第3章+數(shù)據(jù)鏈路層

21世紀(jì)高等學(xué)校計(jì)算機(jī)規(guī)劃教材精品系列之一

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

課件

楊心強(qiáng)制作

人民郵電出版社，2010年6月1課件制作人聲明本課件是“21世紀(jì)高等學(xué)校計(jì)算機(jī)規(guī)劃教材”精品系列之一——《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》的配套服務(wù)資料。

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第3章數(shù)據(jù)鏈路層3第3

章數(shù)據(jù)鏈路層教學(xué)目的掌握兩種類型信道的數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念掌握點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道數(shù)據(jù)鏈路層的三個(gè)基本問題：幀定界、透明傳輸和差錯(cuò)檢測(cè)掌握PPP協(xié)議的基本內(nèi)容掌握廣播信道數(shù)據(jù)鏈路層的基本內(nèi)容——基本概念、局域網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)和IEEE802標(biāo)準(zhǔn)掌握以太網(wǎng)及其協(xié)議掌握擴(kuò)展以太網(wǎng)的方法了解高速局域網(wǎng)學(xué)習(xí)內(nèi)容數(shù)據(jù)鏈路層概述點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道數(shù)據(jù)鏈路層的基本問題點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議PPP廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層以太網(wǎng)擴(kuò)展的以太網(wǎng)高速局域網(wǎng)4第

3章內(nèi)容提綱*3.1數(shù)據(jù)鏈路層概述*3.2點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道數(shù)據(jù)鏈路層的基本問題*3.3

點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議PPP*3.4

廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層*3.5

以太網(wǎng)

3.6

擴(kuò)展的以太網(wǎng)

3.7高速局域網(wǎng)53.1數(shù)據(jù)鏈路層概述數(shù)據(jù)鏈路層是網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的次低層，位于物理層與網(wǎng)絡(luò)層之間。

數(shù)據(jù)鏈路層使用的信道主要有兩種類型：⑴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。⑵廣播信道。這種信道使用一對(duì)多的廣播通信方式。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)議來協(xié)調(diào)這些主機(jī)的數(shù)據(jù)發(fā)送。63.1數(shù)據(jù)鏈路層概述(續(xù)1)主機(jī)H1向H2發(fā)送數(shù)據(jù)局域網(wǎng)廣域網(wǎng)主機(jī)

H1主機(jī)

H2路由器

R1路由器

R2路由器

R3電話網(wǎng)局域網(wǎng)鏈路層應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層R1R2R3H1H2從層次上來看數(shù)據(jù)的流動(dòng)73.1數(shù)據(jù)鏈路層概述(續(xù)2)主機(jī)H1向H2發(fā)送數(shù)據(jù)局域網(wǎng)廣域網(wǎng)主機(jī)

H1主機(jī)

H2路由器

R1路由器

R2路由器

R3電話網(wǎng)局域網(wǎng)鏈路層應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層R1R2R3H1H2僅從數(shù)據(jù)鏈路層觀察幀的流動(dòng)83.1數(shù)據(jù)鏈路層概述(續(xù)3)簡(jiǎn)化的下三層模型物理鏈路網(wǎng)絡(luò)層

IP數(shù)據(jù)報(bào)

IP數(shù)據(jù)報(bào)1010010…0101

IP數(shù)據(jù)報(bào)

IP數(shù)據(jù)報(bào)1010010…0101數(shù)據(jù)鏈路物理層數(shù)據(jù)鏈路層結(jié)點(diǎn)A結(jié)點(diǎn)B幀

IP數(shù)據(jù)報(bào)93.1數(shù)據(jù)鏈路層概述(續(xù)4)物理鏈路與數(shù)據(jù)鏈路物理鏈路

(link，鏈路)是指相鄰兩結(jié)點(diǎn)之間無源的物理線路段，中間沒有任何其他的交換結(jié)點(diǎn)。當(dāng)兩臺(tái)計(jì)算機(jī)通信時(shí)，其通路是由多條鏈路串接構(gòu)成的，這說明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，邏輯鏈路)由物理線路以及實(shí)現(xiàn)通信協(xié)議的硬件和軟件組成的。數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議(即鏈路控制規(guī)程)是在不太可靠的物理鏈路上實(shí)現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)傳輸所必不可少的?，F(xiàn)在最常用的方法是使用適配器(即網(wǎng)卡)來實(shí)現(xiàn)這些協(xié)議的硬件和軟件。一般的適配器都具有數(shù)據(jù)鏈路層和物理層這兩層的功能。103.1數(shù)據(jù)鏈路層概述(續(xù)5)物理鏈路與數(shù)據(jù)鏈路的區(qū)別

調(diào)制解調(diào)器數(shù)據(jù)鏈路鏈路結(jié)點(diǎn)交換機(jī)鏈路控制鏈路控制結(jié)點(diǎn)交換機(jī)

調(diào)制解調(diào)器實(shí)用的物理鏈路常采用多路復(fù)用技術(shù)，此時(shí)一條物理鏈路可以構(gòu)成多條數(shù)據(jù)鏈路，從而提高了鏈路利用率。

113.1數(shù)據(jù)鏈路層概述(續(xù)6)討論數(shù)據(jù)鏈路層時(shí)，通常在兩個(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(包括首部、數(shù)據(jù)和尾部)。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。數(shù)據(jù)鏈路層的主要任務(wù)是：把網(wǎng)絡(luò)層下傳的IP數(shù)據(jù)報(bào)封裝成幀往下傳給物理層；從物理層上傳接收到的無差錯(cuò)幀中提取IP數(shù)據(jù)報(bào)上交給網(wǎng)絡(luò)層；如是差錯(cuò)幀則將其丟棄。結(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn)幀幀123.1數(shù)據(jù)鏈路層概述(續(xù)7)數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能鏈路管理數(shù)據(jù)鏈路的建立、維持和釋放幀的封裝與拆裝發(fā)送端幀的封裝和接收端幀的拆裝幀定界接收方應(yīng)當(dāng)從收到的比特流中準(zhǔn)確地區(qū)分出一幀的開始和結(jié)束的位置透明傳輸任意的比特組合數(shù)據(jù)均可正確傳輸差錯(cuò)檢測(cè)通常采用發(fā)送端對(duì)被傳輸?shù)谋忍亓骱竺娓郊硬铄e(cuò)檢測(cè)碼，接收端重新計(jì)算檢測(cè)碼，兩者進(jìn)行比較，判別差錯(cuò)存在與否。13第

3章內(nèi)容提綱*3.1數(shù)據(jù)鏈路層概述*3.2點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道數(shù)據(jù)鏈路層的基本問題*3.3

點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議PPP*3.4

廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層*3.5

以太網(wǎng)

3.6

擴(kuò)展的以太網(wǎng)

3.7高速局域網(wǎng)143.2點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道的數(shù)據(jù)鏈路層點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議要解決三個(gè)基本問題幀定界透明傳輸差錯(cuò)檢測(cè)153.2.1幀定界幀定界(framing)就是從傳送的比特流中正確地區(qū)分出幀的邊界。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)從這里開始發(fā)送幀開始163.2.1幀定界(續(xù)1)幀定界采用的幾種方法(1)字節(jié)填充法采用一些特定的控制字符來定界一幀的開始和結(jié)束。SOH裝在幀中的內(nèi)容幀幀開始符幀結(jié)束符發(fā)送在前EOT標(biāo)志裝在幀中的內(nèi)容標(biāo)志發(fā)送在前幀173.2.1幀定界(續(xù)2)一個(gè)值得注意的問題采用插入一個(gè)轉(zhuǎn)義字符“ESC”(1BH)來解決傳送的數(shù)據(jù)中出現(xiàn)控制字符。如果轉(zhuǎn)義字符也出現(xiàn)數(shù)據(jù)當(dāng)中，應(yīng)在轉(zhuǎn)義字符前面再插入一個(gè)轉(zhuǎn)義字符。接收端應(yīng)刪除其插入的轉(zhuǎn)義字符。SOHSOHEOTSOHSOHESCESCEOTESCSOHESCESCESCSOH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(jié)束符183.2.1幀定界(續(xù)3)(2)比特填充法采用一特定的比特組合01111110來定界一幀的開始和結(jié)束，是目前最常用的方法。采用“零比特插入、刪除”技術(shù)來解決傳送的數(shù)據(jù)信息中出現(xiàn)特定比特組合的問題。011011111101111111111110010011011111

010111110111110110010被插入的零比特(a)原始數(shù)據(jù)的幀格式(b)線路上傳送的數(shù)據(jù)的幀格式(d)恢復(fù)后的數(shù)據(jù)的幀格式011011111101111111111110010011011111

