網(wǎng)絡-第3章數(shù)據(jù)鏈路層

計算機網(wǎng)絡（第

6

版）課件

謝希仁編著第3章數(shù)據(jù)鏈路層主講教師：王曉丹物理層的傳輸媒體導向傳輸媒體：同軸電纜、雙絞線、光纖非導向傳輸媒體：衛(wèi)星通信、微波通信提問

什么是復用技術？復用技術可以分為哪幾種？將一條信道劃分成多個信道，使許多單個信號在一個信道上傳輸?shù)募夹g，可實現(xiàn)信道共享，提高信道利用率頻分、時分和統(tǒng)計時分、波分、碼分復用數(shù)據(jù)鏈路層點對點信道和廣播信道特點，以及這兩種信道使用的協(xié)議：PPP和CSMA/CD數(shù)據(jù)鏈路層的三個基本問題：封裝成幀、透明傳輸和差錯檢測以太網(wǎng)MAC層的硬件地址適配器、集線器、網(wǎng)橋、以太網(wǎng)交換機的作用及使用場合本章重點3.2點對點協(xié)議PPP

3.2.1PPP協(xié)議的特點3.3使用廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層

3.3.1局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層

3.3.2CSMA/CD協(xié)議第3章

數(shù)據(jù)鏈路層3.1使用點對點信道的數(shù)據(jù)鏈路層

3.1.1數(shù)據(jù)鏈路和幀

3.1.2三個基本問題第一次課第二次課3.4使用廣播信道的以太網(wǎng)

3.4.1使用集線器的星形拓撲

3.4.3以太網(wǎng)的MAC層3.5擴展的以太網(wǎng)

3.5.1在物理層擴展以太網(wǎng)

3.5.2在數(shù)據(jù)鏈路層擴展以太網(wǎng)第三次課第3章

數(shù)據(jù)鏈路層局域網(wǎng)廣域網(wǎng)主機

H1主機

H2路由器

R1路由器

R2路由器

R3電話網(wǎng)局域網(wǎng)兩臺主機通信時

數(shù)據(jù)鏈路層所處的地位主機H1向H2發(fā)送數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡層物理層R1鏈路層網(wǎng)絡層物理層R2鏈路層網(wǎng)絡層物理層R3鏈路層應用層運輸層網(wǎng)絡層物理層H1鏈路層應用層運輸層網(wǎng)絡層物理層H2從層次上看數(shù)據(jù)的流動數(shù)據(jù)鏈路層不必考慮物理層如何實現(xiàn)比特傳輸?shù)木唧w細節(jié)，可以簡單的想象成沿著兩個數(shù)據(jù)鏈路層之間的水平方向把數(shù)據(jù)幀直接發(fā)送給對方僅從數(shù)據(jù)鏈路層觀察幀的流動13.1使用點對點信道的數(shù)據(jù)鏈路層鏈路(link)是一條無源的點到點的物理線路段，中間沒有任何其他交換結(jié)點(一條通信路徑的組成部分)數(shù)據(jù)鏈路(datalink)在通信線路上傳送數(shù)據(jù)時，除了物理線路外，還必須有通信協(xié)議來控制這些數(shù)據(jù)的傳輸。把實現(xiàn)這些協(xié)議的硬件和軟件加到鏈路上，就構(gòu)成了數(shù)據(jù)鏈路現(xiàn)在最常用的方法是使用網(wǎng)絡適配器(硬件+軟件)來實現(xiàn)這些協(xié)議適配器實現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層和物理層兩層功能

