計算機網(wǎng)絡課件+數(shù)據(jù)鏈路層

2023/2/41數(shù)據(jù)鏈路層

數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念點對點協(xié)議PPP

以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層2023/2/42數(shù)據(jù)鏈路層基本概念鏈路：物理鏈路(物理線路)，有點-點式鏈路（點-點信道）和廣播式鏈路（廣播信道）兩種。數(shù)據(jù)鏈路:在物理鏈路上，通過協(xié)議來實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸就構成數(shù)據(jù)鏈路（邏輯鏈路）；主機PAPCPDPB主機數(shù)據(jù)鏈路1數(shù)據(jù)鏈路2點-點鏈路2023/2/43在OSI模型中，數(shù)據(jù)鏈路層位于第2層，在物理層之上，網(wǎng)絡層之下負責把網(wǎng)絡層交下來的數(shù)據(jù)打包成幀傳給物理層進行發(fā)送，或者從物理層交上來的比特流中識別出幀，并把幀中的數(shù)據(jù)上交給網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)鏈路層基本概念2023/2/44IP數(shù)據(jù)報1010……0110幀取出數(shù)據(jù)鏈路層鏈路結點A結點B物理層數(shù)據(jù)鏈路層結點A結點B幀(a)(b)發(fā)送幀接收鏈路IP數(shù)據(jù)報1010……0110幀裝入數(shù)據(jù)鏈路層傳送的是幀網(wǎng)絡層2023/2/45數(shù)據(jù)鏈路層使用的信道類型點對點信道：一對一通信廣播信道：一對多通信不同信道類型使用的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議會有所不同如廣域網(wǎng)中使用的點對點協(xié)議PPP，以太網(wǎng)中使用的MAC協(xié)議分別應用于以上兩種信道中2023/2/46根據(jù)實際情況，不同的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議實現(xiàn)的功能也有所不同。但都要利用物理層提供的比特流服務，以幀為單位向網(wǎng)絡層提供無差錯的透明傳輸服務為此，數(shù)據(jù)鏈路層需要解決以下問題：2023/2/47數(shù)據(jù)鏈路層需解決的問題

鏈路管理（建立、通信、釋放）；幀的封裝與解析；幀同步；尋址；流量控制；差錯控制；透明傳輸?shù)?；根?jù)實際應用，不同的鏈路層協(xié)議功能有取舍，但封裝成幀、透明傳輸、差錯檢測這三項是必須解決的基本問題。2023/2/48封裝成幀封裝成幀(framing)就是在一段數(shù)據(jù)的前后分別添加首部和尾部，然后就構成了一個幀。幀結束幀首部幀的數(shù)據(jù)部分幀尾部MTU數(shù)據(jù)鏈路層的一幀幀開始網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)幀首部、尾部的一個重要作用就是進行幀定界。此外，根據(jù)需要，首部和尾部中還包括其它必要信息，如地址信息（物理地址）、數(shù)據(jù)類型、校驗信息等。2023/2/49用字符進行幀定界的方法舉例SOH幀數(shù)據(jù)部分幀幀開始符幀結束符發(fā)送在前EOT2023/2/410透明傳輸SOHEOT出現(xiàn)了“EOT”被接收端當作無效幀而丟棄被接收端誤認為是一個幀數(shù)據(jù)部分EOT完整的幀發(fā)送在前2023/2/411解決透明傳輸問題字節(jié)填充或字符填充(轉義字符）0比特插入2023/2/412SOHSOHEOTSOHESCESCEOTESCSOHESCESCESCSOH原始數(shù)據(jù)EOTEOT經(jīng)過字節(jié)填充后發(fā)送的數(shù)據(jù)字節(jié)填充字節(jié)填充字節(jié)填充字節(jié)填充發(fā)送在前幀開始符幀結束符用字節(jié)填充法解決透明傳輸?shù)膯栴}SOH2023/2/41301001111101000101001001111110001010010011111010001010例：用位序列進行幀定界幀定界標志F（01111110）發(fā)送端在5個連1之后填入0比特再發(fā)送出去在接收端把5個連1之后的0比特刪除信息中出現(xiàn)F會出現(xiàn)誤動作發(fā)送端填入0比特接收端刪除填入的0比特零比特插入2023/2/414差錯檢測方法目前數(shù)據(jù)鏈路層幀校驗廣泛采用CRC校驗幀開始符幀數(shù)據(jù)部分CRC幀結束符幀首部幀校驗FCS幀尾部注意：幀校驗不對幀開始符和幀結束符進行校驗2023/2/415

設信息碼n位,校驗碼r位,加校驗后的信息為

kｎ~k1qｒ~q1

其中，

kｎ~k1

是有效信息部分,

qｒ~q1

是校驗信息部分.

校驗部分由以下算法求得:

R(x)是余式，即校驗部分2ｒM(x)G(x)=Q(x)+R(x)G(x)M(x)為有效信息多項式,

G(x)為生成多項式,采用模2運算

循環(huán)冗余校驗CRC(CyclicRedundancyCheck)原理2023/2/416

由上式得2ｒM(x)-R(x)=Q(x)G(x),顯然2ｒM(x)-R(x)能被G(x)整除，因為采用模2運算,因此2ｒM(x)＋R(x)也能被G(x)整除;

2ｒM(x)＋R(x)

即是加了校驗的信息編碼，將其發(fā)送到接收方,接收方收到信息后,除以G(x),若能除盡,則表示接收正確,否則表示出錯。

如果校驗位足夠多，還可以指出錯誤位置。2ｒM(x)G(x)=Q(x)+R(x)G(x)2023/2/417例如:信息1100,則信息多項式M(x)=X3+X2

校驗位取3,生成多項式可取

G(x)=X3+X1+1＝1011(比R多1位)M(X)左移r位:2ｒM(X)=X3M(x)

=X6+X5=1100000010即為CRC校驗碼，發(fā)送方發(fā)出的編碼為

1100000+010

即

11000102ｒM(x)G(x)=1110+0101011;模2除2023/2/418接收方將收到的信息除以G(x),若余數(shù)為0,則傳輸無誤.否則根據(jù)余數(shù)值可確定哪一位出錯.1100010,從左到右每次只出現(xiàn)一位錯時,余數(shù)值分別為101,111,110,011,100,010,001,余數(shù)補0再除會反復循環(huán)(循環(huán)碼名稱的由來)(7.4)碼,3位冗余位,只能糾正7個單錯.當出錯位多于1位時,只能檢出錯誤,除非增加冗余位.2023/2/419接收方求得余數(shù)為0＝無差錯？但只要經(jīng)過嚴格挑選且保證使用位足夠多的G（X），那么檢錯出意外的概率就非常小。常用的G（X）有以下幾種：CRC－16＝X16+X15+X2+1CRC－CCITT＝X16+X12+X5+1CRC－32＝X32+X26+X23+X22+X16+X12+X11+X10+X8+X7+X5+X4+X2+X+1否!2023/2/420

比特傳輸出錯：可用校驗序列FCS檢測；比特傳輸沒出錯，但發(fā)生幀丟失、重復或失序，這些問題FCS無法檢測，需要差錯控制方法解決。

數(shù)據(jù)鏈路層傳輸差錯分兩種2023/2/421差錯控制方法（多采用反饋重傳）

停止等待方式效率低！2023/2/422連續(xù)工作方式拉回方式或Go-back-NARQ(AutomaticRepeatreQuest)選擇重發(fā)方式

