第3章數(shù)據(jù)鏈路層

1、第第3章章 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層3.1 知識(shí)結(jié)構(gòu)圖知識(shí)結(jié)構(gòu)圖數(shù)據(jù)鏈路層差錯(cuò)控制流量控制介質(zhì)訪問(wèn)控制CRC校驗(yàn)滑動(dòng)窗口停止等待協(xié)議退后N幀協(xié)議選擇重傳協(xié)議信道劃分隨機(jī)訪問(wèn)輪詢?cè)L問(wèn)頻分多路復(fù)用時(shí)分多路復(fù)用波分多路復(fù)用碼分多路復(fù)用ALOHACSMACSMA/CACSMA/CD令牌傳遞協(xié)議局域網(wǎng)以太網(wǎng)無(wú)線局域網(wǎng)802.3802.11廣域網(wǎng)PPPHDLC零比特填充鏈路層設(shè)備網(wǎng)橋交換機(jī)3.2 大綱要點(diǎn)歸納大綱要點(diǎn)歸納1.組幀 零比特填充的基本原理 將需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)塊看作比特序列，在數(shù)據(jù)塊前和后各加入一個(gè)特殊的比特序列（前文位模式和后文位模式，01111110），表示數(shù)據(jù)塊的起始和結(jié)束，從而構(gòu)成最終傳輸?shù)膸?/p>

2、。特殊比特序列如果在數(shù)據(jù)塊出現(xiàn)，就采用零比特填充法，即： 發(fā)送端：在發(fā)送端，當(dāng)一串比特流尚未加上標(biāo)志字段時(shí)，先掃描整個(gè)幀，只要發(fā)現(xiàn)有5個(gè)連續(xù)的1，就立即填入一個(gè)0。顯然，經(jīng)過(guò)如此處理后的數(shù)據(jù)，肯定不會(huì)出現(xiàn)連續(xù)6個(gè)1。 接收端：在接收一個(gè)幀時(shí)，先找到F字段確定幀的邊界。接著再對(duì)其中的比特流進(jìn)行掃描。每當(dāng)發(fā)現(xiàn)5個(gè)連續(xù)的1時(shí)，就將此后的一個(gè)0刪除，以還原最初的比特流。l例1（2013年第37題） HDLC協(xié)議對(duì)01111100 01111110組幀后對(duì)應(yīng)的比特串為（ ）。 A.01111100 00111110 10 B.01111100 01111101 01111110 C.01111100 0

3、1111101 0 D.01111100 01111110 01111101 答案：A HDLC協(xié)議對(duì)比特串進(jìn)行組幀時(shí)，HDLC數(shù)據(jù)幀以位模式0111 1110 標(biāo)識(shí)每一個(gè)幀的開(kāi)始和結(jié)束，因此幀數(shù)據(jù)中凡是出現(xiàn)了5個(gè)連續(xù)的位“1”的時(shí)候，就會(huì)在輸出的位流中填充一個(gè)“0”。2.檢錯(cuò)編碼 是在要發(fā)送的數(shù)據(jù)塊上附加冗余位，使接收方知道有差錯(cuò)發(fā)生，但不知道是怎么樣的差錯(cuò)，然后向發(fā)送方請(qǐng)求重傳，常用的是奇偶校驗(yàn)碼和CRC循環(huán)冗余校驗(yàn)碼。l在發(fā)送數(shù)據(jù)后附加一個(gè)校驗(yàn)位，校驗(yàn)位的取值使得包括數(shù)據(jù)和校驗(yàn)位中的“1”的個(gè)數(shù)分別為奇數(shù)/偶數(shù)。l奇偶校驗(yàn)檢錯(cuò)能力有限，只能校驗(yàn)出奇數(shù)個(gè)錯(cuò)但不能校驗(yàn)出偶數(shù)個(gè)錯(cuò)。l優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單