數(shù)據(jù)鏈路層使用的信道主要有兩種類型：點對點信道：一對一通信方式廣播信道：一對多通信方式。廣播信道上連接的主機很多，需使用專用的共享信道協(xié)議來協(xié)調(diào)這些主機之間的數(shù)據(jù)發(fā)送23.1.1數(shù)據(jù)鏈路和幀為了把主要精力放在點對點信道的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議上，采用下圖所示的三層模型結(jié)點B數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡層物理層結(jié)點AIP數(shù)據(jù)報1010……0110幀取出鏈路IP數(shù)據(jù)報1010……0110幀裝入三層模型33.1.1數(shù)據(jù)鏈路和幀在三層模型中，無論哪一段鏈路上的通信(主機和路由器之間或兩個路由器之間)，都看成是結(jié)點和結(jié)點之間的通信(如圖中的結(jié)點A和B)，每個結(jié)點都只有下三層：網(wǎng)絡層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層只考慮數(shù)字鏈路層4數(shù)據(jù)鏈路層像一個數(shù)字管道，在這條數(shù)字管道上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)單位是幀結(jié)點結(jié)點幀幀結(jié)點A的數(shù)據(jù)鏈路層把網(wǎng)絡層交付下來的IP數(shù)據(jù)報添加首部和尾部封裝成幀結(jié)點A把封裝好的幀發(fā)送給結(jié)點B的數(shù)據(jù)鏈路層若結(jié)點B的數(shù)據(jù)鏈路層收到的幀無差錯，則從收到的幀中提取出IP數(shù)據(jù)報上交給網(wǎng)絡層，否則丟棄這個幀點對點信道的數(shù)據(jù)鏈路層通信時的主要步驟：3.1.2數(shù)據(jù)鏈路層的三個基本問題封裝成幀透明傳輸差錯控制5數(shù)據(jù)鏈路層的幀長封裝成幀3.1.2數(shù)據(jù)鏈路層的三個基本問題分組交換：所有在因特網(wǎng)上傳送的數(shù)據(jù)都是以分組(IP數(shù)據(jù)報)為傳送單位的網(wǎng)絡層的IP數(shù)據(jù)報傳送到數(shù)據(jù)鏈路層就成為幀的數(shù)據(jù)部分幀幀開始幀結(jié)束幀首部幀的數(shù)據(jù)部分幀尾部IP數(shù)據(jù)報封裝成幀就是在一段數(shù)據(jù)(IP數(shù)據(jù)報)的前后分別添加首部和尾部，形成幀(從幀首部開始發(fā)送)幀是數(shù)據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù)傳送單元(PDU)MTU首部和尾部的重要作用：幀定界接收端在收到物理層上交的比特流后，根據(jù)首部和尾部的標記，從收到的比特流中識別幀的開始和結(jié)束幀長=數(shù)據(jù)部分長度+幀首部和尾部的長度每一種鏈路層協(xié)議都規(guī)定了所能傳送幀的數(shù)據(jù)部分長度上限：最大傳送單元MTU(MaximumTransferUnit)6幀開始幀結(jié)束發(fā)送在前SOH裝在幀中的數(shù)據(jù)部分EOT幀用控制字符進行幀定界的方法舉例3.1.2數(shù)據(jù)鏈路層的三個基本問題假定發(fā)送端在尚未發(fā)送完一個幀時突然出現(xiàn)故障，中斷了發(fā)送。隨后很快恢復正常，重新發(fā)送剛才未發(fā)送完的幀。由于使用了幀定界符，在接收端就知道前面收到的數(shù)據(jù)是個不完整的幀(只有幀開始符SOH，沒有幀結(jié)束符EOT)，必須丟棄當收到的數(shù)據(jù)有明確的幀定界符(SOH和EOT)時，才確定是一個完整的數(shù)據(jù)幀，應當接收注意：SOH和EOT都是控制字符的名稱，實際為一組二進制比特序列，如十六進制編碼分別為01(即二進制00000001)和04(00000100)7在數(shù)據(jù)鏈路層透明傳輸數(shù)據(jù)：無論什么樣比特組合的數(shù)據(jù)都能夠順利通過該層(數(shù)據(jù)鏈路層不會對所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)產(chǎn)生任何障礙，對于被傳輸數(shù)據(jù)來說，數(shù)據(jù)鏈路層仿佛不存在一樣，對它們來說是透明的)透明傳輸3.1.2數(shù)據(jù)鏈路層的三個基本問題由于幀開始和結(jié)束標記使用專門的控制字符，因此，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)部分任何8比特的組合一定不允許和用作幀定界的控制字符編碼相同，否則會出現(xiàn)幀定界錯誤消除了幀定界錯誤的數(shù)據(jù)傳輸，稱為透明傳輸8發(fā)送在前出現(xiàn)EOT被接收端當作無效幀而丟棄被接收端誤認為是一個幀SOHEOTEOT完整的幀數(shù)據(jù)部分非透明傳輸：當接收端遇到第一個EOT時，錯誤的判斷為一幀數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束，而其后的數(shù)據(jù)因找不到SOH被當做無效幀丟棄3.1.2數(shù)據(jù)鏈路層的三個基本問題解決透明傳輸問題的方法：字節(jié)填充設法使數(shù)據(jù)中可能出現(xiàn)的控制字符SOH和EOT在接收端不被解釋為控制字符(開始符和結(jié)束符)透明傳輸9字節(jié)填充：發(fā)送端的數(shù)據(jù)鏈路層在待傳送數(shù)據(jù)中出現(xiàn)的控制字符SOH或EOT前面插入一個轉(zhuǎn)義字符ESC(其十六進制編碼是1B，二進制是00011011)，接收端的數(shù)據(jù)鏈路層在把數(shù)據(jù)送到網(wǎng)絡層之前刪除這個插入的轉(zhuǎn)義字符SOHEOTSOHESCSOHEOT原始數(shù)據(jù)經(jīng)過字節(jié)填充后發(fā)送的數(shù)據(jù)發(fā)送在前幀開始符幀結(jié)束符SOHEOTSOHESCEOTSOHESCESCESCESC字節(jié)填充字節(jié)填充字節(jié)填充字節(jié)填充透明傳輸3.1.2數(shù)據(jù)鏈路層的三個基本問題如果轉(zhuǎn)義字符也出現(xiàn)在數(shù)據(jù)中，解決方法仍然是在轉(zhuǎn)義字符前面插入一個轉(zhuǎn)義字符當接收端收到連續(xù)的兩個轉(zhuǎn)義字符時，就刪除前面的一個10為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，在計算機網(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)時，必須采用各種差錯檢測措施在數(shù)據(jù)鏈路層傳送的幀中，廣泛使用了循環(huán)冗余檢驗CRC的檢錯技術差錯檢測3.1.2數(shù)據(jù)鏈路層的三個基本問題現(xiàn)實的通信鏈路都是不理想的，在傳輸過程中可能會產(chǎn)生比特差錯(1變0，0變1)比特差錯是傳輸差錯中的一種，如無特殊說明，本節(jié)中的差錯均指比特差錯誤碼率BER(BitErrorRate)：一段時間內(nèi)傳輸錯誤的比特占所傳輸比特總數(shù)的比率。例如，誤碼率為10-10時，表示平均每傳送1010個比特，會出現(xiàn)1個比特差錯11在發(fā)送端，先把數(shù)據(jù)劃分為組，假定每組k個比特待傳送的一組數(shù)據(jù)(原始數(shù)據(jù))M=101001(k=6)CRC運算就是在M的后面再添加供差錯檢測用的n位冗余碼一起發(fā)送，共發(fā)送(k+n)位3.1.2數(shù)據(jù)鏈路層的三個基本問題例：循環(huán)冗余碼的計算