SARQ（SR）有累積確認功能無累積確認功能2023/2/42309考研：數(shù)據(jù)鏈路層采用了后退N幀（GBN）協(xié)議，發(fā)送方已經(jīng)發(fā)送了編號為0~7的幀。當計時器超時時，若發(fā)送方只收到0、2、3號幀的確認，則發(fā)送方需要重發(fā)的幀數(shù)是:A．2B.3C.4D.511考研：數(shù)據(jù)鏈路層采用選擇重傳協(xié)議，發(fā)方已經(jīng)發(fā)送了編號為0-3的幀?，F(xiàn)已收到1號確認，而0、2超時，此時需要重傳的幀數(shù)是:A．1B.2C.3D.42023/2/424數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議舉例根據(jù)實際，有多種數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議；如廣域網(wǎng)中的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議PPP、SLIP、HDLC等，局域網(wǎng)中的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議MAC子層協(xié)議和LLC子層協(xié)議等2023/2/425點對點協(xié)議PPP(Point-to-PointProtocol)一種點對點的廣域網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議；用戶使用撥號電話線接入因特網(wǎng)時，一般都是使用PPP協(xié)議。用戶至因特網(wǎng)已向因特網(wǎng)管理機構申請到一批

IP地址ISP接入網(wǎng)PPP

協(xié)議PPP是面向連接，盡最大努力交付協(xié)議2023/2/426PPP協(xié)議的組成1992年制訂，1993年和1994年兩次修訂，成為因特網(wǎng)正式標準[RFC1661]。PPP協(xié)議有三個組成部分將IP數(shù)據(jù)報封裝到串行鏈路的方法。鏈路控制協(xié)議

LCP(LinkControlProtocol)。網(wǎng)絡控制協(xié)議

NCP(NetworkControlProtocol)。

2023/2/427PPP協(xié)議的工作流程1.當用戶撥號接入ISP時,首先建立一條物理連接，PC機向路由器發(fā)送一系列LCP幀即通過鏈路控制協(xié)議進行認證建立數(shù)據(jù)鏈路；2.經(jīng)網(wǎng)絡控制協(xié)議NCP進行配置,給新接入的PC分配一個IP地址,這樣PC就連到Internet中去了；3.通信結束時,NCP釋放網(wǎng)絡層連接,收回分配出去的IP地址,接著LCP釋放數(shù)據(jù)鏈路層連接.最后釋放物理層連接。ADSL虛擬撥號：只要打開ADSL貓，ADSL貓就會自動和局方進行連接，即使你不使用也一直連接，然后通過虛擬撥號，向局方發(fā)送你的用戶和密碼，進行協(xié)商后才可以上網(wǎng)。向局方發(fā)送你的用戶和密碼的過程就是虛擬撥號，并不存在一個真實電話號碼，只是一個身份驗證的作用。2023/2/428PPP協(xié)議的幀格式PPP有一個2個字節(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)。

IP數(shù)據(jù)報1211字節(jié)12不超過1500字節(jié)PPP幀先發(fā)送7EFF03FACFCS（CRC）F7E協(xié)議信息部分首部尾部2023/2/429

同步傳輸：采用零比特插入技術

異步傳輸：采用字符填充法。如在信息中如出現(xiàn)7E,則轉變?yōu)?字節(jié)7D,5E,若信息中出現(xiàn)7D,則變?yōu)?D,5D,其它的規(guī)定見教材.

數(shù)據(jù)透明傳輸datatransparency解決辦法2023/2/430PPP的派生協(xié)議PPPoE

Point-to-PointProtocol

overEthernet

寬帶接入取代撥號上網(wǎng)。典型應用ADSL，PC通過以太網(wǎng)卡接入ADSL；在以太網(wǎng)上運行PPP協(xié)議完成用戶接入的方式稱為PPPoE；

PPPoE即保護了用戶方以太網(wǎng)資源，又完成了ADSL接入要求，是目前ADSL接入方式中應用最廣泛的技術標準。

目標MAC源MAC類型PPPoE幀校驗VER(4)Type(4)Code(8)SESSION_ID(16)PPPoE凈荷長度(16)數(shù)據(jù)PPPoE2023/2/431課后請使用抓包軟件分析PPPoE會話過程會話過程分兩個階段:

發(fā)現(xiàn)階段(以太網(wǎng)幀類型字段為8863H):

找服務器

PPP會話階段(以太網(wǎng)幀類型字段為8864H):

認證,分配IP地址,數(shù)據(jù)傳輸PPP會話階段的PPPOE載荷為標準的PPP協(xié)議包。

2023/2/432例：針對PPP以下哪些對哪些錯A可靠傳輸B解決透明性C幀封裝D支持多點鏈路E流量控制F面向連接G支持多種網(wǎng)絡層協(xié)議H按序發(fā)送幀I網(wǎng)絡層地址協(xié)商2023/2/433局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層（以太網(wǎng)為例）局域網(wǎng)關鍵技術：拓撲結構、傳輸介質、介質訪問技術2023/2/434局域網(wǎng)的拓撲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)局域網(wǎng)一般采用廣播信道2023/2/435傳輸介質同軸電纜雙絞線光纖無線 2023/2/436介質訪問技術（解決如何共享媒體問題）靜態(tài)劃分信道頻分復用時分復用碼分復用

動態(tài)媒體接入控制（多點接入）隨機接入受控接入，如多點探詢(polling)，或輪詢。（舉例：令牌環(huán)網(wǎng)）

局域網(wǎng)采用動態(tài)媒體接入技術2023/2/437隨機介質訪問技術種類ALOHA協(xié)議是最基本的隨機訪問技術，最初用于無線廣播通信，基本思想：一個站點想發(fā)送信息就立即發(fā)送，如沖突，各站點分別等一段時間再重發(fā)。CSMA協(xié)議對ALOHA的改進，CSMA要求站點發(fā)之前必須監(jiān)聽信道分為CSMA/CD（沖突檢測）和CSMA/CA（沖突避免）。

CSMA/CA要求對收到的幀進行確認。 2023/2/438TDM與CSMA/CD相比，錯誤的是（）

A、CSMA/CD是一種動態(tài)媒體接入技術

B、TDM是一種靜態(tài)劃分信道方式

C、突發(fā)性數(shù)據(jù)適合使用TDM方式

D、使用TDM方式，信道不會發(fā)生沖突例題2023/2/439

1980年2月，IEEE成立了局域網(wǎng)標準委員會（簡稱IEEE802委員會），專門從事局域網(wǎng)標準化工作。IEEE802委員會2023/2/440802局域網(wǎng)802委員會未能推出一個統(tǒng)一的局域網(wǎng)標準，而是制定了各種不同的局域網(wǎng)標準，如802.3以太網(wǎng),802.4令牌總線,802.5令牌環(huán),802.11無線等；

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將其拆成兩個子層：邏輯鏈路控制LLC(LogicalLinkControl)子層媒體接入控制MAC(MediumAccessControl)子層LLC：負責與傳輸媒體無關的內(nèi)容，如鏈路的管理MAC：負責與傳輸媒體有關的內(nèi)容，如媒體的訪問、幀的拆裝等2023/2/441LLC MAC 802局域網(wǎng)2023/2/442MAC子層與LLC子層關系高層數(shù)據(jù)LLC數(shù)據(jù)LLC首部MAC數(shù)據(jù)MAC首部MAC尾部MAC幀LLC

