計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課件講義

3.1數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念1.幀同步FarmeSynchronization2.鏈路管理DataLinkManagement3.差錯(cuò)控制Errorcontrol4.流量控制FlowControl5.透明傳輸Transparenttransmission6.識(shí)別數(shù)據(jù)和控制信息

7.尋址Addressing數(shù)據(jù)鏈路層的簡(jiǎn)單模型局域網(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)主機(jī)

H1

向

H2

發(fā)送數(shù)據(jù)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(lái)看數(shù)據(jù)的流動(dòng)數(shù)據(jù)鏈路層的簡(jiǎn)單模型(續(xù)）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)主機(jī)

H1

向

H2

發(fā)送數(shù)據(jù)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)3.1.1數(shù)據(jù)鏈路和幀

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。

IP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(huà)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)幀幀數(shù)據(jù)鏈路層數(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)3．2數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程

根據(jù)幀控制的格式，可以分為面向字符型面向比特型面向字符型的鏈路控制規(guī)程在這類規(guī)程中，用字符編碼集中的幾個(gè)特定字符來(lái)控制鏈路的操作，監(jiān)視鏈路的工作狀態(tài)，例如，采用國(guó)際5號(hào)碼中的SOH、STX作為幀的開(kāi)始，ETX、ETB作為的結(jié)束，ENQ、EOT、ACK、NAK等字符控制鏈路操作。面向字符型規(guī)程有一個(gè)很大的缺點(diǎn)，就是它與所用的字符集有密切的關(guān)系，使用不同字符集的兩個(gè)站之間，很難使用該規(guī)程進(jìn)行通信。面向字符型規(guī)程主要適用于中低速異步或同步傳輸，很適合于通過(guò)電話網(wǎng)的數(shù)據(jù)通信。面向比特型的鏈路控制規(guī)程在這類規(guī)程中，采用特定的二進(jìn)制序列01111110作為幀的開(kāi)始和結(jié)束，以一定的比特組合所表示的命令和響應(yīng)實(shí)現(xiàn)鏈路的監(jiān)控功能，命令和響應(yīng)可以和信息一起傳送。所以它可以實(shí)現(xiàn)不編碼限制的、高可靠和高效率的透明傳輸。面向比特型規(guī)程主要適用于中高速同步半雙工和全雙工數(shù)據(jù)通信，如分組交換方式中的鏈路層就采用這種規(guī)程。隨著通信的發(fā)展，它的應(yīng)用日益廣泛。在數(shù)據(jù)鏈路層能夠?qū)崿F(xiàn)可靠傳輸?shù)膮f(xié)議主要有：高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程HDLC點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議PPP。成幀成幀的三個(gè)基本問(wèn)題(1)封裝成幀(2)透明傳輸(3)差錯(cuò)控制1.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。確定幀的界限。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(kāi)始發(fā)送幀開(kāi)始用控制字符進(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(kāi)始符幀結(jié)束符發(fā)送在前EOT2.透明傳輸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)送在前解決透明傳輸問(wèn)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“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)。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)絡(luò)層之前刪除插入的轉(zhuǎn)義字符。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)接收端收到連續(xù)的兩個(gè)轉(zhuǎn)義字符時(shí)，就刪除其中前面的一個(gè)。SOHSOHEOTSOHESCESCEOTESCSOHESCESCESCSOH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(kāi)始符幀結(jié)束符用字節(jié)填充法解決透明傳輸?shù)膯?wèn)題SOH3.差錯(cuò)檢測(cè)在傳輸過(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生比特差錯(cuò)：1可能會(huì)變成0而0也可能變成1。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)的比率稱為誤碼率

BER(BitErrorRate)。誤碼率與信噪比有很大的關(guān)系。為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，在?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，必須采用各種差錯(cuò)檢測(cè)措施。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個(gè)比特。假設(shè)待傳送的一組數(shù)據(jù)M=101001（現(xiàn)在k=6）。我們?cè)贛的后面再添加供差錯(cuò)檢測(cè)用的n

位冗余碼一起發(fā)送。冗余碼的計(jì)算用二進(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。得到的(k+n)位的數(shù)除以事先選定好的長(zhǎng)度為(n+1)位的除數(shù)

P，得出商是Q而余數(shù)是R，余數(shù)R比除數(shù)P少1位，即R是n

位。冗余碼的計(jì)算舉例現(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。

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

循環(huán)冗余檢驗(yàn)的原理說(shuō)明幀檢驗(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。

接收端對(duì)收到的每一幀進(jìn)行CRC檢驗(yàn)(1)若得出的余數(shù)R=0，則判定這個(gè)幀沒(méi)有差錯(cuò)，就接受(accept)。(2)若余數(shù)R