110101

←

Q

(商)P(除數(shù))→

1101101001000

←

2nM(被除數(shù))

1101

1110

1101

0111

0000

1110

1101

0110

0000

1100

1101

001←R(余數(shù))，作為FCS

模2除運算法則：相同為0，不同為112n位冗余碼的計算k=6，M=101001∴M(x)=x5+x3+1生成多項式(依據(jù)國際標準進行選擇)最高次冪為n。假定除數(shù)

P=1101，則生成多項式為P(x)=x3

+x2+1(x的最高次冪n=3)被除數(shù)：M’(x)=xn×M(x)=x3×(x5+x3+1)=x8+x6+x3∴M’=101001000(模2乘法，相當于在M后面添加3個0)將M’與P進行二進制模2除運算，余數(shù)R=001這種檢測方法并不能確定究竟是哪一個或哪幾個比特出現(xiàn)差錯只要經(jīng)過嚴格挑選，使用位數(shù)足夠多的除數(shù)P(生成多項式)，檢測不到差錯的概率很小發(fā)送端幀檢驗序列FCS的生成和接收端CRC檢驗都是用硬件實現(xiàn)的，處理速度快，不會對數(shù)據(jù)傳輸帶來影響在數(shù)據(jù)后面添加的冗余碼稱為幀檢驗序列FCS(FrameCheckSequence)循環(huán)冗余檢驗CRC和幀檢驗序列FCS并不相同CRC是一種常用的檢錯方法，F(xiàn)CS是添加在數(shù)據(jù)后面的冗余碼FCS可以用CRC得出，但CRC并非獲得FCS的唯一方法例：循環(huán)冗余碼的計算3.1.2數(shù)據(jù)鏈路層的三個基本問題檢驗方法：把收到的每一個數(shù)據(jù)幀都除以同樣的P(模2除運算)，然后檢查得到的余數(shù)R：若R=0，則判定這個幀沒有差錯，接受若R≠0，則判定這個幀有差錯，丟棄接收端進行CRC檢驗13因特網(wǎng)采取區(qū)別對待的方法來實現(xiàn)可靠傳輸：對于通信質(zhì)量不好的鏈路或通信質(zhì)量較差的無線傳輸鏈路，數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議使用確認和重傳機制收到正確的幀就要向發(fā)送端發(fā)送確認，發(fā)送端在一定的期限內(nèi)若沒有收到對方的確認，就認為出現(xiàn)了差錯，重傳，直到收到對方的確認為止對于通信質(zhì)量良好的有線傳輸鏈路，數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議不使用確認和重傳機制，即不要求數(shù)據(jù)鏈路層向上提供可靠傳輸?shù)姆铡Ｈ绻跀?shù)據(jù)鏈路層傳輸數(shù)據(jù)時出現(xiàn)了差錯并且需要進行改正，改正錯誤的任務由上層協(xié)議(如運輸層的TCP)來完成例：循環(huán)冗余碼的計算3.1.2數(shù)據(jù)鏈路層的三個基本問題注意在數(shù)據(jù)鏈路層若僅用循環(huán)冗余檢驗CRC差錯檢測技術只能做到無差錯接受無差錯接受：凡是接收端數(shù)據(jù)鏈路層接受的幀（即不包括丟棄的幀），都能以非常接近于1的概率認為這些幀在傳輸過程中沒有產(chǎn)生差錯。可以近似的表述為：凡是接收端數(shù)據(jù)鏈路層接受的幀均無差錯可靠傳輸：數(shù)據(jù)鏈路層的發(fā)送端發(fā)送什么，接收端就收到什么傳輸差錯分為兩大類：一類是比特差錯；另一類是幀丟失、幀重復和幀失序(無比特差錯)在數(shù)據(jù)鏈路層使用CRC檢驗，能夠?qū)崿F(xiàn)無比特差錯的傳輸，但這還不是可靠傳輸14數(shù)據(jù)鏈路層的三個基本問題是什么？為什么都必須加以解決？