)度為32比特（IPv4）。包括兩部分：網(wǎng)絡(luò)號(hào)：指明主機(jī)所在物理網(wǎng)絡(luò)的編號(hào)。主機(jī)號(hào)：主機(jī)在物理網(wǎng)絡(luò)中的編號(hào)。l鏈路層地址：MAC地址

30、。 用于把數(shù)據(jù)幀從一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳送到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)(同一網(wǎng)絡(luò)中)。63MAC地址nMAC地址（LAN地址、物理地址）：l是節(jié)點(diǎn)“網(wǎng)卡”本身所帶的地址（唯一）。lMAC地址長(zhǎng)度通常為6 字節(jié)，共248個(gè)LAN地址。l6字節(jié)地址用16進(jìn)制表示，每個(gè)字節(jié)表示為一對(duì)16進(jìn)制數(shù)l常見的形式：如 (1A-23-F9-CD-06-9B)l“網(wǎng)卡”的MAC地址是永久的（生產(chǎn)時(shí)固化在其ROM里）。64651A-2F-BB-76-09-AD58-23-D7-FA-20-B00C-C4-11-6F-E3-9871-65-F7-2B-08-53 LAN(有線的有線的或無線的或無線的)適配器（網(wǎng)卡）適配器（網(wǎng)卡）問題：如何查看

31、網(wǎng)卡的問題：如何查看網(wǎng)卡的MAC地址信息地址信息MAC地址分配n 由專門機(jī)構(gòu)IEEE管理物理地址空間。n負(fù)責(zé)分配六個(gè)字節(jié)中的前三個(gè)字節(jié)（高24位，地址塊）。n MAC 地址是平面結(jié)構(gòu)：帶有同一網(wǎng)卡的節(jié)點(diǎn)，在任何網(wǎng)絡(luò)中都有同樣的MAC地址。n IP地址具有層次結(jié)構(gòu)：當(dāng)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)到不同網(wǎng)絡(luò)時(shí)，節(jié)點(diǎn)的IP地址發(fā)生改變。12345666字節(jié)向向IEEE購買購買廠家自行分配廠家自行分配MAC地址識(shí)別n廣播信道LAN中，一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的幀，在信道上廣播傳輸，其他節(jié)點(diǎn)都可能收到該幀。l大多數(shù)情況，一個(gè)節(jié)點(diǎn)只向某個(gè)特定的節(jié)點(diǎn)發(fā)送。l由“網(wǎng)卡”負(fù)責(zé)MAC 地址的封裝和識(shí)別。n發(fā)送適配器：將目的MAC地址封裝到幀中，

32、并發(fā)送。n所有其他適配器都會(huì)收到這個(gè)幀。n 接收適配器：檢查幀的目的MAC地址是否與自己MAC地址相匹配：n 匹配：接收該幀，取出數(shù)據(jù)報(bào)，并傳遞給上層。需要中斷“父節(jié)點(diǎn)”。n 不匹配：丟棄該幀。67特殊幀n廣播幀：發(fā)送給所有節(jié)點(diǎn)的幀。n MAC廣播地址：全1地址。n 如以太網(wǎng)和令牌傳遞LAN，其廣播地址是48個(gè)連續(xù)的1組成的字符串，即：n FF-FF-FF-FF-FF-FF68695.4.2ARP協(xié)議 n節(jié)點(diǎn)的3種不同地址表示l應(yīng)用層的主機(jī)名、網(wǎng)絡(luò)層的應(yīng)用層的主機(jī)名、網(wǎng)絡(luò)層的IP地址和鏈路層的地址和鏈路層的MAC地址地址l 實(shí)際在鏈路上傳輸時(shí)，實(shí)際在鏈路上傳輸時(shí)，根據(jù)根據(jù)MAC地址地址，確定相

33、應(yīng)的節(jié)點(diǎn)，確定相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)1A-2F-BB-76-09-AD58-23-D7-FA-20-B00C-C4-11-6F-E3-98 LAN237.196.7.23237.196.7.78237.196.7.14237.196.7.8871-65-F7-2B-08-53705.4.2地址之間的轉(zhuǎn)換n通信時(shí)，需要進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換：通信時(shí)，需要進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換：l 主機(jī)名主機(jī)名 IP地址地址 MAC地址地址lDNS域名系統(tǒng)：域名系統(tǒng)：將將主機(jī)名解析到主機(jī)名解析到IP地址地址。 DNS為在因特網(wǎng)中任何地方的主機(jī)解析主機(jī)名。為在因特網(wǎng)中任何地方的主機(jī)解析主機(jī)名。lARP地址解析協(xié)議：地址解析協(xié)議：將將IP地址解析到