PDU網(wǎng)絡層及以上LLC子層MAC子層物理層2023/2/443IEEE802參考模型與OSI模型對比物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡層傳輸層會話層表示層應用層OSI模型物理層MAC層LLC層802模型局域網(wǎng)只定義了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層傳輸層網(wǎng)絡接口層網(wǎng)絡層應用層TCP/IP模型2023/2/444以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層什么是以太網(wǎng)（傳統(tǒng)以太網(wǎng)）？一種局域網(wǎng)技術；82年，DEC、Intel、Xerox三家聯(lián)合推出；總線拓撲，粗纜，曼碼，共享信道，10M速率；隨機爭用型介質訪問控制技術CSMA/CD；用以太(Ether)來命名。CSMA/CD:載波監(jiān)聽多點接入(多點訪問)/沖突檢測

(CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection)2023/2/445

以太網(wǎng)的兩個標準DIXEthernetV2；IEEE802.3標準；嚴格說來，“以太網(wǎng)”應當是指符合DIXV2標準的局域網(wǎng)；IEEE的802.3與DIXV2有差別，但互相兼容。所以將802.3局域網(wǎng)也稱為“以太網(wǎng)”。2023/2/44610Mb/s速率，總線拓撲結構，共享介質；CSMA/CD介質訪問控制技術；無連接、不可靠，盡最大努力交付；MAC幀結構：曼徹斯特編碼；基帶傳輸；傳輸介質：粗纜。

DIXV2主要內(nèi)容2023/2/44710Mb/s速率，總線拓撲（或星形），共享介質；CSMA/CD介質訪問控制技術；可實現(xiàn)無連接、面向連接；MAC幀結構：曼徹斯特編碼；基帶傳輸；傳輸介質：粗纜，細纜，雙絞線，光纖。Lenth/802.3主要內(nèi)容2023/2/448LLCPDU高層數(shù)據(jù)LLC數(shù)據(jù)控制

網(wǎng)絡層LLC子層MAC子層111FCSMAC數(shù)據(jù)長度/類型802.3MAC幀源地址目標地址SSAPDSAP43-14976624高層數(shù)據(jù)FCSMAC數(shù)據(jù)類型

DIXV2MAC幀格式源地址目標地址MAC層網(wǎng)絡層最長1500字節(jié)長度<1500類型>1500兩種以太網(wǎng)MAC幀IPv4=0800H,IPv6=86DDH,IPX=8037H,AppleTalk=809BH2023/2/449局域網(wǎng)中對LLC子層的處理20世紀90年代起,以太網(wǎng)產(chǎn)品壟斷局域網(wǎng)市場,幾乎成為局域網(wǎng)的代名詞；LLC層的作用不大；很多廠商生產(chǎn)的網(wǎng)卡只裝有MAC協(xié)議而沒有LLC協(xié)議；DIXv2與802.3應用上已無區(qū)別。以太網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層特點是不可靠、盡最大努力交付無連接，不確認，不重發(fā)（收到出錯幀，直接丟棄，其它什么也不做，差錯的糾正由高層來做）2012考研試題：以太網(wǎng)的MAC層提供的是：A無連接的不可靠服務B無連接的可靠服務C有連接的可靠服務D有連接的不可靠服務2023/2/450

指每個站在發(fā)送之前先要檢測一下信道上有無其它計算機在發(fā)送數(shù)據(jù),如果有則暫不發(fā)送,以避免發(fā)生碰撞。指多臺計算機以多點接入方式連接在一根總線上載波監(jiān)聽:CSMA/CD介質訪問控制技術工作原理多點接入:2023/2/451

計算機邊發(fā)送數(shù)據(jù)邊檢測信道上有無其它計算機在發(fā)送信息,如果有,表示發(fā)生了沖突,要立即停止發(fā)送。等待一段時間后再重新競爭信道。沖突檢測CSMA/CD介質訪問控制技術工作原理2023/2/452先聽后發(fā)邊聽邊發(fā)沖突停發(fā)延遲重發(fā)CSMA/CD主要內(nèi)容CSMA/CD介質訪問控制技術工作原理2023/2/4531)比較接收到信號的電壓的大小2)當采用曼徹斯特編碼方式時,可根據(jù)過零點的變化判斷3)在發(fā)送幀時同時進行接收,將收到的信號與發(fā)出的信號逐一進行比較若有不符,則有沖突沖突檢測的方法:2023/2/454以太網(wǎng)發(fā)送的數(shù)據(jù)使用

曼徹斯特(Manchester)編碼

基帶數(shù)字信號曼徹斯特編碼

碼元1111100000出現(xiàn)電平轉換2023/2/455N發(fā)送沖突檢測沖突嗎?放棄幀的發(fā)送強化沖突延遲一個隨機時間有幀待發(fā)?Y成功NYCSMA/CD流程圖信道忙?YN載波監(jiān)聽采用動態(tài)退避算法進行取值最多16次1－堅持2023/2/4561kmABt碰撞t=2

A檢測到發(fā)生碰撞t=

B發(fā)送數(shù)據(jù)B檢測到發(fā)生碰撞t=t=0單程端到端傳播時延記為

碰撞窗口2023/2/457CSMA/CD協(xié)議說明最先發(fā)送數(shù)據(jù)幀的站，在發(fā)送數(shù)據(jù)幀后至多經(jīng)過時間2（兩倍的端到端往返時延）就可知道發(fā)送的數(shù)據(jù)幀是否遭受了碰撞；以太網(wǎng)的端到端往返時延2稱為爭用期，或碰撞窗口；經(jīng)過爭用期這段時間還沒有檢測到碰撞，才能肯定這次發(fā)送不會發(fā)生碰撞；2023/2/458CSMA/CD協(xié)議說明發(fā)生碰撞的站在停止發(fā)送數(shù)據(jù)后，要推遲（退避）一個隨機時間才能再發(fā)送數(shù)據(jù)。確定基本退避時間，一般是取為爭用期2（以太網(wǎng)為51.2us)。定義重傳參數(shù)k

，k10，即

k=Min[重傳次數(shù),10]從整數(shù)集合[0,1,…,(2k

1)]中隨機地取出一個數(shù)，記為r。重傳所需的時延就是r倍的基本退避時間。當重傳達16次仍不能成功時即丟棄該幀，并向高層報告。二進制指數(shù)類型退避算法很顯然，以太網(wǎng)解決沖突機制是以時間為代價的。不可靠、不確定、實時性差是以太網(wǎng)的缺限。2023/2/459CSMA/CD協(xié)議說明以太網(wǎng)取51.2s為爭用期的長度(傳播時延+轉發(fā)器時延+強化沖突時延)。對于10Mb/s以太網(wǎng)，在爭用期內(nèi)可發(fā)送512bit，即64字節(jié)。以太網(wǎng)在發(fā)送數(shù)據(jù)時，若前64字節(jié)沒有發(fā)生沖突，則后續(xù)的數(shù)據(jù)就不會發(fā)生沖突，也就是說，如果發(fā)生沖突，就一定是在發(fā)送的前64字節(jié)之內(nèi)，因此64字節(jié)之后的傳輸中就不用再進行沖突檢測。2023/2/460最短有效幀長

為保證有效檢測出沖突，以太網(wǎng)規(guī)定最短有效幀長為64字節(jié)，若不夠則需進行填充；凡接收到的長度小于64字節(jié)的幀都是由于沖突而異常中止的無效幀。2023/2/461強化碰撞