4、、易實(shí)現(xiàn)，在位數(shù)不長(zhǎng)的情況下常常采用。 CRC循環(huán)冗余校驗(yàn)碼的基本原理：在發(fā)送端，先把數(shù)據(jù)劃分為組。假定每組k個(gè)比特。假設(shè)待傳送的一組數(shù)據(jù)M=101001（現(xiàn)在k=6）。在M后面再添加供差錯(cuò)檢測(cè)用的n位冗余碼一起發(fā)送。用二進(jìn)制的模2運(yùn)算（即加法不進(jìn)位，減法不借位，這是一種異或算法，也就是兩個(gè)數(shù)值相同取0，兩個(gè)數(shù)值不同取1）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，余數(shù)R比除數(shù)P少1位，即R是n位。 循環(huán)冗余校驗(yàn)l碼多項(xiàng)式ln 位長(zhǎng)度的位串 可以用n -1次碼多項(xiàng)式表示： 例如，位串1010001的碼多項(xiàng)式為:

5、l數(shù)據(jù)后面附加上冗余碼：k 位的信息碼后面附加上r 位的冗余碼:l由信息碼生成冗余碼l用一個(gè)特定的r 次多項(xiàng)式G(x)去除 ，其余數(shù)為r-1次的碼多項(xiàng)式R(x)，對(duì)應(yīng)的r 位的位串作為冗余碼。G(x)稱為生成多項(xiàng)式(Generator Polynomial)。l除法中使用模2減(無(wú)借位減，相當(dāng)于作異或(XOR)運(yùn)算)。1210nnCCCC C 121210nnnnC xCxCxC xC641xx rC xx K xR x rx K xl由信息碼生成冗余碼的過(guò)程：信息碼：1010001，對(duì)應(yīng)的碼多項(xiàng)式為K(x)=x6+x4+1；生成多項(xiàng)式：G(x)=x4+x2+x1+1(r=4)，對(duì)應(yīng)的位串為1

6、0111；X4K(x)：x4(x6+x4+1)=x10+x8+x4，對(duì)應(yīng)的位串為10100010000R(x)為x4K(x)/G(x)的余數(shù) 生成冗余碼示例 4位的余數(shù)1101作為冗余碼，其碼多項(xiàng)式為R(x)=x3+x2+1l傳輸差錯(cuò)校驗(yàn)l接收方將接收到的C(x)除以生成多項(xiàng)式G(x)，只要余數(shù)不為零，則表明校驗(yàn)出傳輸差錯(cuò)，若余數(shù)為零，則可以認(rèn)為傳輸無(wú)誤。l常用的生成多項(xiàng)式lCRC-8用于ATM信元頭差錯(cuò)校驗(yàn)。 CRC-8=x8+x2+x+1lCRC-16是HDLC規(guī)程中使用的。 CRC-16=x16+x15+x2+1lCRC-32是IEEE802.3以太網(wǎng)中采用的。3.滑動(dòng)窗口協(xié)議 是一種基

7、于多幀應(yīng)答機(jī)制的通信協(xié)議，每一個(gè)要發(fā)送的幀都包含一個(gè)序號(hào)，范圍是從0到某個(gè)最大值，最大值通常是2n-1，n為幀序號(hào)的長(zhǎng)度，滑動(dòng)窗口協(xié)議的要點(diǎn)是，在任何時(shí)刻發(fā)送進(jìn)程要維護(hù)一組幀序號(hào)，對(duì)應(yīng)于一組已經(jīng)發(fā)送但尚未被確認(rèn)的幀，這些幀稱為落在發(fā)送窗口內(nèi)；類似地，接收進(jìn)程也要維護(hù)一組幀序號(hào)，對(duì)應(yīng)于一組允許接收的幀，這些幀稱為落在接收窗口內(nèi)。 可靠傳輸是采用確認(rèn)和重傳機(jī)制，接收站只處理包含在接收窗口內(nèi)的各個(gè)幀，每當(dāng)接收窗口中的n個(gè)幀全部處理完后，才發(fā)送應(yīng)答幀，應(yīng)答幀的序號(hào)為n，表示前n-1個(gè)幀已經(jīng)正確接收，下次希望接收的是從n號(hào)開(kāi)始的幀，也就是累積確認(rèn)。 若幀序號(hào)采用3位二進(jìn)制編碼，由最大序號(hào)為Smax=23