封裝成幀（幀定界）是分組交換的必然要求，有分組就必須為每個分組確定邊界透明傳輸消除了幀定界錯誤的數(shù)據(jù)傳輸，避免數(shù)據(jù)與幀定界符混淆差錯檢測為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，防止有差錯的無效數(shù)據(jù)幀浪費后續(xù)路由上的傳輸和處理資源第3章3-04第3章3-05如果在數(shù)據(jù)鏈路層不進行封裝成幀，會發(fā)生什么問題？無法區(qū)分分組無法確定分組的控制域和數(shù)據(jù)域無法準確定位差錯更正的范圍如果傳輸數(shù)據(jù)時不以幀為單位來傳送，就無法加入冗余碼進行差錯檢驗。在數(shù)據(jù)鏈路層進行差錯檢驗，必須把數(shù)據(jù)劃分為幀，每一幀都加上冗余碼，發(fā)送方逐幀傳送，接收方逐幀進行差錯檢驗。第3章3-07要發(fā)送的數(shù)據(jù)為1101011011。采用CRC的生成多項式是P(X)=X4+X+1。試求應添加在數(shù)據(jù)后面的余數(shù)。數(shù)據(jù)在傳輸過程中最后一個1變成了0，問接收端能否發(fā)現(xiàn)？若數(shù)據(jù)在傳輸過程中最后兩個1都變成了0，問接收端能否發(fā)現(xiàn)？采用CRC檢驗后，數(shù)據(jù)鏈路層的傳輸是否就變成了可靠的傳輸？1110僅僅采用了CRC檢驗，缺少重傳機制，數(shù)據(jù)鏈路層的傳輸還不是可靠的傳輸可以發(fā)現(xiàn)可以發(fā)現(xiàn)15計算機中常用的一種檢錯碼是CRC，即①碼。在進行編碼過程中要使用②運算。假設使用的生成多項式是G(X)=X4+X3+X+1，原始報文為11001010101，則編碼后的報文為。A.水平垂直奇偶校驗B.循環(huán)求和C.循環(huán)冗余D.正比率A.模2除法B.定點二進制除法

C.二-十進制除法D.循環(huán)移位法A.110010101011110

B.110010101010011

C.110010101011100

D.110010101010101提問

16在ADSL接入方式中，PPP與其他協(xié)議共同派生出符合寬帶接入要求的新協(xié)議：PPPoE(PPPoverEthernet)：利用以太網(wǎng)資源，在以太網(wǎng)上運行PPP來進行用戶認證接入的方式。PPPoE是目前ADSL接入方式中應用最廣泛的技術標準。PPPoA：在ATM(異步傳輸模式)網(wǎng)絡上運行PPP協(xié)議來管理用戶認證的方式。與PPPoE的原理相同、作用相同。3.2點對點協(xié)議PPP17現(xiàn)在使用得最廣泛的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議是點對點協(xié)議PPP(Point-to-PointProtocol)過去用戶使用撥號電話線接入因特網(wǎng)時，都使用PPP協(xié)議目前，寬帶接入(ADSL)已取代撥號上網(wǎng)方式3.2.1PPP協(xié)議的特點因特網(wǎng)ISP1ISP2PPP協(xié)議PPP協(xié)議是用戶和ISP進行通信時使用的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議PPP協(xié)議PPP協(xié)議PPP協(xié)議18PPP協(xié)議的透明傳輸問題同步傳輸(一串比特流連續(xù)傳送)：比特填充(硬件實現(xiàn))異步傳輸(以字節(jié)為單位進行數(shù)據(jù)傳輸)：字節(jié)填充/字符填充3.2.1PPP協(xié)議的特點例如：計算機鍵盤與主機之間的通信采用異步傳輸方式，按下一個字母鍵或數(shù)字鍵，就發(fā)送一個8比特的ASCII碼，鍵盤可以在任何時刻發(fā)送代碼，這取決于用戶的輸入速度，內(nèi)部的硬件必須能夠在任何時刻接收這個鍵入的字符。