010111110111110110010被刪除的零比特(c)接收端將插入的零比特刪除193.2.1幀定界(續(xù)4)(3)字節(jié)計(jì)數(shù)法采用一特定字符來表示一幀的開始，隨后使用一個(gè)字節(jié)計(jì)數(shù)字段指明該幀所要求傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)。此方法存在的問題在于字節(jié)計(jì)數(shù)值在傳輸過程中出現(xiàn)錯(cuò)誤，就無法確定幀的結(jié)束邊界。(4)非法比特編碼法采用非法編碼作為幀的邊界。此法僅適用于物理媒體上采用特定比特編碼的場(chǎng)合。例如，在局域網(wǎng)中采用雙相碼傳輸時(shí)，每個(gè)碼元的中點(diǎn)都存在電平跳變。顯然，對(duì)于碼元中點(diǎn)不發(fā)生電平跳變的比特編碼就屬于非法比特編碼，這種非法比特編碼就可用作幀的定界。

203.2.1幀定界(續(xù)5)小結(jié)：字節(jié)填充法與特定的字符編碼集關(guān)系密切，且實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜。字節(jié)計(jì)數(shù)法的字節(jié)計(jì)數(shù)字段的正確性十分重要，其錯(cuò)誤不但影響本幀，還會(huì)涉及下一幀。非法比特編碼法只適用于采用冗余編碼的特殊環(huán)境，且對(duì)其碼型有一定的要求。目前較常用的是比特填充法，或者字節(jié)計(jì)數(shù)法與其他某種方法聯(lián)合使用，以提高其安全性。213.2.2透明傳輸透明傳輸是指不管鏈路上傳輸?shù)氖呛畏N形式的比特組合，都不會(huì)影響數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼＿M(jìn)行。在字節(jié)填充法中，采用字節(jié)填充技術(shù)。被填入的字節(jié)是轉(zhuǎn)義字節(jié)(ESC)。在比特填充法中，采用“零比特插入、刪除”技術(shù)。如插入特定的比特組合“01111110”。在字節(jié)計(jì)數(shù)法中，采用字節(jié)計(jì)數(shù)字段指明所要傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)。223.2.3差錯(cuò)控制比特在傳輸過程中可能會(huì)產(chǎn)生差錯(cuò)：1變成0，而0變成1。誤碼率

BER(BitErrorRate)是衡量傳輸差錯(cuò)的度量指標(biāo)。該指標(biāo)表示：在一段時(shí)間內(nèi)，傳輸錯(cuò)誤的比特占所傳輸比特總數(shù)的比率。如誤碼率為10-12，表示平均每傳送1012個(gè)比特就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)比特的差錯(cuò)。誤碼率與信噪比有著很大的關(guān)系。為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，利用?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)必須采用各種差錯(cuò)檢測(cè)措施。循環(huán)冗余檢驗(yàn)CRC是數(shù)據(jù)鏈路層被廣泛采用的一種差錯(cuò)檢測(cè)技術(shù)。233.2.3差錯(cuò)控制(續(xù)1)循環(huán)冗余校驗(yàn)碼循環(huán)冗余校驗(yàn)碼簡(jiǎn)稱循環(huán)碼或CRC(CycleRedundancyCode)碼，是一種高性能的檢錯(cuò)、糾錯(cuò)碼。在實(shí)際應(yīng)用中常用作檢錯(cuò)碼。由于它的檢錯(cuò)能力強(qiáng)、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單容易，因而在數(shù)據(jù)通信中得到了非常廣泛的應(yīng)用。循環(huán)碼的特點(diǎn)是有嚴(yán)密的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)，對(duì)其進(jìn)行分析要用到近代代數(shù)理論。循環(huán)碼是線性碼的一個(gè)子集。243.2.3差錯(cuò)控制(續(xù)2)線性碼與循環(huán)碼由k個(gè)信息碼元和r個(gè)校驗(yàn)碼元構(gòu)成的碼組，其中每一個(gè)校驗(yàn)碼元是該碼組中某些信息碼元的模2和，具有這種結(jié)構(gòu)格式的碼組稱為線性碼。線性碼具有封閉性，意即線性碼的任何兩個(gè)碼組對(duì)應(yīng)位按模2相加所得到的新碼組仍然是該線性碼的一個(gè)碼組。例如，線性碼中兩個(gè)碼組分別為1101001和1110100，將對(duì)應(yīng)位按模2相加得到新的碼組為0011101，它仍是該信息碼一個(gè)碼組。253.2.3差錯(cuò)控制(續(xù)3)線性碼與循環(huán)碼(續(xù))對(duì)于碼長(zhǎng)為n、有k個(gè)信息碼元的線性碼，若它具有如下性質(zhì)：任一碼組的每一次循環(huán)左移或右移所得到的是碼中另一碼組。即若(Cn-1,Cn-2,…C0)是(n,k)碼的碼組，則(Cn-2,Cn-3,…,C0,Cn-1)或(C0,Cn-1,…C1)也是(n，k)碼的碼組。我們把具有這種循環(huán)移位不變性的線性碼稱為循環(huán)碼。對(duì)于循環(huán)碼來說，碼組C和它的循環(huán)左移一位或右移一位的新碼組C’都是循環(huán)碼的碼組。循環(huán)碼的重要特性：在一個(gè)(n,k)循環(huán)碼中，有一個(gè)且僅有一個(gè)(n-k)次的生成多項(xiàng)式g(x)，且此循環(huán)碼中的每個(gè)碼多項(xiàng)式C(x)都是的g(x)倍式。263.2.3差錯(cuò)控制(續(xù)4)循環(huán)碼的編碼原理設(shè)待編碼位信息的碼組為它所對(duì)應(yīng)的碼多項(xiàng)式是用Xn-k乘以M(x)，得再用給定的(n,k)循環(huán)碼的生成多項(xiàng)式g(x)除M(x)Xn-k，得（3-2）273.2.3差錯(cuò)控制(續(xù)5)按模２運(yùn)算規(guī)則，加與減是相同的，故上式移項(xiàng)后，可得

（3-3）循環(huán)碼計(jì)算步驟: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。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。冗余碼的求法是：將得到的(k+n)位數(shù)除以除數(shù)，此除數(shù)P是事先選定好的長(zhǎng)度為(n+1)位的生成多項(xiàng)式g(x)，得出商是Q而余數(shù)是R，此時(shí)余數(shù)R比除數(shù)P少1位(即只有n位)。在M后面添加的是供差錯(cuò)檢測(cè)用的nbit冗余碼(即余數(shù)R)，將其發(fā)送出去。283.2.3差錯(cuò)控制(續(xù)6)注意：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并非是用來獲得FCS的唯一方法。293.2.3差錯(cuò)控制(續(xù)7)發(fā)送端的循環(huán)碼計(jì)算舉例假設(shè)

M=101001，即

k=6。再設(shè)除數(shù)

P=1101，即n=3。被除數(shù)是2n·M=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：2n·M+R

，即：101001001，共(k+n)位。303.2.3差錯(cuò)控制(續(xù)8)

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

除法操作過程313.2.3差錯(cuò)控制(續(xù)9)接收端的循環(huán)冗余校驗(yàn)

(1)重新計(jì)算循環(huán)碼，若得出的余數(shù)R=0，則判定傳輸沒有差錯(cuò)，就接受(accept)。

(2)若余數(shù)R

0，則判定傳輸出現(xiàn)差錯(cuò)，就丟棄。循環(huán)冗余校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。323.2.3差錯(cuò)控制(續(xù)10)常用的生成多項(xiàng)式CRC-16

g(x)=X16+X15+X2+1

CRC-CCITT

g(x)=X16+X12+X5+1CRC-32

g(x)=X32+X26+X23+X22+X16+X12X11+X10+X8+X7+X5+X4+X2+X+1循環(huán)碼的校驗(yàn)?zāi)芰εc生成多項(xiàng)式有關(guān)。333.2.3差錯(cuò)控制(續(xù)11)注意僅用循環(huán)冗余檢驗(yàn)CRC差錯(cuò)檢測(cè)技術(shù)只能做到無差錯(cuò)接受(accept)?！盁o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)”。這也就是說：“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)。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。34第

3章內(nèi)容提綱*3.1數(shù)據(jù)鏈路層概述*3.2點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道數(shù)據(jù)鏈路層的基本問題*3.3點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議PPP*3.4

廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層*3.5

以太網(wǎng)

3.6

擴(kuò)展的以太網(wǎng)

3.7高速局域網(wǎng)353.3點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議PPP

3.3.1

PPP協(xié)議概述用戶接入因特網(wǎng)的有多種方式，但它們都是通過某種接入網(wǎng)連接到因特網(wǎng)服務(wù)提供商ISP才接入因特網(wǎng)。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地址因特網(wǎng)服務(wù)提供者ISPPPP