8、-1=7。對(duì)于有序接收方式，發(fā)送窗口最大尺寸選為Smax；對(duì)于無(wú)序接收方式，發(fā)送窗口最大尺寸至多是序號(hào)范圍的一半。發(fā)送方管理超時(shí)控制的計(jì)時(shí)器數(shù)應(yīng)等于緩沖器數(shù)，而不是序號(hào)空間的大小。發(fā)送方的滑動(dòng)窗口 4.停止等待協(xié)議 是最簡(jiǎn)單的一種流量控制技術(shù)，它采用單工或半雙工通信方式。當(dāng)發(fā)送方發(fā)送完一數(shù)據(jù)幀后，便等待接收方發(fā)回的反饋信號(hào)。若收到的是肯定（ACK）信息，則接著發(fā)送下一幀；若收到的是否定（NAK）信息超時(shí)而沒(méi)有收到反饋信號(hào)，則重發(fā)剛剛發(fā)過(guò)的數(shù)據(jù)幀。5.后退N幀策略的基本原理 當(dāng)接收方檢測(cè)出失序的信息幀后，要求發(fā)送方重發(fā)最后一個(gè)正確接收的信息幀之后的所有未被確認(rèn)的幀；或者當(dāng)發(fā)送方發(fā)送了N個(gè)幀后，若

9、發(fā)現(xiàn)該N幀的前一個(gè)幀在計(jì)時(shí)器超時(shí)后仍未返回其確認(rèn)信息，則該幀被判為出錯(cuò)或丟失，此時(shí)發(fā)送方就不得不重新發(fā)送出錯(cuò)幀及其后的N幀。回退-N ARQ接收窗口 回退-N ARQ傳輸過(guò)程示例 l例2（2009年第35題） 數(shù)據(jù)鏈路層采用后退N幀（GBN）協(xié)議，發(fā)送方已經(jīng)發(fā)送了編號(hào)為07的幀。當(dāng)計(jì)時(shí)器超時(shí)時(shí)，若發(fā)送方只接收到0、2、3號(hào)幀的確認(rèn)，則發(fā)送方需要重發(fā)的幀數(shù)是（ ）。 A.2 B.3 C.4 D.5 答案：C 連續(xù)ARQ協(xié)議中，接收方一般采用累積確認(rèn)的方式，即接收方對(duì)按序到達(dá)的最后一個(gè)分組發(fā)送確認(rèn)，題目中收到3的確認(rèn)幀就代表編號(hào)為0、1、2、3的幀已接收，而此時(shí)發(fā)送方未收到1號(hào)幀的確認(rèn)只能代表確認(rèn)

10、幀在返回的過(guò)程中丟失了，而不代表1號(hào)幀未到達(dá)接收方。因此需要重傳的幀是編號(hào)為4、5、6、7的幀。l例3（2012年第36題） 兩臺(tái)主機(jī)之間的數(shù)據(jù)鏈路層采用后退N幀協(xié)議（GBN）傳輸數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸速率為16kbps，單向傳播時(shí)延為270ms，數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度范圍是128512字節(jié)，接收方總是以與數(shù)據(jù)幀等長(zhǎng)的幀進(jìn)行確認(rèn)。為使信道利用率達(dá)到最高，幀序號(hào)的比特?cái)?shù)至少為（ ）。 A.5 B.4 C.3 D.2 答案：B 兩臺(tái)主機(jī)之間的數(shù)據(jù)鏈路層采用后退N幀協(xié)議（GBN）傳輸數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)幀發(fā)送的過(guò)程是，主機(jī)甲連續(xù)發(fā)送了T個(gè)數(shù)據(jù)幀，主機(jī)乙接收到第一個(gè)數(shù)據(jù)幀之后，以等長(zhǎng)的長(zhǎng)度發(fā)送確認(rèn)幀。題目中，數(shù)據(jù)傳輸速率為16k