19PPP協(xié)議的標志字段F=0x7E(符號“0x”表示后面的字符7E為十六進制。十六進制7E的二進制表示是01111110)PPP幀IP數(shù)據(jù)報1211字節(jié)12不超過1500字節(jié)先發(fā)送7EFF03FACFCSF7E協(xié)議信息部分首部尾部PPP有一個2字節(jié)的協(xié)議字段當協(xié)議字段為0x0021時，PPP幀的信息字段就是IP數(shù)據(jù)報若為0xC021，則信息字段是PPP鏈路控制數(shù)據(jù)若為0x8021，則表示這是網(wǎng)絡控制數(shù)據(jù)

3.2.1PPP協(xié)議的特點PPP協(xié)議：字符填充（異步采用）將信息字段中出現(xiàn)的每一個0x7E字節(jié)轉(zhuǎn)變?yōu)?字節(jié)序列(0x7D,0x5E)7E

7D5E若信息字段中出現(xiàn)一個0x7D的字節(jié),則將其轉(zhuǎn)變?yōu)?字節(jié)序列(0x7D,0x5D)7D7D5D20PPP協(xié)議用在同步傳輸鏈路時(如SONET同步光纖/SDH同步數(shù)字)，采用零比特填充的方法實現(xiàn)透明傳輸在發(fā)送端，只要發(fā)現(xiàn)有5個連續(xù)1，立即填入一個0。在接收端對幀中的比特流進行掃描，每發(fā)現(xiàn)5個連續(xù)1，就把這5個連續(xù)1后的一個0刪除PPP協(xié)議：零比特填充（同步采用）3.2.1PPP協(xié)議的特點信息字段中出現(xiàn)了和標志字段F完全一樣的8比特組合發(fā)送端在5個連1之后填入0再發(fā)送出去在接收端把5個連1之后的0比特刪除會被誤認為是標志字段F接收端刪除填入的0比特01001111110001010發(fā)送端填入0比特01001111101000101001001111101000101021一個PPP幀的數(shù)據(jù)部分(用十六進制寫出)是7D5EFE277D5D7D5D657D5E。試問真正的數(shù)據(jù)是什么(用十六進制寫出)？PPP協(xié)議使用同步傳輸技術傳送比特串0110111111111100。試問經(jīng)過零比特填充后變成怎樣的比特串？若接收端收到的PPP幀的數(shù)據(jù)部分是0000，問刪除發(fā)送端加入的零比特后變成怎樣的比特串？0000011011111011111000答：7D5EFE277D5D7D5D657D5E7EFE277D7D657E第3章3-09第3章3-10223.3使用廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層局域網(wǎng)：地理范圍和站點數(shù)目有限局域網(wǎng)的主要優(yōu)點：具有廣播功能，從一個站點可以很方便的訪問全網(wǎng)局域網(wǎng)中的主機可以共享各種硬件和軟件資源便于擴展，各設備位置可靈活調(diào)整和改變提高系統(tǒng)的可靠性、可用性和生存性3.3.1局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層233.3.1局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層匹配電阻干線耦合器集線器總線型星型環(huán)型局域網(wǎng)的拓撲24靜態(tài)劃分信道頻分復用時分復用波分復用碼分復用

動態(tài)媒體接入控制（多點接入）隨機接入(★以太網(wǎng)：重點討論)受控接入(令牌環(huán)網(wǎng)：輪詢)3.3.1局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層信道復用/共享技術25為了使數(shù)據(jù)鏈路層能更好地適應多種局域網(wǎng)標準，802委員會將局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層拆分為兩個子層：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的內(nèi)容都放在MAC子層3.3.1局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層的兩個子層由于TCP/IP體系經(jīng)常使用的局域網(wǎng)標準是DIXEthernetV2而不是802.3標準中的幾種標準(802.4令牌總線網(wǎng)、802.5令牌環(huán)網(wǎng)等)，因此現(xiàn)在802委員會制定的邏輯鏈路控制子層LLC(即802.2標準)的作用已經(jīng)不大了目前很多廠商生產(chǎn)的適配器上就僅裝有MAC協(xié)議而沒有LLC協(xié)議26網(wǎng)絡適配器(adapter)又稱網(wǎng)絡接口卡

NIC(NetworkInterfaceCard)

