第五章 數(shù)據(jù)鏈路層和局域網(wǎng)

1、5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-1Chapter 5Link Layer and LANsComputer Networking: A Top Down Approach Featuring the Internet, 3rd edition. Jim Kurose, Keith RossAddison-Wesley, July 2004. A note on the use of these ppt slides:Were making these slides freely available to all (faculty, students, readers). Theyre in Power

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4、 1996-2004J.F Kurose and K.W. Ross, All Rights Reserved5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-2第第 5 章章: 數(shù)據(jù)鏈路層和局域網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層和局域網(wǎng)目的目的: n 了解數(shù)據(jù)鏈路層服務(wù)及協(xié)議原理:l差錯檢測和糾錯l共享廣播信道：多址訪問協(xié)議l鏈路層尋址l可靠傳輸，流量控制n 各種鏈路層技術(shù)的實現(xiàn)5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-3第第 5 章章 大大 綱：綱：5.1 概述和服務(wù)概述和服務(wù)n5.2 差錯檢測和糾錯技術(shù)差錯檢測和糾錯技術(shù) n5.3 多址訪問協(xié)議和局域網(wǎng)多址訪問協(xié)議和局域網(wǎng)n5.4 鏈路層編址和鏈路層編址和ARPn5.5 以太網(wǎng)以太網(wǎng)n5.6 集線器和交

5、換機集線器和交換機n5.7 PPP：點對點協(xié)議：點對點協(xié)議n *5.8 鏈路虛擬化：網(wǎng)絡(luò)作為鏈路層鏈路虛擬化：網(wǎng)絡(luò)作為鏈路層lATM lMPLS5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-45.1 鏈路層：概述和服務(wù)常用術(shù)語:n 節(jié)點：主機和路由器(包括網(wǎng)橋和交換機)n 鏈路：沿著通信路徑連接相鄰節(jié)點的通信信道l有線鏈路l無線鏈路l局域網(wǎng)n 數(shù)據(jù)幀：鏈路層協(xié)議數(shù)據(jù)單元。封裝網(wǎng)絡(luò)層分組數(shù)據(jù)鏈路層的職責(zé)：將封裝分組的數(shù)據(jù)鏈路層的職責(zé)：將封裝分組的數(shù)據(jù)幀通過一個鏈路，從一個節(jié)點數(shù)據(jù)幀通過一個鏈路，從一個節(jié)點傳輸?shù)洁徑牧硪粋€節(jié)點。傳輸?shù)洁徑牧硪粋€節(jié)點?！發(fā)ink”5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-5鏈路層的特點n 分組傳輸可以

6、經(jīng)過不同的鏈路使用不同的協(xié)議實現(xiàn):l 例如，最初的鏈路是以太網(wǎng)，然后是幀中繼，最后的是802.11n 每個鏈路協(xié)議提供不同的服務(wù)l 例如，可以在鏈路上提供或不提供可靠的傳輸傳輸類比n從Princeton到Lausanne的旅途l租車： Princeton到JFKl飛機： JFK到Geneval大巴： Geneva到Lausannen旅客 = 數(shù)據(jù)包n運輸段 = 通信鏈路n運輸模式 = 鏈路層協(xié)議n旅行社 = 路由算法5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-65.1.1 鏈路層服務(wù)n 成幀（及拆幀）：l 把數(shù)據(jù)報加上頭和尾，封裝成幀l 幀頭中的用于標(biāo)識目的節(jié)點和源節(jié)點的物理地址 不同于IP地址n 鏈路（信道）訪

7、問：l 介質(zhì)訪問控制（Medium Access Control，MAC）協(xié)議l 點對點鏈路MAC協(xié)議比較簡單l 多點共享介質(zhì)（多址訪問）的MAC協(xié)議比較復(fù)雜n 在鄰接節(jié)點間的可靠傳輸l 我們已經(jīng)在第三章學(xué)習(xí)了怎么做！l 在出錯率很低的鏈路上很少用 (光纖，雙絞線)l 無線鏈路：高出錯率 問題：為何鏈路層和端到端的層都要提供可靠性服務(wù)?5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-7n 流量控制：l 在鄰接的發(fā)送節(jié)點和接收節(jié)點間的同步n 差錯檢測:l 差錯由信號衰減和噪聲引起l 接收方檢測錯誤：如果發(fā)現(xiàn)差錯 通知發(fā)送方重傳幀或丟幀n 差錯糾正：l 接收方檢測和糾正錯誤，不需發(fā)送方重傳n 半雙工和全雙工l 半雙工，一