0，則判定這個(gè)幀有差錯(cuò)，就丟棄。但這種檢測(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。應(yīng)當(dāng)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(wú)差錯(cuò)接受(accept)?！盁o(wú)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(guò)程中沒(méi)有產(chǎn)生差錯(cuò)”。也就是說(shuō)：“凡是接收端數(shù)據(jù)鏈路層接受的幀都沒(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。3.3點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議PPP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。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PPP協(xié)議不需要的功能糾錯(cuò)流量控制序號(hào)多點(diǎn)線路半雙工或單工鏈路1.PPP協(xié)議的組成1992年制訂了PPP協(xié)議。經(jīng)過(guò)1993年和1994年的修訂，現(xiàn)在的PPP協(xié)議已成為因特網(wǎng)的正式標(biāo)準(zhǔn)[RFC1661]。PPP協(xié)議有三個(gè)組成部分一個(gè)將IP數(shù)據(jù)報(bào)封裝到串行鏈路的方法。鏈路控制協(xié)議

LCP(LinkControlProtocol)。網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議

NCP(NetworkControlProtocol)。

2.PPP協(xié)議的幀格式標(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?/p>

C

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)。PPP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透明傳輸問(wèn)題當(dāng)PPP用在同步傳輸鏈路時(shí)，通過(guò)硬件采用零比特填充法，來(lái)實(shí)現(xiàn)透明傳輸。當(dāng)PPP用在異步傳輸時(shí)，就使用一種特殊的字符填充法。字符填充法將信息字段中出現(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。零比特填充法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。在發(fā)送端，只要發(fā)現(xiàn)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)，就把這5個(gè)連續(xù)1后的一個(gè)0刪除，01001111101000101001001111110001010010011111010001010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1之后填入0比特再發(fā)送出去在接收端把5個(gè)連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。

3.PPP協(xié)議的工作過(guò)程當(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(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。設(shè)備之間無(wú)鏈路鏈路靜止鏈路建立鑒別網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議鏈路打開(kāi)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(wú)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4．舉例路由器Router1和Router2的S0口均封裝PPP協(xié)議，采用CHAP做認(rèn)證，在Router1中應(yīng)建立一個(gè)用戶，以對(duì)端路由器主機(jī)名作為用戶名，即用戶名應(yīng)為router2。同時(shí)在Router2中應(yīng)建立一個(gè)用戶，以對(duì)端路由器主機(jī)名作為用戶名，即用戶名應(yīng)為router1。所建的這兩用戶的password必須相同。如圖所示。PPP協(xié)議配置Router1:hostnamerouter1usernamerouter2passwordxxxinterfaceSerial0ipaddress192.200.10.1255.255.255.0clockrate1000000pppauthenticationchapRouter2:hostnamerouter2usernamerouter1passwordxxxinterfaceSerial0ipaddress192.200.10.2255.255.255.0pppauthenticationchap3.4使用廣播信道的以太網(wǎng)

１.常用以太網(wǎng)接口標(biāo)準(zhǔn)

以太網(wǎng)接口描

述10BASE2采用細(xì)同軸電纜接口的IEEE802.310Mb/s物理層10BASE5采用粗同軸電纜接口的IEEE802.310Mb/s物理層10BASE-F采用光纖電纜接口的IEEE802.310Mb/s物理層10BASE-T采用雙絞線的IEEE802.310Mb/s物理層100BASE-FX采用兩個(gè)光纖的IEEE802.3100Mb/s物理層100BASE-T2采用兩對(duì)3類線的IEEE802.3100Mb/s物理層100BASE-T4采用四對(duì)3、4、5類線非屏蔽雙絞線的IEEE802.3100Mb/s物理層100BASE-TX采用兩對(duì)5類非屏蔽雙絞線或屏蔽雙絞線的IEEE802.3100Mb/s物理層1000BASE-CX1000BASE-X在特制的屏蔽電纜傳輸?shù)慕涌?000BASE-LX1000BASE-X采用單?；蚨嗄ｉL(zhǎng)波激光器的規(guī)格1000BASE-SX1000BASE-X采用多模短波激光器的規(guī)格1000BASE-T采用四對(duì)五類平衡電纜的1000Mb/s物理層規(guī)格電口電口采用RJ－45接口，參考第二章內(nèi)容。我們常用的網(wǎng)線有兩種：直連網(wǎng)線和交叉網(wǎng)線?，F(xiàn)在有些物理層芯片都支持MDI和MDIX自動(dòng)識(shí)別功能。直連網(wǎng)線定義

插頭1針腳插頭2針腳信號(hào)芯線顏色備注11發(fā)送白橙white-orange雙絞線22發(fā)送橙orange33接收白綠white-green雙絞線66接收綠green44雙向藍(lán)blue雙絞線55白藍(lán)white-blue77雙向白棕white-brown雙絞線88棕brown交叉網(wǎng)線定義

