第3章數(shù)據(jù)鏈路層

第3章數(shù)據(jù)鏈路層3.1數(shù)據(jù)鏈路層概述3.2點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議PPP（重點(diǎn)）3.3局域網(wǎng)（重點(diǎn)）3.4使用廣播信道的以太網(wǎng)（重點(diǎn)）3.5擴(kuò)展的以太網(wǎng)（重點(diǎn)）3.6高速以太網(wǎng)3.7其他類型的高速局域網(wǎng)接口（略講）1課程目標(biāo)數(shù)據(jù)鏈路層的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道和廣播信道的特點(diǎn)，以及這兩種信道所使用的協(xié)議（PPP和CSMA/CD協(xié)議）的特點(diǎn)。數(shù)據(jù)鏈路層的三個(gè)基本問(wèn)題：封裝成幀、透明傳輸、差錯(cuò)檢測(cè)。以太網(wǎng)的MAC層的硬件地址。適配器、轉(zhuǎn)發(fā)器、集線器、網(wǎng)橋、以太網(wǎng)交換機(jī)的作用和使用場(chǎng)合。23.1數(shù)據(jù)鏈路層概述3.1.1數(shù)據(jù)鏈路層的功能數(shù)據(jù)鏈路層介于物理層和網(wǎng)絡(luò)層之間，屬于網(wǎng)絡(luò)的低層。該層解決兩個(gè)相鄰結(jié)點(diǎn)之間的通信問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)相鄰結(jié)點(diǎn)鏈路上無(wú)差錯(cuò)的數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)鏈路層傳輸?shù)臄?shù)據(jù)單元稱為幀。3IP數(shù)據(jù)報(bào)1010……0110幀取出數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層鏈路結(jié)點(diǎn)A結(jié)點(diǎn)B物理層數(shù)據(jù)鏈路層結(jié)點(diǎn)A結(jié)點(diǎn)B幀(a)(b)發(fā)送幀接收鏈路IP數(shù)據(jù)報(bào)1010……0110幀裝入數(shù)據(jù)鏈路層傳送的是幀4數(shù)據(jù)鏈路層像個(gè)數(shù)字管道常常在兩個(gè)對(duì)等的數(shù)據(jù)鏈路層之間畫出一個(gè)數(shù)字管道，而在這條數(shù)字管道上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)單位是幀。早期的數(shù)據(jù)通信協(xié)議曾叫作通信規(guī)程(procedure)。因此在數(shù)據(jù)鏈路層，規(guī)程和協(xié)議是同義語(yǔ)。結(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn)幀幀5數(shù)據(jù)鏈路層的功能數(shù)據(jù)鏈路層最主要的功能可歸結(jié)為以下幾點(diǎn)：（1）結(jié)點(diǎn)A的數(shù)據(jù)鏈路層把網(wǎng)絡(luò)層交下來(lái)的IP數(shù)據(jù)報(bào)封裝成幀。（2）結(jié)點(diǎn)A把封裝好的幀發(fā)送給結(jié)點(diǎn)B的數(shù)據(jù)鏈路層。（3）若結(jié)點(diǎn)B的數(shù)據(jù)鏈路層收到的幀無(wú)差錯(cuò)，則從收到的幀中提取出IP數(shù)據(jù)報(bào)上交給上面的網(wǎng)絡(luò)層；否則丟棄這個(gè)幀。包括以下幾個(gè)功能：幀同步功能差錯(cuò)控制流量控制鏈路管理MAC尋址區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)與控制信息透明傳輸6數(shù)據(jù)鏈路層的信道種類數(shù)據(jù)鏈路層使用的信道主要有以下兩種類型：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道。這種信道使用一對(duì)一的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信方式。廣域網(wǎng)中均采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道。廣播信道。這種信道使用一對(duì)多的廣播通信方式，因此過(guò)程比較復(fù)雜。廣播信道上連接的主機(jī)很多，因此必須使用專用的共享信道協(xié)議來(lái)協(xié)調(diào)這些主機(jī)的數(shù)據(jù)發(fā)送。早先的局域網(wǎng)多采用廣播信道，后來(lái)改進(jìn)的局域網(wǎng)采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道。7鏈路和數(shù)據(jù)鏈路鏈路(link)是一條無(wú)源的點(diǎn)到點(diǎn)的物理線路段，中間沒(méi)有任何其他的交換結(jié)點(diǎn)。一條鏈路只是一條通路的一個(gè)組成部分。數(shù)據(jù)鏈路(datalink)除了物理線路外，還必須有通信協(xié)議來(lái)控制這些數(shù)據(jù)的傳輸。若把實(shí)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?，F(xiàn)在最常用的方法是使用適配器（即網(wǎng)卡）來(lái)實(shí)現(xiàn)這些協(xié)議的硬件和軟件。一般的適配器都包括了數(shù)據(jù)鏈路層和物理層這兩層的功能。

8物理線路（鏈路）與數(shù)據(jù)鏈路……………………….93.1.2數(shù)據(jù)鏈路層要解決的三個(gè)問(wèn)題數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議有三個(gè)基本問(wèn)題需解決。數(shù)據(jù)鏈路層的發(fā)送方應(yīng)當(dāng)讓接收方的數(shù)據(jù)鏈路層知道，所發(fā)送的幀是從什么地方開始到從什么地方結(jié)束。這就是幀定界（也叫幀同步）問(wèn)題。數(shù)據(jù)鏈路層傳送的數(shù)據(jù)的比特組合必須是不受限制的。數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議不能禁止傳送某種特殊的比特組合。這就是透明傳輸問(wèn)題。數(shù)據(jù)鏈路層必須有差錯(cuò)檢測(cè)功能。101.幀定界（幀同步）為了使傳輸中發(fā)生差錯(cuò)后只將出錯(cuò)的有限數(shù)據(jù)進(jìn)行重發(fā)，數(shù)據(jù)鏈路層將比特流組織成以幀為單位傳送。幀的組織結(jié)構(gòu)必須設(shè)計(jì)成使接收方能夠明確的從物理層收到的比特流中區(qū)分出幀的起始與終止，這就是幀同步要解決的問(wèn)題。同步的方法字符填充的首尾定界符法比特填充的首尾定界符法幀定界的原理：在發(fā)送幀時(shí)，發(fā)送方的數(shù)據(jù)鏈路層在幀的前后都各加入事先商定好的標(biāo)記，使得接收方在收到這個(gè)幀后，就能根據(jù)這種標(biāo)記識(shí)別幀的開始和結(jié)束，以及幀里面裝入的數(shù)據(jù)部分的準(zhǔn)確位置?？刂谱址鸖OH放在一幀的最前面，表示幀的首部開始，另一個(gè)控制字符EOT表示幀的結(jié)束。每一種鏈路層協(xié)議都規(guī)定了幀的數(shù)據(jù)部分的長(zhǎng)度上限——最大傳送單元MTU(MaximumTransferUnit)。11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(gòu)成了一個(gè)幀。首部和尾部的一個(gè)重要作用就是進(jìn)行幀定界。幀結(jié)束幀首部IP數(shù)據(jù)報(bào)幀的數(shù)據(jù)部分幀尾部≤MTU數(shù)據(jù)鏈路層的幀長(zhǎng)開始發(fā)送幀開始12MTU各種物理網(wǎng)絡(luò)，對(duì)幀可攜帶的數(shù)據(jù)的上限有不同的規(guī)定，叫作最大傳輸單元（MaximumTransmissionUnit，MTU）。一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)的MTU由硬件決定，通常情況下保持不變。不同物理網(wǎng)絡(luò)，其MTU一般是不相同的。13用控制字符進(jìn)行幀定界的方法舉例SOH裝在幀中的數(shù)據(jù)部分幀幀開始符幀結(jié)束符發(fā)送在前EOTSOH和EOT都是控制字符的名稱。在ASCII碼中，他們的十六進(jìn)制編碼分別是01（二進(jìn)制是00000001）和04（二進(jìn)制是00000100）。當(dāng)所傳送數(shù)據(jù)為ASCII碼組成的文本文件，可用此方法?！?142.透明傳輸原因：由于幀的開始和結(jié)束的標(biāo)記都是使用專門指明的控制字符，因此，所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)中的任何一個(gè)字符一定不允許和用做幀定界的控制字符一樣，否則就會(huì)出現(xiàn)幀定界的錯(cuò)誤，即所謂的不透明，而透明指任何比特組合的數(shù)據(jù)都能通過(guò)數(shù)據(jù)鏈路層。正確理解透明的含義（如E-mail）。152.透明傳輸解決幀的透明傳輸?shù)膬煞N方法：字符填充的首尾定界符法比特填充的首尾定界符法SOHEOT出現(xiàn)了“EOT”被接收端當(dāng)作無(wú)效幀而丟棄被接收端誤認(rèn)為是一個(gè)幀數(shù)據(jù)部分EOT完整的幀發(fā)送在前16（1）字符填充的首尾定界符法該方法是用一些控制字符來(lái)標(biāo)識(shí)一幀的起始與終止。例如，我們可以把SOH作為幀的開始標(biāo)志，EOT作為幀的結(jié)束標(biāo)志。發(fā)送端的數(shù)據(jù)鏈路層在數(shù)據(jù)中出現(xiàn)控制字符“SOH”或“EOT”的前面插入一個(gè)轉(zhuǎn)義字符“ESC”(其十六進(jìn)制編碼是1B，二進(jìn)制編碼是00011011)，表示其后的“SOH”或“EOT”要作為普通字符處理。如果轉(zhuǎn)義字符也出現(xiàn)數(shù)據(jù)當(dāng)中，那么應(yīng)在轉(zhuǎn)義字符前面插入一個(gè)轉(zhuǎn)義字符。當(dāng)接收端發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)義字符時(shí)，就把轉(zhuǎn)義字符去掉，并把后面的字符作為普通字符來(lái)處理。17數(shù)據(jù)中出現(xiàn)的控制字符經(jīng)字節(jié)插入后發(fā)送時(shí)的字符SOHESCxEOTESCyESCESCz上面的控制字符“ESC”叫做轉(zhuǎn)義符(escapecharacter)插入轉(zhuǎn)義字符18SOHSOHEOTSOHESCESCEOTESCSOHESCESCESCSOH原始數(shù)據(jù)EOTEOT經(jīng)過(guò)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(jié)束符用字符填充法解決透明傳輸?shù)膯?wèn)題SOH19（2）比特填充的首尾定界符法在前面介紹的字符分界法中存在一個(gè)大的不足，那就是它僅依靠8位模式。而事實(shí)上，并不是所有的字符編碼都使用8位模式，如UNICODE編碼就使用了16位編碼方式?！氨忍靥畛涞氖孜步缍ǚā笔且砸唤M特定的比特模式（如01111110）來(lái)標(biāo)志一幀的起始與終止，它允許任意長(zhǎng)度的位碼，也允許任意每個(gè)字符有任意長(zhǎng)度的位。20比特填充的首尾定界符法發(fā)送端：若發(fā)現(xiàn)要發(fā)送的數(shù)據(jù)中有5個(gè)連續(xù)1，則立即填入一個(gè)0。接收端：對(duì)幀中的數(shù)據(jù)進(jìn)行掃描。每當(dāng)發(fā)現(xiàn)5個(gè)連續(xù)1時(shí)，就把這5個(gè)連續(xù)1后的一個(gè)0刪除。2101001111101000101001001111110001010010011111010001010信息字段中出現(xiàn)了和標(biāo)志字段F完全一樣的8比特組合發(fā)送端在5個(gè)連續(xù)1之后填入0比特再發(fā)送出去在接收端把5個(gè)連續(xù)1之后的0比特刪除會(huì)被誤認(rèn)為是標(biāo)志字段F發(fā)送端填入0比特接收端刪除填入的0比特零比特填充……………………….223.差錯(cuò)檢測(cè)差錯(cuò)產(chǎn)生的原因與差錯(cuò)類型傳輸差錯(cuò)是通過(guò)通信信道后接收的數(shù)據(jù)與發(fā)送數(shù)據(jù)不一致的現(xiàn)象;差錯(cuò)控制是檢查是否出現(xiàn)差錯(cuò)以及如何糾正差錯(cuò)；通信信道的噪聲分為兩類：熱噪聲和沖擊噪聲；由熱噪聲引起的差錯(cuò)是隨機(jī)差錯(cuò)，或隨機(jī)錯(cuò)；沖擊噪聲引起的差錯(cuò)是突發(fā)差錯(cuò)，或突發(fā)錯(cuò)；在通信過(guò)程中產(chǎn)生的傳輸差錯(cuò)，是由隨機(jī)差錯(cuò)與突發(fā)差錯(cuò)共同構(gòu)成的。23差錯(cuò)產(chǎn)生過(guò)程24誤碼率（BER）的定義

