計算機網(wǎng)絡(luò)（第6版）課件：CH3 數(shù)據(jù)鏈路層

1、計算機網(wǎng)絡(luò)（第 6 版） 第 3 章 數(shù)據(jù)鏈路層 第 3 章 數(shù)據(jù)鏈路層 3.1 使用點對點信道的數(shù)據(jù)鏈路層 3.1.1 數(shù)據(jù)鏈路和幀 3.1.2 三個基本問題 3.2 點對點協(xié)議 PPP 3.2.1 PPP 協(xié)議的特點 3.2.2 PPP 協(xié)議的幀格式 3.2.3 PPP 協(xié)議的工作狀態(tài) 第 3 章 數(shù)據(jù)鏈路層（續(xù)） 3.3 使用廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層 3.3.1 局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層 3.3.2 CSMA/CD 協(xié)議 3.4 使用廣播信道的以太網(wǎng) 3.4.1 使用集線器的星形拓撲 3.4.2 以太網(wǎng)的信道利用率 3.4.3 以太網(wǎng)的 MAC 層 第 3 章 數(shù)據(jù)鏈路層（續(xù)） 3.5 擴展的以太

2、網(wǎng) 3.5.1 在物理層擴展以太網(wǎng) 3.5.2 在數(shù)據(jù)鏈路層擴展以太網(wǎng) 3.6 高速以太網(wǎng) 3.6.1 100BASE-T 以太網(wǎng) 3.6.2 吉比特以太網(wǎng) 3.6.3 10 吉比特和 100 吉比特以太網(wǎng) 3.6.4 使用以太網(wǎng)進行寬帶接入 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： n點對點信道。這種信道使用一對一的點 對點通信方式。 n廣播信道。這種信道使用一對多的廣播 通信方式，因此過程比較復(fù)雜。廣播信 道上連接的主機很多，因此必須使用專 用的共享信道協(xié)議來協(xié)調(diào)這些主機的數(shù) 據(jù)發(fā) 數(shù)據(jù)鏈路層的簡單模型 局域網(wǎng)廣域網(wǎng) 主機 H1 主機 H2 路由器 R1 路由器 R2 路由器

3、 R3 電話網(wǎng) 局域網(wǎng) 主機 H1 向 H2 發(fā)送數(shù)據(jù) 鏈路層 應(yīng)用層 運輸層 網(wǎng)絡(luò)層 物理層 鏈路層 應(yīng)用層 運輸層 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 R1R2R3 H1H2 從層次上來看數(shù)據(jù)的流動 數(shù)據(jù)鏈路層的簡單模型 ( 續(xù)） 局域網(wǎng)廣域網(wǎng) 主機 H1 主機 H2 路由器 R1 路由器 R2 路由器 R3 電話網(wǎng) 局域網(wǎng) 主機 H1 向 H2 發(fā)送數(shù)據(jù) 鏈路層 應(yīng)用層 運輸層 網(wǎng)絡(luò)層 物理層 鏈路層 應(yīng)用層 運輸層 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 R1R2R3 H1H2 僅從數(shù)據(jù)

4、鏈路層觀察幀的流動 3.1 使用點對點信道的數(shù)據(jù)鏈路層 3.1.1 數(shù)據(jù)鏈路和幀 n鏈路(link)是一條無源的點到點的物理線 路段，中間沒有任何其他的交換結(jié)點。 n一條鏈路只是一條通路的一個組成部分。 n數(shù)據(jù)鏈路(data link) 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 數(shù)據(jù)鏈路。 n現(xiàn)在最常用的方法是使用適配器（即網(wǎng)卡）來實現(xiàn) 這些協(xié)議的硬件和軟件。 n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 1010 0110 幀 取出 數(shù)據(jù) 鏈路層 網(wǎng)絡(luò)層 鏈路 結(jié)點 A結(jié)點 B 物理層 數(shù)據(jù) 鏈路層

5、結(jié)點 A結(jié)點 B 幀 (a) (b) 發(fā)送 幀 接收 鏈路 IP 數(shù)據(jù)報 1010 0110 幀 裝入 數(shù)據(jù)鏈路層傳送的是幀 數(shù)據(jù)鏈路層像個數(shù)字管道 n常常在兩個對等的數(shù)據(jù)鏈路層之間畫出 一個數(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。 n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。 結(jié)點結(jié)點 幀幀 3.1.2 三個基本問題 (1) 封裝成幀 (2) 透明傳輸 (3) 差錯控制 1. 封裝成幀 n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。 n首部和尾部的一個重要作用就是進行

6、幀定界。 幀結(jié)束 幀首部 IP 數(shù)據(jù)報 幀的數(shù)據(jù)部分幀尾部 MTU 數(shù)據(jù)鏈路層的幀長 開始 發(fā)送 幀開始 用控制字符進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 EOT 2. 透明傳輸 SOHEOT 出現(xiàn)了“EOT” 被接收端當作無效幀而丟棄被接收端 誤認為是一個幀 數(shù)據(jù)部分 EOT 完整的幀 發(fā)送 在前 解決透明傳輸問題 n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”的前面插入一個轉(zhuǎn)義字符 “ESC”(其十六進制編碼是 1B)。 n字節(jié)填充(byte stuffing)或字符填充(character stuffing)接收端的數(shù)據(jù)鏈路層在

7、將數(shù)據(jù)送往網(wǎng) 絡(luò)層之前刪除插入的轉(zhuǎn)義字符。 n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。 SOH SOHEOTSOHESC ESCEOTESCSOHESCESCESCSOH 原始數(shù)據(jù) EOT EOT 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 用字節(jié)填充法解決透明傳輸?shù)膯栴} SOH 3. 差錯檢測 n在傳輸過程中可能會產(chǎn)生比特差錯：1 可能會 變成 0 而 0 也可能變成 1。 n在一段時間內(nèi)，傳輸錯誤的比特占所傳輸比特 總數(shù)的比率稱為誤碼率 BER (Bit Er

