計算機網(wǎng)絡(luò)(第6版)

計算機網(wǎng)絡(luò)(第6版)第3章數(shù)據(jù)鏈路層(續(xù))ACD第3章數(shù)據(jù)鏈路層(續(xù)).1100BASE-T以太網(wǎng)212局域網(wǎng)從層次上來看數(shù)據(jù)的流動從層次上來看數(shù)據(jù)的流動R2R3R1122僅從數(shù)據(jù)鏈路層觀察幀的流動僅從數(shù)據(jù)鏈路層觀察幀的流動R2R3R13.1使用點對點信道的數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路(datalink)除了物理線路外，還必須有通信協(xié)議來控制這些數(shù)據(jù)的傳輸。若把實現(xiàn)這些協(xié)議的硬件和軟件加到鏈路上，就構(gòu)成了現(xiàn)在最常用的方法是使用適配器(即網(wǎng)卡)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層傳送的是數(shù)據(jù)鏈路層傳送的是幀幀鏈路幀幀封裝成幀(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)成了一個幀。確定幀的界限。首部和尾部的一個重要作用就是進行幀定界。MTUHH幀出現(xiàn)了“EOT”數(shù)據(jù)部分SOHEOTEOT解決透明傳輸問題發(fā)送端的數(shù)據(jù)鏈路層在數(shù)據(jù)中出現(xiàn)控制字符字節(jié)填充(bytestuffing)或字符填充(characterstuffing)：：接收端的數(shù)據(jù)鏈路層在將數(shù)據(jù)送往網(wǎng)的轉(zhuǎn)義字符。如果轉(zhuǎn)義字符也出現(xiàn)數(shù)據(jù)當中，那么應(yīng)在轉(zhuǎn)義字符前面插入一個轉(zhuǎn)義字符。當接收端收到連續(xù)的兩個轉(zhuǎn)義字符時，就刪除其中前面的一個。幀原始數(shù)據(jù)SOHESCEOTESCSOHESCESCESCSOHEOT在傳輸過程中可能會產(chǎn)生比特差錯：1可能會在一段時間內(nèi)，傳輸錯誤的比特占所傳輸比特為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，在計算機網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)時，必須采用各種差錯檢測措施。k=6)。我們在M的后面再添加供差錯檢得到的(k+n)位的數(shù)除以事先選定好的長度為(n+1)CRCFCS加在數(shù)據(jù)后面的冗余碼。(1)若得出的余數(shù)R=0，則判定這個幀沒有差錯，就接受(accept)。但這種檢測方法并不能確定究竟是哪一個或哪只要經(jīng)過嚴格的挑選，并使用位數(shù)足夠多的除數(shù)P，那么出現(xiàn)檢測不到的差錯的概率就很小僅用循環(huán)冗余檢驗CRC差錯檢測技術(shù)只能做到無差錯接受(accept)。“無差錯接受”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的概率認為這些幀在傳輸過程中沒有產(chǎn)生差錯”。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”(有差錯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)就必須再加上確認和重傳機制。3.2.1PPP協(xié)議的特點用用戶已向因特網(wǎng)管理機構(gòu)封裝成幀透明性網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議鏈路差錯檢測檢測連接狀態(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PPP協(xié)議有三個組成部分PPP格式E制表示是01111110)。IP數(shù)據(jù)報C1FFC1FF1A1信息部分2字節(jié)12采用硬件來完成比特填充(和HDLC的做法一樣)。(即數(shù)值小于0x20的字符)，則在該字使用同步傳輸(一連串的比特連續(xù)傳送)。這時PPP協(xié)議采用零比特填充方111111000101011110100010101111010001010在數(shù)據(jù)鏈路層出現(xiàn)差錯的概率不大時，使用比P當用戶撥號接入ISP時，路由器的調(diào)制解調(diào)器對撥號做出確認，并建立一條物理連接。PC機向路由器發(fā)送一系列的LCP分組(封裝成多個PPP幀)。這些分組及其響應(yīng)選擇一些PPP參數(shù)，和進行層連接。最后釋放的是物理層的連接。鏈路靜止設(shè)備之間無鏈路鑒別失敗鑒別LCP域網(wǎng)上的各種硬件逐漸地演變，各設(shè)備的位置可靈頻分復(fù)用波分復(fù)用碼分復(fù)用動態(tài)媒體接入控制(多點接入)產(chǎn)品(以太網(wǎng))的規(guī)約。