插頭1針腳插頭2針腳信號(hào)芯線顏色備注13發(fā)送白橙white-orange雙絞線26發(fā)送橙orange31接收白綠white-green雙絞線62接收綠green44雙向藍(lán)blue雙絞線55白藍(lán)white-blue77雙向白棕white-brown雙絞線88棕brown光口目前以太網(wǎng)光模塊封裝有GBIC、SFF、SFP好，目前推薦使用的是GBIC和SFP兩種可熱插拔的光模塊，有850nm、1310nm、1550

nm波長(zhǎng)，分為多模和單模，多模傳輸距離為275～550m，單模則可以達(dá)到2Km、10Km、15Km、40Km、70Km，甚至100Km以上。GBIC封裝光模塊SFP封裝光模塊FE自協(xié)商

對(duì)端設(shè)備接口類型自協(xié)商設(shè)備的自協(xié)商結(jié)果自協(xié)商100M

FD10M

FD10M

FD10M

HD10M

HD100M

FD100M

FD100M

HD100M

HDFD表示全雙工，HD表示半雙工MII接口

RMII接口

SMII接口

GMII接口

TBI接口

2.以太網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層

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)子層媒體接入控制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)，不管采用何種協(xié)議的局域網(wǎng)對(duì)LLC子層來(lái)說(shuō)都是透明的

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)MAC

幀的格式

常用的以太網(wǎng)MAC幀格式有兩種標(biāo)準(zhǔn)：DIXEthernetV2標(biāo)準(zhǔn)IEEE的802.3標(biāo)準(zhǔn)最常用的MAC幀是以太網(wǎng)V2的格式。以太網(wǎng)MAC幀物理層MAC層1010101010101010101010101010101011前同步碼幀開(kāi)始定界符7字節(jié)1字節(jié)…8字節(jié)插入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)MAC幀以太網(wǎng)的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(bào)以太網(wǎng)V2的MAC幀格式目的地址字段6字節(jié)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)以太網(wǎng)V2的MAC幀格式源地址字段6字節(jié)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)以太網(wǎng)V2的MAC幀格式類型字段2字節(jié)類型字段用來(lái)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。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)以太網(wǎng)V2的MAC幀格式數(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

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)以太網(wǎng)V2的MAC幀格式FCS字段4

字節(jié)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)。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)以太網(wǎng)V2的MAC幀格式1010101010101010101010101010101011前同步碼幀開(kāi)始定界符7字節(jié)1字節(jié)…8字節(jié)插入在幀的前面插入的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(lái)迅速實(shí)現(xiàn)MAC幀的比特同步。第二個(gè)字段是幀開(kāi)始定界符，表示后面的信息就是MAC幀。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)數(shù)據(jù)字段的長(zhǎng)度與長(zhǎng)度字段的值不一致；幀的長(zhǎng)度不是整數(shù)個(gè)字節(jié)；用收到的幀檢驗(yàn)序列FCS查出有差錯(cuò)；數(shù)據(jù)字段的長(zhǎng)度不在46~1500字節(jié)之間。有效的MAC幀長(zhǎng)度為64~1518字節(jié)之間。對(duì)于檢查出的無(wú)效MAC幀就簡(jiǎn)單地丟棄。以太網(wǎng)不負(fù)責(zé)重傳丟棄的幀。無(wú)效的MAC幀幀間最小間隔為9.6s，相當(dāng)于96bit的發(fā)送時(shí)間。一個(gè)站在檢測(cè)到總線開(kāi)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(lái)得及清理，做好接收下一幀的準(zhǔn)備。幀間最小間隔以太網(wǎng)的

MAC

地址

在局域網(wǎng)中，硬件地址又稱為物理地址，或MAC地址。802

標(biāo)準(zhǔn)所說(shuō)的“地址”嚴(yán)格地講應(yīng)當(dāng)是每一個(gè)站的“名字”或標(biāo)識(shí)符。但鑒于大家都早已習(xí)慣了將這種48位的“名字”稱為“地址”，所以本書(shū)也采用這種習(xí)慣用法，盡管這種說(shuō)法并不太嚴(yán)格。48位的MAC地址IEEE的注冊(cè)管理機(jī)構(gòu)