8、ror Rate)。 n誤碼率與信噪比有很大的關(guān)系。 n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。 循環(huán)冗余檢驗的原理 n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 CRC 的檢錯技術(shù)。 n在發(fā)送端，先把數(shù)據(jù)劃分為組。假定每組 k 個比特。 n假設(shè)待傳送的一組數(shù)據(jù) M = 101001（現(xiàn)在 k = 6）。我們在 M 的后面再添加供差錯檢 測用的 n 位冗余碼一起發(fā)送。 冗余碼的計算 n用二進制的模 2 運算進行 2n 乘 M 的運算， 這相當于在 M 后面添加 n 個 0。 n得到的 (k + n) 位的數(shù)除以事先選定好的 長度為 (n + 1) 位

9、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。 冗余碼的計算舉例 n現(xiàn)在 k = 6, M = 101001。 n設(shè) n = 3, 除數(shù) P = 1101， n被除數(shù)是 2nM = 101001000。 n模 2 運算的結(jié)果是：商 Q = 110101， 余數(shù) R = 001。 n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)) 1101 101001000 2nM (被除數(shù)) 1101 1110 1101 0111 00

10、00 1110 1101 0110 0000 1100 1101 001 R (余數(shù))，作為 FCS 循環(huán)冗余檢驗的原理說明 幀檢驗序列 FCS n在數(shù)據(jù)后面添加上的冗余碼稱為幀檢驗 序列 FCS (Frame Check Sequence)。 n循環(huán)冗余檢驗 CRC 和幀檢驗序列 FCS 并不等同。 nCRC 是一種常用的檢錯方法，而 FCS 是添 加在數(shù)據(jù)后面的冗余碼。 nFCS 可以用 CRC 這種方法得出，但 CRC 并非用來獲得 FCS 的唯一方法。 接收端對收到的每一幀進行 CRC 檢驗 n(1) 若得出的余數(shù) R = 0，則判定這個幀沒有差 錯，就接受(accept)。 n(2)

11、 若余數(shù) R 0，則判定這個幀有差錯，就丟 棄。 n但這種檢測方法并不能確定究竟是哪一個或哪 幾個比特出現(xiàn)了差錯。 n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 很小。 應(yīng)當注意 n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)。 n“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”。 n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）。 n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

12、制。 3.2 點對點協(xié)議 PPP 3.2.1 PPP 協(xié)議的特點 n現(xiàn)在全世界使用得最多的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié) 議是點對點協(xié)議 PPP (Point-to-Point Protocol)。 n用戶使用撥號電話線接入因特網(wǎng)時，一 般都是使用 PPP 協(xié)議。 用戶到 ISP 的鏈路使用 PPP 協(xié)議 用 戶 至因特網(wǎng) 已向因特網(wǎng)管理機構(gòu) 申請到一批 IP 地址 ISP 接入網(wǎng) PPP 協(xié)議 1. PPP 協(xié)議應(yīng)滿足的需求 n簡單這是首要的要求 n封裝成幀 n透明性 n多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議 n多種類型鏈路 n差錯檢測 n檢測連接狀態(tài) n最大傳送單元 n網(wǎng)絡(luò)層地址協(xié)商 n數(shù)據(jù)壓縮協(xié)商 2. PPP 協(xié)議不需要的功能

13、 n糾錯 n流量控制 n序號 n多點線路 n半雙工或單工鏈路 3. PPP 協(xié)議的組成 n1992 年制訂了 PPP 協(xié)議。經(jīng)過 1993 年 和 1994 年的修訂，現(xiàn)在的 PPP 協(xié)議已 成為因特網(wǎng)的正式標準RFC 1661。 nPPP 協(xié)議有三個組成部分 n一個將 IP 數(shù)據(jù)報封裝到串行鏈路的方法。 n鏈路控制協(xié)議 LCP (Link Control Protocol)。 n網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議 NCP (Network Control Protocol)。 3.2.2 PPP 協(xié)議的幀格式 n標志字段 F = 0 x7E （符號“0 x”表示后面 的字符是用十六進制表示。十六進制的 7E 的二

14、進制表示是 01111110）。 n地址字段 A 只置為 0 xFF。地址字段實際 上并不起作用。 n控制字段 C 通常置為 0 x03。 nPPP 是面向字節(jié)的，所有的 PPP 幀的長 度都是整數(shù)字節(jié)。 PPP 協(xié)議的幀格式 nPPP 有一個 2 個字節(jié)的協(xié)議字段。 n當協(xié)議字段為 0 x0021 時，PPP 幀的信息字段就是 IP 數(shù)據(jù)報。 n若為 0 xC021, 則信息字段是 PPP 鏈路控制數(shù)據(jù)。 n若為 0 x8021，則表示這是網(wǎng)絡(luò)控制數(shù)據(jù)。 IP 數(shù)據(jù)報 1211字節(jié)12不超過 1500 字節(jié) PPP 幀 先發(fā)送 7EFF03 FAC FCS F 7E 協(xié)議信 息 部 分 首部

15、尾部 透明傳輸問題 n當 PPP 用在同步傳輸鏈路時，協(xié)議規(guī)定 采用硬件來完成比特填充（和 HDLC 的 做法一樣）。 n當 PPP 用在異步傳輸時，就使用一種特 殊的字符填充法。 字符填充 n將信息字段中出現(xiàn)的每一個 0 x7E 字節(jié)轉(zhuǎn) 變成為 2 字節(jié)序列(0 x7D, 0 x5E)。 n若信息字段中出現(xiàn)一個 0 x7D 的字節(jié), 則將 其轉(zhuǎn)變成為 2 字節(jié)序列(0 x7D, 0 x5D)。 n若信息字段中出現(xiàn) ASCII 碼的控制字符 （即數(shù)值小于 0 x20 的字符），則在該字 符前面要加入一個 0 x7D 字節(jié)，同時將該 字符的編碼加以改變。 零比特填充 nPPP 協(xié)議用在 SONE