數(shù)據(jù)鏈路層的兩個子層邏輯鏈路控制LLC(LogicalLinkControl)子層MACMediumAccessControl)網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層在計算機的操作系統(tǒng)安裝設(shè)備驅(qū)動程序。PU CSMA/CD協(xié)議最初的以太網(wǎng)是將許多計算機都連接到一根總匹配電阻(用來吸收總線上傳播的信號)匹配電阻ACA不接受不接受不接受接受不接受不接受不接受接受一個工作的計算機都能檢測到B發(fā)其他所有的計算機(A,C和E)都檢測到不是發(fā)送給它們的數(shù)據(jù)幀，因此就丟棄這個數(shù)據(jù)幀具有廣播特性的總線上實現(xiàn)了一對一的通信。接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)生差曼徹斯特(Manchester)編碼比特流1000100111載波監(jiān)聽多點接入/碰撞檢測CSMA/CDAccesswithCollisionDetection?！岸帱c接入”表示許多計算機從多個點連接到“載波監(jiān)聽”是指每一個站在發(fā)送數(shù)據(jù)之前先要檢測一下總線上是否有其他計算機在發(fā)送數(shù)據(jù)，如果有，則暫時不要發(fā)送數(shù)據(jù)，以免發(fā)生聽”就是用電子技術(shù)檢測總線上有沒有其他計“碰撞檢測”就是計算機邊發(fā)送數(shù)據(jù)邊檢測信道當幾個站同時在總線上發(fā)送數(shù)據(jù)時，總線上的信號電壓擺動值將會增大(互相疊加)。當一個站檢測到的信號電壓擺動值超過一定的門限值時，就認為總線上至少有兩個站同時在所謂“碰撞”就是發(fā)生了沖突。因此“碰撞檢AtBTBBAAAAAAAAAAA雙工通信而只能進行雙向交替通信(半雙工通信)。發(fā)生碰撞的站在停止發(fā)送數(shù)據(jù)后，要推遲(退避)發(fā)生碰撞的站在停止發(fā)送數(shù)據(jù)后，要推遲(退避)從整數(shù)集合[0,1,…,(2k1)]中隨機地取出一個數(shù)，記對于10Mb/s以太網(wǎng)，在爭用期內(nèi)可發(fā)送再繼續(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t人為干擾信號tTJAB也能夠檢測到?jīng)_突，并立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)幀，接3.4.1使用集線器的星形拓撲集線器集線器信道利用率0一個幀從開始發(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(zhuǎn)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)送發(fā)生碰撞發(fā)生碰撞占用期爭用期爭用期…爭用期發(fā)送成功tTτ0TT0要提高以太網(wǎng)的信道利用率，就必須減小T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T與幀的發(fā)送時間T之比：0T0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T的值會太小，使a值0在理想化的情況下，以太網(wǎng)上的各站發(fā)送數(shù)據(jù)都不會產(chǎn)生碰撞(這顯然已經(jīng)不是CSMA/CD，而是需要使用一種特殊的調(diào)度方法)，即總線一旦送數(shù)據(jù)。發(fā)送一幀占用線路的時間是T0+T，而幀本身的發(fā)送時間是T。于是我們可計算出理想情況下的0極限信道利用率S為：maxT1S=0=0或MAC地址(48位)。如果是發(fā)往本站的幀則收下，然后再進行其他否則就將此幀丟棄，不再進行其他的處理。單播(unicast)幀(一對一)廣播(broadcast)幀(一對全體)多播(multicast)幀(一對多)DIXEthernetV2標準IEEE的802.3標準字節(jié)66246~1500MAC幀目的地址源地址類型數(shù)據(jù)插入8字節(jié)以太網(wǎng)MAC幀7字節(jié)1字節(jié)10101010101010…101010101010101010114以太網(wǎng)V2的MAC幀格式字節(jié)662數(shù)據(jù)4MAC層MAC幀物理層以太網(wǎng)V2的MAC幀格式字節(jié)662數(shù)據(jù)4MAC層MAC幀物理層以太網(wǎng)V2的MAC幀格式字節(jié)662數(shù)據(jù)4MAC層MAC幀物理層以太網(wǎng)V2的MAC幀格式字節(jié)662數(shù)據(jù)4MAC層MAC幀物理層以太網(wǎng)V2的MAC6624MAC層MAC層物理層MAC物理層以太網(wǎng)V2的MACAC數(shù)據(jù)MAC幀字節(jié)662源地址類型插入7字節(jié)1字節(jié)4前同步碼MAC層物理層MAC幀就簡單地丟棄。