8、個節(jié)點不能同時發(fā)送和接收l 全雙工，節(jié)點可以同時發(fā)送和接收5.1.1 鏈路層服務(wù)（續(xù)）5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-85.1.2 適配器通信n 鏈路層在 “適配器” (網(wǎng)卡)中實現(xiàn) l Ethernet卡，PCMCIA卡， 802.11卡n 發(fā)送方：l 封裝分組成幀l 增加檢錯位、可靠傳輸、流量控制等n 接收方l 檢測差錯、可靠交付、流量控制等l 從幀提取分組，傳給接收節(jié)點n 適配器是半自治的n 鏈路層 & 物理層發(fā)送節(jié)點幀接收節(jié)點數(shù)據(jù)報幀適配器適配器鏈路層協(xié)議5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-9第第 5 章章 大大 綱：綱：n5.1 引言和服務(wù)引言和服務(wù)5.2 差錯檢測和糾錯技術(shù) n 5.3 多址訪

9、問協(xié)議和局域網(wǎng)n 5.4 鏈路層編址和ARPn 5.5 以太網(wǎng)n 5.6 集線器和交換機n 5.7 PPP：點對點協(xié)議n *5.8 鏈路虛擬化：網(wǎng)絡(luò)作為鏈路層nATM nMPLS5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-10錯誤檢測EDC= Error Detection and Correction bits (冗余)D = 被EDC保護的數(shù)據(jù)，包括頭部字段n 錯誤檢測不是100%可靠！l 協(xié)議有可能漏掉一些錯誤，但很少l 大的EDC域能提供更好的檢錯和糾錯能力5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-115.2.1 奇偶校驗奇偶校驗單個奇偶位:檢測單個位的錯誤檢測單個位的錯誤二維偶校驗:檢測和糾正單個位的錯誤檢測和糾正單個位

10、的錯誤,檢測任意組合的兩個錯誤檢測任意組合的兩個錯誤00一比特偶校驗一比特偶校驗事實上，發(fā)生未檢測到事實上，發(fā)生未檢測到錯誤的概率為錯誤的概率為50%-有必要深入研究有必要深入研究5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-125.2.2 Internet校驗和發(fā)送方:n把報文段內(nèi)容看成16-bit的整數(shù)序列n校驗和：把報文段的16比特整數(shù)求和,再求1的補碼n發(fā)送方把校驗和放入UDP的校驗和域接收方：n 計算接收字段的校驗和n 檢測計算的校驗和與校驗和域的值是否相等：lNO 檢測到錯誤lYES 沒有檢測到錯誤。但可能有錯.目標(biāo): 檢測被傳輸報文段中的 “錯誤” (注意:僅用于傳輸層)5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-135

11、.2.3 循環(huán)冗余校驗CRC(Cyclic Redundancy Check)n 把數(shù)據(jù)D，看成d位二進(jìn)制數(shù)n 發(fā)送方與接收方商定一個r+1位模式 (生成多項式), G n 目標(biāo): 選擇r位循環(huán)冗余位, R, 將它們添加到D后面l 的d+r位二進(jìn)制數(shù)使用模2運算能被r+1位的二進(jìn)制數(shù) G整除l 接收方用G去除接收到的的d+r位二進(jìn)制數(shù)，如果余數(shù)非零：錯誤發(fā)生l 能檢測到少于r+1位的各種猝發(fā)錯誤n 被廣泛使用 (ATM, HDLC)5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-14CRC例子想找到一個R，對于n有:D.2r XOR R = nG兩邊都異或R:D.2r = nG XOR R 如果用G來除 D .2r