11、bps，即2KB/s。主機(jī)甲連續(xù)發(fā)送T個(gè)數(shù)據(jù)幀的時(shí)間是T*M/(2KB/s)，其中，M為數(shù)據(jù)幀的長(zhǎng)度。 信道利用率=信道發(fā)送的比特?cái)?shù)/發(fā)送的總時(shí)延，如果想使信道利用率達(dá)到最大，即在第一個(gè)確認(rèn)幀回到主機(jī)甲時(shí)，主機(jī)甲需要連續(xù)不停地發(fā)送數(shù)據(jù)幀。即在一個(gè)往返時(shí)延內(nèi)，主機(jī)甲發(fā)送的數(shù)據(jù)幀越多越好。根據(jù)上述條件列出計(jì)算公式： T*M/(2KB/s)=0.27*2+2*（M/ 2KB/s ），得出：T=4。6.選擇重傳ARQ協(xié)議 只是重傳出現(xiàn)差錯(cuò)的那一幀。當(dāng)接收端發(fā)現(xiàn)某幀出錯(cuò)后，將其后面的正確的幀先接收下來(lái)，存放在一個(gè)緩沖區(qū)里，同時(shí)要求發(fā)送端重傳出差錯(cuò)的那一幀。接收端一旦接收到重傳的新幀并確認(rèn)后，與原已存放在

12、緩沖區(qū)的各幀一起按正確的順序交付給上一層。選擇重傳ARQ協(xié)議可避免重復(fù)傳輸那些已經(jīng)正確接收到的數(shù)據(jù)幀，但代價(jià)是在接收端必須設(shè)置具有一定容量的緩沖區(qū)。7.信道劃分介質(zhì)訪問(wèn)控制 多路復(fù)用技術(shù)是使多路數(shù)據(jù)信號(hào)共同使用一條線路進(jìn)行傳輸?shù)募夹g(shù)，使多個(gè)計(jì)算機(jī)或終端設(shè)備共享信道資源，提高信道的利用率。（1）頻分多路復(fù)用（FDM）（2）時(shí)分多路復(fù)用（TDM）（3）波分復(fù)用（WDM）（4）碼分多路復(fù)用（CDMA）l例4（2011年第35題） 數(shù)據(jù)鏈路層采用選擇重傳協(xié)議（SR）傳輸數(shù)據(jù)，發(fā)送方已經(jīng)發(fā)送了03號(hào)數(shù)據(jù)幀，現(xiàn)已經(jīng)收到1號(hào)幀的確認(rèn)，而0,2號(hào)幀依次超時(shí)，則此時(shí)需要重傳的幀數(shù)是（ ）。 A.1 B.2 C.

13、3 D.4 答案：B8.載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)/沖突檢測(cè)（CSMA/CD） 以太網(wǎng)采用的協(xié)調(diào)方法是使用一種特殊的協(xié)議，即載波監(jiān)聽(tīng)多點(diǎn)接入/碰撞檢測(cè)CSMA/CD。要點(diǎn)如下：（1）多點(diǎn)接入：許多計(jì)算機(jī)以多點(diǎn)接入的方式連接在一根總線上，是總線型網(wǎng)絡(luò)。（2）載波監(jiān)聽(tīng)：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。（3）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，由信號(hào)電壓擺動(dòng)值的大小來(lái)判斷是否發(fā)生了碰撞。正常發(fā)送時(shí)，計(jì)算機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)都是使用曼徹斯特編碼的信號(hào)；發(fā)生碰撞時(shí)，信號(hào)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的失真。一旦發(fā)送碰撞，就立即停止發(fā)送。也

14、稱為沖突檢測(cè)。（4）為什么會(huì)發(fā)生碰撞：每個(gè)站點(diǎn)都是在監(jiān)聽(tīng)到信道“空閑”時(shí)才發(fā)送數(shù)據(jù)的，為什么還會(huì)發(fā)生碰撞？根本原因是因?yàn)殡姶挪ㄔ诿襟w上的傳輸速度總是有限的。 電磁波在1km電纜上的傳輸時(shí)延約為5s。將總線上單程的端到端傳播延遲記為。A發(fā)送數(shù)據(jù)后，最遲要經(jīng)過(guò)兩倍的總線端到端的傳輸延遲（2）才知道自己發(fā)送的數(shù)據(jù)和其他站點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)沒(méi)有發(fā)生碰撞。可見(jiàn)，在一個(gè)站在自己發(fā)送數(shù)據(jù)后的一小段時(shí)間是不確定的，它取決于另一個(gè)發(fā)送數(shù)據(jù)的站到本站的距離。因此，以太網(wǎng)不能保證在某一時(shí)間之內(nèi)能將自己的數(shù)據(jù)幀成功地發(fā)送出去。這一特點(diǎn)稱為發(fā)送的不確定性。（5）爭(zhēng)用期：最先發(fā)送數(shù)據(jù)幀的站點(diǎn)，在發(fā)送數(shù)據(jù)幀后至多經(jīng)過(guò)2就可以知道