數(shù)據(jù)發(fā)送過程中一旦發(fā)現(xiàn)發(fā)生了碰撞：立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)；但再繼續(xù)發(fā)送若干比特的人為干擾信號(jammingsignal)，以便讓所有用戶都知道現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)生了碰撞。

2023/2/462數(shù)據(jù)幀干擾信號TJ人為干擾信號ABTBtB發(fā)送數(shù)據(jù)A檢測到?jīng)_突開始沖突信道占用時間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，接著就發(fā)送干擾信號。這里為了簡單起見，只畫出A發(fā)送干擾信號的情況。圖中看出，A從發(fā)數(shù)據(jù)開始到發(fā)現(xiàn)碰撞并停止發(fā)送時間間隔是TB，強化碰撞時間TJ，可整個信道被占用時間還要再加一個，共為TB

+TJ

+2023/2/463數(shù)據(jù)幀干擾信號TJ人為干擾信號ABTBtB發(fā)送數(shù)據(jù)A檢測到?jīng)_突開始沖突信道占用時間A發(fā)送數(shù)據(jù)以太網(wǎng)還規(guī)定：幀間最小間隔為9.6us，相當于96比特時間，這么做為的是剛收到數(shù)據(jù)幀的站有時間清理緩存等，做好接收下一幀的準備。2023/2/464對CSMA/CD的要點詳細歸納1）網(wǎng)卡從網(wǎng)絡層獲得一個分組，組成以太網(wǎng)幀，放入緩存準備發(fā)送2）網(wǎng)卡檢測信道空閑（96比特時間內(nèi)沒有測到信道上有信號）就發(fā)送數(shù)據(jù)3）發(fā)送過程中繼續(xù)檢測信道，若一直沒沖突就成功發(fā)完。若有碰撞，則中止發(fā)送并發(fā)干擾信號4）中止發(fā)送后，網(wǎng)卡就執(zhí)行指數(shù)退避算法，等待r倍512比特時間后返回到第2）步2023/2/465教材3-24題

假定站點A和B在同一個10Mb/s以太網(wǎng)網(wǎng)段上。這兩個站點之間的傳播時延為225比特時間?，F(xiàn)假定A開始發(fā)送一幀，并且在A發(fā)送結束之前B也發(fā)送一幀。如果A發(fā)送的是以太網(wǎng)所容許的最短的幀，那么A在檢測到和B發(fā)生碰撞之前能否把自己的數(shù)據(jù)發(fā)送完畢？換言之，如果A在發(fā)送完畢之前并沒有檢測到碰撞，那么能否肯定A所發(fā)送的幀不會和B發(fā)送的幀發(fā)生碰撞？（提示：在計算時應當考慮到每一個以太網(wǎng)幀在發(fā)送到信道上時，在MAC幀前面還要增加若干字節(jié)的前同步碼和幀定界符）（8個字節(jié)/64位）分析：=225比特時間，最短幀64字節(jié)/512位，再加上8字節(jié)前導符，A發(fā)送幀共576位。2023/2/466解析：設在t=0時A開始發(fā)送，在t=（64+8）*8=576比特時間，A應當發(fā)送完畢。t=225比特時間，B就檢測出A的信號。只要B在t=224比特時間之前發(fā)送數(shù)據(jù)，A在發(fā)送完畢之前就一定檢測到碰撞。在t=225比特時間之后，就能夠肯定不會再發(fā)生碰撞了

如果A在發(fā)送完畢之前并沒有檢測到碰撞，那么就能夠肯定A所發(fā)送的幀不會和B發(fā)送的幀發(fā)生碰撞2023/2/467教材3-25題在上題中的站點A和B在t=0時同時發(fā)送了數(shù)據(jù)幀。當t=225比特時間，A和B同時檢測到發(fā)生了碰撞，并且在t=225+48=273比特時間完成了干擾信號的傳輸。A和B在CSMA/CD算法中選擇不同的r值退避。假定A和B選擇的隨機數(shù)分別是rA=0和rB=1。試問A和B各在什么時間開始重傳其數(shù)據(jù)幀？A重傳的數(shù)據(jù)幀在什么時間到達B？A重傳的數(shù)據(jù)會不會和B重傳的數(shù)據(jù)再次發(fā)生碰撞？B會不會在預定的重傳時間停止發(fā)送數(shù)據(jù)？2023/2/468解析：A先重傳，B等512比特（爭用期）時間后再重傳A273比特傳完干擾信號，馬上檢測信道，225比特后信道空閑下來（B在碰撞后發(fā)的干擾信號需要225比特時間的傳送時延），還要再持續(xù)空閑96比特時間，然后A發(fā)送，因此A開始重傳時間=273+0*512+225+96=594比特B273比特后再等1*512比特時間開始檢測信道，如空閑，則B在273+1*512+96=881比特時間發(fā)送數(shù)據(jù)、否則再退避。2023/2/469A重傳的數(shù)據(jù)在A發(fā)送后225比特時間到達B，即從t=0起的594+225=819比特時間B在881比特時間時才重傳，所以重傳前能檢測到A發(fā)的數(shù)據(jù)，因此就不會在預定時間重傳數(shù)據(jù)。2023/2/470教材3-26題以太網(wǎng)上只有兩個站，它們同時發(fā)送數(shù)據(jù)，產(chǎn)生了碰撞。于是按截斷二進制指數(shù)退避算法進行重傳。重傳次數(shù)記為i，i=1，2，3,…..。試計算第1次重傳失敗的概率、第2次重傳失敗的概率、第3次重傳失敗的概率，以及一個站成功發(fā)送數(shù)據(jù)之前的平均重傳次數(shù)I。解析：設A、B兩站，第一次重傳，r取值分別為（0，1），（0，1），共4種重傳時機，2種再沖突，因此失敗率2/4=0.5第二次重傳，r取值分別為（0，1，2，3），（0，1，2，3），共16種重傳時機，4種再沖突，因此失敗率4/16=0.25第三次重傳，r取值分別為（0-7），（0-7），共64種重傳時機，16種再沖突，因此失敗率8/64=0.125依次下去，第10次到第16次失敗率一樣，16次后停止2023/2/471教材3-26題以太網(wǎng)上只有兩個站，它們同時發(fā)送數(shù)據(jù)，產(chǎn)生了碰撞。于是按截斷二進制指數(shù)退避算法進行重傳。重傳次數(shù)記為i，i=1，2，3,…..。試計算第1次重傳失敗的概率、第2次重傳失敗的概率、第3次重傳失敗的概率，以及一個站成功發(fā)送數(shù)據(jù)之前的平均重傳次數(shù)I。第1-16次成功概率Pi分別為1/2,1/2*(1-1/4),1/2*1/4*(1-1/8),…平均重傳次數(shù)=1*P1+2*P2+…16*P16=1.6372023/2/472以太網(wǎng)的信道利用率一個幀從開始發(fā)送，經(jīng)可能發(fā)生的碰撞后，將再重傳數(shù)次，到發(fā)送成功且信道轉為空閑(即再經(jīng)過時間使得信道上無信號在傳播)時為止，是發(fā)送一幀所需的平均時間。