以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)。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備。3.5擴展的局域網(wǎng)3.5.1在物理層擴展局域網(wǎng)集線器光纖用多個集線器可連成更大的局域網(wǎng)某大學(xué)有三個系，各自有一個局域網(wǎng)優(yōu)點缺點如果不同的碰撞域使用不同的數(shù)據(jù)率，那么就不能在數(shù)據(jù)鏈路層擴展局域網(wǎng)是使用網(wǎng)橋。并不是向所有的接口轉(zhuǎn)發(fā)此幀，而是先檢查此到哪一個接口(一個大班隨機分成兩個大的A1B1C1E2F2ABCDEF率(如10Mb/s和100Mb/s以太網(wǎng))的局域網(wǎng)。網(wǎng)橋1網(wǎng)橋2ABCDEF的缺點在MAC子層并沒有流量控制功能。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(luò)擁塞。這就是所謂的廣播風暴。AABoo@oQMACRDLDLRMAC6o物理層物理層物理層物理層LAN1LAN2oo@ooo@oQ6oMAC-HQ6oPPPHPPP-T網(wǎng)橋和集線器(或轉(zhuǎn)發(fā)器)不同若在發(fā)送過程中出現(xiàn)碰撞，就必須停止發(fā)送目前使用得最多的網(wǎng)橋是透明網(wǎng)橋(transparent“透明”是指局域網(wǎng)上的站點并不知道所發(fā)送的幀將經(jīng)過哪幾個網(wǎng)橋，因為網(wǎng)橋?qū)Ω髡緛碚f透明網(wǎng)橋是一種即插即用設(shè)備，其標準是IEEE802.1D?！边@一121網(wǎng)橋22ABCDEFA→BAFB121A→BAF12在網(wǎng)橋的轉(zhuǎn)發(fā)表中寫入的信息除了地址和接口外，還有幀進入該網(wǎng)橋的時間。站點也可能會更換適配器(這就改變了站點的地址)。另外，以太網(wǎng)上的工作站并非總把每個幀到達網(wǎng)橋的時間登記下來，就可以在轉(zhuǎn)發(fā)表中只保留網(wǎng)絡(luò)拓撲的最新狀態(tài)信息。這樣就使得網(wǎng)橋中的轉(zhuǎn)發(fā)表能反映當前網(wǎng)絡(luò)發(fā)幀中增加一個項目(源地址、進入的接口和時間)。如如沒有，則通過所有其他接口(但進入網(wǎng)橋的接口除外)進口，則應(yīng)丟棄這個幀(因為這時不需要經(jīng)過網(wǎng)橋進行轉(zhuǎn)發(fā))。這是為了避免產(chǎn)生轉(zhuǎn)發(fā)的幀在網(wǎng)絡(luò)中不斷地621A@F互連在一起的網(wǎng)橋在進行彼此通信后，就能找出原來的網(wǎng)絡(luò)拓撲的一個子集。在這個子集里，整個連通的網(wǎng)絡(luò)中不存在回路，即在任何兩個站之間只有一條路徑。為了避免產(chǎn)生轉(zhuǎn)發(fā)的幀在網(wǎng)絡(luò)中不斷地兜圈為了得出能夠反映網(wǎng)絡(luò)拓撲發(fā)生變化時的生成樹，在生成樹上的根網(wǎng)橋每隔一段時間還撲進行更新。sourceroute詳細的路由 (相當于偵察兵)，每個發(fā)現(xiàn)幀都記錄所經(jīng)過的路由。1990年問世的交換式集線器(switchinghub)，可交換式集線器常稱為以太網(wǎng)交換機(switch)或第二層交換機(表明此交換機工作在數(shù)據(jù)鏈路層)。以太網(wǎng)交換機通常都有十幾個接口。因此，以太網(wǎng)交換機實質(zhì)上就是一個多接口的網(wǎng)橋，可見交以太網(wǎng)交換機的每個接口都直接與主機相連，并且一般都工作在全雙工方式。交換機能同時連通許多對的接口，使每一對相互通信的主機都能像獨占通信媒體那樣，進行無碰，用戶，則每個用戶占有的平均帶寬只有總帶寬(10使用以太網(wǎng)交換機時，雖然在每個接口到主機的(公用車道vs.專用車道，集線器：平交路口vs.交換機：立交橋)路由器至因特網(wǎng)一系二系三系10BASE-T利利用以太網(wǎng)交換機可以很方便地擬局域網(wǎng)虛擬局域網(wǎng)VLAN是由一些局域網(wǎng)網(wǎng)段構(gòu)成的與虛擬局域網(wǎng)其實只是局域網(wǎng)給用戶提供的一種服型局域網(wǎng)。3C22A交換機3CA11233C22CA13C22CA13C22CA1虛擬限制了接收廣虛擬局域網(wǎng)協(xié)議允許在以太網(wǎng)的幀格式中插入一個4字節(jié)的標識符，稱為VLAN標記(tag)，用來指明發(fā)送該幀的工作站屬于哪一個虛擬局域