網(wǎng)卡的重要功能：數(shù)據(jù)的封裝與解封裝鏈路管理(把數(shù)據(jù)幀發(fā)送到局域網(wǎng)，從局域網(wǎng)接收數(shù)據(jù)幀)編碼和譯碼(曼徹斯特)數(shù)據(jù)緩存串/并行轉(zhuǎn)換網(wǎng)卡和局域網(wǎng)之間的通信是通過電纜或雙絞線以串行傳輸方式進行的；網(wǎng)卡和計算機之間的通信則是通過計算機主板上的I/O總線以并行傳輸方式進行。因此，網(wǎng)卡的一個重要功能就是進行串/并行轉(zhuǎn)換由于網(wǎng)絡上的數(shù)據(jù)率和計算機總線上的數(shù)據(jù)率并不相同，因此在網(wǎng)卡中必須裝有對數(shù)據(jù)進行緩存的存儲芯片網(wǎng)絡適配器3.3.1局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層計算機至局域網(wǎng)適配器(網(wǎng)卡)串行通信CPU和存儲器生成待發(fā)送數(shù)據(jù)處理接收到的數(shù)據(jù)把數(shù)據(jù)幀發(fā)送到局域網(wǎng)從局域網(wǎng)接收數(shù)據(jù)幀并行通信IP地址硬件地址適配器的作用CRC檢驗、字節(jié)填充27目前使用的最廣泛的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議是

。PPP協(xié)議用在同步傳輸鏈路時采用

；用在異步傳輸時采用

。計算機鍵盤與主機之間采用

傳輸方式。PPP比特填充字節(jié)填充/字符填充異步提問使眾多用戶能夠共享通信媒體資源，在技術上有兩種方法：

和

。靜態(tài)劃分信道可分為

、

、

和

。動態(tài)媒體接入控制分為

和

。靜態(tài)劃分信道動態(tài)媒體接入控制頻分時分波分碼分復用隨機接入受控接入28CSMA/CD(CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection)載波監(jiān)聽多點接入/碰撞檢測多點接入表示許多計算機連接在一根總線上載波監(jiān)聽指每個站在發(fā)送數(shù)據(jù)前要先檢測一下總線上是否有其他計算機在發(fā)送數(shù)據(jù)，如果有，則暫時不發(fā)送數(shù)據(jù)，以免發(fā)生碰撞注意：總線上并沒有什么載波，載波監(jiān)聽就是用電子技術檢測總線上有沒有其它計算機發(fā)送的數(shù)據(jù)信號3.3.2CSMA/CD協(xié)議以太網(wǎng)提供的服務不可靠交付，即盡最大努力交付當目的站收到有差錯的數(shù)據(jù)幀時就丟棄，其他什么也不做，差錯的糾正由高層(如運輸層的TCP)完成如果高層發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失并進行重傳，以太網(wǎng)并不知道這是一個重傳的數(shù)據(jù)幀，仍然當作一個新的數(shù)據(jù)幀來發(fā)送29最初的以太網(wǎng)將許多計算機都連接到一根總線上，認為這樣的連接方法既簡單又可靠，因為總線上沒有有源器件以太網(wǎng)的廣播方式數(shù)據(jù)發(fā)送實現(xiàn)了一對一通信總線上的每一臺工作的計算機都能檢測到B發(fā)送的數(shù)據(jù)信號D的地址與數(shù)據(jù)幀首部寫入的地址一致，因此只有D接收這個數(shù)據(jù)幀其余計算機(A、C、E)檢測到不是給自己的數(shù)據(jù)幀，丟棄這個數(shù)據(jù)幀(不接收)3.3.2CSMA/CD協(xié)議B向

D發(fā)送數(shù)據(jù)匹配電阻（用來吸收總線上傳播的信號）匹配電阻不接受不接受不接受接受CDAEB只有D接受B發(fā)送的數(shù)據(jù)同軸電纜30第一，采用較為靈活的無連接工作方式，即不必先建立連接就可以直接發(fā)送數(shù)據(jù)以太網(wǎng)對發(fā)送的數(shù)據(jù)幀不進行編號，也不要求對方發(fā)回確認這樣做的理由是局域網(wǎng)信道質(zhì)量很好，因信道質(zhì)量產(chǎn)生差錯的概率很小為了通信的簡便以太網(wǎng)采取了兩種重要措施第二，以太網(wǎng)發(fā)送的數(shù)據(jù)都使用曼徹斯特編碼信號曼徹斯特編碼

碼元1111100000出現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換基帶數(shù)字信號3.3.2CSMA/CD協(xié)議31碰撞檢測是計算機邊發(fā)送數(shù)據(jù)邊檢測信道上的信號電壓大小當幾個站同時在總線上發(fā)送數(shù)據(jù)時，總線上的信號電壓擺動值將會增大（互相疊加）當一個站檢測到的信號電壓擺動值超過一定的門限值時，就認為總線上至少有兩個站同時在發(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，因此碰撞檢測也稱為沖突檢測3.3.2CSMA/CD協(xié)議CSMA/CD工作原理碰撞檢測在發(fā)生碰撞時，總線上傳輸?shù)男盘柈a(chǎn)生嚴重失真，無法恢復出有用的信息每一個正在發(fā)送數(shù)據(jù)的站，一旦發(fā)現(xiàn)總線上出現(xiàn)了碰撞，都要立即停止發(fā)送，以免繼續(xù)浪費網(wǎng)絡資源，等待一段隨機時間后再次發(fā)送檢測到碰撞后當發(fā)送站發(fā)現(xiàn)發(fā)生了碰撞立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送若干比特的人為干擾信號(jammingsignal)，讓所有用戶都知道現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)生了碰撞