發(fā)送成功爭用期爭用期爭用期τ2τ2τ2T0τt占用期發(fā)生碰撞發(fā)送一幀所需的平均時間…2023/2/473

參數(shù)a

要提高以太網(wǎng)的信道利用率，就必須減小與T0之比。在以太網(wǎng)中定義了參數(shù)a，它是以太網(wǎng)單程端到端時延與幀的發(fā)送時間T0之比：a→0表示一發(fā)生碰撞就立即可以檢測出來，并立即停止發(fā)送，因而信道利用率很高。

a越大，表明爭用期所占的比例增大，每發(fā)生一次碰撞就浪費許多信道資源，使得信道利用率明顯降低。2023/2/474在理想情況下（不發(fā)生沖突），以太網(wǎng)上成功發(fā)送一幀占用信道時間T0+；此時，以太網(wǎng)的極限信道利用率為T0/（T0+）=1/（1+a），這里a=/T0；a越小越好，可以看出，要保證有合理的a，數(shù)據(jù)率一定時，以太網(wǎng)連線長度受限制（否則會太大），同時，以太網(wǎng)的幀長不能太短（否則T0會太?。?023/2/475某局域網(wǎng)采用CSMA/CD協(xié)議實現(xiàn)介質訪問控制，數(shù)據(jù)傳輸速率為10MbPS,主機甲和主機乙之間的距離為2Km，信號傳播速度是200000KmS.請回答下列問題，并給出計算過程。

(1)若主機甲和主機乙發(fā)送數(shù)據(jù)時發(fā)生沖突，則從開始發(fā)送數(shù)據(jù)時刻起，到兩臺主機均檢測到?jīng)_突時刻止，最短需經(jīng)多長時間?最長需經(jīng)過多長時間?(假設主機甲和主機乙發(fā)送數(shù)據(jù)過程中，其他主機不發(fā)送數(shù)據(jù))

(2)若網(wǎng)絡不存在任何沖突與差錯，主機甲總是以標準的最長以大網(wǎng)數(shù)據(jù)幀(1518字節(jié))向主機乙發(fā)送數(shù)據(jù)，主機乙每成功收到一個數(shù)據(jù)幀后，立即發(fā)送下一個數(shù)據(jù)幀，此時主機甲的有效數(shù)據(jù)傳輸速率是多少?(不考慮以大網(wǎng)幀的前導碼)

2010考研題2023/2/476解答：

(1)當甲乙同時向對方發(fā)送數(shù)據(jù)時，兩臺主機均檢測到?jīng)_突所需時間最短;

(1Km/200000Km/S)*2=1*10-5S當一方發(fā)送的數(shù)據(jù)馬上要到達另一方時，另一方開始發(fā)送數(shù)據(jù)，兩臺主機均檢測到?jīng)_突所需時間最長;

(2Km/2000000Km/S)*2=2*10-5S

(2)發(fā)送一幀所需時間;1518B/10MbPS=1.2144mS數(shù)據(jù)傳播時間;2Km/200000Km/S=1*10-5S=0.01mS有效的數(shù)據(jù)傳輸速率=10MbPS*[1.2144mS/（1.2144+0.01）mS]=9.92MbPS2023/2/4772011考研題對正確收到的幀進行確認的MAC協(xié)議是：A、CSMA B、CDMA C、CSMA/CD D、CSMA/CACSMA/CD用于邏輯上屬于總線式的有線局域網(wǎng)CSMA/CA用于無線局域網(wǎng)，無線局域不能使用CSMA/CD（因為隱藏站問題，暴露站問題，遠近效應問題等）2013考研題：下列介質訪問控制方法中，可能發(fā)生沖突的是：

A.CDMAB.CSMAC.TDMAD.FDMA2023/2/478一個CSMA/CD網(wǎng)，電纜長度為1km，信號傳播速度為200000Kmps，幀長10000位，為保證CSMA/CD協(xié)議的正確實施，要求網(wǎng)絡最大傳輸速率為（）。

A1MbpsB2GbpsC5MbpsD1Gbps（幀長/網(wǎng)絡傳輸速率）大于等于2倍端到端時延得最大速率1G2023/2/479以太網(wǎng)的MAC地址（硬件地址或物理地址）802標準規(guī)定MAC地址可用：

6字節(jié)，全局地址

2字節(jié)，局部地址以太網(wǎng)中采用全局地址，生產(chǎn)網(wǎng)卡時將MAC地址固化在網(wǎng)卡的ROM里，因此MAC地址也是網(wǎng)卡（適配器）地址。

解決以太網(wǎng)中系統(tǒng)的標識問題2023/2/480以太網(wǎng)的MAC地址路由器1A-24-F6-54-1B-0E00-00-A2-A4-2C-0220-60-8C-C7-75-2A08-00-20-47-1F-E420-60-8C-11-D2-F62023/2/481

本機網(wǎng)卡MAC地址查看

C:\ipconfig/all2023/2/482MAC地址=ManufactureID（24位）

+NICID（24位）廠商號由IEEE分配，網(wǎng)卡號由生產(chǎn)廠家分配

Cisco00-00-0cD-link00-00-213Com00-40-B4廠商單元網(wǎng)卡單元24位24位MAC地址Q：如何保證MAC地址唯一？IEEE規(guī)定以太網(wǎng)6字節(jié)的MAC地址中，第一個字節(jié)的最低位為I/G(0/1Individual/Group)位，因此只有23位做為廠商標識。舉例：單播地址：00-e0-f0-00-00-08，一對一組播地址：01-e0-f0-00-00-08，一對多2023/2/483網(wǎng)卡從網(wǎng)絡上每收到一個MAC幀首先用硬件檢查MAC幀中的MAC地址.如果是發(fā)往本站的幀則收下，然后再進行其他的處理。否則就將此幀丟棄，不再進行其他的處理?！鞍l(fā)往本站的幀”包括以下三種幀：

單播(unicast)幀（一對一）多播(multicast)幀（一對多）廣播(broadcast)幀（一對全體），廣播地址是FFFFFFFFFFFFH2023/2/484

以太網(wǎng)卡可以識別單播幀、廣播幀，多（組）播幀；正常情況下，以太網(wǎng)卡工作在接收單播幀和廣播幀方式；

設置成混雜方式可以接收通過該卡的所有數(shù)據(jù)幀。以太網(wǎng)卡的工作方式2023/2/485以太網(wǎng)MAC幀格式（DIXV2）MAC幀物理層MAC層IP層目的地址源地址類型數(shù)據(jù)FCS6624字節(jié)46~1500IP數(shù)據(jù)報目的地址字段6字節(jié)2023/2/486以太網(wǎng)MAC幀格式MAC幀物理層MAC層IP層目的地址源地址類型數(shù)據(jù)FCS6624字節(jié)46~1500IP數(shù)據(jù)報源地址字段6字節(jié)2023/2/487以太網(wǎng)MAC幀格式MAC幀物理層MAC層IP層目的地址源地址類型數(shù)據(jù)FCS6624字節(jié)46~1500IP數(shù)據(jù)報類型字段2字節(jié)類型字段用來標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協(xié)議。IPv4=0800H,IPv6=86DDH,IPX=8037H,AppleTalk=809BH2023/2/488以太網(wǎng)MAC幀格式MAC幀物理層MAC層IP層目的地址源地址類型數(shù)據(jù)FCS6624字節(jié)46~1500IP數(shù)據(jù)報數(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)字段的最小長度

2023/2/489以太網(wǎng)MAC幀格式MAC幀物理層MAC層IP層目的地址源地址類型數(shù)據(jù)FCS6624字節(jié)46~1500IP數(shù)據(jù)報FCS字段4