15、該幀是否發(fā)生了碰撞。以太網(wǎng)的端到端往返時(shí)延2稱為爭(zhēng)用期，又稱為碰撞窗口。經(jīng)過(guò)爭(zhēng)用期這段時(shí)間還沒(méi)有檢測(cè)到碰撞，才能肯定這次發(fā)送不會(huì)發(fā)生碰撞。 問(wèn)題：當(dāng)某站正在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，另外兩個(gè)站有數(shù)據(jù)要發(fā)送。這兩個(gè)站進(jìn)行載波監(jiān)聽(tīng)，發(fā)現(xiàn)總線忙，于是就等待；當(dāng)它們發(fā)現(xiàn)總線變?yōu)榭臻e時(shí)，就立即發(fā)送自己的數(shù)據(jù)。但這必然再次發(fā)送碰撞；經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)了碰撞，就停止發(fā)送。然后再重新發(fā)送，這樣下去，一直不能發(fā)送成功。（6）退避算法：就是讓發(fā)生碰撞的站在停止發(fā)送數(shù)據(jù)后，不是立即再發(fā)送數(shù)據(jù)，而是推遲（這叫做退避）一個(gè)隨機(jī)事件，具體做法是：確定基本退避時(shí)間，一般是取爭(zhēng)用期2。定義參數(shù)k，它等于重傳次數(shù)，但k不超過(guò)10，即k=Min（重傳

16、次數(shù)，10）。從離散整數(shù)集合0,1,2,(2k-1)中隨機(jī)地取出一個(gè)數(shù)，記為r。重傳所需的時(shí)間就是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)，則丟棄該幀，并向高層報(bào)告。 以太網(wǎng)取51.2s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)可以發(fā)送512bit，即64字節(jié)。因此以太網(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終止的無(wú)效幀。l例5（2013年第36題） 下列介質(zhì)訪問(wèn)控制方法中，可能發(fā)生沖突的是（ ）。 A.CDMA B.CSMA C.TDMA D.FDMA 答案：Bl例6（2009年第37題） 在一個(gè)采用CSMA/CD協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)中，傳輸介質(zhì)是一根完整

17、的電纜，傳輸速率為1Gbps，電纜中的信號(hào)傳播速度是200000km/s。若最小數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度減少800比特，則最遠(yuǎn)的兩個(gè)站點(diǎn)之間的距離至少需要（ ）。 A.增加160m B.增加80m C.減少160m D.減少80m 答案：D考查考查CSMA/CDCSMA/CD協(xié)議的工作原理協(xié)議的工作原理 若最短幀長(zhǎng)減少，而數(shù)據(jù)傳輸速率不變，則需要使沖突域的最大距離變短來(lái)實(shí)現(xiàn)爭(zhēng)用期的減少。 爭(zhēng)用期是指網(wǎng)絡(luò)中收發(fā)結(jié)點(diǎn)間的往返時(shí)延，經(jīng)過(guò)爭(zhēng)用期這段時(shí)間還沒(méi)有檢測(cè)到碰撞，才能肯定這次發(fā)送不會(huì)發(fā)生碰撞。即： 爭(zhēng)用期=（2*S）/信號(hào)的傳播速度 爭(zhēng)用期也指數(shù)據(jù)沒(méi)有發(fā)生碰撞的最長(zhǎng)時(shí)間，即： 爭(zhēng)用期=數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度/數(shù)據(jù)幀傳輸速