16、T/SDH 鏈路時，是 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 法來實現(xiàn)透明傳輸。 n在發(fā)送端，只要發(fā)現(xiàn)有 5 個連續(xù) 1，則 立即填入一個 0。接收端對幀中的比特 流進行掃描。每當發(fā)現(xiàn) 5 個連續(xù)1時，就 把這 5 個連續(xù) 1 后的一個 0 刪除， 0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 信息字段中出現(xiàn)了和 標志字段 F 完全一樣 的 8 比特組合 發(fā)送端在 5 個連 1 之后 填入 0

17、 比特再發(fā)送出去 在接收端把 5 個連 1 之后的 0 比特刪除 會被誤認為是標志字段 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 不提供使用序號和確認 的可靠傳輸 nPPP 協(xié)議之所以不使用序號和確認機制是 出于以下的考慮： n在數(shù)據(jù)鏈路層出現(xiàn)差錯的概率不大時，使用比 較簡單的 PPP 協(xié)議較為合理。 n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。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。 n幀檢驗序列 FCS 字段可保證無差錯接受。 3.2.3 PPP 協(xié)議的工作狀態(tài) n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

18、，并建立一條物理連接。 nPC 機向路由器發(fā)送一系列的 LCP 分組（封裝成 多個 PPP 幀）。 n這些分組及其響應(yīng)選擇一些 PPP 參數(shù)，和進行 網(wǎng)絡(luò)層配置，NCP 給新接入的 PC機分配一個臨 時的 IP 地址，使 PC 機成為因特網(wǎng)上的一個主 機。 n通信完畢時，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。 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

19、無需鑒別 NCP 配置協(xié)商 鏈路故障或 關(guān)閉請求 LCP 鏈路 終止 鑒別失敗 LCP 配置 協(xié)商失敗 3.3 使用廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層 3.3.1 局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層 n局域網(wǎng)最主要的特點是：網(wǎng)絡(luò)為一個單 位所擁有，且地理范圍和站點數(shù)目均有 限。 n局域網(wǎng)具有如下的一些主要優(yōu)點： n具有廣播功能，從一個站點可很方便地訪問全網(wǎng)。 局域網(wǎng)上的主機可共享連接在局域網(wǎng)上的各種硬件 和軟件資源。 n便于系統(tǒng)的擴展和逐漸地演變，各設(shè)備的位置可靈 活調(diào)整和改變。 n提高了系統(tǒng)的可靠性、可用性和殘存性。 局域網(wǎng)的拓撲 匹配電阻 集線器 干線耦合器 總線網(wǎng)星形網(wǎng) 環(huán)形網(wǎng) 媒體共享技術(shù) n靜態(tài)劃分信道 n頻分復(fù)

20、用 n時分復(fù)用 n波分復(fù)用 n碼分復(fù)用 n動態(tài)媒體接入控制（多點接入） n隨機接入 n受控接入 ，如多點線路探詢(polling)， 或輪詢。 以太網(wǎng)的兩個標準 nDIX Ethernet V2 是世界上第一個局域網(wǎng) 產(chǎn)品（以太網(wǎng)）的規(guī)約。 nIEEE 的 802.3 標準。 nDIX Ethernet V2 標準與 IEEE 的 802.3 標準只有很小的差別，因此可以將 802.3 局域網(wǎng)簡稱為“以太網(wǎng)”。 n嚴格說來，“以太網(wǎng)”應(yīng)當是指符合 DIX Ethernet V2 標準的局域網(wǎng) 數(shù)據(jù)鏈路層的兩個子層 n為了使數(shù)據(jù)鏈路層能更好地適應(yīng)多種局域 網(wǎng)標準，802 委員會就將局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈

21、 路層拆成兩個子層： n邏輯鏈路控制 LLC (Logical Link Control)子層 n媒體接入控制 MAC (Medium Access Control) 子層。 n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關(guān)，不 管采用何種協(xié)議的局域網(wǎng)對 LLC 子層來說 都是透明的 局域網(wǎng)對 LLC 子層 是透明的 局 域 網(wǎng) 網(wǎng)絡(luò)層 物理層 站點 1 網(wǎng)絡(luò)層 物理層 邏輯鏈路控制 LLCLLC 媒體接入控制MACMAC 數(shù)據(jù) 鏈路層 站點 2 以后一般不考慮 LLC 子層 n由于 TCP/IP 體系經(jīng)常使用的局域 網(wǎng)是 DIX Ethernet V2 而不

22、是 802.3 標準中的幾種局域網(wǎng)，因此 現(xiàn)在 802 委員會制定的邏輯鏈路控 制子層 LLC（即 802.2 標準）的作 用已經(jīng)不大了。 n很多廠商生產(chǎn)的適配器上就僅裝有 MAC 協(xié)議而沒有 LLC 協(xié)議。 2. 適配器的作用 n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 (Network Interface Card)，或“網(wǎng)卡”。 n適配器的重要功能： n進行串行/并行轉(zhuǎn)換。 n對數(shù)據(jù)進行緩存。 n在計算機的操作系統(tǒng)安裝設(shè)備驅(qū)動程序。 n實現(xiàn)以太網(wǎng)協(xié)議。 計算機通過適配器 和局域網(wǎng)進行通信 硬件地址 至局域網(wǎng) 適配器 （網(wǎng)卡） 串行通信 CPU 和 存儲器 生成發(fā)