323.3.2CSMA/CD協(xié)議發(fā)送人為干擾信號：強化碰撞數(shù)據(jù)幀干擾信號τTJB發(fā)送數(shù)據(jù)A檢測到?jīng)_突ATBtBτ信道占用時間A發(fā)送數(shù)據(jù)B也能夠檢測到?jīng)_突，并立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)幀，繼續(xù)發(fā)送干擾信號(本圖只畫出A發(fā)送干擾信號的情況)開始沖突33特性CSMA/CD工作原理3.3.2CSMA/CD協(xié)議使用CSMA/CD協(xié)議的以太網(wǎng)不能進行全雙工通信，只能進行雙向交替通信(半雙工通信)每個站在發(fā)送數(shù)據(jù)之后的一小段時間內(nèi)，存在著遭遇碰撞的可能性傳播時延對載波監(jiān)聽的影響當某個站監(jiān)聽到總線空閑時，也可能總線并非真正是空閑的如A向B發(fā)出的信息，需要經(jīng)過一段時間后才能傳送到B(存在傳播時延)B若在A發(fā)送的信息到達B之前發(fā)送自己的幀(因為這時B的載波監(jiān)聽檢測不到A發(fā)送的信號)，則必然要在某個時間和A發(fā)送的幀發(fā)生碰撞碰撞的結(jié)果是兩個幀都變得無用34什么是CSMA/CD？簡述CSMA/CD的工作原理。CSMA/CD是CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection的縮寫，載波監(jiān)聽多點接入/碰撞檢測多點接入表示許多計算機連接在一根總線上載波監(jiān)聽指每個站在發(fā)送數(shù)據(jù)前要先檢測一下總線上是否有其他計算機在發(fā)送數(shù)據(jù)，如果有，則暫時不發(fā)送數(shù)據(jù)，以免發(fā)生碰撞碰撞檢測是計算機邊發(fā)送數(shù)據(jù)邊檢測信道上的信號電壓大小，碰撞就是發(fā)生了沖突發(fā)送站一旦發(fā)現(xiàn)碰撞：立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送若干比特的人為干擾信號，讓所有用戶都知道已經(jīng)發(fā)生了碰撞

提問353.4使用廣播信道的以太網(wǎng)傳統(tǒng)以太網(wǎng)最初使用粗同軸電纜，后來演進到使用比較便宜的細同軸電纜，最后發(fā)展為使用更便宜、更靈活的雙絞線這種以太網(wǎng)采用星形拓撲，在星形的中心增加了一種可靠性非常高的設備，叫做集線器(hub)3.4.1使用集線器的星形拓撲集線器雙絞線RJ-45接頭使用集線器的以太網(wǎng)在邏輯上仍是一個總線網(wǎng)，各工作站使用的還是CSMA/CD協(xié)議，共享邏輯上的總線集線器很像一個多接口轉(zhuǎn)發(fā)器，工作在物理層集線器的特點3610BASE-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10BASE-T的通信距離稍短，每個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3.4.1使用集線器的星形拓撲37在局域網(wǎng)中，硬件地址又稱為物理地址或MAC地址802