RA負(fù)責(zé)向廠家分配地址字段的前三個(gè)字節(jié)(即高位24位)。地址字段中的后三個(gè)字節(jié)(即低位24位)由廠家自行指派，稱為擴(kuò)展標(biāo)識(shí)符，必須保證生產(chǎn)出的適配器沒(méi)有重復(fù)地址。一個(gè)地址塊可以生成224個(gè)不同的地址。這種48位地址稱為MAC-48，它的通用名稱是EUI-48?！癕AC地址”實(shí)際上就是適配器地址或適配器標(biāo)識(shí)符EUI-48。MAC地址的表達(dá)形式MAC地址的表達(dá)形式：XX-XX-XX-XX-XX-XX。MAC地址可以分為3種類型：?jiǎn)尾AC地址：這種類型的MAC地址唯一的標(biāo)識(shí)了以太網(wǎng)上的一個(gè)終端，該地址為全球唯一的硬件地址；廣播MAC地址：全1的MAC地址為廣播地址（FF-FF-FF-FF-FF-FF），用來(lái)表示LAN上的所有終端設(shè)備；組播MAC地址：除廣播地址外，第8bit為1的MAC地址為組播MAC地址（xxxxxxx1-xxxxxxxx-xxxxxxxx-xxxxxxxx-xxxxxxxx-xxxxxxx），用來(lái)代表LAN上的一組終端。24bit組織標(biāo)識(shí)由IEEE定義24bit設(shè)備標(biāo)識(shí)由廠商指定適配器檢查MAC地址適配器從網(wǎng)絡(luò)上每收到一個(gè)MAC幀就首先用硬件檢查MAC幀中的MAC地址.如果是發(fā)往本站的幀則收下，然后再進(jìn)行其他的處理。否則就將此幀丟棄，不再進(jìn)行其他的處理?！鞍l(fā)往本站的幀”包括以下三種幀：?jiǎn)尾?unicast)幀（一對(duì)一）廣播(broadcast)幀（一對(duì)全體）多播(multicast)幀（一對(duì)多）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。CSMA/CD協(xié)議B向

D發(fā)送數(shù)據(jù)

C

D

A

E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)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(xiě)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。為了通信的簡(jiǎn)便

以太網(wǎng)采取了兩種重要的措施采用較為靈活的無(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)。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。

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(lái)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(lái)發(fā)送。載波監(jiān)聽(tīng)多點(diǎn)接入/碰撞檢測(cè)CSMA/CDCSMA/CD表示CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection?！岸帱c(diǎn)接入”表示許多計(jì)算機(jī)以多點(diǎn)接入的方式連接在一根總線上?！拜d波監(jiān)聽(tīng)”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?？偩€上并沒(méi)有什么“載波”。因此，“載波監(jiān)聽(tīng)”就是用電子技術(shù)檢測(cè)總線上有沒(méi)有其他計(jì)算機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)信號(hào)。碰撞檢測(cè)“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。所謂“碰撞”就是發(fā)生了沖突。因此“碰撞檢測(cè)”也稱為“沖突檢測(cè)”。檢測(cè)到碰撞后在發(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。電磁波在總線上的

有限傳播速率的影響當(dāng)某個(gè)站監(jiān)聽(tīng)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(guò)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(tīng)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(wú)用。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單程端到端傳播時(shí)延記為

傳播時(shí)延對(duì)載波監(jiān)聽(tīng)的影響1kmABt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

重要特性使用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)，存在著遭遇碰撞的可能性。這種發(fā)送的不確定性使整個(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。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（兩倍的端到端往返時(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。二進(jìn)制指數(shù)類型退避算法(truncatedbinaryexponentialtype)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(gè)隨機(jī)時(shí)間才能再發(fā)送數(shù)據(jù)。確定基本退避時(shí)間，一般是取為爭(zhēng)用期2。定義重傳次數(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(jī)地取出一個(gè)數(shù)，記為r。重傳所需的時(shí)延就是r倍的基本退避時(shí)間。當(dāng)重傳達(dá)16次仍不能成功時(shí)即丟棄該幀，并向高層報(bào)告。

爭(zhēng)用期的長(zhǎng)度以太網(wǎng)取51.2s為爭(zhēng)用期的長(zhǎng)度。對(duì)于10Mb/s以太網(wǎng)，在爭(zhēng)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(shí)，若前64字節(jié)沒(méi)有發(fā)生沖突，則后續(xù)的數(shù)據(jù)就不會(huì)發(fā)生沖突。最短有效幀長(zhǎng)如果發(fā)生沖突，就一定是在發(fā)送的前64字節(jié)之內(nèi)。由于一檢測(cè)到?jīng)_突就立即中止發(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)的幀都是由于沖突而異常中止的無(wú)效幀。強(qiáng)化碰撞當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)的站一旦發(fā)現(xiàn)發(fā)生了碰撞時(shí)：立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)；再繼續(xù)發(fā)送若干比特的人為干擾信號(hào)(jammingsignal)，以便讓所有用戶都知道現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)生了碰撞。