12、，余數(shù)等于R : R = remainder D.2rGP285例子，D=101110, G=1001，求R ?5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-15n國際標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)定義了8-、16-、32-位生成多項式G；8-位CRC用于ATM頭部5字節(jié)的保護；32-CRC用于大量鏈路層IEEE協(xié)議。n每個CRC標(biāo)準(zhǔn)能夠檢測少于r+1位的猝發(fā)錯誤和任意的奇數(shù)個比特錯誤n其他檢錯和糾錯方法不常用，故不作專門介紹n校驗和通常應(yīng)用于傳輸層，要求簡單快速的軟件實現(xiàn)方式，而CRC通常應(yīng)用于鏈路層，可以適配器硬件實現(xiàn)復(fù)雜的算法。5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-16第第 5 章章 大大 綱：綱：n5.1 引言和服務(wù)引言和服務(wù)n5.2 差錯檢

13、測和糾錯技術(shù)差錯檢測和糾錯技術(shù)5.3 多址訪問協(xié)議和局域網(wǎng)n 5.4 鏈路層編址和ARPn 5.5 以太網(wǎng)n 5.6 集線器和交換機n 5.7 PPP：點對點協(xié)議n *5.8 鏈路虛擬化：網(wǎng)絡(luò)作為鏈路層lATM lMPLS5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-17兩種類型的 “鏈路”n 點對點lPPP （用于撥號訪問）或HDLCl在以太網(wǎng)交換機和主機間的點到點鏈路n 廣播(有線或無線共享)l傳統(tǒng)以太網(wǎng)l802.11無線局域網(wǎng)5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-18多址訪問鏈路（信道）與協(xié)議n 單個共享廣播鏈路（信道）n 兩個或多個節(jié)點同時傳輸：沖突（碰撞）l沖突（碰撞）：一個節(jié)點同時接收兩個或多個信號時發(fā)生沖突l在某個

14、時刻只有一個節(jié)點可以發(fā)送成功信息多址訪問協(xié)議n 分布式算法決定各節(jié)點如何共享鏈路（信道），即決定節(jié)點什么時候可以傳送數(shù)據(jù)n 共享鏈路（信道）既要負(fù)責(zé)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，又要負(fù)責(zé)分布式算法的控制信息的傳輸l沒有帶外信道傳輸控制信息5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-19理想的多址訪問協(xié)議速率為R bps的廣播信道1. 當(dāng)一個節(jié)點有數(shù)據(jù)發(fā)送時，它能以R bps的速率發(fā)送.2. 當(dāng)有M個節(jié)點要發(fā)送數(shù)據(jù)，每個節(jié)點的平均發(fā)送速率為 R/M3. 完全分散:l不需要主節(jié)點協(xié)調(diào)傳輸l不需要時鐘、時隙同步4. 簡單5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-20MAC 協(xié)議協(xié)議:分類分類3大類:n 鏈路（信道）劃分協(xié)議l把信道劃分為小“片” (時隙

15、，頻分，碼分)l給節(jié)點分配專用的小“片”n 隨機訪問協(xié)議l不劃分信道，允許沖突l能從沖突中“恢復(fù)”n 輪流協(xié)議l通過輪流訪問信道避免沖突，要發(fā)送的節(jié)點越多輪流時間越長5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-215.3.1 信道劃分協(xié)議時分多路訪問: TDMATDMA: time division multiple access n 巡回訪問信道n 在每個循環(huán)（幀時）中，每個節(jié)點得到固定長度的時隙l時隙長度通常為數(shù)據(jù)服務(wù)單元的發(fā)送時間n 未被使用的時隙空閑n 例子：6個站點的局域網(wǎng)， 1,3,4 被使用，2,5,6空閑 5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-225.3.1 信道劃分協(xié)議頻分多路訪問: FDMAFDMA: fr

16、equency division multiple access n鏈路（信道）頻譜被分成不同頻段n每個站點分配一個固定的頻段n未被使用的頻段空閑n例子：6個站點的局域網(wǎng)， 1,3,4 被使用，2,5,6空閑frequency bandstime5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-235.3.1 信道劃分協(xié)議碼分多路訪問 (CDMA)CDMA (Code Division Multiple Access) n每個節(jié)點分配一個唯一的編碼n每個節(jié)點用它唯一的編碼來對它發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼n允許多個節(jié)點“共存” ，信號可疊加，即可以同時傳輸數(shù)據(jù)而無沖突 (如果編碼 是“正交化”的)5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-245.