誤碼率是指二進(jìn)制碼元在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中被傳錯(cuò)的概率，它在數(shù)值上近似等于：Pe=Ne/N，其中N為傳輸?shù)亩M(jìn)制碼元總數(shù)，Ne為被傳錯(cuò)的碼元數(shù)；誤碼率應(yīng)該是衡量數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)正常工作狀態(tài)下傳輸可靠性的參數(shù)之一；對(duì)于一個(gè)實(shí)際的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，不能籠統(tǒng)地說(shuō)誤碼率越低越好，要根據(jù)實(shí)際傳輸要求提出誤碼率要求；對(duì)于實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，如果傳輸?shù)牟皇嵌M(jìn)制比特，要折合成二進(jìn)制比特來(lái)計(jì)算；差錯(cuò)的出現(xiàn)具有隨機(jī)性，在實(shí)際測(cè)量一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)時(shí)，只有被測(cè)量的傳輸二進(jìn)制比特?cái)?shù)越大，才會(huì)越接近于真正的誤碼率值。25減少傳輸差錯(cuò)的兩種方法為了減少傳輸差錯(cuò)，通常采用下面兩種方法：（1）改善線路質(zhì)量加強(qiáng)線路本身的抗干擾能力，是減少差錯(cuò)最根本的途徑。但是，這種改善是以較大的投入為代價(jià)的。（2）差錯(cuò)的檢測(cè)與糾正主要思想是：對(duì)所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行抗干擾編碼，并以此來(lái)檢測(cè)和校正傳輸中的錯(cuò)誤。在發(fā)送端，采用某種校驗(yàn)碼為數(shù)據(jù)單元附加一個(gè)冗余碼，使數(shù)據(jù)單元與冗余碼之間建立一定的數(shù)學(xué)關(guān)系(即編碼過(guò)程)，然后把它們作為一個(gè)數(shù)據(jù)塊一起傳送給接收端；當(dāng)接收端接收到數(shù)據(jù)塊后，使用相同的校驗(yàn)碼計(jì)算數(shù)據(jù)單元的冗余碼，并與數(shù)據(jù)塊中附加冗余碼相比較，以檢驗(yàn)它們之間的數(shù)學(xué)關(guān)系(解碼過(guò)程)是否正確，如果不正確，就說(shuō)明傳輸有錯(cuò)誤，則需要采用某種手段來(lái)糾正錯(cuò)誤。26糾正錯(cuò)誤的兩種方法反饋重發(fā)糾錯(cuò)法接收端將傳輸是否正確的信息作為應(yīng)答反饋給發(fā)送端，對(duì)于傳輸有誤的數(shù)據(jù)，發(fā)送端需要重新傳輸，直至傳輸正確為止，這樣就可以糾正錯(cuò)誤了。前向糾錯(cuò)(FEC)法接收端發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤后，不是通過(guò)發(fā)送端的重傳來(lái)糾正，而是由接收端通過(guò)糾錯(cuò)碼和適當(dāng)?shù)乃惴ㄟM(jìn)行糾正。由于這種糾錯(cuò)方法比較復(fù)雜，所需的冗余碼元較多，實(shí)現(xiàn)比較困難，故很少使用。目前，絕大多數(shù)的通信系統(tǒng)都采用反饋重發(fā)糾錯(cuò)法來(lái)糾正差錯(cuò)。27處理差錯(cuò)的兩種基本策略糾錯(cuò)碼發(fā)送方在每個(gè)數(shù)據(jù)塊中加入足夠的冗余信息，使得接收方能夠判斷接收到的數(shù)據(jù)是否有錯(cuò)，并能糾正錯(cuò)誤。檢錯(cuò)碼發(fā)送方在每個(gè)數(shù)據(jù)塊中加入足夠的冗余信息，使得接收方能夠判斷接收到的數(shù)據(jù)是否有錯(cuò)，但不能判斷哪里有錯(cuò)。28糾錯(cuò)碼——海明碼海明碼(HammingCode)是由RichardHamming于1950年提出的，是一種糾錯(cuò)碼，即如果數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中有一位出錯(cuò)，則可以知道出錯(cuò)的位置并通過(guò)取反將其改正過(guò)來(lái)。

海明碼編碼的關(guān)鍵是使用多余的奇偶校驗(yàn)位來(lái)識(shí)別一位錯(cuò)誤。例：使用偶校驗(yàn)（“1”的個(gè)數(shù)為偶數(shù)） 10110101 ——> 101101011 10110001 ——> 101100010奇偶校驗(yàn)可以用來(lái)檢查單個(gè)錯(cuò)誤。碼字（codeword）：一個(gè)幀包括m個(gè)數(shù)據(jù)位，r個(gè)校驗(yàn)位，n=m+

r，則此n比特單元稱為n位碼字。29循環(huán)冗余校驗(yàn)（cyclicredundancycheck，CRC）是一種能力相當(dāng)強(qiáng)的檢錯(cuò)碼，并且實(shí)現(xiàn)編碼和檢碼的電路比較簡(jiǎn)單。CRC基于二進(jìn)制除法。在CRC中，在數(shù)據(jù)單元（比如一個(gè)字節(jié)）的后面附加一個(gè)稱為“循環(huán)冗余碼”或“CRC余數(shù)”的冗余數(shù)位串，使生成的數(shù)據(jù)單元可被另一個(gè)預(yù)先給定的二進(jìn)制數(shù)完全除盡。然后將生成后的數(shù)據(jù)單元傳輸。接收端將所接收的數(shù)據(jù)單元用同樣的二進(jìn)制數(shù)相除，如果無(wú)余數(shù)，則可認(rèn)為所接收的數(shù)據(jù)單元正確無(wú)誤，如果有余數(shù)，則認(rèn)定該數(shù)據(jù)單元已有差錯(cuò)。檢錯(cuò)碼——CRC301）循環(huán)冗余檢驗(yàn)的原理在數(shù)據(jù)鏈路層傳送的幀中，廣泛使用了循環(huán)冗余檢驗(yàn)CRC的檢錯(cuò)技術(shù)。在發(fā)送端，先把數(shù)據(jù)劃分為組。假定每組k位。校驗(yàn)和（checksum）加在幀尾，使帶校驗(yàn)和的幀的多項(xiàng)式能被G(x)除盡；收方接收時(shí)，用G(x)去除它，若有余數(shù)，則傳輸出錯(cuò)。