數(shù)據(jù)幀干擾信號(hào)TJ人為干擾信號(hào)ABTBtB發(fā)送數(shù)據(jù)A檢測(cè)到?jīng)_突開(kāi)始沖突信道占用時(shí)間A發(fā)送數(shù)據(jù)B也能夠檢測(cè)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(hào)。這里為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，只畫(huà)出A發(fā)送干擾信號(hào)的情況。以太網(wǎng)流量控制

半雙工以太網(wǎng)的反壓全雙工采用的PAUSE幀流控。反壓（Backpressure）反壓（Backpressure）是一種避免擁塞的流量控制機(jī)制，以太網(wǎng)在半雙工模式下可采用反壓進(jìn)行流量控制。如果一個(gè)以太網(wǎng)口的接收隊(duì)列發(fā)送擁塞（入口buffer中的數(shù)據(jù)超過(guò)一定的閾值），該網(wǎng)口可向外發(fā)送Jam信號(hào)，以模擬線路的擁塞，從而使對(duì)端的發(fā)送速率降低，達(dá)到避免擁塞丟包的效果。PAUSE流控以太網(wǎng)在全雙工工作方式下采用PAUSE幀進(jìn)行流量控制。如果一個(gè)以太網(wǎng)口的接收隊(duì)列發(fā)生擁塞（入口buffer中的數(shù)據(jù)超過(guò)一定的閾值），且該網(wǎng)口支持PAUSE流控，則該網(wǎng)口向外發(fā)送PAUSE幀，幀中的pause-time域的值為N（0<N<=65535）；鏈路對(duì)端的以太網(wǎng)口接收到這個(gè)PAUSE幀且該接口支持PAUSE流控，將在時(shí)間N（單位為512bit數(shù)據(jù)的發(fā)送時(shí)間）內(nèi)停止數(shù)據(jù)的發(fā)送。這樣可避免因?yàn)榻邮斩丝趽砣鴮?dǎo)致丟包。如果接收端口的擁塞已經(jīng)消除（入口buffer中的數(shù)據(jù)低于一定的閾值）而此時(shí)pause-time還沒(méi)有結(jié)束，該端口將發(fā)送一個(gè)pause-time為0的PAUSE幀，通知對(duì)端開(kāi)始發(fā)送數(shù)據(jù)。PAUSE幀格式

目的地址為多播地址01-80-C2-00-00-01；源地址為源端口的MAC地址；類型/長(zhǎng)度域?yàn)?8-08，表示MAC控制幀；2字節(jié)的MAC操控碼為00-01，表示PAUSE幀2字節(jié)的pause時(shí)間，指示對(duì)端端口暫停發(fā)送的時(shí)間，該域?yàn)?表示通知對(duì)端暫停發(fā)送的端口可以開(kāi)始發(fā)送數(shù)據(jù)。3．5以太網(wǎng)交換傳統(tǒng)以太網(wǎng)最初是使用粗同軸電纜，后來(lái)演進(jìn)到使用比較便宜的細(xì)同軸電纜，最后發(fā)展為使用更便宜和更靈活的雙絞線。這種以太網(wǎng)采用星形拓?fù)?，在星形的中心則增加了一種可靠性非常高的設(shè)備，叫做集線器(hub)使用集線器的雙絞線以太網(wǎng)集線器兩對(duì)雙絞線站點(diǎn)RJ-45插頭以太網(wǎng)在局域網(wǎng)中的統(tǒng)治地位10BASE-T的通信距離稍短，每個(gè)站到集線器的距離不超過(guò)100m。這種10Mb/s速率的無(wú)屏蔽雙絞線星形網(wǎng)的出現(xiàn)，既降低了成本，又提高了可靠性。10BASE-T雙絞線以太網(wǎng)的出現(xiàn)，是局域網(wǎng)發(fā)展史上的一個(gè)非常重要的里程碑，它為以太網(wǎng)在局域網(wǎng)中的統(tǒng)治地位奠定了牢固的基礎(chǔ)。集線器的一些特點(diǎn)集線器是使用電子器件來(lái)模擬實(shí)際電纜線的工作，因此整個(gè)系統(tǒng)仍然像一個(gè)傳統(tǒng)的以太網(wǎng)那樣運(yùn)行。使用集線器的以太網(wǎng)在邏輯上仍是一個(gè)總線網(wǎng)，各工作站使用的還是CSMA/CD

協(xié)議，并共享邏輯上的總線。集線器很像一個(gè)多接口的轉(zhuǎn)發(fā)器，工作在物理層。優(yōu)點(diǎn)使原來(lái)屬于不同碰撞域的局域網(wǎng)上的計(jì)算機(jī)能夠進(jìn)行跨碰撞域的通信。擴(kuò)大了局域網(wǎng)覆蓋的地理范圍。缺點(diǎn)碰撞域增大了，但總的吞吐量并未提高。如果不同的碰撞域使用不同的數(shù)據(jù)率，那么就不能用集線器將它們互連起來(lái)。