17、3.2 隨機訪問協(xié)議n 節(jié)點有數(shù)據(jù)包（幀）發(fā)送l以信道滿數(shù)據(jù)率R傳送l節(jié)點間沒有協(xié)調(diào)者n 2個或更多的發(fā)送節(jié)點 - “沖突collision”,n 隨機訪問MAC協(xié)議要求: l怎樣檢測沖突l怎樣從沖突中恢復(fù) (例如：通過延時重傳)n 隨機訪問MAC協(xié)議實例：lALOHAl時隙ALOHAlCSMA, CSMA/CD, CSMA/CA5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-251. 時隙ALOHA協(xié)議原理：協(xié)議原理：n所有幀大小相同n時間被劃分為相同大小的時隙，1個時隙=傳送1幀的時間n節(jié)點只能在一個時隙的開始才能傳送幀n節(jié)點需要時鐘同步n如果一個時隙有多個節(jié)點同時傳送，所有節(jié)點都能檢測到?jīng)_突n沒有沖突，節(jié)點可以

18、在下一時隙發(fā)送新幀n如果有沖突，節(jié)點在隨后的時隙以概率p重傳該幀，直到成功為止。5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-261. 時隙ALOHA（續(xù)）優(yōu)點n單個活躍節(jié)點可以持續(xù)以滿速率傳送幀n具有高分散性，獨立檢測沖突和重傳n簡單缺點n沖突，浪費時隙n空閑時隙n節(jié)點只有在發(fā)送數(shù)據(jù)包時可能檢測到?jīng)_突n需要節(jié)點時鐘同步5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-27時隙Aloha效率n假設(shè)有N個節(jié)點，每個節(jié)點在時隙以概率p發(fā)送n一個節(jié)點在一個時隙成功傳送的概率 = p(1-p)N-1n任一節(jié)點傳送成功的概率 = Np(1-p)N-1 n為了得到N個活躍節(jié)點的最大效率，必須找出使表達(dá)式Np(1-p)N-1 取最大值的p*n為了得到大量

19、活躍節(jié)點的最大效率， 我們求N趨近無窮時Np*(1-p*)N-1 極限值，計算可知最大效率為1/e =0 .37效率效率 ：當(dāng)有很多節(jié)點，每個節(jié)點有很多幀要發(fā)送時，成功時隙所占的百分比最佳: 信道有 37%的有效傳輸5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-282. 純 (非時隙) ALOHAn 非時隙Aloha: 簡單，不需同步n 幀一到達(dá)l 立即傳輸n 沖突概率增加:l在t0發(fā)送的幀和在 t0-1,t0+1的發(fā)送的其它幀沖突5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-29純Aloha效率P(給定節(jié)點成功傳送) = P(節(jié)點傳送) . P(沒有其他節(jié)點在t0-1,t0內(nèi)傳送) . P(沒有其他節(jié)點在t0,t0 +1內(nèi)傳送) =

20、p . (1-p)N-1 . (1-p)N-1 = p . (1-p)2(N-1) 選擇p值，然后求N-無窮時的極限. = 1/(2e) = 0.18 worse !5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-303.載波偵聽多址訪問CSMA (Carrier Sense Multiple Access)CSMA: 傳送前偵聽:n如果信道閑：傳送整個幀n如果信道忙：延遲傳送n類比人類行為：不打斷他人！5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-31CSMA沖突沖突還是可能發(fā)生:傳播延遲可能導(dǎo)致兩個節(jié)點沒偵聽到其它節(jié)點的傳送沖突:整個數(shù)據(jù)包傳送時間被浪費節(jié)點的空間分布 注意:距離和傳播延時決定沖突概率5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-32CSM

21、A/CD (沖突檢測)CSMA/CD:l在一個短時間內(nèi)檢測沖突l放棄沖突傳送，減少帶寬浪費n 沖突檢測: l在有線LANs中容易：測量信號強度，比較傳送和接收信號l在無線LANs中困難: 傳輸中接收方可能關(guān)閉n 人類行為：有禮貌的會談5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-33CSMA/CD collision detection5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-34CSMA/CD協(xié)議基本思想：p當(dāng)一個節(jié)點要發(fā)送數(shù)據(jù)時，首先監(jiān)聽信道，看是否有載波。p如果信道空閑，則發(fā)送數(shù)據(jù)。p如果信道忙，則繼續(xù)對信道進(jìn)行監(jiān)聽（1持續(xù)CSMA）。一旦發(fā)現(xiàn)空閑，便立即發(fā)送。p如果在發(fā)送過程中檢測到碰撞，則停止自己的正常發(fā)送，轉(zhuǎn)而發(fā)送一短暫