假設(shè)待傳送的一組數(shù)據(jù)M=101001（共kbit，k=6）。我們?cè)贛的后面再添加供差錯(cuò)檢測(cè)用的nbit冗余碼一起發(fā)送。312）冗余碼的計(jì)算用二進(jìn)制的模2運(yùn)算（異或運(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。得到的(k+n)bit的數(shù)除以事先選定好的長(zhǎng)度為(n+1)bit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至少要少1bit。注：模2運(yùn)算是指以按位模2加減為基礎(chǔ)的四則運(yùn)算，運(yùn)算時(shí)不考慮進(jìn)位和借位。模2加減的原則為：兩數(shù)相同為0，兩數(shù)相異為1。模2除法：模2除法與算術(shù)除法類似，但每一位除（減）的結(jié)果不影響其它位，即不向上一位借位。323）冗余碼的計(jì)算舉例（1）現(xiàn)在k=6,M=101001。設(shè)n=3,除數(shù)

P=1101，被除數(shù)是2nM=101001000。模2運(yùn)算的結(jié)果是：商

Q=110101，

余數(shù)

R=001。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。33

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

3）冗余碼的計(jì)算舉例（1）343）冗余碼的計(jì)算舉例（2）設(shè)

n=5,P=110101，待傳送的數(shù)據(jù)M=1010001101，模2運(yùn)算的結(jié)果是：商Q=1101010110，余數(shù)R=01110。將余數(shù)R作為冗余碼添加在數(shù)據(jù)M的后面發(fā)送出去，即發(fā)送的數(shù)據(jù)是101000110101110，或2nM+R。353）冗余碼的計(jì)算舉例（3）待校驗(yàn)數(shù)據(jù)：1101,0110,11G(x)=x4+x+1,即10011

110101101100001001111000010101001110011100110000101101001110100100111110余數(shù)∴傳送序列T(x)=1101,0110,1111,1036生成多項(xiàng)式的選擇生成多項(xiàng)式應(yīng)該滿足以下要求：任何一位發(fā)生錯(cuò)誤都應(yīng)使余數(shù)不為0不同位發(fā)生錯(cuò)誤應(yīng)使余數(shù)不同對(duì)余數(shù)繼續(xù)作模2除運(yùn)算應(yīng)使余數(shù)循環(huán)374）除數(shù)的產(chǎn)生四個(gè)生成多項(xiàng)式G(x)已成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)CRC-12G(x)=x12+x11+x3+x2+x+1CRC-16G(x)=x16+x15+x2+1CRC-CCITTG(x)=x16+x12+x5+1CRC-32G(x)=x32+x26+x23+

x22+x16+

x12+x11+

x10+

x8+

x7+

x5+

x4+

x2+

x+

1硬件實(shí)現(xiàn)CRC校驗(yàn)385）幀檢驗(yàn)序列FCS在數(shù)據(jù)后面添加上的冗余碼稱為幀檢驗(yàn)序列

FCS(FrameCheckSequence)。循環(huán)冗余檢驗(yàn)CRC和幀檢驗(yàn)序列FCS并不等同。CRC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。FCS可以用CRC這種方法得出，但CRC并非用來(lái)獲得FCS的唯一方法。

396）檢測(cè)出差錯(cuò)將收到的數(shù)據(jù)除以除數(shù)P，只要得出的余數(shù)R不為0，就表示檢測(cè)到了差錯(cuò)。CRC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)。一旦檢測(cè)出差錯(cuò)，就丟棄出現(xiàn)差錯(cuò)的幀。只要經(jīng)過(guò)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?！?40例1.取生成多項(xiàng)式h（X）＝X4+X+1，假設(shè)欲發(fā)送的一段信息101100110，問(wèn)在線路上傳輸?shù)拇a字是？解：由h(X)＝X4+X+1得生成碼為：10011，n為4。在101100110后面添加n（此時(shí)n=4）個(gè)0，得到1011001100000

。用1011001100000去除10011，得到余數(shù)為1000（保持n位，若不夠前面用0補(bǔ)上）把余數(shù)1000添加到要發(fā)送的數(shù)據(jù)101100110的后面，就是實(shí)際要傳送的碼字，為：101100110100010101100010011101100110000010011101011001111010100111001010011100041例2.仍取h(x)=X4+X+1，如果接收端收到的碼字為1001011110010，問(wèn)傳輸過(guò)程中有無(wú)出錯(cuò)?100011101100111001011110010100111111110011110001001110110100111011010011101答：有錯(cuò)42例3.已知：接收碼字:1100111001，生成多項(xiàng)式:h(X)=X4+X3+1(n=4)

求：碼字的正確性。若正確，則指出冗余碼和信息碼。100001

110011100111001

11001，

11001

11001

0解：1)生成碼為11001，用接收到的碼字除以生成碼，余數(shù)為0，所以碼字正確。2)因n=4，所以冗余碼是：1001，信息碼是:110011

43例4.（1）要發(fā)送的數(shù)據(jù)為1101。采用CRC的生成多項(xiàng)式是P(x)=x2+1。試求應(yīng)添加在數(shù)據(jù)后面的余數(shù)。（2）數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中要發(fā)送的數(shù)據(jù)1101變成1100，問(wèn)接收端能否發(fā)現(xiàn)？能否發(fā)現(xiàn)那幾位發(fā)生錯(cuò)誤？（3）若數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中要發(fā)送的數(shù)據(jù)1101變成1000，問(wèn)接收端能否發(fā)現(xiàn)？能否發(fā)現(xiàn)哪幾位發(fā)生錯(cuò)誤？答：（1）添加的檢驗(yàn)序列為10（1101除以101）（2）數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中要發(fā)送的數(shù)據(jù)1101變成1100，110010除以101，余數(shù)為01，不為0，接收端可以發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)。（3）若數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中要發(fā)送的數(shù)據(jù)1101變成1000，100010除以101，余數(shù)為0，接收端不能發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)。44注意用循環(huán)冗余檢驗(yàn)CRC差錯(cuò)檢測(cè)技術(shù)只能做到無(wú)比特差錯(cuò)接受，不能保證可靠傳輸?！盁o(wú)差錯(cuò)接受”是指：“凡是接受的幀（即不包括丟棄的幀），都能以非常接近于1的概率認(rèn)為這些幀在傳輸過(guò)程中沒(méi)有產(chǎn)生差錯(cuò)”。也就是說(shuō)：“凡是接受的幀都沒(méi)有傳輸差錯(cuò)”（有差錯(cuò)的幀就丟棄而不接受）。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。為提高通信效率，因特網(wǎng)對(duì)通信質(zhì)量較好的有線鏈路的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議都不使用確認(rèn)和重傳機(jī)制，即不要求向上提供可靠傳輸?shù)姆?wù)，出錯(cuò)修正可由上層協(xié)議來(lái)完成。通信質(zhì)量差的無(wú)線鏈路，則使用。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)。只要經(jīng)過(guò)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?！?453.2

點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議PPP 3.2.1PPP協(xié)議的特點(diǎn) 3.2.2PPP協(xié)議的幀格式 3.2.3PPP協(xié)議的工作狀態(tài)46PPP協(xié)議廣域網(wǎng)的多樣性需要功能更強(qiáng)大、完善的鏈路層協(xié)議支持，以適應(yīng)多變的鏈路類型，并提供一定的安全特性。PPP協(xié)議是提供在點(diǎn)到點(diǎn)鏈路上傳遞、封裝網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)包的一種鏈路層協(xié)議。PPP支持同步/異步線路，能夠提供驗(yàn)證，易于擴(kuò)展，PPP獲得廣泛應(yīng)用。47PPP的基本概念支持同步/異步線路支持驗(yàn)證和地址協(xié)商PPP可以用于如下幾種鏈路類型：同步/異步專線PPPPPPPPPPPPPPPPPP接入服務(wù)器PSTN/ISDNPSTN/ISDN48PPP的特點(diǎn)可以工作在同、異步方式下能夠控制數(shù)據(jù)鏈路的建立支持驗(yàn)證，更加安全可同時(shí)支持多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)層地址進(jìn)行協(xié)商，能夠遠(yuǎn)程分配IP地址無(wú)重傳機(jī)制，網(wǎng)絡(luò)開銷小49PPP協(xié)議的組成IP、IPX、其他網(wǎng)絡(luò)協(xié)議網(wǎng)絡(luò)層PPPIPCP、IPXCP，其他NCP鏈路層驗(yàn)證，其他選項(xiàng)LCP物理介質(zhì)（同步/異步）物理層