18、率 題中，最小數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度減少800比特，假設(shè)需要減少的最小距離為s，單位是m，則可以得到下式： 2*s/（2*108）=800/（1*109） 可得：s=80m，即最遠(yuǎn)的兩個(gè)站點(diǎn)之間的距離最少需要減少80m。9.CSMA/CA協(xié)議 該協(xié)議支持兩種操作，第一種中發(fā)送站在發(fā)送前監(jiān)聽(tīng)信道，信道忙則推遲發(fā)送直至發(fā)現(xiàn)信道空閑，一旦信道空閑立即發(fā)送幀，但在發(fā)送的過(guò)程中并不檢測(cè)沖突（因?yàn)榭赡軣o(wú)法檢測(cè)），如果發(fā)生沖突，發(fā)送站使用二進(jìn)制指數(shù)退避算法等待一段時(shí)間，然后再試。第二種操作中發(fā)送站向接收站發(fā)送一個(gè)RTS幀請(qǐng)求發(fā)送，接收站發(fā)送一個(gè)CTS幀表示同意發(fā)送，然后發(fā)送站可以發(fā)送一個(gè)幀，并啟動(dòng)一個(gè)ACK計(jì)時(shí)器，接收

19、站正確接收后必須返回一個(gè)ACK幀進(jìn)行確認(rèn)，若發(fā)送站的ACK計(jì)時(shí)器超時(shí)，則發(fā)送站重發(fā)。收到RTS或CTS的站都用NAV信號(hào)通知自己的相關(guān)實(shí)體保持沉默，直至整個(gè)交換過(guò)程結(jié)束。保持沉默的時(shí)間可以根據(jù)RTS或CTS中給出的待發(fā)送幀或待接收幀的長(zhǎng)度以及確認(rèn)所需要的時(shí)間估算出來(lái)。l例7（2011年第36題） 下列選項(xiàng)中，對(duì)正確接收到的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行確認(rèn)的MAC協(xié)議時(shí)（ ）。 A.CSMA B.CDMA C.CSMA/CD D.CSMA/CA 答案：D10.局域網(wǎng)的基本概念與體系結(jié)構(gòu) 局域網(wǎng)是將小區(qū)域內(nèi)的各種通信設(shè)備互聯(lián)在一起的通信網(wǎng)絡(luò)。從這個(gè)定義可引出局域網(wǎng)絡(luò)的三個(gè)屬性：（1）局域網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)，從協(xié)議層

20、次的觀點(diǎn)看，它包含著下三層的功能，將連接到局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)通信設(shè)備加上高層協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)軟件組成為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，稱為計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)。（2）計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)通信設(shè)備是廣義的，包括計(jì)算機(jī)、終端和各種外圍設(shè)備等。（3）所指的小區(qū)域可以是一個(gè)建筑物內(nèi)，一個(gè)校園或者大至幾十公里直徑的一個(gè)區(qū)域。 局域網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議結(jié)構(gòu)包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層。由于局域網(wǎng)沒(méi)有路由問(wèn)題，一般不單獨(dú)設(shè)置網(wǎng)絡(luò)層，把數(shù)據(jù)鏈路層分為介質(zhì)訪問(wèn)控制子層（MAC）和數(shù)據(jù)鏈路控制子層（LLC）。LLC子層提供與媒體接入無(wú)關(guān)的鏈路控制，包括差錯(cuò)控制和流量控制，提供面向連接和無(wú)連接的服務(wù)。MAC子層的主要功能是成幀、尋址、實(shí)現(xiàn)MAC和差錯(cuò)檢驗(yàn)等。但

21、MAC子層一般并不進(jìn)行差錯(cuò)控制，提供不可靠的傳輸服務(wù)。l例8（2012年第35題） 以太網(wǎng)的MAC提供的是（ ）。 A.無(wú)連接的不可靠的服務(wù) B.無(wú)連接的可靠服務(wù) C.有連接的不可靠服務(wù) D.有連接的可靠服務(wù) 答案：A11.網(wǎng)橋的概念及其工作原理 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(guò)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。 網(wǎng)橋的自學(xué)習(xí)：網(wǎng)橋收到一個(gè)幀后進(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(wú)相互匹配的項(xiàng)目。若沒(méi)有，就在轉(zhuǎn)發(fā)表中增加一個(gè)項(xiàng)目（源地址、進(jìn)入的接口和事件