22、的干擾信號jam，強化沖突，使其它站點都能知道出現(xiàn)了沖突。p發(fā)送了干擾信號后，退避一隨機時間，重新嘗試發(fā)送。5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-35CSMA/CD協(xié)議討論我有數(shù)據(jù)要發(fā)送監(jiān)聽5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-36CSMA/CD協(xié)議討論我有數(shù)據(jù)要發(fā)送監(jiān)聽網(wǎng)上有載波，等待5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-37CSMA/CD協(xié)議討論我有數(shù)據(jù)要發(fā)送監(jiān)聽發(fā)生沖突，立即回退沖突了！我也有數(shù)據(jù)要發(fā)送5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-385.3.3 輪流協(xié)議分割信道MAC協(xié)議l高負(fù)載效率高：該情況下信道共享公平高效l低負(fù)載效率低：延遲訪問，如果只有一個活躍節(jié)點只分配了 1/N的帶寬隨機訪問MAC協(xié)議l低負(fù)載效率高：單個節(jié)點可以獲得整個信

23、道l高負(fù)載效率低：沖突開銷大輪流協(xié)議兩者的折中!5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-39輪流協(xié)議輪詢協(xié)議: n 主節(jié)點輪流 “邀請”從屬節(jié)點傳送數(shù)據(jù)n 關(guān)注：l輪詢開銷 l延遲l主節(jié)點失效，整個網(wǎng)絡(luò)失效令牌傳遞協(xié)議：n 控制令牌令牌從一個節(jié)點順序傳到下一個節(jié)點n 令牌消息n 關(guān)注：l令牌開銷l延時l令牌失效，整個網(wǎng)絡(luò)失效 5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-40MAC協(xié)議總結(jié)n 共享介質(zhì)l信道分割：時間，頻率，代碼 時分，碼分，頻分l隨機分割 (動態(tài)) ALOHA, S-ALOHA, CSMA, CSMA/CD 載波偵聽：有線網(wǎng)絡(luò)容易實現(xiàn)，無線網(wǎng)絡(luò)困難 CSMA/CD用于以太網(wǎng) CSMA/CA用于無線網(wǎng)絡(luò)l輪轉(zhuǎn) 中心

24、節(jié)點輪詢，令牌傳遞5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-415.3.3 局域網(wǎng)n多址訪問協(xié)議廣泛應(yīng)用于局域網(wǎng)n基于隨機訪問的CSMA/CD廣泛應(yīng)用于局域網(wǎng)n基于令牌傳遞技術(shù)的令牌環(huán)和FDDI在局域網(wǎng)技術(shù)中變得次要n鏈路層技術(shù)的發(fā)展，局域網(wǎng)、城域網(wǎng)、廣域網(wǎng)的概念變得越來越模糊和不重要5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-42第第 5 章章 大大 綱：綱：n5.1 引言和服務(wù)引言和服務(wù)n5.2 差錯檢測和糾錯技術(shù)差錯檢測和糾錯技術(shù)n5.3 多址訪問協(xié)議和局域網(wǎng)多址訪問協(xié)議和局域網(wǎng)5.4 鏈路層編址和鏈路層編址和ARPn 5.5 以太網(wǎng)以太網(wǎng)n 5.6 集線器和交換機集線器和交換機n 5.7 PPP：點對點協(xié)議：點對點協(xié)議n