PPP協(xié)議主要由LCP、NCP以及用于網(wǎng)絡(luò)安全的可選驗(yàn)證協(xié)議族組成（具體功能見下面）503.2.1點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議的特點(diǎn)現(xiàn)在全世界使用得最多的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議PPP(Point-to-PointProtocol)。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。其應(yīng)用場(chǎng)合主要有：路由器到路由器（router-routerleasedlineconnection）通過(guò)modem撥號(hào)上網(wǎng)，連到路由器或接入服務(wù)器（AccessServer）（dial-uphost-routerconnection）PPP協(xié)議面向字節(jié)，包含的控制協(xié)議有兩個(gè)鏈路控制協(xié)議LCP（LinkControlProtocol）網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議NCP（NetworkControlProtocol）以幀為單位發(fā)送。幀格式與HDLC相似，區(qū)別在于PPP是面向字符的，采用字符填充技術(shù)。51用戶撥號(hào)入網(wǎng)的示意圖路由器調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器因特網(wǎng)服務(wù)提供者(ISP)用戶家庭撥號(hào)電話線使用TCP/IP的

PPP連接使用TCP/IP的客戶進(jìn)程路由選擇進(jìn)程至因特網(wǎng)…PC機(jī)52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……………………….531.PPP協(xié)議應(yīng)滿足的需求簡(jiǎn)單封裝成幀透明性多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議多種類型鏈路差錯(cuò)檢測(cè)檢測(cè)活躍度（即檢測(cè)連接狀態(tài)）最大傳送單元網(wǎng)絡(luò)層地址協(xié)商數(shù)據(jù)壓縮協(xié)商542.PPP協(xié)議不需要的功能糾錯(cuò)：TCP/IP協(xié)議中，糾錯(cuò)由傳輸層協(xié)議承擔(dān)，PPP協(xié)議只檢錯(cuò)。流量控制：TCP/IP協(xié)議中，流量控制由傳輸層協(xié)議承擔(dān)。序號(hào)：幀不需要編號(hào)，因?yàn)槭屈c(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，地址只簡(jiǎn)化成廣播地址。多點(diǎn)線路：因?yàn)橹皇屈c(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議，所以不支持多點(diǎn)線路。半雙工或單工鏈路：PPP協(xié)議只支持全雙工鏈路。553.PPP協(xié)議的組成PPP協(xié)議有三個(gè)組成部分鏈路控制協(xié)議

LCP(LinkControlProtocol),用于管理PPP數(shù)據(jù)鏈路，包括啟動(dòng)線路、測(cè)試線路、協(xié)商參數(shù)以及關(guān)閉線路。網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議

NCP(NetworkControlProtocol)，用于協(xié)商所承載的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的類型及其屬性，協(xié)商在該鏈路上所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包的格式與類型，配置網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議等。驗(yàn)證協(xié)議PAP和CHAP：主要用來(lái)驗(yàn)證PPP對(duì)端設(shè)備的身份合法性，在一定程度上保證鏈路的安全性。564.PPP會(huì)話一個(gè)完整的PPP會(huì)話建立需要如下三步：PPP鏈路鏈路的建立和配置協(xié)調(diào)階段可選的驗(yàn)證階段，選擇PAP或CHAP網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議配置協(xié)商階段PSTN/ISDN575.PPP會(huì)話流程PPP會(huì)話流程如下圖所示：底層UPDead階段Establish階段Authenticate階段Network階段Terminate階段LCPOpened驗(yàn)證失敗鏈路建立失敗關(guān)閉Down驗(yàn)證通過(guò)或無(wú)驗(yàn)證……………………….586.PPP驗(yàn)證PPP支持兩種驗(yàn)證方式PAP和CHAP。（1）PAP認(rèn)證協(xié)議（PasswordAuthenticationProtocol,口令認(rèn)證協(xié)議）：PAP認(rèn)證過(guò)程非常簡(jiǎn)單，二次握手機(jī)制。使用明文格式發(fā)送用戶名和密碼。發(fā)起方為被認(rèn)證方，可以做無(wú)限次的嘗試（暴力破解）。只在鏈路建立的階段進(jìn)行PAP認(rèn)證，一旦鏈路建立成功將不再進(jìn)行認(rèn)證檢測(cè)。目前常用于PPPoe撥號(hào)環(huán)境中。（2）CHAP認(rèn)證協(xié)議（ChallengeHandshakeAuthenticationProtocol,質(zhì)詢握手認(rèn)證協(xié)議）CHAP認(rèn)證過(guò)程比較復(fù)雜，三次握手機(jī)制。使用密文格式發(fā)送CHAP認(rèn)證信息。由認(rèn)證方發(fā)起CHAP認(rèn)證，有效避免暴力破解。在鏈路建立成功后具有再次認(rèn)證檢測(cè)機(jī)制。目前常用于企業(yè)網(wǎng)的遠(yuǎn)程接入環(huán)境中。591）PAP認(rèn)證過(guò)程首先被認(rèn)證方以明文向主認(rèn)證方發(fā)送認(rèn)證請(qǐng)求（包含用戶名和密碼），主認(rèn)證方到自己的數(shù)據(jù)庫(kù)認(rèn)證用戶名密碼是否正確，如果密碼正確，PAP認(rèn)證通過(guò)，如果用戶名密碼錯(cuò)誤，PAP認(rèn)證未通過(guò)。PAP只用于對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全要求相對(duì)較低的環(huán)境。用戶名＋密碼通過(guò)/拒絕被驗(yàn)證方主驗(yàn)證方用戶列表60主機(jī)名＋加密后報(bào)文通過(guò)/拒絕主機(jī)名＋隨機(jī)報(bào)文被驗(yàn)證方主驗(yàn)證方主驗(yàn)證方首先發(fā)起驗(yàn)證請(qǐng)求，三次握手驗(yàn)證不發(fā)送密碼，安全性比PAP高用戶列表2）CHAP認(rèn)證過(guò)程61CHAP認(rèn)證過(guò)程第一步：主認(rèn)證方發(fā)起認(rèn)證請(qǐng)求，向被認(rèn)證方發(fā)送一個(gè)隨機(jī)產(chǎn)生的數(shù)值，并同時(shí)將將本端的用戶名一起發(fā)送給被驗(yàn)證方。第二步：被驗(yàn)證方接收到主認(rèn)證方的請(qǐng)求后，檢查密碼（如果沒(méi)有設(shè)密碼就用默認(rèn)的密碼），查到密碼再結(jié)合主認(rèn)證方發(fā)來(lái)的id和隨機(jī)數(shù)據(jù)根據(jù)MD5算法算出一個(gè)Hash值，將此值和自己的用戶名發(fā)回主驗(yàn)證方。第三步：主驗(yàn)證方用MD5算法對(duì)報(bào)文id、本地保存的被驗(yàn)證方密碼和原隨機(jī)數(shù)生成一個(gè)Hash值，并于收到的Hash值進(jìn)行比較。如果一致，則認(rèn)證通過(guò)，否則，認(rèn)證不通過(guò)。62CHAP認(rèn)證過(guò)程主驗(yàn)證方發(fā)送用戶名1被驗(yàn)證方是否配端口密碼檢查用戶列表用端口密碼+ID+隨機(jī)數(shù)計(jì)算Hash值，帶用戶名2發(fā)回被驗(yàn)證方從用戶列表中查找與用戶名1對(duì)應(yīng)的密碼+ID+隨機(jī)數(shù)計(jì)算Hash值，帶用戶名2發(fā)回主驗(yàn)證方用自己用戶名列表中，查找用戶名2對(duì)應(yīng)的密碼+ID+隨機(jī)數(shù)，計(jì)算Hash‘值Hash=Hash’OK失敗YNYN63PPP驗(yàn)證對(duì)比PAP是兩次握手，CHAP是三次握手PAP以明文方式在鏈路上發(fā)送，缺乏安全性CHAP只在網(wǎng)絡(luò)上傳輸用戶名，而并不傳輸用戶密碼PAP和CHAP都支持雙向身份驗(yàn)證……………………….643.2.2PPP協(xié)議的幀格式PPP的幀格式和HDLC的相似。標(biāo)志字段F=0x7E（符號(hào)“0x”表示后面的字符是用十六進(jìn)制表示。十六進(jìn)制的7E的二進(jìn)制表示是01111110）。地址字段A只置為0xFF。地址字段實(shí)際上并不起作用?？刂谱侄蜟通常置為0x03。PPP是面向字節(jié)的，所有的PPP

幀的長(zhǎng)度都是整數(shù)字節(jié)。65PPP的幀格式標(biāo)記域：為01111110；66PPP的幀格式地址域：為11111111，對(duì)應(yīng)廣播地址。PPP只用于點(diǎn)到點(diǎn)鏈路，實(shí)際上不需要數(shù)據(jù)鏈路層的地址。67PPP的幀格式控制域：缺省值為00000011，表示無(wú)序號(hào)幀，不提供使用序號(hào)和確認(rèn)的可靠傳輸。68PPP的幀格式協(xié)議域：指示信息部分中是何種分組，缺省大小為2個(gè)字節(jié)。高位為0，表示是網(wǎng)絡(luò)層的分組，高位為1，說(shuō)明是LCP或者NCP的分組。0x0021——信息字段是IP數(shù)據(jù)報(bào)0xC021——信息字段是鏈路控制協(xié)議LCP0x8021——信息字段是網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議NCP69PPP的幀格式信息域：長(zhǎng)度可變，最大為1500字節(jié)；70PPP的幀格式校驗(yàn)和域：2或4個(gè)字節(jié)，使用循環(huán)冗余校驗(yàn)碼。71PPP協(xié)議的幀格式PPP有一個(gè)2個(gè)字節(jié)的協(xié)議字段。當(dāng)協(xié)議字段為0x0021時(shí)，PPP幀的信息字段就是IP數(shù)據(jù)報(bào)。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(luò)控制數(shù)據(jù)。