協(xié)議接入網(wǎng)363.3.1

PPP協(xié)議概述(續(xù)1)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(Poine-to-PointProtocol)協(xié)議。在PPP協(xié)議出現(xiàn)之前，因特網(wǎng)早在1984年就開始使用一個(gè)簡(jiǎn)單的面向字符協(xié)議SLIP協(xié)議，但SLIP存在不少缺點(diǎn)。1992年制訂了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議PPP。后經(jīng)修訂現(xiàn)已成為因特網(wǎng)的正式標(biāo)準(zhǔn)[RFC1661]。制訂PPP協(xié)議的要求：簡(jiǎn)單；在幀封裝、透明傳輸、差錯(cuò)檢測(cè)、檢測(cè)連接狀態(tài)、支持多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議和多種類型鏈路、最大傳送單元、網(wǎng)絡(luò)層地址協(xié)商和數(shù)據(jù)壓縮協(xié)商等方面也有明確的需求。但明確不再設(shè)置糾錯(cuò)控制、流量控制、編制序號(hào)、只支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的全雙工鏈路通信等功能。373.3.1

PPP協(xié)議概述(續(xù)2)PPP協(xié)議的組成①一個(gè)將IP數(shù)據(jù)報(bào)封裝到串行鏈路的方法。它既支持異步鏈路，也支持面向比特的同步鏈路。②一個(gè)用來建立、配置和測(cè)試數(shù)據(jù)鏈路連接的鏈路控制協(xié)議LCP(LinkConlrolProtocol)。該協(xié)議允許通信雙方協(xié)商一些配置選項(xiàng)。③一組網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議NCP。其中的每一個(gè)協(xié)議支持不同的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，如IP，OSI網(wǎng)絡(luò)層，DECnet等。383.3.2

PPP協(xié)議的幀格式PPP協(xié)議的幀格式IP數(shù)據(jù)報(bào)1211字節(jié)12≤

1500字節(jié)PPP幀先發(fā)送7EFF03FACFCSF7E協(xié)議信息部分首部尾部注：PPP協(xié)議的幀格式與HDLC

規(guī)程的幀格式十分相似。標(biāo)志字段F(0x7E)作為PPP幀的定界符，表示一幀的開始或結(jié)束。地址字段A(0xFF)表示所有的站均可接收此幀。393.3.2

PPP協(xié)議的幀格式(續(xù)1)控制字段C(0x03)表示這是一個(gè)無序號(hào)幀。協(xié)議字段(2字節(jié))指明信息字段含有的數(shù)據(jù)屬于哪一種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。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)。若協(xié)議字段為

0xC021,則信息字段是鏈路控制協(xié)議LCP的數(shù)據(jù)。若協(xié)議字段為0x8021，則表示這是網(wǎng)絡(luò)控制數(shù)據(jù)。信息字段用來存放網(wǎng)絡(luò)層下傳的數(shù)據(jù)，其長(zhǎng)度可變。默認(rèn)長(zhǎng)度是1500字節(jié)。幀校驗(yàn)字段FCS規(guī)定使用CRC幀校驗(yàn)序列。403.3.2

PPP協(xié)議的幀格式(續(xù)2)透明傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)

在同步傳輸時(shí)，采用硬件來完成比特填充，即“零比特插入、刪除”技術(shù)。在異步傳輸時(shí)，采用一種特殊的字符填充法，即將信息字段中出現(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)將該控制字符的編碼加以改變。413.3.2

PPP協(xié)議的幀格式(續(xù)3)PPP協(xié)議不使用序號(hào)和確認(rèn)的可靠傳輸機(jī)制的理由：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字段可保證無差錯(cuò)接受。423.3.3

PPP協(xié)議的狀態(tài)圖當(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)，和進(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。433.3.3

PPP協(xié)議的狀態(tài)圖(續(xù)1)設(shè)備之間無鏈路鏈路靜止鏈路建立鑒別網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議鏈路打開鏈路終止物理鏈路LCP鏈路已鑒別的LCP鏈路已鑒別的LCP鏈路和NCP鏈路物理層連接建立LCP配置協(xié)商鑒別成功或無需鑒別NCP配置協(xié)商鏈路故障或關(guān)閉請(qǐng)求LCP鏈路終止鑒別失敗LCP配置協(xié)商失敗44第

3章內(nèi)容提綱*3.1數(shù)據(jù)鏈路層概述*3.2點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道數(shù)據(jù)鏈路層的基本問題*3.3

點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議PPP*3.4廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層*3.5

以太網(wǎng)

3.6

擴(kuò)展的以太網(wǎng)

3.7高速局域網(wǎng)453.4廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層

3.4.1局域網(wǎng)概述局域網(wǎng)使用一對(duì)多通信方式的廣播信道，它所使用的傳輸技術(shù)不同于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。局域網(wǎng)是指在較小地理區(qū)域范圍內(nèi)，將計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)通信設(shè)備通過通信線路互連在一起的通信網(wǎng)絡(luò)。局域網(wǎng)的特點(diǎn)：覆蓋的地域范圍較小，一般在10km以內(nèi)；通信速率較高，可達(dá)10～100Mb/s，甚至1Gb/s；通信時(shí)延小，通信誤碼率低，一般在10-8～10-11；通信方式靈活，既可單播，也可多播和廣播；便于系統(tǒng)安裝、擴(kuò)展和維護(hù)；性能價(jià)格比較高。463.4.1局域網(wǎng)概述(續(xù)1)局域網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)集線器星形網(wǎng)干線耦合器環(huán)形網(wǎng)匹配電阻總線網(wǎng)樹形網(wǎng)

473.4.1局域網(wǎng)概述(續(xù)2)局域網(wǎng)使用的傳輸媒體雙絞線同軸電纜光纖局域網(wǎng)的技術(shù)性能主要取決于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、傳輸媒體和信道訪問控制方式。以太網(wǎng)局域網(wǎng)市場(chǎng)中已占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，因此以太網(wǎng)已成為局域網(wǎng)的同義詞。目前，局域網(wǎng)大都采用基帶傳輸，提供單一的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。寬帶局域網(wǎng)既可傳輸數(shù)據(jù)，也可傳輸話音和圖像，還可提供綜合服務(wù)，有著寬闊的前景。483.4.2局域網(wǎng)參考模型1980年2月，IEEE成立了IEEE802委員會(huì)，重點(diǎn)研究要解決局部地區(qū)范圍內(nèi)的計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)問題。著重研究OSI/RM中的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。當(dāng)時(shí)，局域網(wǎng)領(lǐng)域的典型技術(shù)與產(chǎn)品是Ethernet，TokenBus和TokenRing，另外還有其他許多制造商的局域網(wǎng)產(chǎn)品，它們?cè)跀?shù)據(jù)鏈路層和物理層采用的協(xié)議各不相同。IEEE802委員會(huì)制定一個(gè)公認(rèn)的協(xié)議框架結(jié)構(gòu)，對(duì)物理層和數(shù)據(jù)鏈路層提出進(jìn)一步分層的概念。493.4.2局域網(wǎng)參考模型(續(xù)1)單個(gè)局域網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)應(yīng)包含物理層和數(shù)據(jù)鏈路層兩個(gè)層次，它相當(dāng)于OSI參考模型中的最低兩層。當(dāng)涉及局域網(wǎng)互連時(shí)，分組就必須經(jīng)由多條鏈路才能到達(dá)目的站，此時(shí)需專門設(shè)立一個(gè)層次來完成網(wǎng)絡(luò)層的功能，局域網(wǎng)稱此為網(wǎng)際層。503.4.2局域網(wǎng)參考模型(續(xù)2)物理層分為兩個(gè)子層：一個(gè)子層的位置接近于物理媒體，用來描述與給定傳輸媒體有關(guān)的物理層特性；另一個(gè)子層與數(shù)據(jù)鏈路層相鄰，用來描述與傳輸媒體無關(guān)的物理層特性。數(shù)據(jù)鏈路層也分成兩個(gè)子層，一個(gè)是媒體接入控制MAC(MediumAccessControl)子層，它與物理媒體有關(guān)；另一個(gè)是邏輯鏈路控制LLC(LogicalLinkControl)子層，它與傳輸媒體無關(guān)，起著屏蔽局域網(wǎng)類型的作用。數(shù)據(jù)鏈路層具有接入多種傳輸媒體的訪問控制方法，

513.4.2局域網(wǎng)參考模型(續(xù)3)20世紀(jì)90年代后，局域網(wǎng)市場(chǎng)激烈競(jìng)爭(zhēng)的場(chǎng)面漸趨明朗，以太網(wǎng)在局域網(wǎng)市場(chǎng)已占?jí)艛嗟匚?。且因特網(wǎng)的發(fā)展使得TCP/IP體系經(jīng)常使用的局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)是DIXEthernetV2，因此由IEEE802委員會(huì)制定的LLC子層（即IEEE802.2標(biāo)準(zhǔn)）的作用已不重要，人們不再關(guān)注LLC子層。

523.4.3IEEE802標(biāo)準(zhǔn)美國(guó)電氣和電子工程師學(xué)會(huì)IEEE是最早從事局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)制訂的機(jī)構(gòu)。于1980年2月成立了802委員會(huì)(又稱802課題組)，專門從事局域網(wǎng)和城域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)研究和制訂的機(jī)構(gòu)。