23、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 計算機 IP 地址 并行 通信 n最初的以太網(wǎng)是將許多計算機都連接到一根總 線上。當初認為這樣的連接方法既簡單又可靠， 因為總線上沒有有源器件。 3.3.2 CSMA/CD 協(xié)議 B向 D 發(fā)送數(shù)據(jù) C D A E 匹配電阻（用來吸收總線上傳播的信號）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 n總線上的每一個工作的計算機都能檢測到 B 發(fā) 送的數(shù)據(jù)信號。 n由于只有計算機 D 的地址與數(shù)據(jù)幀首部寫入的 地址一致，因此只有 D 才接收這個數(shù)據(jù)幀。 n其他所有的計算機（A, C 和 E）

24、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 而不能夠收下來。 n具有廣播特性的總線上實現(xiàn)了一對一的通信。 為了通信的簡便 以太網(wǎng)采取了兩種重要的措施 n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)。 n以太網(wǎng)對發(fā)送的數(shù)據(jù)幀不進行編號，也 不要求對方發(fā)回確認。 n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)生差錯的概率是很小的。 以太網(wǎng)提供的服務(wù) n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。 n當目的站收到有差錯的數(shù)據(jù)幀時就丟棄 此幀，其他什么也不做。差錯的糾正由 高層來決定。 n如果高層發(fā)現(xiàn)丟失了一些數(shù)據(jù)而進行重 傳，但以太網(wǎng)并不知道這是一

25、個重傳的 幀，而是當作一個新的數(shù)據(jù)幀來發(fā)送。 以太網(wǎng)發(fā)送的數(shù)據(jù)都使用 曼徹斯特(Manchester)編碼 曼徹斯特 1111100000 比特流 差分曼徹斯特 載波監(jiān)聽多點接入/碰撞檢測 CSMA/CD nCSMA/CD 表示 Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection。 n“多點接入”表示許多計算機以多點接入的方 式連接在一根總線上。 n“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 碰撞。 n總線上并沒有什么“載波”。因此， “載波監(jiān) 聽”就是用

26、電子技術(shù)檢測總線上有沒有其他計 算機發(fā)送的數(shù)據(jù)信號。 碰撞檢測 n“碰撞檢測”就是計算機邊發(fā)送數(shù)據(jù)邊檢測信道 上的信號電壓大小。 n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）。 n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 發(fā)送數(shù)據(jù)，表明產(chǎn)生了碰撞。 n所謂“碰撞”就是發(fā)生了沖突。因此“碰撞檢 測”也稱為“沖突檢測”。 檢測到碰撞后 n在發(fā)生碰撞時，總線上傳輸?shù)男盘柈a(chǎn)生 了嚴重的失真，無法從中恢復(fù)出有用的 信息來。 n每一個正在發(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)浪費網(wǎng)絡(luò)資源，然后等待一

27、段 隨機時間后再次發(fā)送。 電磁波在總線上的 有限傳播速率的影響 n當某個站監(jiān)聽到總線是空閑時，也可能 總線并非真正是空閑的。 nA 向 B 發(fā)出的信息，要經(jīng)過一定的時間 后才能傳送到 B。 nB 若在 A 發(fā)送的信息到達 B 之前發(fā)送自 己的幀(因為這時 B 的載波監(jiān)聽檢測不到 A 所發(fā)送的信息)，則必然要在某個時間 和 A 發(fā)送的幀發(fā)生碰撞。 n碰撞的結(jié)果是兩個幀都變得無用。 1 km AB t 碰撞 t = 2 A 檢測到發(fā)生碰撞 t = B 發(fā)送數(shù)據(jù) B 檢測到發(fā)生碰撞 t = t = 0 單程端到端 傳播時延記為 傳播時延對載波監(jiān)聽的影響 1 km AB t 碰撞 t = B 檢測到信

28、道空閑 發(fā)送數(shù)據(jù) t = / 2 發(fā)生碰撞 t = 2 A 檢測到發(fā)生碰撞 t = B 發(fā)送數(shù)據(jù) B 檢測到發(fā)生碰撞 t = A B AB AB t = 0 A 檢測到 信道空閑 發(fā)送數(shù)據(jù) AB t = 0 t = B 檢測到發(fā)生碰撞 停止發(fā)送 STOP t = 2 A 檢測到 發(fā)生碰撞 STOP A B 單程端到端 傳播時延記為 重要特性 n使用 CSMA/CD 協(xié)議的以太網(wǎng)不能進行全 雙工通信而只能進行雙向交替通信（半雙 工通信）。 n每個站在發(fā)送數(shù)據(jù)之后的一小段時間內(nèi)， 存在著遭遇碰撞的可能性。 n這種發(fā)送的不確定性使整個以太網(wǎng)的平均 通信量遠小于以太網(wǎng)的最高數(shù)據(jù)率。 爭用期 n最先發(fā)送

29、數(shù)據(jù)幀的站，在發(fā)送數(shù)據(jù)幀后至 多經(jīng)過時間 2 （兩倍的端到端往返時延） 就可知道發(fā)送的數(shù)據(jù)幀是否遭受了碰撞。 n以太網(wǎng)的端到端往返時延 2 稱為爭用期， 或碰撞窗口。 n經(jīng)過爭用期這段時間還沒有檢測到碰撞， 才能肯定這次發(fā)送不會發(fā)生碰撞。 二進制指數(shù)類型退避算法 (truncated binary exponential type) n發(fā)生碰撞的站在停止發(fā)送數(shù)據(jù)后，要推遲（退避） 一個隨機時間才能再發(fā)送數(shù)據(jù)。 n基本退避時間取為爭用期 2。 n從整數(shù)集合0,1, (2k 1)中隨機地取出一個數(shù)，記 為 r。重傳所需的時延就是 r 倍的基本退避時間。 n參數(shù) k 按下面的公式計算： k = Mi