22、）。若有，則把原有的項(xiàng)目進(jìn)行更新。 轉(zhuǎn)發(fā)幀：查找轉(zhuǎn)發(fā)表中與收到的幀的目的地址有無(wú)匹配的項(xiàng)目。如沒(méi)有，則通過(guò)所有其他接口（但進(jìn)入網(wǎng)橋的接口除外）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（因此這時(shí)不需要經(jīng)過(guò)網(wǎng)橋進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)）。12.局域網(wǎng)交換機(jī)及其工作原理 局域網(wǎng)交換機(jī)實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)多接口的網(wǎng)橋，工作在數(shù)據(jù)鏈路層，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。l例9（2009年第36題） 以太網(wǎng)交換機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)決策時(shí)使用的PDU地址是（ ）。 A.目的物理地址 B.目的IP地址 C.源物理地址 D.源IP地址 答案：A PDU PDU

23、協(xié)議數(shù)據(jù)單元協(xié)議數(shù)據(jù)單元 考查交換機(jī)的工作原理考查交換機(jī)的工作原理 交換機(jī)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)多端口網(wǎng)橋，工作在數(shù)據(jù)鏈路層，數(shù)據(jù)鏈路層使用物理地址進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，而轉(zhuǎn)發(fā)通常都是根據(jù)目的地址來(lái)決定出端口。在轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程中，使用的是目的地址來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)決策的，因此，PDU地址就是目的物理地址。l例10（2013年第38題） 對(duì)于100Mbps的以太網(wǎng)交換機(jī)，當(dāng)輸出端口無(wú)排隊(duì)，以直通交換方式轉(zhuǎn)發(fā)一個(gè)以太網(wǎng)幀（不包括前導(dǎo)碼）時(shí)，引入的轉(zhuǎn)發(fā)延遲至少是（ ）。 A.0us B.0.48us C.5.12us D.121.44us答案：B 直通交換方式是以太網(wǎng)交換機(jī)可以在各端口間交換數(shù)據(jù)。它在輸入端口檢測(cè)到一個(gè)數(shù)據(jù)包時(shí)，檢查該

24、包的包頭，獲取包的目的地址，啟動(dòng)內(nèi)部的動(dòng)態(tài)查找表轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的輸出端口，在輸入與輸出交叉處接通，把數(shù)據(jù)包直通到相應(yīng)的端口，實(shí)現(xiàn)交換功能。通常情況下，直通交換方式只檢查數(shù)據(jù)包的包頭即前14個(gè)字節(jié)，由于不需要考慮前導(dǎo)碼，只需要檢查目的地址的6B，所以最短的傳輸延遲是0.48us。3.3 難點(diǎn)釋疑難點(diǎn)釋疑1.網(wǎng)橋，中繼器和交換機(jī)的區(qū)別 網(wǎng)橋與轉(zhuǎn)發(fā)器不同，（1）網(wǎng)橋工作在數(shù)據(jù)鏈路層，而轉(zhuǎn)發(fā)器工作在物理層；（2）網(wǎng)橋不像轉(zhuǎn)發(fā)器轉(zhuǎn)發(fā)所有的幀，而是只轉(zhuǎn)發(fā)未出現(xiàn)差錯(cuò)，且目的站屬于另一網(wǎng)絡(luò)的幀或廣播幀；（3）轉(zhuǎn)發(fā)器轉(zhuǎn)發(fā)一幀時(shí)不用檢測(cè)傳輸媒體，而網(wǎng)橋在轉(zhuǎn)發(fā)一幀前必須執(zhí)行CSMA/CD算法；（4）網(wǎng)橋和轉(zhuǎn)發(fā)器都有擴(kuò)展