25、*5.8 鏈路虛擬化：網(wǎng)絡(luò)作為鏈路層鏈路虛擬化：網(wǎng)絡(luò)作為鏈路層lATM lMPLS5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-435.4.1 MAC地址32位IP地址n網(wǎng)絡(luò)層地址n用于把分組送到目的IP網(wǎng)絡(luò) (回憶IP網(wǎng)絡(luò)定義)MAC(或LAN 或物理或Ethernet) 地址: n鏈路層地址n用于把數(shù)據(jù)幀從一個接口傳送到另一個接口 (同一網(wǎng)絡(luò)中)n48位MAC地址(大多數(shù)LANs) 固化在適配器的ROM5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-44在局域網(wǎng)中的每一個適配器都有一個唯一的LAN地址廣播地址 =FF-FF-FF-FF-FF-FF= 適配器（網(wǎng)卡）1A-2F-BB-76-09-AD58-23-D7-FA-20-B00C

26、-C4-11-6F-E3-9871-65-F7-2B-08-53 LAN(wired orwireless)局域網(wǎng)MAC地址5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-45局域網(wǎng)MAC地址nMAC地址由IEEE統(tǒng)一分配n廠商購買一塊MAC地址空間 (要保證唯一性)n比較: (a) MAC地址: 好像身份證號碼 (b) IP地址: 好像郵政地址n MAC平面地址 = 可移動l能從一個LAN移動到另一個LANn IP層次地址l 依賴節(jié)點所依附的IP網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層的主機名，網(wǎng)絡(luò)層IP地址，鏈路層MAC地址。有利于保持各層獨立的原則。5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-46n每個在局域網(wǎng)上的IP節(jié)點 (Host, Router)都有AR

27、P 表nARP表: 局域網(wǎng)上一些節(jié)點的IP/MAC地址映射 l TTL (Time To Live): 映射地址的失效時間 (典型為20分鐘)問題：知道B的IP地址怎么知道它的MAC地址1A-2F-BB-76-09-AD58-23-D7-FA-20-B00C-C4-11-6F-E3-9871-65-F7-2B-08-53 LAN38485.4.2 地址解析協(xié)議 ARP5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-47n A想發(fā)送分組給 B，A知道 B的IP地址n 假設(shè)B的MAC地址不在A的ARP表中n A廣播包含B的IP地址的A

28、RP查詢包 l目的MAC地址= FF-FF-FF-FF-FF-FFl在局域網(wǎng)上的所有機器都能收到ARP查詢n B收到 ARP包，單播響應(yīng)A一個帶有B的MAC地址的包l 發(fā)送給A 關(guān)于B的MAC地址幀是一個單播幀n A緩存IP-to-MAC地址對在 ARP表中，直到信息過期 (timeout)l 軟件規(guī)定: 如果ARP表的信息在一定時間內(nèi)沒有刷新，則信息將過期。n ARP是即插即用的:l 無需網(wǎng)絡(luò)管理員干預(yù)，節(jié)點就能創(chuàng)建ARP表1. 地址解析協(xié)議 ARP5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-48回憶前面的路由討論223.

29、1.2.27ABEA把IP分組發(fā)送給 B:n查找B的網(wǎng)絡(luò)地址，發(fā)現(xiàn)B和A在同一網(wǎng)絡(luò)中n鏈路層發(fā)送分組給B，該分組包含在鏈路層幀中Bs MACaddrAs MACaddrAs IPaddrBs IPaddrIP payloaddatagramframeframe dest, source addressdatagram source, dest address5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-492. 路由到其他局域網(wǎng)A通過R向B發(fā)送分組 假設(shè)A知道B的IP地址n在路由器R中有兩個ARP表，每個針對一個IP網(wǎng)絡(luò) (LAN)rIn ro

30、uting table at source Host, find router 10rIn ARP table at source, find MAC address E6-E9-00-17-BB-4B, etcARB5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-50lA創(chuàng)建一個分組，源地址為A，目的地址為BlA使用ARP得到R的10的MAC地址lA創(chuàng)建一個鏈路層幀，該幀以R的MAC地址為目的地址，并包含 A-to-B的IP數(shù)據(jù)包lA的適配器發(fā)送幀lR的適配器收到幀lR從Ethernet幀中提取IP數(shù)據(jù)包，得知目的地址為BlR使用 ARP得到B的MAC地址lR創(chuàng)建