30、n重傳次數(shù), 10 n當 k 10 時，參數(shù) k 等于重傳次數(shù)。 n當重傳達 16 次仍不能成功時即丟棄該幀，并向高層 報告。 爭用期的長度 n以太網(wǎng)取 51.2 s 為爭用期的長度。 n對于 10 Mb/s 以太網(wǎng)，在爭用期內(nèi)可發(fā)送 512 bit，即 64 字節(jié)。 n以太網(wǎng)在發(fā)送數(shù)據(jù)時，若前 64 字節(jié)沒有發(fā) 生沖突，則后續(xù)的數(shù)據(jù)就不會發(fā)生沖突。 最短有效幀長 n如果發(fā)生沖突，就一定是在發(fā)送的前 64 字 節(jié)之內(nèi)。 n由于一檢測到?jīng)_突就立即中止發(fā)送，這時 已經(jīng)發(fā)送出去的數(shù)據(jù)一定小于 64 字節(jié)。 n以太網(wǎng)規(guī)定了最短有效幀長為 64 字節(jié)，凡 長度小于 64 字節(jié)的幀都是由于沖突而異常 中止

31、的無效幀。 強化碰撞 n當發(fā)送數(shù)據(jù)的站一旦發(fā)現(xiàn)發(fā)生了碰撞時： n立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)； n再繼續(xù)發(fā)送若干比特的人為干擾信號(jamming signal)，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 TJ 人為干擾信號 AB TB t B 發(fā)送數(shù)據(jù) A 檢測 到?jīng)_突 開始沖突 信 道 占 用 時 間 A 發(fā)送數(shù)據(jù) B 也能夠檢測到?jīng)_突，并立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)幀，接 著就發(fā)送干擾信號。這里為了簡單起見，只畫出 A 發(fā)送干擾信號的情況。 3.4 使用廣播信道的以太網(wǎng) 3.4.1 使用集線器的星形拓撲 n傳統(tǒng)以太網(wǎng)最初是使用粗同軸電纜，后來 演進到使用比較便宜的細同軸電纜，最后 發(fā)展為使用

32、更便宜和更靈活的雙絞線。 n這種以太網(wǎng)采用星形拓撲，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 兩對雙絞線 站點 RJ-45 插頭 星形網(wǎng) 10BASE-T n不用電纜而使用無屏蔽雙絞線。每個站需要 用兩對雙絞線，分別用于發(fā)送和接收。 n集線器使用了大規(guī)模集成電路芯片，因此這 樣的硬件設(shè)備的可靠性已大大提高了。 以太網(wǎng)在局域網(wǎng)中的統(tǒng)治地位 n10BASE-T 的通信距離稍短，每個站到集線 器的距離不超過 100 m。 n這種 10 Mb/s 速率的無屏蔽雙絞線星形網(wǎng)的 出現(xiàn)，既降低了成本，又提高了可靠性。 n10BASE-T 雙絞線以

33、太網(wǎng)的出現(xiàn)，是局域網(wǎng) 發(fā)展史上的一個非常重要的里程碑，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 n集線器是使用電子器件來模擬實際電纜線 的工作，因此整個系統(tǒng)仍然像一個傳統(tǒng)的 以太網(wǎng)那樣運行。 n使用集線器的以太網(wǎng)在邏輯上仍是一個總 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。 n集線器很像一個多接口的轉(zhuǎn)發(fā)器，工作在 物理層。 具有三個接口的集線器 集 線 器 網(wǎng)卡 工作站 網(wǎng)卡 工作站 網(wǎng)卡 工作站 雙絞線 3.4.2 以太網(wǎng)的信道利用率 n以太網(wǎng)的信道被占用的情況： n爭用期長度為 2，即端到端傳播時延的兩倍。 檢測到碰撞后不發(fā)送干擾信

34、號。 n幀長為 L (bit)，數(shù)據(jù)發(fā)送速率為 C (b/s)，因 而幀的發(fā)送時間為 L/C = T0 (s)。 以太網(wǎng)的信道利用率 n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) 送一幀所需的平均時間。 發(fā) 送 成 功 爭用期 爭用期 爭用期 2 2 2 T0 t 占用期 發(fā)生碰撞 發(fā)送一幀所需的平均時間 參數(shù) a n要提高以太網(wǎng)的信道利用率，就必須減小 與 T0 之比。在以太網(wǎng)中定義了參數(shù) a，它是以太 網(wǎng)單程端到端時延 與幀的發(fā)送時間 T0 之比： 0 T a 0 T a (3-2) a0 表示一發(fā)生

35、碰撞就立即可以檢測出來， 并立即停止發(fā)送，因而信道利用率很高。 a 越大，表明爭用期所占的比例增大，每發(fā) 生一次碰撞就浪費許多信道資源，使得信道 利用率明顯降低。 對以太網(wǎng)參數(shù)的要求 n當數(shù)據(jù)率一定時，以太網(wǎng)的連線的長度 受到限制，否則 的數(shù)值會太大。 n以太網(wǎng)的幀長不能太短，否則 T0 的值會 太小，使 a 值太大。 n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 空閑就有某一個站立即發(fā)送數(shù)據(jù)。 n發(fā)送一幀占用線路的時間是 T0 + ，而幀本身的 發(fā)送時間是 T0。于是我們可計算出理想情況下的 極限信