802委員會(huì)下設(shè)多個(gè)工作組(802.1～802.12，802.14～802.17，802.20～802.21)，目前尚活躍的工作組只有7個(gè)。ISO對(duì)這些標(biāo)準(zhǔn)作了修改，并于1987年作為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)重新發(fā)布，其名稱為IEEE8802。53第

3章內(nèi)容提綱*3.1數(shù)據(jù)鏈路層概述*3.2點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道數(shù)據(jù)鏈路層的基本問題*3.3

點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議PPP*3.4

廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層*3.5以太網(wǎng)

3.6

擴(kuò)展的以太網(wǎng)

3.7高速局域網(wǎng)543.5以太網(wǎng)

3.5.1以太網(wǎng)概述總線局域網(wǎng)最初是由美國(guó)施樂(Xerox)公司的PaloAlto研究中心于1975年研制成功的。數(shù)據(jù)傳輸速率為2.94Mb/s，以無源電纜作為傳輸媒體，并以傳播電磁波的以太(Enter)命名，故有“以太網(wǎng)”之稱。1981年，Digital、Intel、Xerox三家公司合作提出了以太網(wǎng)規(guī)約。次年又修改成第二版，即DIXEthernetV2。1983年，802.3工作組于制訂了第一個(gè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.3，其數(shù)據(jù)傳輸速率為10Mb/s，并使用CSMA/CD訪問技術(shù)。目前以太網(wǎng)兩種標(biāo)準(zhǔn)，即DIXEthernetV2和IEEE802.3。市場(chǎng)上流行的是前者。553.5.1以太網(wǎng)概述(續(xù)1)以太網(wǎng)的物理結(jié)構(gòu)是總線型的，即把許多計(jì)算機(jī)(稱為“主機(jī)”，“工作站”或“站”)都連接在一根總線上。當(dāng)初認(rèn)為這樣的連接方法既簡(jiǎn)單又可靠，因?yàn)榭偩€上沒有有源器件。

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))不接受不接受不接受B只有D

接受B

發(fā)送的數(shù)據(jù)接受563.5.1以太網(wǎng)概述(續(xù)2)以太網(wǎng)采用廣播方式發(fā)送數(shù)據(jù)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。具有廣播特性的總線上實(shí)現(xiàn)了一對(duì)一的通信。573.5.1以太網(wǎng)概述(續(xù)3)以太網(wǎng)采取的兩項(xiàng)重要措施(1)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)。(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)。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。583.5.1以太網(wǎng)概述(續(xù)4)以太網(wǎng)提供的服務(wù)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。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。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。593.5.1以太網(wǎng)概述(續(xù)5)以太網(wǎng)可供選擇的傳輸媒體有雙絞線、同軸電纜（基帶和寬帶）和光纖。IEEE制定了一系列使用相應(yīng)傳輸媒體的標(biāo)準(zhǔn)，并采用<數(shù)據(jù)率(Mb/s)><信令方式><最大網(wǎng)段長(zhǎng)度>的記法。例如，10BASE5表示使用粗纜(直徑為10mm，特性阻抗為50Ω)作為傳輸媒體的以太網(wǎng)。這里，“10”表示信號(hào)在電纜上的傳送速率為10Mb/s，“BASE”表示電纜上傳輸是基帶信號(hào)，“5”表示每一段電纜的最大長(zhǎng)度為500m。(見表3-1)

603.5.1以太網(wǎng)概述(續(xù)6)常見以太網(wǎng)使用的線纜

以太網(wǎng)名稱10Base510Base210Base-T10Base-F傳輸媒體粗同軸電纜（50W）細(xì)同軸電纜（50W）非屏蔽雙絞線光纖對(duì)（850nm）信號(hào)編碼（曼徹斯特編碼）基帶信號(hào)基帶信號(hào)基帶信號(hào)光信號(hào)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)總線總線星形星形單網(wǎng)段最大長(zhǎng)度（m）5001851002000每網(wǎng)段站點(diǎn)數(shù)1003010241024最大網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)度（用轉(zhuǎn)發(fā)器）25009252500－線纜直徑10mm5mm0.4～0.6mm62.5/125m連接器類型DB－15BNC－TRJ－45－優(yōu)點(diǎn)和適用場(chǎng)合現(xiàn)已棄用不需要集線器價(jià)格最便宜適用于樓宇間613.5.1以太網(wǎng)概述(續(xù)7)以太網(wǎng)使用曼徹斯特(Manchester)編碼。編碼規(guī)則：①把每一碼元時(shí)間T分為前T/2和后T/2兩個(gè)相等的時(shí)間間隔；②前T/2時(shí)間間隔傳送該碼元的反碼，后T/2時(shí)間間隔傳送該碼元的原碼；③如果發(fā)送的數(shù)據(jù)為“0”，則它的前T/2傳送高電平，后T/2傳送低電平。如果發(fā)送的數(shù)據(jù)為“1”，則它的前T/2傳送低電平，后T/2傳送高電平。623.5.1以太網(wǎng)概述(續(xù)8)曼徹斯特編碼舉例

基帶數(shù)字信號(hào)曼徹斯特編碼

碼元1111100000出現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換曼徹斯特編碼的優(yōu)點(diǎn)：每個(gè)碼元的電點(diǎn)都存在電平跳變，表示頻譜中存在很強(qiáng)的定時(shí)分量，這有利于提取定時(shí)同步信號(hào)；每個(gè)碼元內(nèi)正負(fù)電平各占一半時(shí)間，故不含直流分量。缺點(diǎn)：效率較低，它所占用的頻帶寬度比原始的基帶信號(hào)增加了一倍。

633.5.2MAC子層的地址和幀結(jié)構(gòu)1、MAC子層的地址MAC子層地址是局域網(wǎng)上每一個(gè)站的編號(hào)或標(biāo)識(shí)符，也就是計(jì)算機(jī)的硬件地址。IEEE802規(guī)定：網(wǎng)上每一個(gè)站都由網(wǎng)絡(luò)管理員分配一個(gè)長(zhǎng)度為48位的全局地址或者用戶自行分配一個(gè)16位的局部地址。為使用戶在買到網(wǎng)卡就能上網(wǎng)，用戶可先設(shè)定一個(gè)16位網(wǎng)絡(luò)地址。RAC是局域網(wǎng)全局地址的法定管理機(jī)構(gòu)，它僅負(fù)責(zé)地址字段的前三個(gè)字節(jié)(即高24位)。后三個(gè)字節(jié)(即低24位)則由廠家自行指配。這就是MAC-48，其通用名稱是EUI-48。643.5.2MAC子層的地址和幀結(jié)構(gòu)(續(xù)1)IEEE802規(guī)定：地址字段第一字節(jié)的最低位I/G位是單播/多播位。I/G=0表示單站地址，

I/G=1表示組地址。第一字節(jié)的次低位G/L位是全球/局部位。G/L=0表示全球管理，G/L表示局部管理。請(qǐng)注意：對(duì)于地址字段字節(jié)最低位的認(rèn)定，802.5和802.6標(biāo)準(zhǔn)將每一個(gè)字節(jié)的高位寫在最左邊，而802.3和802.4標(biāo)準(zhǔn)則將每一個(gè)字節(jié)的高位寫在最右邊。653.5.2MAC子層的地址和幀結(jié)構(gòu)(續(xù)2)2、MAC幀的格式常用的以太網(wǎng)MAC幀有兩種標(biāo)準(zhǔn)：DIXEthernetV2標(biāo)準(zhǔn)(即以太網(wǎng)V2標(biāo)準(zhǔn))和IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)。這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)只有很少的差異。目前市場(chǎng)上流行的都是以太網(wǎng)V2標(biāo)準(zhǔn)。MAC層物理層幀起始定界符10101011前導(dǎo)碼P字節(jié)目的地址

FCS源地址類型數(shù)據(jù)以太網(wǎng)V2MAC幀網(wǎng)絡(luò)層646～150046271MAC幀發(fā)送在前1010101010┅1010101010IP數(shù)據(jù)報(bào)663.5.2MAC子層的地址和幀結(jié)構(gòu)(續(xù)3)DIXEthernetV2標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：MAC幀由五個(gè)字段組成。MAC

幀物理層MAC

層IP

層以太網(wǎng)V2

MAC

幀目的地址源地址類型數(shù)據(jù)FCS6624字節(jié)46~1500IP

數(shù)據(jù)報(bào)目的地址字段6字節(jié)673.5.2MAC子層的地址和幀結(jié)構(gòu)(續(xù)4)MAC

幀物理層MAC

層IP

層以太網(wǎng)V2MAC

幀目的地址源地址類型數(shù)據(jù)FCS6624字節(jié)46~1500IP

數(shù)據(jù)報(bào)源地址字段6字節(jié)DIXEthernetV2標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：MAC幀由五個(gè)字段組成。683.5.2MAC子層的地址和幀結(jié)構(gòu)(續(xù)5)DIXEthernetV2標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：MAC幀由五個(gè)字段組成。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(bào)類型字段2字節(jié)類型字段用來標(biāo)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(gè)協(xié)議。以太網(wǎng)V2MAC