字節(jié)CRC當數(shù)據(jù)字段長度小于46字節(jié)時，應在數(shù)據(jù)后面加入整數(shù)字節(jié)的填充字段，以保證以太網(wǎng)的MAC幀長不小于64字節(jié)。2023/2/490以太網(wǎng)MAC幀格式MAC幀物理層MAC層IP層目的地址源地址類型數(shù)據(jù)FCS6624字節(jié)46~1500IP數(shù)據(jù)報1010101010101010101010101010101011前同步碼幀開始定界符7字節(jié)1字節(jié)…8字節(jié)插入為了達到比特同步，在傳輸媒體上實際傳送的要比MAC幀還多8個字節(jié)在幀的前面插入的8字節(jié)中的第一個字段共7個字節(jié)，是前同步碼，用來迅速實現(xiàn)MAC幀的比特同步。第二個字段是幀開始定界符，表示后面的信息就是MAC幀。2023/2/491101010……110

同步碼與定界符的作用2023/2/492幀間最小時間間隔以太網(wǎng)各幀之間必須有一定的間隔，幀間最小間隔為9.6s，相當于96bit的發(fā)送時間。一個站在檢測到總線開始空閑后，還要等待9.6s才能再次發(fā)送數(shù)據(jù)。因此以太網(wǎng)不需要使用幀結束定界符，也無需使用字節(jié)插入來保證透明傳輸。2023/2/493數(shù)據(jù)字段的長度與長度字段的值不一致；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幀長度為64~1518字節(jié)之間。對于檢查出的無效MAC幀就簡單地丟棄。以太網(wǎng)不負責重傳丟棄的幀。無效的MAC幀2023/2/494以太網(wǎng)網(wǎng)卡2023/2/495

以太網(wǎng)網(wǎng)卡功能：完成物理層與數(shù)據(jù)鏈路層功能。包括與傳輸介質的連接,介質訪問控制(如CSMA/CD)的實現(xiàn),數(shù)據(jù)幀的拆裝,幀的發(fā)送與接收,錯誤校驗,數(shù)據(jù)信號的編碼/解碼,數(shù)據(jù)的串并轉換等。

2023/2/496局域網(wǎng)組網(wǎng)技術

組局域網(wǎng)時，如果沒有什么特殊要求，總是選擇以太網(wǎng)，以太網(wǎng)適用于絕大多數(shù)類型的網(wǎng)絡應用，而且其市場占有率在90%以上，購買設備時選擇的余地非常大。以太網(wǎng)有多個產(chǎn)品標準供選擇使用。

一般來講2023/2/497以太網(wǎng)(10M)、快速以太網(wǎng)(100M)(fastethernet)、千兆以太網(wǎng)、萬兆以太網(wǎng)

以太網(wǎng)種類10Base-5；10Mb/s速率，基帶傳輸，總線拓撲，粗纜介質

10Base-T；10Mb/s速率，基帶傳輸，星型拓撲，雙絞線

100Base-T；100Mb/s速率…

以太網(wǎng)產(chǎn)品標準2023/2/498組建局域網(wǎng)的步驟：

網(wǎng)線的制作

網(wǎng)卡的安裝

布線與連接

軟件的安裝

調試與設置2023/2/499網(wǎng)線制作RJ-45接口★雙絞線分為屏蔽雙絞線（STP）、非屏蔽雙絞線（UTP）★從性價比和維護性出發(fā)，大多數(shù)局域網(wǎng)使用UTP在EIA/TIA－568標準中，將雙絞線按電氣特性分為：三類、四類、五類，最常用的是三類線和五類線，類號越高性能越好。100M以太網(wǎng)使用五類以上。2023/2/4100

TIA/EIA規(guī)定兩種布線線序T568A,T568B

T568B規(guī)定RJ-45各腳位與聯(lián)機纜線顏色對照為:

1-白橙,2-橙,3-白綠,4-藍,5-白藍,6-綠,7-白棕,8-棕Pair1Pair2Pair3Pair4Pair1Pair2Pair3Pair4T568A規(guī)定RJ-45各腳位與聯(lián)機纜線顏色對照為:

1-白綠,2-綠,3-白橙,4-藍,5-白藍,6-橙,7-白棕,8-棕2023/2/4101接頭腳號功能功能代碼1傳送+Tx+2傳送-Tx-3接收+Rx+4保留5保留6接收-Rx-7保留8保留以太網(wǎng)卡上RJ-45插座各引腳功能接頭腳號功能功能代碼1接收+Rx+2接收-Rx-3傳送+Tx+4保留5保留6傳送-Tx-7保留8保留以太集線器上RJ-45插座各引腳功能網(wǎng)卡、HUBRJ－45接口引腳與信號對應關系2023/2/4102直通UTP電纜T568B-T568B計算機HUB做網(wǎng)線3種線序:直連線,交叉線,翻轉線2023/2/4103交叉UTP電纜T568B-T568A計算機計算機2023/2/4104

直連線交叉線翻轉線T568B-T568BT568B-T568AT568B-T568B(翻轉)計算機-集線器計算機-交換機路由器-集線器路由器-交換機集線器-集線器(UPLink)交換機-交換機(UPLink)計算機-計算機路由器-路由器計算機-路由器集線器-集線器交換機-交換機計算機的串口-路由器,交換機等網(wǎng)絡設備的控制臺端口(用于通過超級終端對網(wǎng)絡設備進行初始化設置)目前許多設備都有自動翻轉功能2023/2/4105布線原則5類UTP，星型拓撲每個站點到集線器的距離不超過100m網(wǎng)絡只允許級聯(lián)2臺Hub，Hub間距離不超過5m網(wǎng)絡的最大傳輸距離是205m每個網(wǎng)段上的站點數(shù)不超過1024以100Base-T為例2023/2/4106連網(wǎng)兩臺計算機多臺計算機交換機或HUB2023/2/4107添加網(wǎng)絡協(xié)議：若沒有特殊需求，選用TCP/IP打開本地連接屬性窗口2023/2/4108配置TCP/IP協(xié)議打開TCP/IP協(xié)議屬性窗口配置IP地址、子網(wǎng)掩碼、默認網(wǎng)關、域名服務器使用Ping命令測試網(wǎng)絡2023/2/4109局域網(wǎng)的擴展

在物理層上擴展局域網(wǎng)（HUB）

在數(shù)據(jù)鏈路層擴展局域網(wǎng)（網(wǎng)橋，交換機）2023/2/4110網(wǎng)卡工作站網(wǎng)卡工作站網(wǎng)卡工作站雙絞線HUBHUB（集線器）

功能：對接收的信號再生整形放大并轉發(fā)，以擴展網(wǎng)絡傳輸?shù)木嚯x；將同類型、同速率的兩個局域網(wǎng)段連接成一個更大范圍的局域網(wǎng)；工作在物理層，多個接口共享一個沖突域；表面上星形結構，邏輯上仍是總線結構。在物理層上擴展局域網(wǎng)2023/2/4111三個網(wǎng)絡，三個獨立的碰撞域一系二系三系碰撞域碰撞域碰撞域HUB連網(wǎng)2023/2/4112HUB連網(wǎng)一系三系二系主干集線器形成一個更大的碰撞域碰撞域優(yōu)點：擴大了局域網(wǎng)覆蓋范圍缺點：碰撞域增大，總吞吐量可能下降2023/2/4113在數(shù)據(jù)鏈路層擴展局域網(wǎng)網(wǎng)橋（橋接器）2023/2/4114