用集線器擴(kuò)展局域網(wǎng)用集線器組成更大的局域網(wǎng)

都在一個(gè)碰撞域中一系三系二系主干集線器一個(gè)更大的碰撞域碰撞域在數(shù)據(jù)鏈路層擴(kuò)展局域網(wǎng)是使用網(wǎng)橋。網(wǎng)橋工作在數(shù)據(jù)鏈路層，它根據(jù)MAC幀的目的地址對(duì)收到的幀進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。網(wǎng)橋具有過(guò)濾幀的功能。當(dāng)網(wǎng)橋收到一個(gè)幀時(shí)，并不是向所有的接口轉(zhuǎn)發(fā)此幀，而是先檢查此幀的目的MAC地址，然后再確定將該幀轉(zhuǎn)發(fā)到哪一個(gè)接口3.5.1網(wǎng)橋

--在數(shù)據(jù)鏈路層擴(kuò)展局域網(wǎng)

網(wǎng)橋的內(nèi)部結(jié)構(gòu)站表接口管理軟件網(wǎng)橋協(xié)議實(shí)體緩存接口1接口2①②③網(wǎng)段B網(wǎng)段A1112①③⑤2②④⑥2站地址接口網(wǎng)橋網(wǎng)橋④⑤⑥接口1接口212用戶層IPMAC站1用戶層IPMAC站2物理層網(wǎng)橋1網(wǎng)橋2AB用戶數(shù)據(jù)IP-HMAC-HMAC-TDL-HDL-T

物理層DLRMAC物理層物理層DLRMAC物理層物理層LANLAN兩個(gè)網(wǎng)橋之間還可使用一段點(diǎn)到點(diǎn)鏈路網(wǎng)橋不改變它轉(zhuǎn)發(fā)的幀的源地址若從A發(fā)出的幀從接口x進(jìn)入了某網(wǎng)橋，那么從這個(gè)接口出發(fā)沿相反方向一定可把一個(gè)幀傳送到A。網(wǎng)橋每收到一個(gè)幀，就記下其源地址和進(jìn)入網(wǎng)橋的接口，作為轉(zhuǎn)發(fā)表中的一個(gè)項(xiàng)目。在建立轉(zhuǎn)發(fā)表時(shí)是把幀首部中的源地址寫(xiě)在“地址”這一欄的下面。在轉(zhuǎn)發(fā)幀時(shí)，則是根據(jù)收到的幀首部中的目的地址來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)的。這時(shí)就把在“地址”欄下面已經(jīng)記下的源地址當(dāng)作目的地址，而把記下的進(jìn)入接口當(dāng)作轉(zhuǎn)發(fā)接口。網(wǎng)橋應(yīng)當(dāng)按照以下自學(xué)習(xí)算法

處理收到的幀和建立轉(zhuǎn)發(fā)表

地址接口轉(zhuǎn)發(fā)表的建立過(guò)程舉例B2B1ABCDEF1212地址接口…………B1B→AA→BA1F→CF2A→BA1F→CF2在網(wǎng)橋的轉(zhuǎn)發(fā)表中寫(xiě)入的三個(gè)信息：站地址：登記收到的幀的源MAC地址；端口：登記收到的幀進(jìn)入該網(wǎng)橋的端口號(hào)；時(shí)間：登記收到的幀進(jìn)入該網(wǎng)橋的時(shí)間；這是因?yàn)橐蕴W(wǎng)的拓?fù)淇赡芙?jīng)常會(huì)發(fā)生變化，站點(diǎn)也可能會(huì)更換適配器（這就改變了站點(diǎn)的地址）。另外，以太網(wǎng)上的工作站并非總是接通電源的。把每個(gè)幀到達(dá)網(wǎng)橋的時(shí)間登記下來(lái)，就可以在轉(zhuǎn)發(fā)表中只保留網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖钚聽(tīng)顟B(tài)信息。這樣就使得網(wǎng)橋中的轉(zhuǎn)發(fā)表能反映當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的最新拓?fù)錉顟B(tài)。網(wǎng)橋的轉(zhuǎn)發(fā)表網(wǎng)橋的工作原理