幀693.5.2MAC子層的地址和幀結(jié)構(gòu)(續(xù)6)MAC

幀物理層MAC

層IP

層以太網(wǎng)

V2MAC

幀目的地址源地址類型數(shù)據(jù)FCS6624字節(jié)46~1500IP數(shù)據(jù)報(bào)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(zhǎng)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(zhǎng)度

DIXEthernetV2標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：MAC幀由五個(gè)字段組成。703.5.2MAC子層的地址和幀結(jié)構(gòu)(續(xù)7)采用CRC-32，F(xiàn)CS字段4

字節(jié)MAC

幀物理層MAC

層IP

層以太網(wǎng)

V2

MAC

幀目的地址源地址類型數(shù)據(jù)FCS6624字節(jié)46~1500IP

數(shù)據(jù)報(bào)當(dāng)傳輸媒體的誤碼率為1108

時(shí)，MAC子層可使未檢測(cè)到的差錯(cuò)小于11014。當(dāng)數(shù)據(jù)字段的長(zhǎng)度小于46字節(jié)時(shí)，應(yīng)在數(shù)據(jù)字段的后面加入整數(shù)字節(jié)的填充字段，以保證以太網(wǎng)的MAC幀長(zhǎng)不小于64字節(jié)。DIXEthernetV2標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：MAC幀由五個(gè)字段組成。713.5.2MAC子層的地址和幀結(jié)構(gòu)(續(xù)8)在幀的前面插入的8字節(jié)中的第一個(gè)字段共7個(gè)字節(jié)，是前同步碼，用來迅速實(shí)現(xiàn)MAC幀的比特同步。第二個(gè)字段是幀開始定界符，表示后面的信息就是MAC幀。MAC

幀物理層MAC

層IP

層以太網(wǎng)

V2

MAC

幀目的地址源地址類型數(shù)據(jù)FCS6624字節(jié)46~1500IP

數(shù)據(jù)報(bào)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(dá)到比特同步，在傳輸媒體上實(shí)際傳送的要比MAC幀還多8個(gè)字節(jié)723.5.2MAC子層的地址和幀結(jié)構(gòu)(續(xù)9)MAC幀最小長(zhǎng)度的規(guī)定：最小長(zhǎng)度為64字節(jié)。對(duì)于10Mb/s以太網(wǎng)，相當(dāng)于51.2s。MAC幀最小間隔為9.6s，相當(dāng)于12字節(jié)。無效MAC幀：①幀的長(zhǎng)度與數(shù)據(jù)長(zhǎng)度字段不一致；②幀的長(zhǎng)度不是整數(shù)個(gè)字節(jié)；③用幀校驗(yàn)序列FCS檢驗(yàn)出差錯(cuò)的幀；④接收到的幀的數(shù)據(jù)字段長(zhǎng)度不在46～1500字節(jié)范圍內(nèi)。對(duì)于無效MAC幀的處理：將其丟棄，發(fā)送端也不重傳。733.5.3CSMA/CD協(xié)議以太網(wǎng)采用一種協(xié)調(diào)工作機(jī)制，稱為載波監(jiān)聽多點(diǎn)接入/沖突檢測(cè)CSMA/CD(CarrierSenseMultipleAccess/CollisionDetection)協(xié)議?！拜d波監(jiān)聽”指加接在以太網(wǎng)上的每個(gè)站在發(fā)送數(shù)據(jù)之前，先要檢測(cè)總線上是否有其他站正在發(fā)送數(shù)據(jù)，如果有，就暫時(shí)不發(fā)送數(shù)據(jù)，以免發(fā)生沖突(常稱“碰撞”)?！拜d波監(jiān)聽”只是用來表明檢測(cè)總線上信號(hào)存在與否的一種技術(shù)手段。“多點(diǎn)接入”指計(jì)算機(jī)以多點(diǎn)接入的方式連接到同一根總線上。“沖突檢測(cè)”指計(jì)算機(jī)邊發(fā)送數(shù)據(jù)邊檢測(cè)總線上信號(hào)電壓的變化情況。

743.5.3CSMA/CD協(xié)議(續(xù)1)如何進(jìn)行沖突檢測(cè)？“沖突檢測(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)電壓大小的變化情況。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)生了發(fā)送沖突。所謂“沖突”就是信號(hào)發(fā)生了碰撞。因此“沖突檢測(cè)”也稱為“碰撞檢測(cè)”。753.5.3CSMA/CD協(xié)議(續(xù)2)檢測(cè)到?jīng)_突后怎么辦？當(dāng)信號(hào)發(fā)生沖突時(shí)，總線上傳輸?shù)男盘?hào)產(chǎn)生了嚴(yán)重的失真，接收站就無法從中恢復(fù)出有用的信息。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)間后再重新執(zhí)行發(fā)送操作。763.5.3CSMA/CD協(xié)議(續(xù)3)電磁波在總線上的產(chǎn)生沖突的原因是有限的傳播速率當(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。A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。B若在A發(fā)送的信息到達(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。碰撞的結(jié)果是兩個(gè)幀都變得無用。773.5.3CSMA/CD協(xié)議(續(xù)4)傳播時(shí)延對(duì)載波監(jiān)聽的影響1kmABt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為單程端到端傳播時(shí)延注：電磁波在電纜中的傳播速度只是在自由空間中的65％，即1km長(zhǎng)電纜的傳播時(shí)延約為5s。

78為單程端到端傳播時(shí)延t=

B檢測(cè)到信道空閑發(fā)送數(shù)據(jù)t=

/2發(fā)生碰撞AABAB

t=0A檢測(cè)到信道空閑發(fā)送數(shù)據(jù)ABBt=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STOPAB1kmABt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=0793.5.3CSMA/CD協(xié)議(續(xù)6)幾點(diǎn)結(jié)論使用

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)。每個(gè)站在發(fā)送數(shù)據(jù)之后的一小段時(shí)間內(nèi)，一定存在著遭遇信號(hào)沖突的可能性。這種發(fā)送的不確定性使得整個(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。803.5.3CSMA/CD協(xié)議(續(xù)7)強(qiáng)化沖突實(shí)現(xiàn)沖突檢測(cè)的方法很多，如基于模擬技術(shù)的接收信號(hào)電平比較法、信號(hào)編碼波形特征鑒別法和發(fā)/收同時(shí)進(jìn)行的逐位比較法等。在實(shí)際應(yīng)用中還要采用一種強(qiáng)化沖突的措施。當(dāng)發(fā)送幀的站監(jiān)聽到?jīng)_突時(shí)，除了立即停止正常發(fā)送之外，還要繼續(xù)發(fā)送若干比特(通常為32比特或48比特)的人為干擾信號(hào)(jammingsignal)

，以強(qiáng)化所發(fā)生的沖突，使得所有站都能確知現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)生了沖突。813.5.3CSMA/CD協(xié)議(續(xù)8)CSMA/CD強(qiáng)化沖突的示意圖(B也能檢測(cè)到?jīng)_突，但圖中未繪出B發(fā)送的干擾信號(hào))數(shù)據(jù)幀干擾信號(hào)TJABTBtB發(fā)送數(shù)據(jù)A檢測(cè)到?jīng)_突出現(xiàn)沖突信道占用時(shí)間A發(fā)送數(shù)據(jù)B檢測(cè)到?jīng)_突823.5.3CSMA/CD協(xié)議(續(xù)9)爭(zhēng)用期若先發(fā)送數(shù)據(jù)幀的A站，在發(fā)送數(shù)據(jù)幀后最多要經(jīng)過時(shí)間2(兩倍的端到端往返時(shí)延)方可知道發(fā)送的數(shù)據(jù)幀是否遭遇到?jīng)_突。以太網(wǎng)的端到端往返時(shí)延2稱為爭(zhēng)用期(contentionperiod)或碰撞窗口。只有經(jīng)過爭(zhēng)用期這段時(shí)間而沒有檢測(cè)到?jīng)_突，才能肯定這次發(fā)送不再會(huì)發(fā)生沖突。爭(zhēng)用期的長(zhǎng)短與發(fā)送速率有關(guān)。以太網(wǎng)的爭(zhēng)用期為51.2s。對(duì)于10Mb/s以太網(wǎng)，爭(zhēng)用期內(nèi)可發(fā)送512bit(64字節(jié))稱為最短有效幀長(zhǎng)。否則將作為無效幀處理。以太網(wǎng)還規(guī)定了幀間最小間隔為9.6s，相當(dāng)于