31、一個包含A-to-B的IP數(shù)據(jù)包的幀發(fā)送給BARB5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-515.4.3 DHCP: 動態(tài)主機配置協(xié)議動態(tài)主機配置協(xié)議目標(biāo)目標(biāo): 允許主機在加入網(wǎng)絡(luò)時從網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器動態(tài)得到IP地址 能夠在使用時續(xù)借地址租用 允許重用地址 (只是連接時擁有地址） 支持準(zhǔn)備加入網(wǎng)絡(luò)的移動用戶 (更簡單)DHCP 概述:l主機發(fā)現(xiàn)DHCP服務(wù)器：廣播 “DHCP discover” 報文lDHCP服務(wù)器用 “DHCP offer” 報文廣播響應(yīng)l主機請求IP地址:廣播“DHCP request” 報文lDHCP 服務(wù)器發(fā)送地址: 廣播“DHCP ack” 報文5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-52DHCP 客戶

32、服務(wù)器協(xié)議客戶服務(wù)器協(xié)議 7ABEDHCP 服務(wù)器服務(wù)器 剛到達(dá)的剛到達(dá)的 DHCP 客戶機客戶機需要這個需要這個網(wǎng)絡(luò)的地址網(wǎng)絡(luò)的地址7ABEDHCP 服務(wù)器服務(wù)器 剛到達(dá)的剛到達(dá)的 DHCP 客戶機客戶機需要這個需要這個網(wǎng)絡(luò)的地址網(wǎng)絡(luò)的地

33、址5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-53DHCP客戶服務(wù)器協(xié)議客戶服務(wù)器協(xié)議DHCP 服務(wù)器服務(wù)器: 來到的客戶來到的客戶timeDHCP discoversrc : , 68 dest.: 55,67yiaddr: transaction ID: 654DHCP offersrc: , 67 dest: 55, 68yiaddrr: transaction ID: 654Lifetime: 3600 secsDHCP requestsrc: 0.0.0

34、.0, 68 dest: 55, 67yiaddrr: transaction ID: 655Lifetime: 3600 secsDHCP ACKsrc: , 67 dest: 55, 68yiaddrr: transaction ID: 655Lifetime: 3600 secs5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-54第第 5 章章 大大 綱：綱：n5.1 引言和服務(wù)引言和服務(wù)n5.2 差錯檢測和糾錯技術(shù)差錯檢測和糾錯技術(shù)n5.3 多址訪問協(xié)議和局域網(wǎng)多址訪問協(xié)議和局域網(wǎng)n5.4 鏈路層編址和鏈

35、路層編址和ARP5.5 以太網(wǎng)以太網(wǎng)n 5.6 集線器和交換機集線器和交換機n 5.7 PPP：點對點協(xié)議：點對點協(xié)議n *5.8 鏈路虛擬化：網(wǎng)絡(luò)作為鏈路層鏈路虛擬化：網(wǎng)絡(luò)作為鏈路層lATM lMPLS5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-55Ethernet：IEEE 802.3 當(dāng)今主流的 LAN技術(shù)n價格便宜! 例如20元/100M網(wǎng)卡n第一個廣泛使用的LAN技術(shù)n比令牌（環(huán)和總線）網(wǎng)絡(luò)和ATM網(wǎng)絡(luò)技術(shù)簡單、便宜n其速度可達(dá): 10，100，1000 Mbps，10Gbps 1970s，MIT的Metcalfe博士論文首次提出并發(fā)明該技術(shù)，應(yīng)用到1990s中期，特別是10base-2/5，后來不斷發(fā)

36、展演化為今天10/100/1G/10Gbase-TMetcalfe的以太網(wǎng)草圖5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-56星型拓?fù)鋘90年代中期流行總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)n后期星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)盛行n連接設(shè)備使用: 以太網(wǎng)集線器hub或交換機switchhub orswitch5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-575.5.1 Ethernet幀結(jié)構(gòu)將IP分組(或其它網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議包)封裝在 Ethernet幀中n Preamble: 前同步碼，8個字節(jié)l前7個字節(jié)為 10101010，最后一個為 10101011l用于發(fā)送和接收方的時鐘同步n Addresses: MAC地址，6個字節(jié)l如果適配器收到的幀的目的地址與之匹配或者是一個廣播地