IP數(shù)據(jù)報(bào)1211字節(jié)12不超過(guò)1500字節(jié)PPP幀先發(fā)送7EFF03FACFCSF7E協(xié)議信息部分首部尾部72舉例：例：已知某網(wǎng)絡(luò)的采用PPP協(xié)議傳輸幀，已知某幀長(zhǎng)為44字節(jié)，試問(wèn)該幀最多可傳輸多少國(guó)標(biāo)（采用ASCII碼）漢字？答：在PPP幀中，數(shù)據(jù)最多可占用的字節(jié)數(shù)=44-（1+1+1+2+2+1）=36；又因?yàn)橐粋€(gè)國(guó)標(biāo)漢字的編碼長(zhǎng)度為兩個(gè)字節(jié)，所以該幀最多可傳輸?shù)臐h字?jǐn)?shù)為：37÷2=1873透明傳輸問(wèn)題當(dāng)PPP用在同步傳輸鏈路時(shí)，協(xié)議規(guī)定采用硬件來(lái)完成比特填充（和HDLC的做法一樣）即零比特填充法。當(dāng)PPP用在異步傳輸時(shí)，就使用一種特殊的字符填充法。74字符填充將信息字段中出現(xiàn)的每一個(gè)0x7E字節(jié)轉(zhuǎn)變成為2字節(jié)序列(0x7D,0x5E)。若信息字段中出現(xiàn)一個(gè)0x7D的字節(jié),則將其轉(zhuǎn)變成為2字節(jié)序列(0x7D,0x5D)。若信息字段中出現(xiàn)ASCII碼的控制字符（即數(shù)值小于0x20的字符），則在該字符前面要加入一個(gè)0x7D字節(jié)，同時(shí)將該字符的編碼加以改變。P1053-975零比特填充PPP協(xié)議用在SONET/SDH鏈路時(shí)，是使用同步傳輸（一連串的比特連續(xù)傳送）。這時(shí)PPP協(xié)議采用零比特填充方法來(lái)實(shí)現(xiàn)透明傳輸。PPP采用零比特填充法使一幀中兩個(gè)F字段之間不會(huì)出現(xiàn)6個(gè)連續(xù)1。在發(fā)送端，當(dāng)一串比特流數(shù)據(jù)中有5個(gè)連續(xù)1時(shí)，就立即填入一個(gè)0。在接收幀時(shí)，先找到F字段以確定幀的邊界。接著再對(duì)比特流進(jìn)行掃描。每當(dāng)發(fā)現(xiàn)5個(gè)連續(xù)1時(shí)，就將其后的一個(gè)0刪除，以還原成原來(lái)的比特流。76例題：PPP協(xié)議使用同步傳輸技術(shù)傳送比特串0110111111111100。試問(wèn)經(jīng)過(guò)零比特填充后變成怎樣的比特串?答案：011011111011111000若接收端收到的比特串是0001110111110111110110，問(wèn)發(fā)送端實(shí)際發(fā)送的數(shù)據(jù)是?答案：000111011111-11111-11077透明傳輸采用零比特填充法就可傳送任意組合的比特流，或者說(shuō)，就可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層的透明傳輸。當(dāng)連續(xù)傳輸兩個(gè)幀時(shí)，前一個(gè)幀的結(jié)束標(biāo)志字段F可以兼作后一幀的起始標(biāo)志字段。當(dāng)暫時(shí)沒(méi)有信息傳送時(shí)，可以連續(xù)發(fā)送標(biāo)志字段，使收端可以一直和發(fā)端保持同步。78不提供使用序號(hào)和確認(rèn)的可靠傳輸PPP協(xié)議之所以不使用序號(hào)和確認(rèn)機(jī)制是出于以下的考慮：在數(shù)據(jù)鏈路層出現(xiàn)差錯(cuò)的概率不大時(shí)，使用比較簡(jiǎn)單的PPP協(xié)議較為合理。在因特網(wǎng)環(huán)境下，PPP的信息字段放入的數(shù)據(jù)是IP數(shù)據(jù)報(bào)。數(shù)據(jù)鏈路層的可靠傳輸并不能夠保證網(wǎng)絡(luò)層的傳輸也是可靠的。幀檢驗(yàn)序列FCS字段可保證無(wú)差錯(cuò)接受。

……………………….793.2.3PPP協(xié)議的工作狀態(tài)用戶接入互聯(lián)網(wǎng)的步驟：當(dāng)用戶撥號(hào)接入ISP時(shí)，路由器的調(diào)制解調(diào)器對(duì)撥號(hào)做出確認(rèn)，并建立一條物理連接。PC機(jī)向路由器發(fā)送一系列的LCP分組（封裝成多個(gè)PPP幀），這些分組及其響應(yīng)選擇一些PPP參數(shù)。接下來(lái)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)層配置，NCP給新接入的PC機(jī)分配一個(gè)臨時(shí)的IP地址，使PC機(jī)成為因特網(wǎng)上的一個(gè)主機(jī)。通信完畢時(shí)，NCP釋放網(wǎng)絡(luò)層連接，收回原來(lái)分配出去的IP地址。接著，LCP釋放數(shù)據(jù)鏈路層連接。最后釋放的是物理層的連接。80狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換當(dāng)線路處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，并不存在物理層的連接。當(dāng)檢測(cè)到調(diào)制解調(diào)器的載波信號(hào)，并建立物理層連接后，線路就進(jìn)入建立狀態(tài)，這時(shí)LCP開始協(xié)商一些選項(xiàng)。協(xié)商結(jié)束后就進(jìn)入鑒別狀態(tài)。若通信的雙方鑒別身份成功，則進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。NCP配置網(wǎng)絡(luò)層，分配IP地址，然后就進(jìn)入可進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的打開狀態(tài)。數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后就轉(zhuǎn)到終止?fàn)顟B(tài)。載波停止后則回到靜止?fàn)顟B(tài)。81PPP協(xié)議的狀態(tài)圖建立失敗失敗NCP配置鑒別成功通信結(jié)束載波停止檢測(cè)到載波雙方協(xié)商一些選項(xiàng)鑒別網(wǎng)絡(luò)打開終止靜止靜止?fàn)顟B(tài)——建立狀態(tài)——鑒別狀態(tài)——網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)——打開狀態(tài)——終止?fàn)顟B(tài)……………………….823.3局域網(wǎng)局域網(wǎng)通常是由地理范圍在幾公里以內(nèi)的、采用單一或有限的傳輸媒體、按照某種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相互連接起來(lái)的計(jì)算機(jī)組成的網(wǎng)絡(luò)。常為某個(gè)單位所有并獨(dú)立管理。833.3.1局域網(wǎng)的特點(diǎn)

①共享傳輸信道。在局域網(wǎng)中，多個(gè)系統(tǒng)連接到一個(gè)共享的通信媒體上。②地理范圍有限，用戶個(gè)數(shù)有限。通常局域網(wǎng)僅為一個(gè)單位服務(wù)，只在一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的局部范圍內(nèi)連網(wǎng)。一般來(lái)說(shuō)，局域網(wǎng)的覆蓋范圍約為10m～10km內(nèi)或更大一些。③傳輸速率高。局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速率一般為10～100Mbps，可高達(dá)10Gbps，能支持計(jì)算機(jī)之間的高速通信，所以時(shí)延較低。④誤碼率低。因近距離傳輸，所以誤碼率很低，一般在10-8～10-11之間。⑤多采用分布式控制和廣播式通信。在局域網(wǎng)中各站是平等關(guān)系而不是主從關(guān)系，可以進(jìn)行廣播或組播。84決定局域網(wǎng)性能的三要素用于傳輸數(shù)據(jù)的傳輸媒體；用于連接各種通信設(shè)備的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；用于解決線路爭(zhēng)用的媒體訪問(wèn)控制方法?！?85局域網(wǎng)中的傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)雙絞線基帶同軸電纜光纖無(wú)線各種介質(zhì)的使用情況雙絞線

已能用于數(shù)據(jù)傳輸速率為100Mb/s、1Gb/s的高速局域網(wǎng)中，在局部范圍內(nèi)的中、高速局域網(wǎng)中使用雙絞線在遠(yuǎn)距離傳輸中使用光纖在有移動(dòng)結(jié)點(diǎn)的局域網(wǎng)中采用無(wú)線技術(shù)的趨勢(shì)86局域網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)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)87媒體共享技術(shù)可分為如下兩大類靜態(tài)劃分信道--不夠靈活，代價(jià)高，不適合于局域網(wǎng)和某些廣播信道的網(wǎng)絡(luò)使用。頻分復(fù)用時(shí)分復(fù)用波分復(fù)用碼分復(fù)用

動(dòng)態(tài)媒體接入控制--又稱為多點(diǎn)接入(multipleaccess)，其特點(diǎn)是信道并非在用戶通信時(shí)固定分配給用戶。隨機(jī)接入:CSMA/CD受控接入，如多點(diǎn)線路探詢(polling)，或輪詢。

88局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)