96比特時(shí)間。這樣做是為了使剛剛收到數(shù)據(jù)幀的站的接收緩存來得及清理，做好接收下一幀的準(zhǔn)備。

833.5.3CSMA/CD協(xié)議(續(xù)10)如何避免沖突？當(dāng)檢測(cè)到?jīng)_突之后，通信雙方都要各自延遲一段隨機(jī)的時(shí)間實(shí)行退避，然后再繼續(xù)載波監(jiān)聽。由于退避時(shí)間是隨機(jī)的，適配器又無記憶功能，一次沖突所涉及的兩個(gè)站就不可能在下一次發(fā)送中再次發(fā)生沖突。為了使這種退避能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定，以太網(wǎng)采用一種稱為截?cái)喽M(jìn)制指數(shù)退避算法，來確定重發(fā)幀所需的時(shí)延。843.5.3CSMA/CD協(xié)議(續(xù)11)截?cái)喽M(jìn)制指數(shù)退避算法①確定基本退避時(shí)間，它就是爭(zhēng)用期。②從整數(shù)集合｛0，1，…，2k-1｝中隨機(jī)取一整數(shù)，記為r。重傳被推遲的時(shí)間是r倍的爭(zhēng)用期。整數(shù)集合中的參數(shù)k，可按下式計(jì)算：

k=Min［重傳次數(shù)，10］(3-4)

此式表明，當(dāng)重傳次數(shù)不超過10時(shí)，參數(shù)等于重傳次數(shù)；當(dāng)重傳次數(shù)超過10時(shí)，參數(shù)就不再增大而一直等于10。③當(dāng)重發(fā)次數(shù)達(dá)到16次仍不能成功時(shí)，則丟棄該幀，并向高層報(bào)告差錯(cuò)情況。853.5.3CSMA/CD協(xié)議(續(xù)12)截?cái)喽M(jìn)制指數(shù)退避算法(續(xù))若連續(xù)多次發(fā)生沖突，則表明可能有較多的站參與爭(zhēng)用信道。使用上述退避算法可使重傳需要推遲的平均時(shí)間隨重傳次數(shù)而增大(稱為動(dòng)態(tài)退避)，因而減小發(fā)生碰撞的概率，有利于整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定。863.5.3CSMA/CD協(xié)議(續(xù)13)CSMA/CD協(xié)議的要點(diǎn)：(1)適配器從網(wǎng)絡(luò)層獲得一個(gè)分組，加上首部和尾部，組成以太網(wǎng)幀，放入適配器的緩存中，準(zhǔn)備發(fā)送。(2)若適配器檢測(cè)到信道空閑，就發(fā)送幀。若檢測(cè)到信道忙，則繼續(xù)檢測(cè)并等待信道轉(zhuǎn)為空閑，然后發(fā)送幀。(3)在發(fā)送過程中繼續(xù)檢測(cè)信道。若檢測(cè)到碰撞，則在發(fā)送干擾信號(hào)后就中止數(shù)據(jù)的發(fā)送。(4)在中止發(fā)送后，適配器就執(zhí)行指數(shù)退避算法，等待

r倍爭(zhēng)用時(shí)間(512比特時(shí)間)后，返回到步驟(2)。873.5.4以太網(wǎng)的網(wǎng)卡網(wǎng)絡(luò)適配器又稱網(wǎng)絡(luò)接口卡NIC(NetworkInterfaceCard，簡(jiǎn)稱網(wǎng)卡)，是計(jì)算機(jī)接入局域網(wǎng)所必備的插卡式接口電路板。目前較新的計(jì)算機(jī)網(wǎng)卡是嵌入在主板上的。網(wǎng)卡的主要功能：進(jìn)行串行/并行轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)裝拆、進(jìn)行曼徹斯特編/譯碼功能、數(shù)據(jù)緩沖管理、數(shù)據(jù)鏈路管理(即實(shí)現(xiàn)CDMA/CD協(xié)議)，以及在計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)中安裝設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。網(wǎng)卡的主要技術(shù)參數(shù)為帶寬、總線方式、電氣接口方式等。網(wǎng)卡的接口類型有三種類型：AUI接口(粗纜)、BNC接口(細(xì)纜)和RJ-45接口(雙絞線)。

883.5.1以太網(wǎng)的網(wǎng)卡(續(xù)1)計(jì)算機(jī)通過網(wǎng)卡與局域網(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893.5.1以太網(wǎng)的網(wǎng)卡(續(xù)2)典型以太網(wǎng)卡的原理框圖

6CRC編碼器CRC譯碼器曼徹斯特編碼器發(fā)送移位寄存器接收移位寄存器發(fā)送緩沖區(qū)接收緩沖區(qū)發(fā)送控制器沖突檢測(cè)電路沖突計(jì)數(shù)器延遲時(shí)間發(fā)生器隨機(jī)數(shù)發(fā)生器曼徹斯特譯碼器發(fā)送電路接收電路媒體訪問控制電路傳輸媒體主機(jī)總線MAC地址寄存器1234590第

3章內(nèi)容提綱*3.1數(shù)據(jù)鏈路層概述*3.2點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道數(shù)據(jù)鏈路層的基本問題*3.3

點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議PPP*3.4

廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層*3.5

以太網(wǎng)

3.6擴(kuò)展的以太網(wǎng)

3.7高速局域網(wǎng)913.6擴(kuò)展的以太網(wǎng)

3.6.1在物理層擴(kuò)展以太網(wǎng)1、利用轉(zhuǎn)發(fā)器擴(kuò)展以太網(wǎng)局域網(wǎng)使用的傳輸媒體最初是粗同軸電纜，后來演進(jìn)到使用較便宜的細(xì)同軸電纜，最后發(fā)展為使用更便宜和更靈活的雙絞線。因?yàn)樾盘?hào)在電纜上傳輸會(huì)產(chǎn)生衰減，所以對(duì)電纜長(zhǎng)度有一定的限制。如細(xì)纜以太網(wǎng)為例，每段電纜的最大長(zhǎng)度為185m。當(dāng)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)的范圍超過185m時(shí)，就要利用轉(zhuǎn)發(fā)器(又稱中繼器)將兩個(gè)網(wǎng)段連接起來。923.6.1在物理層擴(kuò)展以太網(wǎng)(續(xù)1)轉(zhuǎn)發(fā)器擴(kuò)展的細(xì)纜以太網(wǎng)

兩站點(diǎn)間最小距離為0.5mBNCT型連接器轉(zhuǎn)發(fā)器933.6.1在物理層擴(kuò)展以太網(wǎng)(續(xù)2)幾點(diǎn)說明轉(zhuǎn)發(fā)器工作在物理層，其作用是消除信號(hào)經(jīng)過電纜所造成的失真和衰減，將其放大整形后再轉(zhuǎn)發(fā)出去，以此來擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍。用轉(zhuǎn)發(fā)器連接起來的幾個(gè)網(wǎng)段仍然屬于一個(gè)局域網(wǎng)。一般情況下，轉(zhuǎn)發(fā)器的兩端連接的是相同的傳輸媒體，但有的轉(zhuǎn)發(fā)器也可以完成不同媒體的轉(zhuǎn)發(fā)工作。理論上使用轉(zhuǎn)發(fā)器的個(gè)數(shù)是無限的，但實(shí)際上是不可能的。943.6.1在物理層擴(kuò)展以太網(wǎng)(續(xù)3)利用轉(zhuǎn)發(fā)器擴(kuò)展局域網(wǎng)的一些具體使用規(guī)則項(xiàng)目10Base510Base2傳輸媒體粗同軸電纜（50W）細(xì)同軸電纜（50W）單網(wǎng)段長(zhǎng)度（m）500185單網(wǎng)段最多站點(diǎn)數(shù)10030站點(diǎn)間最小距離（m）2.50.5最多網(wǎng)段數(shù)5（僅有3個(gè)網(wǎng)段可連接計(jì)算機(jī)）5（僅有3個(gè)網(wǎng)段可連接計(jì)算機(jī)）最大作用距離（m）2500925953.6.1在物理層擴(kuò)展以太網(wǎng)(續(xù)4)2、利用集線器擴(kuò)展局域網(wǎng)目前以太網(wǎng)的傳輸媒體一般都使用價(jià)格便宜、加接靈活的雙絞線，構(gòu)成星形結(jié)構(gòu)。在星形的中心是一種可靠性非常高的集線器(hub)。由于集線器使用了VLSI芯片，因此集線器的可靠性很高。1990年IEEE制定出星形以太網(wǎng)

10BASE-T的標(biāo)準(zhǔn)

802.3i。每個(gè)站需要用兩對(duì)無屏蔽雙絞線（做在一根電纜內(nèi)），分別用于發(fā)送和接收。雙絞線的兩端使用

RJ-45插頭，其長(zhǎng)度不超過100m。若要擴(kuò)展主機(jī)與集線器之間的距離，最簡(jiǎn)單的方法是使用光纖，并在兩端接上調(diào)制解調(diào)器。此時(shí)