--自學(xué)習(xí)和轉(zhuǎn)發(fā)幀網(wǎng)橋收到一幀后先進(jìn)行自學(xué)習(xí)。查找轉(zhuǎn)發(fā)表中與收到幀的源地址有無(wú)相匹配的項(xiàng)目。如沒(méi)有，就在轉(zhuǎn)發(fā)表中增加一個(gè)項(xiàng)目（源地址、進(jìn)入的接口和時(shí)間）。如有，則把原有的項(xiàng)目進(jìn)行更新。轉(zhuǎn)發(fā)幀。查找轉(zhuǎn)發(fā)表中與收到幀的目的地址有無(wú)相匹配的項(xiàng)目。如沒(méi)有，則通過(guò)所有其他接口（但進(jìn)入網(wǎng)橋的接口除外）按進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。如有，則按轉(zhuǎn)發(fā)表中給出的接口進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。若轉(zhuǎn)發(fā)表中給出的接口就是該幀進(jìn)入網(wǎng)橋的接口，則應(yīng)丟棄這個(gè)幀（因?yàn)檫@時(shí)不需要經(jīng)過(guò)網(wǎng)橋進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)）。過(guò)濾通信量。擴(kuò)大了物理范圍。提高了可靠性?？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(lái)的好處網(wǎng)橋使各網(wǎng)段成為

隔離開(kāi)的碰撞域B2B1碰撞域碰撞域碰撞域ABCDEF存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)增加了時(shí)延。在MAC子層并沒(méi)有流量控制功能。具有不同MAC子層的網(wǎng)段橋接在一起時(shí)時(shí)延更大。網(wǎng)橋只適合于用戶數(shù)不太多(不超過(guò)幾百個(gè))和通信量不太大的局域網(wǎng)，否則有時(shí)還會(huì)因傳播過(guò)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(fēng)暴。使用網(wǎng)橋帶來(lái)的缺點(diǎn)1990年問(wèn)世的交換式集線器(switchinghub)，可明顯地提高局域網(wǎng)的性能。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)（表明此交換機(jī)工作在數(shù)據(jù)鏈路層）。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，可見(jiàn)交換機(jī)工作在數(shù)據(jù)鏈路層。3.5.2以太網(wǎng)交換機(jī)

以太網(wǎng)交換機(jī)的每個(gè)接口都直接與主機(jī)相連，并且一般都工作在全雙工方式。交換機(jī)能同時(shí)連通許多對(duì)的接口，使每一對(duì)相互通信的主機(jī)都能像獨(dú)占通信媒體那樣，進(jìn)行無(wú)碰撞地傳輸數(shù)據(jù)。以太網(wǎng)交換機(jī)由于使用了專用的交換結(jié)構(gòu)芯片，其交換速率就較高。以太網(wǎng)交換機(jī)的特點(diǎn)對(duì)于普通10Mb/s的共享式以太網(wǎng)，若共有N個(gè)用戶，則每個(gè)用戶占有的平均帶寬只有總帶寬(10Mb/s)的N分之一。使用以太網(wǎng)交換機(jī)時(shí)，雖然在每個(gè)接口到主機(jī)的帶寬還是10Mb/s，但由于一個(gè)用戶在通信時(shí)是獨(dú)占而不是和其他網(wǎng)絡(luò)用戶共享傳輸媒體的帶寬，因此對(duì)于擁有N對(duì)接口的交換機(jī)的總?cè)萘繛镹10Mb/s。這正是交換機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)。獨(dú)占傳輸媒體的帶寬用以太網(wǎng)交換機(jī)擴(kuò)展局域網(wǎng)一系三系二系10BASE-T至因特網(wǎng)100Mb/s100Mb/s100Mb/s萬(wàn)維網(wǎng)服務(wù)器電子郵件服務(wù)器以太網(wǎng)交換機(jī)路由器以太網(wǎng)交換機(jī)工作原理

以太網(wǎng)交換機(jī)是一種基于MAC地址識(shí)別，能完成封裝轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包功能的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。交換機(jī)可以“學(xué)習(xí)”MAC地址，并把其存放在內(nèi)部地址表中，通過(guò)在數(shù)據(jù)幀的始發(fā)者和目標(biāo)接收者之間建立臨時(shí)的交換路徑，使數(shù)據(jù)幀直接由源地址到達(dá)目的地址。以太網(wǎng)交換機(jī)的轉(zhuǎn)發(fā)涉及到兩個(gè)關(guān)鍵的線程：地址學(xué)習(xí)線程報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)線程地址學(xué)習(xí)線程1）交換機(jī)接收網(wǎng)段上的所有數(shù)據(jù)幀，利用接收數(shù)據(jù)幀中的源MAC地址來(lái)建立MAC地址表；2）端口移動(dòng)機(jī)制：交換機(jī)如果發(fā)現(xiàn)一個(gè)包文的入端口和報(bào)文中源MAC地址的所在端口不同，就產(chǎn)生端口移動(dòng)，將MAC地址重新學(xué)習(xí)到新的端口；3）地址老化機(jī)制：如果交換機(jī)在很長(zhǎng)一段時(shí)間之內(nèi)沒(méi)有收到某臺(tái)主機(jī)發(fā)出的報(bào)文，在該主機(jī)對(duì)應(yīng)的MAC地址就會(huì)被刪除，等下次報(bào)文來(lái)的時(shí)候會(huì)重新學(xué)習(xí)。注意：老化也是根據(jù)源MAC地址進(jìn)行老化。報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)線程