36、道利用率 Smax為： 信道利用率的最大值 Smax aT T S 1 1 0 0 max (3-3) 3.4.3 以太網(wǎng)的 MAC 層 1. MAC 層的硬件地址 n在局域網(wǎng)中，硬件地址又稱為物理地址， 或 MAC 地址。 n802 標準所說的“地址”嚴格地講應(yīng)當是 每一個站的“名字”或標識符。 n但鑒于大家都早已習慣了將這種 48 位的 “名字”稱為“地址”，所以本書也采用 這種習慣用法，盡管這種說法并不太嚴格。 48 位的 MAC 地址 nIEEE 的注冊管理機構(gòu) RA 負責向廠家分配 地址字段的前三個字節(jié)(即高位 24 位)。 n地址字段中的后三個字節(jié)(即低位 24 位)由 廠家自行指

37、派，稱為擴展標識符，必須保 證生產(chǎn)出的適配器沒有重復(fù)地址。 n一個地址塊可以生成224個不同的地址。這 種 48 位地址稱為 MAC-48，它的通用名稱 是EUI-48。 n“MAC地址”實際上就是適配器地址或適 配器標識符EUI-48。 適配器檢查 MAC 地址 n適配器從網(wǎng)絡(luò)上每收到一個 MAC 幀就首 先用硬件檢查 MAC 幀中的 MAC 地址. n如果是發(fā)往本站的幀則收下，然后再進行其他 的處理。 n否則就將此幀丟棄，不再進行其他的處理。 n“發(fā)往本站的幀”包括以下三種幀： n單播(unicast)幀（一對一） n廣播(broadcast)幀（一對全體） n多播(multicast)幀

38、（一對多） 2. MAC 幀的格式 n常用的以太網(wǎng)MAC幀格式有兩種標準 ： nDIX Ethernet V2 標準 nIEEE 的 802.3 標準 n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 10101010101010 10101010101010101011 前同步碼 幀開始 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)FCS 6624 字節(jié)46 1500 IP 數(shù)據(jù)報 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)FCS 6624 字節(jié)46 1500 IP 數(shù)據(jù)報 以太

39、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)FCS 6624 字節(jié)46 1500 IP 數(shù)據(jù)報 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)FCS 6624 字節(jié)46 1500 IP 數(shù)據(jù)報 以太網(wǎng) V2 的 MAC 幀格式 類型字段 2 字節(jié) 類型字段用來標志上一層使用的是什么協(xié)議， 以便把收到的 MAC 幀的數(shù)據(jù)上交給上一層的這個協(xié)議。 MAC 幀物理層 MAC 層 IP 層 目的地址源地址類型數(shù) 據(jù)FCS 6624 字節(jié)46 1500 IP

40、 數(shù)據(jù)報 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 最小長度 64 字節(jié) 18 字節(jié)的首部和尾部 = 數(shù)據(jù)字段的最小長度 MAC 幀物理層 MAC 層 IP 層 目的地址源地址類型數(shù) 據(jù)FCS 6624 字節(jié)46 1500 IP 數(shù)據(jù)報 以太網(wǎng) V2 的 MAC 幀格式 FCS 字段 4 字節(jié) 當傳輸媒體的誤碼率為 1108 時， MAC 子層可使未檢測到的差錯小于 11014。 當數(shù)據(jù)字段的長度小于 46 字節(jié)時， 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 幀長不小于 64 字節(jié)。 MAC 幀物理層

41、 MAC 層 IP 層 目的地址源地址類型數(shù) 據(jù)FCS 6624 字節(jié)46 1500 IP 數(shù)據(jù)報 以太網(wǎng) V2 的 MAC 幀格式 10101010101010 10101010101010101011 前同步碼 幀開始 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)中的第一個字段共 7 個字節(jié)， 是前同步碼，用來迅速實現(xiàn) MAC 幀的比特同步。 第二個字段是幀開始定界符，表示后面的信息就是MAC 幀。 為了達到比特同步， 在傳輸媒體上實際傳送的 要比 MAC 幀還多 8 個字節(jié) n數(shù)據(jù)字段的長度與長度字段的值不一致； n幀的長度不是整數(shù)個字節(jié)； n用收到的幀檢驗序列

42、FCS 查出有差錯； n數(shù)據(jù)字段的長度不在 46 1500 字節(jié)之間。 n有效的 MAC 幀長度為 64 1518 字節(jié)之間。 n對于檢查出的無效 MAC 幀就簡單地丟棄。以 太網(wǎng)不負責重傳丟棄的幀。 無效的 MAC 幀 n幀間最小間隔為 9.6 s，相當于 96 bit 的發(fā)送 時間。 n一個站在檢測到總線開始空閑后，還要等待 9.6 s 才能再次發(fā)送數(shù)據(jù)。 n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。 幀間最小間隔 3.5 擴展的局域網(wǎng) 3.5.1 在物理層擴展局域網(wǎng) n主機使用光纖和一對光纖調(diào)制解調(diào)器 連接到集線器 以太網(wǎng) 集線器 光纖 光纖 調(diào)制解調(diào)

43、器 光纖 調(diào)制解調(diào)器 n某大學有三個系，各自有一個局域網(wǎng) 用多個集線器可連成更大的局域網(wǎng) 三個獨立的碰撞域 一系二系三系 碰撞域碰撞域碰撞域 用集線器組成更大的局域網(wǎng) 都在一個碰撞域中 一系三系二系 主干集線器 一個更大的碰撞域 碰撞域 n優(yōu)點 n使原來屬于不同碰撞域的局域網(wǎng)上的計算機能夠進 行跨碰撞域的通信。 n擴大了局域網(wǎng)覆蓋的地理范圍。 n缺點 n碰撞域增大了，但總的吞吐量并未提高。 n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。 用集線器擴展局域網(wǎng) n在數(shù)據(jù)鏈路層擴展局域網(wǎng)是使用網(wǎng)橋。 n網(wǎng)橋工作在數(shù)據(jù)鏈路層，它根據(jù) MAC 幀的目 的地址對收到的幀進行轉(zhuǎn)發(fā)。