主機(jī)與集線器之間的距離可達(dá)數(shù)公里之遠(yuǎn)。963.6.1在物理層擴(kuò)展以太網(wǎng)(續(xù)5)集線器擴(kuò)展的以太網(wǎng)實(shí)踐證明，使用集線器比使用具有大量機(jī)械接頭的無源粗纜或細(xì)纜更為可靠，這使電纜以太網(wǎng)退出市場(chǎng)。集線器站點(diǎn)RJ-45插頭兩對(duì)線最大長(zhǎng)度100m(雙絞線)/Xkm(光纖)利用集線器擴(kuò)展以太網(wǎng)常采用堆疊式集線器973.6.1在物理層擴(kuò)展以太網(wǎng)(續(xù)6)集線器的特點(diǎn)①使用集線器的局域網(wǎng)物理上是一個(gè)星形網(wǎng)，但邏輯上仍然是一個(gè)總線網(wǎng)，各站共享邏輯上的總線，執(zhí)行CSMA/CD協(xié)議。

②集線器設(shè)有多個(gè)接口(如8～24個(gè))，每個(gè)接口通過RJ-45插座用兩對(duì)雙絞線與一個(gè)工作站上的適配器相連。集線器就像一個(gè)多接口的轉(zhuǎn)發(fā)器。③集線器工作在物理層，在轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)時(shí)具有再生整形和重新定時(shí)功能，并進(jìn)行自適應(yīng)串音回波抵消。不進(jìn)行沖突檢測(cè)。983.6.1在物理層擴(kuò)展以太網(wǎng)(續(xù)7)使用集線器的多級(jí)結(jié)構(gòu)局域網(wǎng)存在的主要問題：所有用戶共享帶寬，每個(gè)用戶的可用帶寬隨接入用戶數(shù)的增加而減少，且不允許多個(gè)接口同時(shí)工作，因此不可能增加局域網(wǎng)的總吞吐量。中間集線器主干集線器三系一系二系10Mb/s10Mb/s10Mb/s10Mb/s993.6.2在數(shù)據(jù)鏈路層擴(kuò)展以太網(wǎng)1、利用網(wǎng)橋擴(kuò)展局域網(wǎng)網(wǎng)橋是一種存儲(chǔ)型的轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，常用于局域網(wǎng)的互聯(lián)。從實(shí)現(xiàn)協(xié)議和功能轉(zhuǎn)換的角度，網(wǎng)橋工作在數(shù)據(jù)鏈路層，它根據(jù)接收到的幀的MAC地址進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，或者丟棄CRC檢驗(yàn)存在差錯(cuò)的幀和無效幀，即具有幀過濾作用。網(wǎng)橋與集線器(或轉(zhuǎn)發(fā)器)不同集線器在轉(zhuǎn)發(fā)幀時(shí)，不對(duì)傳輸媒體進(jìn)行檢測(cè)。網(wǎng)橋在轉(zhuǎn)發(fā)幀之前必須執(zhí)行CSMA/CD算法。網(wǎng)橋不改變轉(zhuǎn)發(fā)幀的源地址。1003.6.2在數(shù)據(jù)鏈路層擴(kuò)展以太網(wǎng)(續(xù)1)網(wǎng)橋的內(nèi)部結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)接口1接口2網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實(shí)體接口管理軟件轉(zhuǎn)發(fā)表LAN1LAN2網(wǎng)橋1013.6.2在數(shù)據(jù)鏈路層擴(kuò)展以太網(wǎng)(續(xù)2)網(wǎng)橋的工作原理兩個(gè)網(wǎng)橋之間還可使用一段點(diǎn)到點(diǎn)鏈路用戶層IPMAC站1用戶層IPMAC站2物理層網(wǎng)橋1網(wǎng)橋2AB①②③④⑤⑥⑦⑧⑨用戶數(shù)據(jù)IP-HMAC-HMAC-TDL-HDL-T①⑨②⑧③④⑥⑦⑤物理層DLRMAC物理層物理層DLR物理層物理層LANLANMAC1023.6.2在數(shù)據(jù)鏈路層擴(kuò)展以太網(wǎng)(續(xù)3)網(wǎng)橋需要處理的四個(gè)共性問題①必須對(duì)不同局域網(wǎng)的幀格式進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換。②必須對(duì)不同的數(shù)據(jù)傳輸速率進(jìn)行轉(zhuǎn)換。③必須處理不同幀的最大長(zhǎng)度。④必須進(jìn)行幀的語義轉(zhuǎn)換。

1033.6.2在數(shù)據(jù)鏈路層擴(kuò)展以太網(wǎng)(續(xù)4)網(wǎng)橋帶來的好處擴(kuò)展了物理范圍，增加了站的數(shù)目；可實(shí)現(xiàn)不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和傳輸媒體局域網(wǎng)的互聯(lián)；通過幀過濾平滑通信流量，改善了網(wǎng)絡(luò)性能；便于隔離故障，提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性。B2B1碰撞域碰撞域碰撞域ABCDEF網(wǎng)橋使各網(wǎng)段成為隔離開的碰撞域

1043.6.2在數(shù)據(jù)鏈路層擴(kuò)展以太網(wǎng)(續(xù)5)網(wǎng)橋帶來的問題通過存儲(chǔ)幀和查找轉(zhuǎn)發(fā)表會(huì)增加時(shí)延；MAC子層無流量控制功能，可能會(huì)出現(xiàn)幀的丟失現(xiàn)象；只適用于用戶不太多和通信量不太大的場(chǎng)合，否則會(huì)引起過多的廣播信息而產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)擁塞(即所謂廣播風(fēng)暴)。1053.6.2在數(shù)據(jù)鏈路層擴(kuò)展以太網(wǎng)(續(xù)6)(1)透明網(wǎng)橋透明網(wǎng)橋(transparentbridge)是目前使用得最多的網(wǎng)橋。它是一種即插即用設(shè)備，其標(biāo)準(zhǔn)是IEEE802.1D?！巴该鳌笔侵妇W(wǎng)橋?qū)钟蚓W(wǎng)上的各站是看不見的，但網(wǎng)橋所選擇的路由并非是最佳路由，因而不能有效地利用網(wǎng)絡(luò)帶寬和均衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。

透明網(wǎng)橋采用逆向?qū)W習(xí)算法（backwardlearning）來建立并維護(hù)轉(zhuǎn)發(fā)表。1063.6.2在數(shù)據(jù)鏈路層擴(kuò)展以太網(wǎng)(續(xù)7)逆向?qū)W習(xí)算法的基本思路當(dāng)網(wǎng)橋從接口

x接收到來自某個(gè)站A的幀，那么網(wǎng)橋也一定可以沿著相反方向通過這個(gè)接口把接收到的幀送回到同一站A。當(dāng)網(wǎng)橋收到一個(gè)幀時(shí)，就記錄幀中的源地址和進(jìn)入網(wǎng)橋的接口號(hào)，作為轉(zhuǎn)發(fā)表的一個(gè)表項(xiàng)內(nèi)容。應(yīng)注意：此時(shí)把記錄在轉(zhuǎn)發(fā)表相應(yīng)表項(xiàng)中的源地址當(dāng)作目的地址，而把當(dāng)時(shí)進(jìn)入網(wǎng)橋的接口號(hào)當(dāng)作轉(zhuǎn)發(fā)接口。1073.6.2在數(shù)據(jù)鏈路層擴(kuò)展以太網(wǎng)(續(xù)8)透明網(wǎng)橋使用生成樹算法在一對(duì)局域網(wǎng)之間允許使用多個(gè)透明網(wǎng)橋，以提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性。但此時(shí)應(yīng)避免幀在傳送過程中沿閉合環(huán)路兜圈子的問題。局域網(wǎng)2局域網(wǎng)1網(wǎng)橋2網(wǎng)橋1