25、局域網(wǎng)的作用，但網(wǎng)橋還能提高局域網(wǎng)的效率并連接不同MAC子層和不同速率局域網(wǎng)的作用。 以太網(wǎng)交換機(jī)通常有幾十個(gè)端口，而網(wǎng)橋一般只有24個(gè)端口；它們都工作在數(shù)據(jù)鏈路層；網(wǎng)橋的端口一般連接到局域網(wǎng)，而以太網(wǎng)的每個(gè)接口都直接與主機(jī)相連，交換機(jī)允許多對(duì)計(jì)算機(jī)同時(shí)通信。所以實(shí)質(zhì)上以太網(wǎng)交換機(jī)是一個(gè)多端口的網(wǎng)橋，連到交換機(jī)上的每臺(tái)計(jì)算機(jī)就像到網(wǎng)橋的一個(gè)局域網(wǎng)段上。網(wǎng)橋采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，而以太網(wǎng)交換機(jī)還可采用直通方式轉(zhuǎn)發(fā)。以太網(wǎng)交換機(jī)采用了專用的交換機(jī)芯片，轉(zhuǎn)發(fā)速度比網(wǎng)橋快。2.CSMA/CA和CSMA/CD的差異 CSMA/CD中，當(dāng)節(jié)點(diǎn)偵聽(tīng)到信道空閑時(shí)，立即就可以發(fā)送數(shù)據(jù)。而在CSMA/CA中，

26、當(dāng)偵聽(tīng)到信道空閑時(shí)要推遲發(fā)送，尤其在第2步中要隨機(jī)回退，這是為了減少?zèng)_突而采取的措施?？紤]這樣一種情形，一個(gè)節(jié)點(diǎn)正在發(fā)送，而另外兩個(gè)節(jié)點(diǎn)在偵聽(tīng)信道準(zhǔn)備發(fā)送。當(dāng)信道上的發(fā)送一完成，兩個(gè)等待的節(jié)點(diǎn)同時(shí)偵聽(tīng)到信道空閑。如果它們等待DIFS后立即發(fā)送，則肯定發(fā)生沖突。由于CSMA/CA不檢測(cè)沖突且發(fā)生沖突的代價(jià)很高，為了減少這種沖突的發(fā)生，令節(jié)點(diǎn)在偵聽(tīng)到信道忙后立即進(jìn)入回退。如果它們剛好選擇了不同的回退值，則當(dāng)信道空閑時(shí)會(huì)有一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送。未發(fā)送的節(jié)點(diǎn)將凍結(jié)其計(jì)數(shù)值，并抑制發(fā)送直至前一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送完成。當(dāng)然，如果兩個(gè)節(jié)點(diǎn)選擇了相同的回退值或者是相互隱藏的，則仍有可能發(fā)生沖突，這時(shí)可從一個(gè)更大的范圍內(nèi)選取回

27、退值。3.IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)的MAC幀和Ethernet V2的MAC幀區(qū)別 不同點(diǎn)在第三字段。在Ethernet V2中該字段表示LLC的上層所使用的協(xié)議類型，而在802.3標(biāo)準(zhǔn)中該字段表示長(zhǎng)度/類型字段。這個(gè)字段表示MAC幀的數(shù)據(jù)字段長(zhǎng)度，或者等同于以太網(wǎng)V2的類型字段。當(dāng)長(zhǎng)度/類型字段表示類型時(shí)，就與Ethernet V2的MAC幀一樣。當(dāng)表示長(zhǎng)度時(shí)，MAC幀就必須裝入802.2標(biāo)準(zhǔn)所定義的LLC子層的LLC幀。802.3的MAC幀的數(shù)據(jù)字段長(zhǎng)度為461500字節(jié)，而DIX Ethernet V2的固定為1500字節(jié)。IEEE802.3幀結(jié)構(gòu)，各字段功能如下。4. IEEE802.3的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn) 在這些標(biāo)準(zhǔn)中簽名的數(shù)字表示傳輸速度，單位是“Mbps”，最后的一個(gè)數(shù)字表示單段網(wǎng)線長(zhǎng)度（基準(zhǔn)單位是10m），Base表示“基帶”的意思，Broad代表“帶寬”。10Base-5使用粗同軸電纜，最大網(wǎng)段長(zhǎng)度為500m，基帶傳輸方法。10Base-2使用細(xì)同軸