1）交換機(jī)在MAC地址表中查找數(shù)據(jù)幀中的目的MAC地址，如果找到，就將該數(shù)據(jù)幀發(fā)送到相應(yīng)的端口，如果找不到，就向所有的端口發(fā)送；2）如果交換機(jī)收到的報(bào)文中源MAC地址和目的MAC地址所在的端口相同，則丟棄該報(bào)文；3）交換機(jī)向入端口以外的其它所有端口轉(zhuǎn)發(fā)廣播報(bào)文。3．6生成樹(shù)協(xié)議STP在避免橋接環(huán)路的同時(shí)又要保持冗余路徑，為此人們開(kāi)發(fā)了生成樹(shù)協(xié)議（SpanningTreeProtocol--STP）。顧名思義，就是要把環(huán)型拓?fù)渖蓸?shù)型拓?fù)洌驗(yàn)榄h(huán)型拓?fù)洚a(chǎn)生轉(zhuǎn)發(fā)的廣播報(bào)文在網(wǎng)絡(luò)中不斷地兜圈子，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)阻塞，而樹(shù)型拓?fù)涫菬o(wú)環(huán)的。如圖所示。生成樹(shù)協(xié)議有兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，IEEE802.1D，就是通常所說(shuō)的生成樹(shù)協(xié)議；IEEE802.1W，稱為快速生成樹(shù)協(xié)議（RapidSpanningTreeProtocol--RSTP）。網(wǎng)絡(luò)回路轉(zhuǎn)發(fā)的幀在網(wǎng)絡(luò)中不斷地兜圈子。網(wǎng)絡(luò)資源白白消耗了互連在一起的網(wǎng)橋在進(jìn)行彼此通信后，就能找出原來(lái)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞囊粋€(gè)子集。在這個(gè)子集里，整個(gè)連通的網(wǎng)絡(luò)中不存在回路，即在任何兩個(gè)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)中不斷地兜圈子。為了得出能夠反映網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化時(shí)的生成樹(shù)，在生成樹(shù)上的根網(wǎng)橋每隔一段時(shí)間還要對(duì)生成樹(shù)的拓?fù)溥M(jìn)行更新。生成樹(shù)的得出端口狀態(tài)

交換機(jī)的端口處于不同的狀態(tài)有著不同的功能，這些狀態(tài)與生成樹(shù)協(xié)議的運(yùn)行及交換機(jī)的工作原理有著重要的關(guān)系，端口狀態(tài)及轉(zhuǎn)換方向如圖3-30所示。阻塞狀態(tài)(Blocking)--只偵聽(tīng)BPDU幀，不轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀。偵聽(tīng)狀態(tài)(Listening)--只偵聽(tīng)數(shù)據(jù)幀，不轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀。學(xué)習(xí)狀態(tài)(Learning)--學(xué)習(xí)地址信息，不轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀。轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)(Forwarding)--學(xué)習(xí)地址信息，并轉(zhuǎn)發(fā)幀。無(wú)效狀態(tài)(Disabled)--不進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，不偵聽(tīng)BPDU幀。BPDU幀格式每臺(tái)交換機(jī)向網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送一種稱為BPDU（BridgeProtocolDataUnit）的數(shù)據(jù)幀。如果某臺(tái)交換機(jī)能夠從兩條或多條鏈路上收到同一臺(tái)交換機(jī)的BPDU，則說(shuō)明它們之間存在著冗余路徑，就會(huì)產(chǎn)生環(huán)路。當(dāng)存在環(huán)路時(shí)交換機(jī)使用生成樹(shù)算法最終選擇一條鏈路傳遞數(shù)據(jù)，而通過(guò)把某些相關(guān)的端口置于阻塞（blocking）狀態(tài)，虛擬地把其他的冗余鏈路斷開(kāi)達(dá)到避免環(huán)路的目的。一旦當(dāng)前正在使用的鏈路出現(xiàn)故障，就會(huì)把某個(gè)阻塞的端口打開(kāi)接替原來(lái)的鏈路工作，這樣既提供了冗余鏈路又避免了環(huán)路。BPDU幀格式RootID：作為根橋的交換機(jī)的ID號(hào)；Pathcost：路徑開(kāi)銷；BridgeID：發(fā)送該BPDU的交換機(jī)ID號(hào)；BridgeID用來(lái)標(biāo)志交換機(jī)身份，它由交換機(jī)的優(yōu)先級(jí)和交換機(jī)的MAC地址（MACaddres