44、 n網(wǎng)橋具有過濾幀的功能。當網(wǎng)橋收到一個幀時， 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) 到哪一個接口 3.5.2 在數(shù)據(jù)鏈路層擴展局域網(wǎng) 1. 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 實體 緩存接口 1接口 2 ABC 接口 1 1 1 1 2 A C E2 B D F2 站地址 接口網(wǎng)橋 網(wǎng)橋 DEF 接口 1接口 2 接口 2 n過濾通信量。 n擴大了物理范圍。 n提高了可靠性。 n可互連不同物理層、不同 MAC 子層和不同速 率（如10 Mb/s 和 100 Mb/s 以太網(wǎng)）的局域網(wǎng)。 使用網(wǎng)橋帶來的好處 網(wǎng)橋使各網(wǎng)段成為 隔離開

45、的碰撞域 網(wǎng)橋 1 碰撞域碰撞域碰撞域 ABCDEF 網(wǎng)橋 2 n存儲轉(zhuǎn)發(fā)增加了時延。 n在MAC 子層并沒有流量控制功能。 n具有不同 MAC 子層的網(wǎng)段橋接在一起時時延 更大。 n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。 使用網(wǎng)橋帶來的缺點 用戶層 IP MAC A 用戶層 IP MAC B 物理層 網(wǎng)橋 1網(wǎng)橋 2 用戶數(shù)據(jù) IP-H MAC-HMAC-T PPP-HPPP-T 物理層 DL R MAC 物理層物理層 DL R MAC 物理層物理層 LAN1LAN2 兩個網(wǎng)橋之間還可使用一

46、段點到點鏈路 網(wǎng)橋不改變它轉(zhuǎn)發(fā)的幀的源地址 n集線器在轉(zhuǎn)發(fā)幀時，不對傳輸媒體進行檢 測。 n網(wǎng)橋在轉(zhuǎn)發(fā)幀之前必須執(zhí)行 CSMA/CD 算法。 n若在發(fā)送過程中出現(xiàn)碰撞，就必須停止發(fā)送 和進行退避。 網(wǎng)橋和集線器（或轉(zhuǎn)發(fā)器）不同 n目前使用得最多的網(wǎng)橋是透明網(wǎng)橋(transparent bridge)。 n“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 是看不見的。 n透明網(wǎng)橋是一種即插即用設(shè)備，其標準是 IEEE 802.1D。 2. 透明網(wǎng)橋 n若從 A 發(fā)出的幀從接口 x 進入了某網(wǎng)橋，那么從這個接口 出發(fā)沿相反方向一定可把一個幀傳送到 A。 n網(wǎng)橋每收

47、到一個幀，就記下其源地址和進入網(wǎng)橋的接口， 作為轉(zhuǎn)發(fā)表中的一個項目。 n在建立轉(zhuǎn)發(fā)表時是把幀首部中的源地址寫在“地址”這一 欄的下面。 n在轉(zhuǎn)發(fā)幀時，則是根據(jù)收到的幀首部中的目的地址來轉(zhuǎn)發(fā) 的。這時就把在“地址”欄下面已經(jīng)記下的源地址當作目 的地址，而把記下的進入接口當作轉(zhuǎn)發(fā)接口。 網(wǎng)橋應(yīng)當按照以下自學習算法 處理收到的幀和建立轉(zhuǎn)發(fā)表 地址 接口 轉(zhuǎn)發(fā)表的建立過程舉例 網(wǎng)橋 1 ABCDEF 1212 地址 接口 B 1B A A BA 1 F CF 2 A BA 1 F CF 2 網(wǎng)橋 2 n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。 n這是因為以太網(wǎng)的拓撲可能經(jīng)

48、常會發(fā)生變化， 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 是接通電源的。 n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) 的最新拓撲狀態(tài)。 網(wǎng)橋在轉(zhuǎn)發(fā)表中 登記以下三個信息 網(wǎng)橋的自學習和轉(zhuǎn)發(fā)幀 的步驟歸納 n網(wǎng)橋收到一幀后先進行自學習。查找轉(zhuǎn)發(fā)表中與收到 幀的源地址有無相匹配的項目。如沒有，就在轉(zhuǎn)發(fā)表 中增加一個項目（源地址、進入的接口和時間）。如 有，則把原有的項目進行更新。 n轉(zhuǎn)發(fā)幀。查找轉(zhuǎn)發(fā)表中與收到幀的目的地址有無相匹 配的項目。 n如沒有，則通過所有其他接口（但進入網(wǎng)橋

49、的接口除外）按 進行轉(zhuǎn)發(fā)。 n如有，則按轉(zhuǎn)發(fā)表中給出的接口進行轉(zhuǎn)發(fā)。 n若轉(zhuǎn)發(fā)表中給出的接口就是該幀進入網(wǎng)橋的接口，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)）。 n這是為了避免產(chǎn)生轉(zhuǎn)發(fā)的幀在網(wǎng)絡(luò)中不斷地 兜圈子。 透明網(wǎng)橋使用了生成樹算法 局域網(wǎng) 2 局域網(wǎng) 1 網(wǎng)橋 2 網(wǎng)橋 1 A F 不停地 兜圈子 A 發(fā)出的幀 F1 網(wǎng)橋 1 轉(zhuǎn)發(fā)的幀 F2 網(wǎng)橋 2 轉(zhuǎn)發(fā)的幀 網(wǎng)絡(luò)資源白白消耗了 n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。 n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。