34、地址解析到MAC地址地址。ARP協(xié)議（address resolution protocol）地址轉(zhuǎn)換協(xié)議ARP只為在同一個(gè)只為在同一個(gè)LAN上的節(jié)點(diǎn)解析上的節(jié)點(diǎn)解析IP地址。地址。nARP協(xié)議原理l同一個(gè)子網(wǎng)內(nèi)地址轉(zhuǎn)換l跨網(wǎng)地址解析如何實(shí)現(xiàn)71n5.4.3以太網(wǎng)幀格式n數(shù)據(jù)字段：(46-1500字節(jié))n目的地址：（6字節(jié)）n源地址：（6字節(jié)）n類型字段:(2字節(jié))n循環(huán)冗余檢測(cè)：（4字節(jié)）n前同步碼 （前序）（8字節(jié)）72n數(shù)據(jù)字段：(46-1500字節(jié))l如果IP數(shù)據(jù)超過1500字節(jié)，怎么辦？l則主機(jī)必須將該數(shù)據(jù)報(bào)分段。n如果數(shù)據(jù)最小長(zhǎng)度小于46字節(jié)，怎么辦？l數(shù)據(jù)報(bào)被填充到46字節(jié)。然后

35、傳遞給網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)包包括IP數(shù)據(jù)報(bào)和填充部分73n目的地址：（6字節(jié)）n源地址：（6字節(jié)）n類型字段:(2字節(jié))l該類型字段允許以太網(wǎng)復(fù)用多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。n循環(huán)冗余檢測(cè)：（4字節(jié)）74n前同步碼 （前序）（8字節(jié)）：l以太網(wǎng)幀以一個(gè)8字節(jié)的前同步碼字段開始。該前同步碼的前7個(gè)字節(jié)的值都是10101010，最后一個(gè)字節(jié)是10101011.前同步碼的前7個(gè)字段用于“喚醒”接收適配器。并且將它們的時(shí)鐘和發(fā)送方的時(shí)鐘同步75n思考和討論l局域網(wǎng)的發(fā)展、局域網(wǎng)的好處l如果讓你去設(shè)計(jì)局域網(wǎng)，你需要考慮哪些因素765.4.4 使用廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層n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

36、站點(diǎn)數(shù)目均有限。 n局域網(wǎng)具有如下的一些主要優(yōu)點(diǎn)：n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。 n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。n提高了系統(tǒng)的可靠性、可用性和生存性。77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)環(huán)形網(wǎng)78以太網(wǎng)的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn) nDIX Ethernet V2 是世界上第一個(gè)局域網(wǎng)產(chǎn)品（以太網(wǎng)）的規(guī)約。nIEEE 的 802.3 標(biāo)準(zhǔn)。nDIX Ethernet V2 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)”。n嚴(yán)格說來，“以太網(wǎng)

37、”應(yīng)當(dāng)是指符合 DIX Ethernet V2 標(biāo)準(zhǔn)的局域網(wǎng) 79n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。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)80以太網(wǎng)的廣播方式發(fā)送 n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)。 n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。 n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。n具有廣播特性的總線上實(shí)現(xiàn)了一對(duì)一的通信。 81為了

38、通信的簡(jiǎn)便以太網(wǎng)采取了兩種重要的措施 n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)。 n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)。n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。 82以太網(wǎng)提供的服務(wù) n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。n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。n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。 83載波監(jiān)聽多點(diǎn)接入/碰撞檢測(cè) CSMA/CD nCSMA/CD 表示 Carrier Sens

39、e Multiple Access with Collision Detection。n“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。n“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它計(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。 84CSMA/CD總體描述nCSMA/CD媒體訪問控制方法的工作原理，可以概括如下：先聽后說，邊聽邊說；一旦沖突，立即停說；等待時(shí)機(jī)，然后再說；注：“聽”，即監(jiān)聽、檢測(cè)之意；“說”，即發(fā)送數(shù)據(jù)之意。85碰撞檢測(cè)n“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。n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

40、擺動(dòng)值將會(huì)增大（互相疊加）。n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。n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)”。86檢測(cè)到碰撞后n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。n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。87電磁波在總線上的有限傳播速率的影響 n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。 nA 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。nB 若在 A 發(fā)送

41、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。n碰撞的結(jié)果是兩個(gè)幀都變得無用。 88重要特性n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）。n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。 n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。 89爭(zhēng)用期n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。n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。n經(jīng)過爭(zhēng)用期這段

42、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。 90二進(jìn)制指數(shù)類型退避算法 (truncated binary exponential type)n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)。n基本退避時(shí)間取為爭(zhēng)用期 2。n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。n參數(shù) k 按下面的公式計(jì)算： k = Min重傳次數(shù), 10n當(dāng) k =10 時(shí)，參數(shù) k 等于重傳次數(shù)。n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。 91爭(zhēng)用期的長(zhǎng)度 n以太網(wǎng)取 51.2 s 為爭(zhēng)用期的長(zhǎng)度。n對(duì)于

43、10 Mb/s 以太網(wǎng)，在爭(zhēng)用期內(nèi)可發(fā)送512 bit，即 64 字節(jié)。n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。 92最短有效幀長(zhǎng) n如果發(fā)生沖突，就一定是在發(fā)送的前 64 字節(jié)之內(nèi)。 n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)。 n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。 93強(qiáng)化碰撞 n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)：n立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)；n再繼續(xù)發(fā)送若干比特的人為干擾信號(hào)(jamming signal)，以便讓所有用戶都知道現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)生了碰撞。 945.4.5廣播協(xié)議存在的問題n主機(jī)A向主機(jī)B通信,它首先廣播一個(gè)ARP請(qǐng)求,以獲取主機(jī)B的MAC地址。此時(shí)主機(jī)A上連的二