AFF2④F1③不停地兜圈子A發(fā)出的幀⑤網(wǎng)橋1轉(zhuǎn)發(fā)的幀⑥網(wǎng)橋2轉(zhuǎn)發(fā)的幀①②網(wǎng)絡(luò)資源白白消耗了1083.6.2在數(shù)據(jù)鏈路層擴(kuò)展以太網(wǎng)(續(xù)9)生成樹的建立每隔幾秒鐘每一個(gè)網(wǎng)橋要廣播其標(biāo)識(shí)號(hào)和它所知道的其他所有在網(wǎng)上的網(wǎng)橋。標(biāo)識(shí)號(hào)是由生產(chǎn)網(wǎng)橋的廠家設(shè)定的一個(gè)唯一的序號(hào)。生成樹算法選擇一個(gè)網(wǎng)橋作為生成樹的根(例如，選擇一個(gè)最小序號(hào)的網(wǎng)橋)，然后以最短路徑為依據(jù)，找到樹上的每一個(gè)結(jié)點(diǎn)。當(dāng)互連局域網(wǎng)的數(shù)目非常大時(shí)，生成樹的算法很花費(fèi)時(shí)間。這時(shí)可將大的互連網(wǎng)劃分為多個(gè)較小的互連網(wǎng)，然后得出多個(gè)生成樹。1093.6.2在數(shù)據(jù)鏈路層擴(kuò)展以太網(wǎng)(續(xù)10)(2)源路由網(wǎng)橋源路由網(wǎng)橋是由發(fā)送幀的源站負(fù)責(zé)路由的選擇。源站為了找到合適的路由，源站以廣播方式向目的站發(fā)送一個(gè)探詢幀，該探詢幀在傳送過程中將記錄下它所經(jīng)歷的路由。當(dāng)幀到達(dá)目的站時(shí)，又各自沿原路返回。源站在得知這些路由后，可從中選擇一條最佳路由作為以后通信的路由。這條詳細(xì)的路由信息將反映在幀的首部當(dāng)中。以廣播方式獲得的路由也不允許存在兜圈子現(xiàn)象。源路由網(wǎng)橋的最大優(yōu)點(diǎn)是選擇了最佳路由，較好地使用網(wǎng)絡(luò)資源，均衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。其缺點(diǎn)是可能造成幀的兜圈子現(xiàn)象，增加了主機(jī)的負(fù)擔(dān)。1103.6.2在數(shù)據(jù)鏈路層擴(kuò)展以太網(wǎng)(續(xù)11)透明網(wǎng)橋與源路由網(wǎng)橋的性能比較

性能透明網(wǎng)橋源路由網(wǎng)橋服務(wù)類型無連接服務(wù)面向連接服務(wù)對(duì)主機(jī)的透明性完全透明不透明網(wǎng)橋的使用管理自動(dòng)管理人工管理選擇路由的最佳性不一定是最佳路由可選最佳路由故障處理由網(wǎng)橋進(jìn)行由主機(jī)進(jìn)行網(wǎng)橋結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性較復(fù)雜較復(fù)雜1113.6.2在數(shù)據(jù)鏈路層擴(kuò)展以太網(wǎng)(續(xù)12)2、利用交換機(jī)擴(kuò)展局域網(wǎng)1990年問世的交換式集線器，常稱為以太網(wǎng)交換機(jī)(switch)或第二層交換機(jī)(表明工作在數(shù)據(jù)鏈路層)。它也是一種即插即用設(shè)備，其內(nèi)部的轉(zhuǎn)發(fā)表也是通過逆向?qū)W習(xí)算法自動(dòng)建立的。

以太網(wǎng)交換機(jī)通常都有十幾個(gè)接口。因此，以太網(wǎng)交換機(jī)實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)多接口的網(wǎng)橋。1123.6.2在數(shù)據(jù)鏈路層擴(kuò)展以太網(wǎng)(續(xù)13)以太網(wǎng)交換機(jī)的特點(diǎn)①擁有N對(duì)接口的交換機(jī)的總?cè)萘繛?/p>

N10Mb/s。②從總線式局域網(wǎng)或集線器式局域網(wǎng)轉(zhuǎn)換成交換機(jī)式局域網(wǎng)，不需要對(duì)所有接入設(shè)備的軟件和硬件作任何改動(dòng)。③交換機(jī)式局域網(wǎng)的擴(kuò)充非常容易，通過增加交換機(jī)的容量，就可接入新的設(shè)備。④以太網(wǎng)交換機(jī)一般都具有多種速率(如10Mb/s，100Mb/s和1Gb/s等)的接口，這就便于滿足各種不同類型用戶的需要。1133.6.2在數(shù)據(jù)鏈路層擴(kuò)展以太網(wǎng)(續(xù)14)以太網(wǎng)交換機(jī)的轉(zhuǎn)發(fā)方式

①直通式。輸入接口在接收幀的同時(shí)，并不對(duì)其進(jìn)行緩存處理，而是立即按數(shù)據(jù)幀的目的MAC地址決定該幀的轉(zhuǎn)發(fā)接口，從而完成交換功能。②存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)式。輸入接口接收幀將其緩存，并進(jìn)行差錯(cuò)檢測(cè)濾去無效幀，對(duì)正確幀取其目的地址，通過內(nèi)部地址表確定其相應(yīng)的輸出接口轉(zhuǎn)發(fā)該幀。③無碎片直通式。碎片是指發(fā)送信息過程中由于沖突而產(chǎn)生的殘缺不全的無用幀(殘幀)。采用先進(jìn)先出FIFO工作方式，檢查幀的長(zhǎng)度，僅轉(zhuǎn)發(fā)大于64字節(jié)的幀。④混合式。集前三種之優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)出自適應(yīng)交換機(jī)。1143.6.2在數(shù)據(jù)鏈路層擴(kuò)展以太網(wǎng)(續(xù)15)虛擬局域網(wǎng)VLAN(VirtualLAN)在交換機(jī)式局域網(wǎng)的基礎(chǔ)上，利用增值軟件可以組建一個(gè)跨越不同物理局域網(wǎng)段、不同類型網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)屬于同一邏輯局域網(wǎng)段而形成同一個(gè)虛擬工作組，這就構(gòu)成了虛擬局域網(wǎng)。VLAN是由一些局域網(wǎng)網(wǎng)段構(gòu)成的與物理位置無關(guān)的邏輯組，而這些網(wǎng)段具有某些共同的需求。每一個(gè)VLAN的幀都有一個(gè)明確的標(biāo)識(shí)符，指明發(fā)送這個(gè)幀的工作站是屬于哪一個(gè)VLAN。虛擬局域網(wǎng)其實(shí)只是局域網(wǎng)給用戶提供的一種服務(wù)，而并不是一種新型局域網(wǎng)。115以太網(wǎng)交換機(jī)A4B1以太網(wǎng)交換機(jī)VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太網(wǎng)交換機(jī)以太網(wǎng)交換機(jī)三個(gè)虛擬局域網(wǎng)VLAN1,VLAN2和VLAN3

的構(gòu)成116以太網(wǎng)交換機(jī)A4B1以太網(wǎng)交換機(jī)VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太網(wǎng)交換機(jī)以太網(wǎng)交換機(jī)三個(gè)虛擬局域網(wǎng)VLAN1,VLAN2和VLAN3

的構(gòu)成當(dāng)B1

向VLAN2

工作組內(nèi)成員發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，工作站B2和B3將會(huì)收到廣播的信息。117以太網(wǎng)交換機(jī)A4B1以太網(wǎng)交換機(jī)VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太網(wǎng)交換機(jī)以太網(wǎng)交換機(jī)三個(gè)虛擬局域網(wǎng)VLAN1,VLAN2和VLAN3

的構(gòu)成B1發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，工作站A1,A2和C1都不會(huì)收到B1發(fā)出的廣播信息。118以太網(wǎng)交換機(jī)A4B1以太網(wǎng)交換機(jī)VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太網(wǎng)交換機(jī)以太網(wǎng)交換機(jī)三個(gè)虛擬局域網(wǎng)VLAN1,VLAN2和VLAN3

的構(gòu)成虛擬局域網(wǎng)限制了接收廣播信息的工作站數(shù)，使得網(wǎng)絡(luò)不會(huì)因傳播過多的廣播信息(即“廣播風(fēng)暴”)而引起性能惡化。1193.6.2在數(shù)據(jù)鏈路層擴(kuò)展以太網(wǎng)(續(xù)20)IEEE802.1Q標(biāo)準(zhǔn)定義了支持虛擬局域網(wǎng)的以太網(wǎng)幀格式虛擬局域網(wǎng)協(xié)議允許在以太網(wǎng)的幀格式中插入一個(gè)4字節(jié)的標(biāo)識(shí)符，稱為

VLAN標(biāo)記(tag)，用來指明發(fā)送該幀的工作站屬于哪一個(gè)虛擬局域網(wǎng)。以太網(wǎng)V2MAC

幀字節(jié)66246~15004MAC幀目地地址源地址長(zhǎng)度數(shù)據(jù)FCS長(zhǎng)度/類型=802.1Q

標(biāo)記類型

標(biāo)記控制信息

1000000100000000

VID

2字節(jié)2字節(jié)插入4字節(jié)的

VLAN

標(biāo)記4用戶優(yōu)先級(jí)規(guī)范格式指示符CFI1203.6.2在數(shù)據(jù)鏈路層擴(kuò)展以太網(wǎng)(續(xù)21)VLAN的組網(wǎng)方法①基于交換機(jī)端口的VLAN②基于MAC地址的VLAN③基于網(wǎng)絡(luò)層地址的VLAN④基于IP組播VLAN虛擬局域網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)主要是便于網(wǎng)絡(luò)用戶的管理，提供了更好的安全性，以及改善了網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。

121第

3章內(nèi)容提綱*3.1