——IEEE802局域網(wǎng)參考模型電氣電子工程師學(xué)會(huì)IEEE于1980年2月成立了IEEE802委員會(huì)，專門研究并制訂有關(guān)局域網(wǎng)和城域網(wǎng)的參考模型和各種標(biāo)準(zhǔn)。89局域網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)IEEE802標(biāo)準(zhǔn)遵循ISO/OSI參考模型的原則，解決最低兩層（即物理層和數(shù)據(jù)鏈路層）的功能以及與網(wǎng)絡(luò)層的接口服務(wù)、網(wǎng)際互連有關(guān)的高層功能。IEEE802LAN參考模型與ISO/OSI參考模型的對(duì)應(yīng)關(guān)系：OSI參考模型IEEE

802

LAN參考模型網(wǎng)絡(luò)層IP、IPX等網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層LLC子層802.2LLC/SNAPMAC子層802.3、802.4、802.5、802.11物理層同軸電纜、雙絞線、光纖、RJ-45、無(wú)線電波90局域網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層的子層IPIPXAppleTalkNetBEUI802.2LLC/SNAP802.3以太網(wǎng)802.4令牌總線802.5令牌環(huán)網(wǎng)802.11無(wú)線局域網(wǎng)物理層數(shù)據(jù)鏈路層LLC子層MAC子層LLC子層：封裝和標(biāo)識(shí)上層協(xié)議，隔離多樣的下層協(xié)議和介質(zhì)。MAC子層：適應(yīng)多樣的傳輸介質(zhì)，處理信道占用、編址/尋址、差錯(cuò)校驗(yàn)等。91

IEEE802標(biāo)準(zhǔn)系列：（紅色字體為目前活躍的工作組）IEEE802.1

橋接/體系結(jié)構(gòu)。IEEE802.2

邏輯鏈路控制。IEEE802.3

CSMA/CD總線訪問(wèn)控制方法及物理層技術(shù)規(guī)范。IEEE802.4

令牌總線訪問(wèn)控制方法及物理層技術(shù)規(guī)范。IEEE802.5

令牌環(huán)網(wǎng)訪問(wèn)控制方法及物理層規(guī)范。IEEE802.6

城域網(wǎng)訪問(wèn)控制方法及物理層技術(shù)規(guī)范。IEEE802.7

寬帶技術(shù)。IEEE802.8

光纖技術(shù)。IEEE802.9

綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ISDN）技術(shù)。IEEE802.10局域網(wǎng)安全技術(shù)。IEEE802.11無(wú)線局域網(wǎng)。

IEEE802.12100BASE-VG標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.14有線電視網(wǎng)（CATVBroadband）標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.15無(wú)線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)IEEE802.16寬帶無(wú)線接入IEEE802.17彈性分組環(huán)IEEE802.18無(wú)線管制IEEE802.19共存IEEE802.20移動(dòng)寬帶無(wú)線接入IEEE802.21媒體無(wú)關(guān)切換92局域網(wǎng)的層次結(jié)構(gòu)局域網(wǎng)是一個(gè)通信網(wǎng)，主要涉及ISO/OSI參考模型中下三層（即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層）的通信功能。局域網(wǎng)多采用共享信道技術(shù)，所以通常不設(shè)立單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)層，網(wǎng)絡(luò)層及其其它上層的功能由局域網(wǎng)操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。因此，局域網(wǎng)僅相當(dāng)于ISO/OSI參考模型的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。93數(shù)據(jù)鏈路層的兩個(gè)子層為了使數(shù)據(jù)鏈路層能更好地適應(yīng)多種局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，802委員會(huì)就將局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層拆成兩個(gè)子層：邏輯鏈路控制LLC(LogicalLinkControl)子層媒體訪問(wèn)控制MAC(MediumAccessControl)子層與接入到傳輸媒體有關(guān)的內(nèi)容都放在MAC子層，而LLC子層則與傳輸媒體無(wú)關(guān)。94媒體訪問(wèn)控制子層（MAC子層）MAC子層的主要功能與接入各種傳輸介質(zhì)有關(guān)的問(wèn)題都放在MAC子層：在發(fā)送端將要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)組裝成幀，幀中包含有地址和差錯(cuò)檢測(cè)等字段；在接收端，將接收到的幀解包，進(jìn)行地址識(shí)別和差錯(cuò)檢測(cè)；管理和控制對(duì)于局域網(wǎng)傳輸介質(zhì)的訪問(wèn)；其中，最重要的是管理和控制對(duì)傳輸介質(zhì)的訪問(wèn)。各種介質(zhì)訪問(wèn)控制技術(shù)的特征可以由兩個(gè)因素來(lái)區(qū)分：“在哪里控制”“怎樣控制”95在哪里控制“在哪里控制”是指介質(zhì)訪問(wèn)控制是集中式的還是分布式的。在集中式控制方案中需要有一個(gè)中心站或者監(jiān)控站專門負(fù)責(zé)實(shí)施介質(zhì)的訪問(wèn)控制功能，任何工作站必須得到監(jiān)控站的允許后才能夠向網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送數(shù)據(jù)；在分布式控制方案中，所有工作站共同完成介質(zhì)訪問(wèn)控制功能，從而可以動(dòng)態(tài)的決定發(fā)送數(shù)據(jù)的順序。96集中式的介質(zhì)訪問(wèn)控制優(yōu)點(diǎn)：可以提供更復(fù)雜、更靈活的控制，例如多種優(yōu)先級(jí)，超越優(yōu)先權(quán)，按需分配帶寬等；各個(gè)工作站的訪問(wèn)邏輯比較簡(jiǎn)單；避免了復(fù)雜的配合問(wèn)題。缺點(diǎn)：監(jiān)控站可能造成網(wǎng)絡(luò)中的單點(diǎn)失效；監(jiān)控站可能成為網(wǎng)絡(luò)性能的瓶頸。97分布式的介質(zhì)訪問(wèn)控制分布式介質(zhì)訪問(wèn)控制的優(yōu)缺點(diǎn)與集中式是對(duì)稱的。在局域網(wǎng)中大多采用分布式介質(zhì)訪問(wèn)控制。98怎樣控制可分為同步式和異步式控制兩種。同步式控制：對(duì)各個(gè)連接分配固定的網(wǎng)絡(luò)帶寬。這種技術(shù)應(yīng)用在電路交換、頻分多路和同步時(shí)分多路網(wǎng)絡(luò)中，不適合應(yīng)用在局域網(wǎng)中，因?yàn)楣ぷ髡緦?duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求是無(wú)法預(yù)見的。異步式控制：根據(jù)工作站請(qǐng)求的容量分配帶寬。異步分配方法可進(jìn)一步劃分為循環(huán)、預(yù)約和競(jìng)爭(zhēng)3種方式。