標準所說的地址嚴格地講應當是每一個站的名字或標識符鑒于大家都早已習慣了將這種48位的名字稱為地址，所以本書也采用這種習慣用法，盡管這種說法并不太準確3.4.3以太網(wǎng)的MAC層MAC層的硬件地址IEEE注冊管理機構(gòu)RA負責向廠家分配地址字段的前三個字節(jié)(高24位)地址字段中的后三個字節(jié)(低24位)由廠家自行指派，稱為擴展標識符，以保證生產(chǎn)出的適配器沒有重復地址一個地址塊可以生成224個不同的地址。這種48位地址稱為MAC-48，它的通用名稱是EUI-48(EUI：擴展的唯一標識符)38在局域網(wǎng)中，硬件地址又稱為物理地址或MAC地址802標準所說的地址嚴格地講應當是每一個站的名字或標識符鑒于大家都早已習慣了將這種48位的名字稱為地址，所以本書也采用這種習慣用法，盡管這種說法并不太準確3.4.3以太網(wǎng)的MAC層MAC幀的兩種標準常用的以太網(wǎng)MAC幀格式有兩種標準：DIXEthernetV2和IEEE的802.3最常用的是DIXEthernetV2標準無效的MAC幀幀的長度不是整數(shù)個字節(jié)用收到的幀檢驗序列FCS查出有差錯數(shù)據(jù)字段的長度不在46~1500字節(jié)之間有效的MAC幀長度不在64~1518字節(jié)之間對于檢查出的無效的MAC幀就簡單地丟棄，以太網(wǎng)不負責重傳丟棄的幀393.5擴展的局域網(wǎng)3.5.1在物理層擴展局域網(wǎng)以太網(wǎng)上的主機之間距離不能太遠(如10BASE-T以太網(wǎng)的兩個主機之間距離不能超過200米)，否則主機發(fā)送的信號經(jīng)過銅線的傳輸會衰減到使CSMA/CD協(xié)議無法正常工作在過去廣泛使用粗纜或細纜以太網(wǎng)時，常使用工作在物理層的轉(zhuǎn)發(fā)器來擴展以太網(wǎng)，現(xiàn)在已經(jīng)很少使用了隨著雙絞線以太網(wǎng)成為以太網(wǎng)的主流類型后，在物理層擴展以太網(wǎng)使用集線器(Hub)連接成覆蓋更大范圍的多級星型結(jié)構(gòu)以太網(wǎng)例如，一個學院的三個系各有一個10BASE-T以太網(wǎng)，可以通過一個主干集線器把各系的以太網(wǎng)連接起來，成為一個更大的以太網(wǎng)403.5.1在物理層擴展局域網(wǎng)三個獨立的碰撞域一系二系三系碰撞域碰撞域碰撞域碰撞域(collisiondomain，又稱沖突域)，即在任一時刻，每個碰撞域中只能有一個站發(fā)送數(shù)據(jù)413.5.1在物理層擴展局域網(wǎng)通過一個主干集線器把各系的以太網(wǎng)連接起來

成為一個更大的以太網(wǎng)主干集線器一個更大的碰撞域一系二系三系42優(yōu)點使原來屬于不同碰撞域的局域網(wǎng)上的計算機能夠進行跨碰撞域的通信擴大局域網(wǎng)覆蓋的地理范圍缺點碰撞域增大了，但總的吞吐量并未提高3.5.1在物理層擴展局域網(wǎng)用集線器擴展局域網(wǎng)集線器使用CSMA/CD協(xié)議進行廣播式數(shù)據(jù)傳輸集線器的工作原理：物理上使用星型拓撲，邏輯上仍然是總線型吞吐量：單位時間通過某個信道或接口的數(shù)據(jù)量。例如一個100Mb/s的以太網(wǎng)，即額定速率為100Mb/s，該數(shù)值也是該以太網(wǎng)吞吐量的絕對上限值433.5.2在數(shù)據(jù)鏈路層擴展局域網(wǎng)在數(shù)據(jù)鏈路層擴展局域網(wǎng)：網(wǎng)橋網(wǎng)橋工作在數(shù)據(jù)鏈路層，根據(jù)MAC幀的目的地址對接收到的幀進行轉(zhuǎn)發(fā)和過濾網(wǎng)橋具有過濾幀的功能。當網(wǎng)橋收到一個幀時，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)到哪一個接口，或者是把它丟棄(即過濾)網(wǎng)橋轉(zhuǎn)發(fā)表接口管理軟件網(wǎng)橋協(xié)議實體緩存接口1接口21112①③⑤2②④⑥2站地址接口①②③網(wǎng)段A網(wǎng)段B④⑤⑥接口1接口2網(wǎng)橋12網(wǎng)橋的內(nèi)部結(jié)構(gòu)44優(yōu)點縮小碰撞域，過濾通信量、增大吞吐量、提高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)缺點存儲轉(zhuǎn)發(fā)增加了時延MAC子層沒有流量控制功能只適合用戶數(shù)不太多(不超過幾百個)和通信量不太大的局域網(wǎng)，否則會因傳播過多的廣播信息而產(chǎn)生網(wǎng)絡擁塞，即所謂的廣播風暴

用網(wǎng)橋擴展局域網(wǎng)3.5.2在數(shù)據(jù)鏈路層擴展局域網(wǎng)碰撞域EF碰撞域CD碰撞域ABB2B1隔離碰撞域縮小碰撞域：網(wǎng)橋使各網(wǎng)段成為隔離開的碰撞域45集線器在轉(zhuǎn)發(fā)幀時，不對傳輸媒體進行檢測網(wǎng)橋在轉(zhuǎn)發(fā)幀之前必須執(zhí)行CSMA/CD協(xié)議，對傳輸媒體進行檢測若在發(fā)送過程中出現(xiàn)碰撞，停止發(fā)送并進行退避網(wǎng)橋和集線器不同3.5.2在數(shù)據(jù)鏈路層擴展局域網(wǎng)網(wǎng)橋分類透明網(wǎng)橋源路由網(wǎng)橋多接口網(wǎng)橋——以太網(wǎng)交換機1990