網(wǎng)橋的基本分類

透明網(wǎng)橋（transparentbridge）源路選網(wǎng)橋（sourceroutingbridge）

2023/2/4115透明網(wǎng)橋由各個網(wǎng)橋自己來決定轉發(fā)路徑，各站點不負責路徑選擇，網(wǎng)橋對于互連局域網(wǎng)的各站點來說是“透明”的；最大優(yōu)點是容易安裝，即插即用。2023/2/4116透明網(wǎng)橋工作過程

網(wǎng)橋端口管理軟件網(wǎng)轎協(xié)議實體站表站地址端口

端口1緩沖區(qū)端口2站a站b站c站e站f站d網(wǎng)段A網(wǎng)段B111222abcdef2023/2/4117

在端口x收到無差錯的幀站表中找到目的站?方向為端口x?向正確的方向轉發(fā)此幀源站在站表中?更新定時器向除x以外的所有橋的端口轉發(fā)此幀丟棄此幀將源站加入在站表中,置新的定時器NYYNNY透明網(wǎng)橋工作流程圖2023/2/4118網(wǎng)橋通過生成樹算法可以自動消除環(huán)路。2023/2/4119網(wǎng)橋特點

在數(shù)據(jù)鏈路層連接兩個局域網(wǎng)段，形成一個范圍更大的局域網(wǎng)；對幀進行過濾轉發(fā)（根據(jù)源物理地址、目標物理地址、協(xié)議）；可以連接不同類型、不同速率的局域網(wǎng)；隔離沖突域，不隔離廣播域。2023/2/4120過濾通信量。擴大了物理范圍。隔離了沖突域?？苫ミB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2023/2/4121存儲轉發(fā)增加了時延。網(wǎng)橋只適合于用戶數(shù)不太多(不超過幾百個)和通信量不太大的局域網(wǎng)，否則有時還會因傳播過多的廣播信息而產(chǎn)生網(wǎng)絡擁塞。這就是所謂的廣播風暴。使用網(wǎng)橋帶來的缺點2023/2/4122交換機-多端口網(wǎng)橋

由網(wǎng)橋發(fā)展而來，屬于OSI的第二層，所以叫二層交換機除具有網(wǎng)橋功能外還增加了新功能，如支持VLAN、鏈路匯聚、路由等功能具有路由功能的交換機可以完成網(wǎng)絡層的路由選擇功能，所以又稱為三層交換機三層交換機工作原理：端口接收到數(shù)據(jù)，首先在二層芯片查目的MAC，如查到就進行二層轉發(fā)，否則送至三層引擎，在三層中查找相應路由信息，再根據(jù)ARP協(xié)議得到目標MAC地址，將該MAC地址發(fā)到二層芯片，由二層轉發(fā)該數(shù)據(jù)包（后面對同樣目的的包可以直接二層轉發(fā)，即一次路由多次轉發(fā)）2023/2/4123交換機原理圖2023/2/4124交換機與網(wǎng)橋的不同交換機端口多；交換機采用基于硬件的轉發(fā)機制（網(wǎng)橋采用軟件機制），其交換時延可以減少到μs量級；網(wǎng)橋只支持存儲－轉發(fā)交換模式，而交換機還支持直通式和碎片（折中）式。2023/2/4125

先將輸入端口到來的數(shù)據(jù)包緩存起來，檢查數(shù)據(jù)包是否正確，并過濾掉沖突包錯誤。確定包正確后，取出目的地址，通過查找表找到想要發(fā)送的輸出端口地址，然后將該包發(fā)送出去。存儲轉發(fā)方式在數(shù)據(jù)處理時延時大，但是它可以對進入交換機的數(shù)據(jù)包進行錯誤檢測，并且能支持不同速度的輸入／輸出端口間的交換，支持不同協(xié)議幀之間的轉換。存儲轉發(fā)方式2023/2/4126直通方式交換機可以理解為在各端口間是縱橫交叉的線路矩陣。它在輸入端口檢測到一個數(shù)據(jù)包時，檢查該包的包頭，獲取包的目的地址，啟動內(nèi)部的動態(tài)查找表轉換成相應的輸出端口，在輸入與輸出交叉處接通，把數(shù)據(jù)包直通到相應的端口，實現(xiàn)交換功能。由于它只檢查數(shù)據(jù)包的包頭,不需要存儲，所以切入方式具有延遲小，交換速度快的優(yōu)點

直通交換方式2023/2/4127交換結構I1I3I2O1O2存儲器I1I3I2O1O2I1I3I2O1O2O3(a)通過存儲器(c)通過互連網(wǎng)絡(b)通過總線總線互連網(wǎng)絡O3O32023/2/4128缺點主要有四方面：不能提供錯誤檢測能力；由于沒有緩存，不能將具有不同速率的輸入／輸出端口直接接通；當以太網(wǎng)交換機的端口增加時，交換矩陣變得越來越復雜，實現(xiàn)起來就越困難；網(wǎng)上傳輸殘幀,增加網(wǎng)絡負擔。2023/2/4129這是介于直通式和存儲轉發(fā)式之間的一種解決方案。它在轉發(fā)前先檢查數(shù)據(jù)包的長度是否夠64個字節(jié)（512bit），如果小于64字節(jié)，說明是假包（或稱殘幀），則丟棄該包；如果大于64字節(jié)，則發(fā)送該包。該方式的數(shù)據(jù)處理速度比存儲轉發(fā)方式快，但比直通式慢無碎片轉發(fā)方式2023/2/4130

目前,低端交換機通常只擁有一種轉發(fā)模式，或是存儲轉發(fā)模式，或是直通模式，往往只有中高端產(chǎn)品才兼具兩種轉發(fā)模式，并具有智能轉換功能，可根據(jù)通信狀況自動切換轉發(fā)模式。通常情況下，如果網(wǎng)絡對數(shù)據(jù)的傳輸速率要求不是太高，可選擇存儲轉發(fā)式交換機；如果網(wǎng)絡對數(shù)據(jù)的傳輸速率要求較高，可選擇直通轉發(fā)式交換機,目前存儲轉發(fā)方式是主流。

目前交換機采用的轉發(fā)方式2023/2/4131

交換機是HUB的升級換代產(chǎn)品工作層次不同：HUB工作在第一層，交換機至少工作在第二層數(shù)據(jù)傳輸方式不同：HUB采用廣播式，交換機是有目的傳輸，只有在轉發(fā)表中找不到目標是才使用廣播帶寬占用方式不同：HUB共享總線帶寬，交換機獨享帶寬傳輸模式不同：HUB只能采用半雙工，交換使用全雙工