99（1）循環(huán)式循環(huán)式使每個(gè)站輪流得到發(fā)送數(shù)據(jù)的機(jī)會(huì)。所有的站按照一定的邏輯順序傳遞發(fā)送權(quán)限，以保證每個(gè)工作站都能得到發(fā)送機(jī)會(huì)。這種順序控制可能是集中式的，也可能是分布式的。當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)有很多站要發(fā)送數(shù)據(jù)，這種循環(huán)方式很有效。如果長(zhǎng)時(shí)間只有很少的站發(fā)送數(shù)據(jù)，則這種循環(huán)方式的開銷太大。該問(wèn)題可以用下面兩種方式，即預(yù)約式和競(jìng)爭(zhēng)式來(lái)解決，這取決于網(wǎng)絡(luò)通信是流式的還是突發(fā)式的。100（2）預(yù)約式流式通信是指長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)傳輸，例如語(yǔ)音通信。預(yù)約式控制適合這種通信方式。通常，這種技術(shù)把傳輸介質(zhì)的使用時(shí)間劃分為時(shí)槽。預(yù)約也分為集中式控制和分布式控制兩種。101（3）競(jìng)爭(zhēng)式突發(fā)式通信是指短時(shí)間的零星傳輸，例如終端和主機(jī)之間的通信。這種通信方式適合采用競(jìng)爭(zhēng)式分配技術(shù)。這種技術(shù)不對(duì)各個(gè)工作站的發(fā)送權(quán)限進(jìn)行控制，而是由各個(gè)工作站自由競(jìng)爭(zhēng)發(fā)送機(jī)會(huì)。這種競(jìng)爭(zhēng)是零亂無(wú)序的，更適合分布式控制。競(jìng)爭(zhēng)式分配的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單，在輕負(fù)載或者中等負(fù)載下效率較高。缺點(diǎn)：當(dāng)負(fù)載很重時(shí)，其性能下降明顯。……………………….102邏輯鏈路控制子層（LLC子層）LLC子層的主要功能 數(shù)據(jù)鏈路層中與媒體接入無(wú)關(guān)的部分都集中在LLC子層：建立和釋放數(shù)據(jù)鏈路層的邏輯連接；提供與高層的接口；差錯(cuò)控制；給幀加上序號(hào)103局域網(wǎng)對(duì)LLC子層是透明的局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層物理層站點(diǎn)1網(wǎng)絡(luò)層物理層邏輯鏈路控制LLCLLC媒體訪問(wèn)控制MACMAC數(shù)據(jù)鏈路層站點(diǎn)2LLC子層看不見下面的局域網(wǎng)104以后一般不考慮LLC子層隨著技術(shù)的發(fā)展，以太網(wǎng)在局域網(wǎng)市場(chǎng)中已完全取得壟斷性地位，目前已不存在多種局域網(wǎng)技術(shù)并存的問(wèn)題，而且，LLC是802委員會(huì)為屏蔽多種局域網(wǎng)之間的差異而提出的，因此，實(shí)際基于以太網(wǎng)的TCP/IP體系結(jié)構(gòu)刪除了LLC子層。很多廠商生產(chǎn)的網(wǎng)絡(luò)接口卡（簡(jiǎn)稱“網(wǎng)卡”）上就僅裝有MAC協(xié)議而沒(méi)有LLC協(xié)議。網(wǎng)卡工作在物理層和數(shù)據(jù)鏈路層（實(shí)際為MAC子層）。……………………….105主要局域網(wǎng)技術(shù)簡(jiǎn)介以太網(wǎng)：由Xerox公司最早開發(fā)，在Xerox、DEC、Intel公司推動(dòng)下形成DIX標(biāo)準(zhǔn)。最初以太網(wǎng)是指同軸電纜形成的總線拓?fù)?，隨即出現(xiàn)由Hub實(shí)現(xiàn)的星型結(jié)構(gòu)，以及用網(wǎng)橋?qū)崿F(xiàn)的橋接式以太網(wǎng)和用交換機(jī)實(shí)現(xiàn)的交換式以太網(wǎng)。令牌環(huán)網(wǎng)：最早由IBM公司設(shè)計(jì)，被IEEE接納，形成IEEE802.5標(biāo)準(zhǔn)。物理上是星型結(jié)構(gòu)，邏輯上是環(huán)形拓?fù)?。過(guò)于復(fù)雜已停滯發(fā)展。FDDI：利用環(huán)形拓?fù)涞木钟蚓W(wǎng)技術(shù)。應(yīng)用已日漸減少，存在與早期建設(shè)的網(wǎng)絡(luò)中。無(wú)線局域網(wǎng)：通過(guò)射頻（RF）技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。WLAN設(shè)備通過(guò)諸如展頻或正交頻分復(fù)用技術(shù)將數(shù)據(jù)信號(hào)調(diào)制在特定頻率的電磁波中進(jìn)行傳送。IEEE802.11系列文檔提供了WLAN標(biāo)準(zhǔn)。106以太網(wǎng)局域網(wǎng)技術(shù)中最著名和應(yīng)用最廣泛的是以太網(wǎng)（Ethernet），以太網(wǎng)具有傳輸速率高、網(wǎng)絡(luò)軟件豐富、系統(tǒng)功能強(qiáng)、安裝連接簡(jiǎn)單和使用維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，是目前國(guó)際上最流行的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之一。以太網(wǎng)的是由施樂(lè)公司（Xerox）于1975年研制成功的，到1980年由DEC、Intel和Xerox三家公司聯(lián)合設(shè)計(jì)了Ethernet技術(shù)規(guī)范，簡(jiǎn)稱DIX規(guī)范。全球90%以上的LAN都是以太網(wǎng)，全球網(wǎng)絡(luò)中以太網(wǎng)端口至少在32億個(gè)以上，已安裝的以太網(wǎng)設(shè)備高達(dá)幾萬(wàn)億美元。由于以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)率已演進(jìn)到100Mb/s、1Gb/s甚至10Gb/s，因此通常就用“傳統(tǒng)以太網(wǎng)”來(lái)表示最早流行的10Mb/s速率的以太網(wǎng)。107以太網(wǎng)的結(jié)構(gòu)在IP網(wǎng)絡(luò)中，以太網(wǎng)作為其中一員工作在鏈路層；向上提供鏈路數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，向下需要物理層作為傳輸數(shù)據(jù)流的基礎(chǔ)；在以太網(wǎng)鏈路層，可以進(jìn)一步劃分成如下子層：LLC和MAC子層；在以太網(wǎng)物理層，可以進(jìn)一步劃分成如下子層：PLS、PCS和PMA子層。108

1.以太網(wǎng)的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)DIXEthernetV2：是世界上第一個(gè)局域網(wǎng)產(chǎn)品（以太網(wǎng)）的規(guī)約。IEEE的802.3標(biāo)準(zhǔn)DIXEthernetV2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)”。嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，“以太網(wǎng)”應(yīng)當(dāng)是指符合DIXEthernetV2標(biāo)準(zhǔn)的局域網(wǎng)。109以太網(wǎng)物理層標(biāo)準(zhǔn)的簡(jiǎn)寫名稱例如：10BASE-5、10BROAD-36、100BASE-T命名方法：XType-Y分為三部分：第一部分：XX表示帶寬，單位為Mbps第二部分：TypeType表示傳輸?shù)男盘?hào)類型，BASE表示基帶信號(hào)，BROAD表示寬帶信號(hào)。第三部分：YY表示以百米為單位的最大長(zhǎng)度或者介質(zhì)的類型……………………….110早期以太網(wǎng)技術(shù)介紹名稱速率介質(zhì)類型最大線纜長(zhǎng)度10BASE510Mbps粗同軸電纜500m10BASE210Mbps細(xì)同軸電纜200m10BASE-T10Mbps雙絞線100mHub10BASE5/10BASE210BASE-T111以太網(wǎng)集線器集線器(Hub)與主機(jī)構(gòu)成物理星型拓?fù)浼€器內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，任意時(shí)間只有一臺(tái)主機(jī)能占用總線HostHostHostHost內(nèi)部總線集線器1122.適配器的作用網(wǎng)絡(luò)接口板又稱為通信適配器(adapter)或網(wǎng)絡(luò)接口卡NIC(NetworkInterfaceCard)，或“網(wǎng)卡”。網(wǎng)卡上裝有自己的處理器和存儲(chǔ)器。網(wǎng)卡的重要功能：進(jìn)行串行/并行轉(zhuǎn)換。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存。在計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)安裝設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)協(xié)議。數(shù)據(jù)的封裝與解封。鏈路管理主要是CSMA/CD協(xié)議的實(shí)現(xiàn)。編碼與譯碼即曼徹斯特編碼與譯碼。1132.網(wǎng)卡的作用網(wǎng)絡(luò)接口板又稱為通信適配器(adapter)或網(wǎng)絡(luò)接口卡NIC(NetworkInterfaceCard)，或“網(wǎng)卡”

以太網(wǎng)網(wǎng)卡114計(jì)算機(jī)通過(guò)網(wǎng)卡和局域網(wǎng)進(jìn)行通信硬件地址至局域網(wǎng)適配器（網(wǎng)卡）串行通信CPU和存儲(chǔ)器生成發(fā)送的數(shù)據(jù)處理收到的數(shù)據(jù)把幀發(fā)送到局域網(wǎng)從局域網(wǎng)接收幀計(jì)算機(jī)IP地址并行通信……………………….115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。當(dāng)初認(rèn)為這樣的連接方法既簡(jiǎn)單又可靠，因?yàn)榭偩€上沒(méi)有有源器件。3.3.2以太網(wǎng)的媒體訪問(wèn)控制方法B向

D發(fā)送數(shù)據(jù)CDAE匹配電阻（用來(lái)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)116以太網(wǎng)的單播與廣播以太網(wǎng)幀中包含兩個(gè)MAC地址，一個(gè)是發(fā)送者的MAC地址，稱為源MAC地址，另一個(gè)是接收者的地址，稱為目的MAC地址。目的為單一站點(diǎn)的發(fā)送稱為單播；目的為全部站點(diǎn)的發(fā)送稱為廣播；目的為某一組特定站點(diǎn)的發(fā)送稱為組播。以太網(wǎng)卡具有過(guò)濾功能。網(wǎng)卡只將發(fā)送給自己的幀接收、解封裝并提交給上層協(xié)議處理，對(duì)于不是發(fā)送給自己的幀則丟棄。網(wǎng)卡維護(hù)一個(gè)接收地址表，表中包含自己的MAC地址、廣播地址以及自己所屬的組播MAC地址。117單播與廣播接收地址包括本卡MAC地址、廣播地址和本機(jī)所屬組播組地址網(wǎng)卡丟棄與本卡接收地址不匹配的幀網(wǎng)卡解開與本卡接收地址匹配的幀，將數(shù)據(jù)遞交上層處理接收DMAC=00E0.FC01.2222不接收MAC:00E0.FC01.1111MAC:00E0.FC01.2222MAC:00E0.FC01.3333接收DMAC=FFFF.FFFF.FFFF接收MAC:00E0.FC01.1111MAC:00E0.FC01.2222MAC:00E0.FC01.3333單播廣播118以太網(wǎng)的廣播方式發(fā)送總線上的每一個(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)。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。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(lái)。具有廣播特性的總線上實(shí)現(xiàn)了一對(duì)一的通信。119為了通信的簡(jiǎn)便