50、 n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 要對生成樹的拓撲進行更新。 生成樹的得出 n透明網(wǎng)橋容易安裝，但網(wǎng)絡(luò)資源的利用不充分。 n源路由(source route)網(wǎng)橋在發(fā)送幀時將詳細的路由 信息放在幀的首部中。 n源站以廣播方式向欲通信的目的站發(fā)送一個發(fā)現(xiàn)幀， 每個發(fā)現(xiàn)幀都記錄所經(jīng)過的路由。 n發(fā)現(xiàn)幀到達目的站時就沿各自的路由返回源站。源 站在得知這些路由后，從所有可能的路由中選擇出 一個最佳路由。凡從該源站向該目的站發(fā)送的幀的 首部，都必須攜帶源站所確定的這一路由信息。 3. 源路由網(wǎng)橋 n1990 年問世的交換式集線器(switching hu

51、b)，可 明顯地提高局域網(wǎng)的性能。 n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）。 n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 換機工作在數(shù)據(jù)鏈路層。 4. 多接口網(wǎng)橋以太網(wǎng)交換機 n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。 n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 撞地傳輸數(shù)據(jù)。 n以太網(wǎng)交換機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)交換機的特點 n對于普通 10 Mb/s 的共享式以太網(wǎng)，若共有 N

52、 個 用戶，則每個用戶占有的平均帶寬只有總帶寬(10 Mb/s)的 N 分之一。 n使用以太網(wǎng)交換機時，雖然在每個接口到主機的 帶寬還是 10 Mb/s，但由于一個用戶在通信時是獨 占而不是和其他網(wǎng)絡(luò)用戶共享傳輸媒體的帶寬， 因此對于擁有 N 對接口的交換機的總?cè)萘繛?N10 Mb/s。這正是交換機的最大優(yōu)點。 獨占傳輸媒體的帶寬 用以太網(wǎng)交換機擴展局域網(wǎng) 一系 三系二系10BASE-T 至因特網(wǎng) 100 Mb/s 100 Mb/s 100 Mb/s 萬維網(wǎng) 服務(wù)器 電子郵件 服務(wù)器 以太網(wǎng) 交換機 路由器 n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。 n這些網(wǎng)段

53、具有某些共同的需求。 n每一個 VLAN 的幀都有一個明確的標識符，指明發(fā)送這 個幀的工作站是屬于哪一個 VLAN。 n虛擬局域網(wǎng)其實只是局域網(wǎng)給用戶提供的一種服 務(wù)，而并不是一種新型局域網(wǎng)。 利用以太網(wǎng)交換機可以很方便地 實現(xiàn)虛擬局域網(wǎng) 以太網(wǎng) 交換機 A4 B1 以太網(wǎng) 交換機 VLAN3 C3 B3 VLAN1VLAN2 C1 A2 A1 A3 C2 B2 以太網(wǎng) 交換機 以太網(wǎng) 交換機 三個虛擬局域網(wǎng): VLAN1, VLAN2 和 VLAN3 以太網(wǎng) 交換機 A4 B1 以太網(wǎng) 交換機 VLAN3 C3 B3 VLAN1VLAN2 C1 A2 A1 A3 C2 B2 以太網(wǎng) 交換機

54、以太網(wǎng) 交換機 三個虛擬局域網(wǎng) VLAN1, VLAN2 和 VLAN3 的構(gòu)成 當 B1 向 VLAN2 工作組內(nèi)成員發(fā)送數(shù)據(jù)時， 工作站 B2 和 B3 將會收到廣播的信息。 以太網(wǎng) 交換機 A4 B1 以太網(wǎng) 交換機 VLAN3 C3 B3 VLAN1VLAN2 C1 A2 A1 A3 C2 B2 以太網(wǎng) 交換機 以太網(wǎng) 交換機 三個虛擬局域網(wǎng) VLAN1, VLAN2 和 VLAN3 的構(gòu)成 B1 發(fā)送數(shù)據(jù)時，工作站 A1, A2 和 C1 都不會收到 B1 發(fā)出的廣播信息。 以太網(wǎng) 交換機 A4 B1 以太網(wǎng) 交換機 VLAN3 C3 B3 VLAN1VLAN2 C1 A2 A1 A

55、3 C2 B2 以太網(wǎng) 交換機 以太網(wǎng) 交換機 三個虛擬局域網(wǎng) VLAN1, VLAN2 和 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) 不會因傳播過多的廣播信息(即“廣播風暴”)而引起性能惡 化。 n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網(wǎng)。 虛擬局域網(wǎng)使用的 以太網(wǎng)幀格式 802.3 MAC 幀 字節(jié)66246 15004 MAC 幀 目地地址源地址長度/類型 數(shù) 據(jù)FCS 長度/類型 = 802.1Q 標記類型 標記控制信息 1 0 0 0 0 0 0 1 0

56、 0 0 0 0 0 0 0 VID 2 字節(jié)2 字節(jié) 插入 4 字節(jié)的 VLAN 標記 4 用戶優(yōu)先級CFI 3.6 高速以太網(wǎng) 3.6.1 100BASE-T 以太網(wǎng) n速率達到或超過 100 Mb/s 的以太網(wǎng)稱為 高速以太網(wǎng)。 n在雙絞線上傳送 100 Mb/s 基帶信號的星 型拓撲以太網(wǎng)，仍使用 IEEE 802.3 的 CSMA/CD 協(xié)議。100BASE-T 以太網(wǎng)又 稱為快速以太網(wǎng)(Fast Ethernet)。 100BASE-T 以太網(wǎng)的特點 n可在全雙工方式下工作而無沖突發(fā)生。 因此，不使用 CSMA/CD 協(xié)議。 nMAC 幀格式仍然是 802.3 標準規(guī)定的。 n保持最短幀長不變，但將一個網(wǎng)段的最 大電纜長度減小到 100