交換機與HUB比較2023/2/4132對于普通10Mb/s的共享式以太網(wǎng)，若共有N個用戶，則每個用戶占有的平均帶寬只有總帶寬(10Mb/s)的N分之一。使用交換機時，雖然在每個接口到主機的帶寬還是10Mb/s，但由于一個用戶在通信時是獨占而不是和其他網(wǎng)絡用戶共享傳輸媒體的帶寬，因此對于擁有N對接口的交換機的總容量為N10Mb/s（2N10）。這正是交換機的最大優(yōu)點。交換機獨占傳輸媒體的帶寬2023/2/4133分類標準多種，通常根據(jù)傳輸介質和傳輸速率分類交換機的分類以太網(wǎng)交換機：指帶寬在100Mbps以下的以太網(wǎng)所用的交換機，所用介質有雙絞線，銅纜快速以太網(wǎng)交換機：帶寬為100Mbps，傳輸介質為雙絞線或光纖，可以10/100Mbps自適應千兆以太網(wǎng)交換機：帶寬可達1000Mbps，一般用于骨干網(wǎng)段，傳輸介質可用雙絞線和光纖萬兆以太網(wǎng)交換機：帶寬可達10000Mbps，一般用于骨干網(wǎng)段，傳輸介質為光纖2023/2/4134交換機的分類ATM交換機：用于ATM網(wǎng)絡，目前只用在電信郵政網(wǎng)的主干網(wǎng)段，其產(chǎn)品在市場上很少看到FDDI交換機2023/2/4135交換機的主要技術指標機架插槽數(shù)：指機架式交換機能安插的最大模塊數(shù)擴展槽數(shù)：指固定配置式交換擴展槽能安插的最大模塊數(shù)支持的網(wǎng)絡類型：可支持一種以上網(wǎng)絡，以太網(wǎng)，快速以太網(wǎng)，千兆以太網(wǎng)等背板吞吐量：也稱背板帶寬，表示交換機所能吞吐的最大數(shù)據(jù)量MAC地址表大?。河糜诙ㄎ晦D發(fā)端口2023/2/4136交換機的品牌品牌很多，主流產(chǎn)品有思科、3COM等（國外），華為、銳捷、D-LINK等（國內(nèi)）。思科、華為產(chǎn)品性能好，價格高，占領大公司大企業(yè)市場銳捷產(chǎn)品主攻教育領地其它產(chǎn)品各有千秋2023/2/4137一個用以太網(wǎng)交換機擴展局域網(wǎng)的例子一系三系二系10BASE-T至因特網(wǎng)100Mb/s100Mb/s100Mb/sWEB服務器MAIL

服務器以太網(wǎng)交換機路由器2023/2/41382013考研：對于100Mbps的以太網(wǎng)交換機，當輸出端口無排隊，以直通交換（cut-throughswitching）方式轉發(fā)一個以太網(wǎng)幀（不包括前導碼）時，引入的轉發(fā)延遲至少是A.0μsB.0.48μsC.5.12μsD.121.44μs2023/2/4139交換機多個端口之間可并發(fā)連接，從而增加網(wǎng)絡帶寬隔離沖突域，減少沖突,提高吞吐率；

交換式局域網(wǎng)

通過交換機連網(wǎng)的局域網(wǎng)稱作交換式局域網(wǎng)

交換式局域網(wǎng)優(yōu)點：典型的交換式局域網(wǎng)：交換式以太網(wǎng)（switchedEthernet），核心部件：以太網(wǎng)交換機（Ethernetswitch）。2023/2/41402023/2/4141從10Base-T以太網(wǎng)轉到交換式以太網(wǎng)時，只需將HUB換成交換機，其它接入設備的軟件、硬件都不需做任何改動。交換式以太網(wǎng)繼續(xù)使用CSMA/CD協(xié)議。從共享式以太網(wǎng)到交換式以太網(wǎng)2023/2/4142

根據(jù)需要，將網(wǎng)絡上的結點劃分成若干個“邏輯工作組”，一個邏輯工作組即為一個虛擬局域網(wǎng)；目的：分割廣播域，提高安全性

交換式局域網(wǎng)是組建VLAN的基礎利用交換機實現(xiàn)虛擬局域網(wǎng)（VirtualLAN）

2023/2/4143以太網(wǎng)交換機A4B1以太網(wǎng)交換機VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太網(wǎng)交換機以太網(wǎng)交換機三個虛擬局域網(wǎng):VLAN1,VLAN2和VLAN32023/2/4144

IEEE802.1Q

標準在以太網(wǎng)的幀中插入一個4字節(jié)的標識符,稱為VLAN標記(tag),用來指明發(fā)送信息的站屬于哪個VLAN。目的地址源地址tag(4)長度/類型數(shù)據(jù)FCS664246~15004802.3MAC幀虛擬以太網(wǎng)幀格式2023/2/4145802.3MAC幀字節(jié)66246~15004MAC幀目地地址源地址長度/類型數(shù)據(jù)FCS長度/類型=802.1Q標記類型標記控制信息

1000000100000000VID

2字節(jié)2字節(jié)插入4字節(jié)的VLAN標記4用戶優(yōu)先級CFI當數(shù)據(jù)鏈路層檢測到MAC幀的源地址字段后面的2字節(jié)內(nèi)容為8100H時,就知道幀中插入了VLAN標記,于是就根據(jù)VLAN標記后面的VLAN標記符VID進行轉發(fā).2023/2/4146802.3MAC幀字節(jié)66246~15004MAC幀目地地址源地址長度/類型數(shù)據(jù)FCS長度/類型=802.1Q標記類型標記控制信息

1000000100000000VID

2字節(jié)2字節(jié)插入4字節(jié)的VLAN標記4用戶優(yōu)先級CFIVID：VLAN標識符占12bit，可表示的VLAN數(shù)一共4096個(0-4095之間)

其中0和4095被802.1Q協(xié)議保留，所以VLAN的最大個數(shù)是4094(1-4094)個2023/2/4147802.3MAC幀字節(jié)66246~15004MAC幀VID=111111A源地址長度/類型數(shù)據(jù)FCS長度/類型=802.1Q標記類型標記控制信息

1000000100000000VID=1

2字節(jié)2字節(jié)插入4字節(jié)的VLAN標記4用戶優(yōu)先級CFIA

例如，VLAN1中的A發(fā)了一廣播幀，只有屬于VLAN1中的1，3，7，8端口收到如果不劃分VLAN，A的廣播幀交換機上的所有端口都能收到2023/2/4148

優(yōu)先級

占3位，用來表明的IEEE802.1Q的優(yōu)先級，主要用于流量大時的優(yōu)先級處理。IEEE802.1Q的優(yōu)先級共有8級(0-7)。

CFI-CanonicalFormatIndicator

CFI占1位，當其值為1時，表明MAC地址是非標準格式，如果是0則MAC地址是標準格式。

2023/2/4149

1、基于交換機端口最常用，大多數(shù)支持VLAN的交換機提供該VLAN配置方式

缺點：當用戶從一個端口移動到另一個端口時，VLAN成員變化。

優(yōu)點：用戶不需要配置，對用戶透明。

VLAN的劃分方法2023/2/41502023/2/4151

2、基于MAC地址劃分VLAN

為每個MAC地址的主機配置屬于哪個組，VLAN交換機跟蹤屬于VLAN的MAC地址。優(yōu)點：允許結點移動到網(wǎng)絡其他物理網(wǎng)段。由于結點的MAC地址不變，所以該結點將自動保持原來的VLAN成員地位。缺點：每個用戶都要進行配置

VLAN的劃分方法2023/2/41523、基于網(wǎng)絡層協(xié)議劃分VLAN4、根據(jù)IP組播劃分VLAN5、按策略劃分VLAN：

有多種分配方法，網(wǎng)管人員根據(jù)單位要求決定選用哪種類型。

VLAN的劃分方法2023/2/4153

一種封裝技術,將多條鏈路合并為一條鏈路，供個VLAN可共享trunk（干道）IEEE802.1Q每個交換機端口有兩種模式：ACCESS和TRUNK，ACCESS只允許端口加入一個VLAN，TRUNK允許端口為任何VLAN傳輸信息2023/2/4154Trunk必須配置為TRUNK模式2023/2/