以太網(wǎng)采取了兩種重要的措施（1）采用較為靈活的無(wú)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)。（2）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)。不要確認(rèn)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。因此，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。差錯(cuò)的糾正由高層協(xié)議來(lái)完成。120剩下的一個(gè)重要問(wèn)題就是如何協(xié)調(diào)總線上各計(jì)算機(jī)的工作。由于總線上只要有一臺(tái)計(jì)算機(jī)在發(fā)送數(shù)據(jù)，總線的資源就被占用，因此，在同一時(shí)間只能允許一臺(tái)計(jì)算機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，否則各計(jì)算機(jī)之間就會(huì)相互干擾，結(jié)果大家都無(wú)法正常發(fā)送數(shù)據(jù)。這個(gè)任務(wù)交由媒體訪問(wèn)控制（MAC）子層來(lái)完成。剩余問(wèn)題121媒體訪問(wèn)控制方法要解決以下幾個(gè)問(wèn)題：該哪個(gè)結(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)？發(fā)送時(shí)會(huì)不會(huì)出現(xiàn)碰撞？出現(xiàn)碰撞怎么辦？在以太網(wǎng)中，使用的是CSMA/CD協(xié)議來(lái)解決以上問(wèn)題。CSMA/CD協(xié)議是在CSMA協(xié)議的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，而CSMA又是在ALOHA的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。媒體訪問(wèn)控制要解決的問(wèn)題122CSMA/CD協(xié)議CSMA/CD表示CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection，全稱為載波監(jiān)聽多路訪問(wèn)/碰撞檢測(cè)?！岸嗦吩L問(wèn)”是指多個(gè)結(jié)點(diǎn)共用一個(gè)共享的傳輸媒體?！拜d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，繼續(xù)進(jìn)行監(jiān)聽。123“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。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)電壓擺動(dòng)值將會(huì)增大（互相疊加）。當(dāng)一個(gè)站檢測(cè)到的信號(hào)電壓擺動(dòng)值超過(guò)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。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(wú)法從中恢復(fù)出有用的信息來(lái)。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。碰撞檢測(cè)1241kmABtt=0單程端到端傳播時(shí)延記為

傳播時(shí)延對(duì)載波監(jiān)聽的影響1251kmABt碰撞t=2

A檢測(cè)到發(fā)生碰撞

t=

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

傳播時(shí)延對(duì)載波監(jiān)聽的影響1261kmABt碰撞t=

B檢測(cè)到信道空閑發(fā)送數(shù)據(jù)t=

/2發(fā)生碰撞t=2

A檢測(cè)到發(fā)生碰撞t=

B發(fā)送數(shù)據(jù)B檢測(cè)到發(fā)生碰撞t=ABABAB

t=0A檢測(cè)到信道空閑發(fā)送數(shù)據(jù)ABt=0t=B檢測(cè)到發(fā)生碰撞停止發(fā)送STOPt=2

A檢測(cè)到發(fā)生碰撞STOPAB單程端到端傳播時(shí)延記為

127爭(zhēng)用期最先發(fā)送數(shù)據(jù)幀的站，在發(fā)送數(shù)據(jù)幀后至多經(jīng)過(guò)時(shí)間2

（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。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。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。128爭(zhēng)用期的長(zhǎng)度以太網(wǎng)取512比特（64字節(jié)）時(shí)間為爭(zhēng)用期的長(zhǎng)度。對(duì)于10Mb/s以太網(wǎng)，爭(zhēng)用期為51.2us。以太網(wǎng)在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，若前64字節(jié)沒(méi)有發(fā)生碰撞，則后續(xù)的數(shù)據(jù)就不會(huì)發(fā)生碰撞。129最短有效幀長(zhǎng)如果發(fā)生碰撞，就一定是在發(fā)送的前64字節(jié)之內(nèi)。由于一檢測(cè)到碰撞就立即中止發(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)。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)的幀都是由于碰撞而異常中止的無(wú)效幀。130碰撞域（沖突域）碰撞域（collisiondomain）指一個(gè)CSMA/CD以太網(wǎng)區(qū)域，同一個(gè)碰撞域中的兩個(gè)或多個(gè)站點(diǎn)同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)就會(huì)產(chǎn)生碰撞。

CSMA/CD在碰撞域內(nèi)正常碰撞檢測(cè)，超出碰撞域就不能正常工作。以太網(wǎng)64字節(jié)及以上的幀，在一個(gè)碰撞域內(nèi)可以保證正常的進(jìn)行碰撞檢測(cè)。若網(wǎng)絡(luò)跨距超過(guò)碰撞域的允許范圍，信號(hào)的端到端往返時(shí)延超過(guò)了爭(zhēng)用期，就不能夠正常的進(jìn)行碰撞檢測(cè)了。因此碰撞域限制了CSMA/CD以太網(wǎng)的最大網(wǎng)絡(luò)跨距。131不同網(wǎng)絡(luò)的最小幀長(zhǎng)由上述分析可知，為了確保發(fā)送數(shù)據(jù)站點(diǎn)在傳輸時(shí)能檢測(cè)到可能存在的沖突，數(shù)據(jù)幀的發(fā)送時(shí)延至少要兩倍于傳播時(shí)延。換句話說(shuō)，要求分組的長(zhǎng)度不短于某個(gè)值，否則在檢測(cè)出沖突之前傳輸已經(jīng)結(jié)束，但實(shí)際上分組已被沖突所破壞。由此引出了CSMA/CD總線網(wǎng)絡(luò)中最短幀長(zhǎng)的計(jì)算關(guān)系式：=2×任意兩站點(diǎn)間的最大距離（米）信號(hào)在信道上的傳播速率（通常為200m/us）最短數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)（bit）數(shù)據(jù)傳輸速率（Mbps）計(jì)算時(shí)要注意單位統(tǒng)一。132例1：規(guī)定最小幀的長(zhǎng)度為512bit，傳輸速率為10Mb/s，電磁波在電纜中的傳播速率為200m/us。局域網(wǎng)的最大跨距為

m。5120133例2：設(shè)某單位總線LAN,總線長(zhǎng)度為1000米,數(shù)據(jù)率為10Mbps,數(shù)字信號(hào)在總線上的傳輸速度2C/3(C為光速3*108m/s),則每個(gè)信號(hào)占據(jù)的介質(zhì)長(zhǎng)度為

米.當(dāng)CSMA/CD訪問(wèn)時(shí),如只考慮數(shù)據(jù)幀而忽略其他一切因素,則最小時(shí)間片的長(zhǎng)度為

μs,最小幀長(zhǎng)度是

位?134(1)答：2c/3=2*3*108/3=2*108(m/s)1000米所需時(shí)間為T=1000/2*108=5*10-6秒T時(shí)間內(nèi)可傳輸多少位呢？5*10-6*10*106=50bit則1000米上有50位，1位占據(jù)的介質(zhì)長(zhǎng)度為20米(2)答：最小時(shí)間片的長(zhǎng)度=2*傳播時(shí)延=2*T=10-5秒=10μs(3)答：最短數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)(bit)/數(shù)據(jù)傳輸速率(Mbps)＝2T則：最短數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)=數(shù)據(jù)傳輸速率×2T=10×106×10-5=100(b)135例3：數(shù)據(jù)率為10Mbit/s的以太網(wǎng)的碼元傳輸速率是多少波特？答：以太網(wǎng)使用曼徹斯特編碼，這就意味著發(fā)送的每一位都有兩個(gè)信號(hào)周期。標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)速率是10Mb/s，因此波特率是數(shù)據(jù)率的兩倍，即20M波特。

136例4：假定1km長(zhǎng)的CSMA/CD網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)率為1Gbit/s。設(shè)信號(hào)在網(wǎng)絡(luò)上的傳播速率為200000km/s。求能夠使用此協(xié)議的最短幀長(zhǎng)。答：對(duì)于1km電纜，單程端到端傳播時(shí)延為：τ=1÷200000=5×10-6s=5μs，

端到端往返時(shí)延為：2τ=10μs

為了能按照CSMA/CD工作，最小幀的發(fā)送時(shí)延不能小于10μs(傳輸時(shí)延>=2τ)，以1Gb/s速率工作，10μs可發(fā)送的比特?cái)?shù)等于：10×10-6×1×109=10000bit=1250字節(jié)。……………………….137幀間最小間隔以太網(wǎng)還規(guī)定了幀間最小間隔，為96比特時(shí)間，對(duì)于10Mb/s以太網(wǎng)，幀間最小間隔是9.6

s。一個(gè)站在檢測(cè)到總線開始空閑后，如果在96比特時(shí)間之內(nèi)仍然是空閑的，才能發(fā)送數(shù)據(jù)。這樣做是為了：為了使剛剛接收到數(shù)據(jù)幀的站的接收緩存來(lái)得及清理，做好接收下一幀的準(zhǔn)備。一個(gè)想連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)的站點(diǎn)，在發(fā)送完當(dāng)前幀后，不允許接著發(fā)送下一個(gè)幀，必須和其他站點(diǎn)公平競(jìng)爭(zhēng)發(fā)送下一個(gè)幀的機(jī)會(huì)?？偩€在發(fā)送完一個(gè)MAC幀之后，必須回到空閑狀態(tài)，以便在發(fā)送下一個(gè)幀時(shí)，能夠讓連接在總線上的站點(diǎn)能夠正確檢測(cè)到前導(dǎo)碼和幀開始定界符138二進(jìn)制指數(shù)退避算法在發(fā)送數(shù)據(jù)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)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)間才能再次監(jiān)測(cè)信道是否空閑。確定基本退避時(shí)間，一般是取為爭(zhēng)用期2。第1次碰撞發(fā)生后，每個(gè)站點(diǎn)等待0或1個(gè)爭(zhēng)用期后重試；第2次發(fā)生碰撞后，等待時(shí)間從0、1、2、3個(gè)爭(zhēng)用期中隨機(jī)選一個(gè)；第3次發(fā)生碰撞后，等待時(shí)間從0~23-1個(gè)爭(zhēng)用期之間隨機(jī)選一個(gè)；檢測(cè)i