37、址（ARP查詢幀），就把幀中的數(shù)據(jù)交付網(wǎng)絡(luò)層l否則，拋棄該幀5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-58n Type: 類型，2個字節(jié)，l指明可以支持的高層協(xié)議，主要是IP協(xié)議，也可以是其他協(xié)議如：Novell IPX和 AppleTalkn CRC:循環(huán)冗余校驗(幀校驗序列)，4個字節(jié)。l接收方檢測，如果有錯，丟棄該幀5.5.1 Ethernet幀結(jié)構(gòu) (續(xù))5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-59不可靠的無連接服務(wù)n 無連接：發(fā)送方直接向接收方適配器發(fā)送數(shù)據(jù)幀，不需要“握手” 。n 不可靠： 接收適配器不向發(fā)送適配器發(fā)送確認(rèn)幀l數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)錯誤由上層協(xié)議處理l通常是由傳輸層和應(yīng)用層協(xié)議實現(xiàn)可靠傳輸5: 鏈路層和局域網(wǎng)

38、5-605.5.2 CSMA/CD:以太網(wǎng)的多址訪問協(xié)議CSMA/CD的機制回顧：n任何時刻開始傳輸，非時隙n適配器檢測到有其它適配器發(fā)送的時候，就不會發(fā)送幀，即它采用了載波偵聽機制n在發(fā)送過程中，適配器檢測到有其他適配器發(fā)送，它將中止發(fā)送，即它采用了沖突檢測機制n在試圖重傳之前，適配器會等待一個隨機時間,這個時間一般比傳輸一幀的時間要短，即隨機回退重傳5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-61Ethernet的CSMA/CD算法1. 適配器從網(wǎng)絡(luò)層得到分組，創(chuàng)建幀2. 如果適配器偵聽到信道空閑，開始發(fā)送幀。如果信道忙， 它會等到信道空閑才發(fā)送幀3. 如果適配器傳送整個幀都沒有檢測到其他適配器發(fā)送，就完成該

39、幀的發(fā)送4.如果適配器在發(fā)送中檢測到其它傳送，就放棄發(fā)送，并發(fā)送一個擁塞信號5. 放棄發(fā)送后，適配器進(jìn)入指數(shù)回退階段，即該幀經(jīng)過n次沖突后，適配器在0,1,2,2m-1中隨機選取一個K值，其中m=min(n,10)，然后等待K*512比特時間后，回到第2步5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-62Ethernet的CSMA/CD算法 (續(xù))指數(shù)回退：n目標(biāo)：適配器依據(jù)當(dāng)前負(fù)載情況重傳l 重負(fù)載：等待時間可能變長n 第一次沖突： 在0,1中選k值；延遲Kx512比特時間傳送n 第二次沖突：在0,1,2,3中選k值n 10次以后，在 0,1,2,3,4,1023中選k值。擁塞信號：48比特，確保所有傳送者知道沖

40、突發(fā)生比特時間：對于10 Mbps Ethernet 為0.1微秒/1比特， 當(dāng)K=1023，等待時間大約50毫秒。算法進(jìn)一步說明：算法進(jìn)一步說明：5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-63CSMA/CD 效率ntprop = 在LAN中任兩個節(jié)點間傳播所用最大時間nttrans = 發(fā)送一個最大幀所用時間n當(dāng)tprop接近0時，效率接近于1n當(dāng)ttrans趨于無窮時，效率接近于1transproptt/511efficiency5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-645.5.3 以太網(wǎng)技術(shù): 10Base-T/F 和 100Base-T/Fn 10M以太網(wǎng)：IEEE802.3；100M以太網(wǎng)：IEEE802.3un

41、IEEE802.3：10base-T/F/2/5； IEEE802.3u：100Base-T/Fn 10Base-T和100Base-T分別為10和100Mbps速率lT 表示雙絞線l各節(jié)點連接到hub/Switch上，星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)l在適配器與hub/Switch間最大距離為100米。n 10Base-F和100Base-F分別為10和100Mbps速率lF 表示光纖l適配器與hub/Switch間最大距離最大可達(dá)500米-300公里，主要用于局域網(wǎng)間的主干路由器或交換機的互聯(lián)l最大傳輸距離因單模/多模光纖及交換機光纖模塊的不同而不同。5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-65Manchester編碼n 這

42、是用于10Base-T/F/2/5物理層信號編碼技術(shù)!n每個位都有一個跳變n發(fā)送方和接收方可以彼此進(jìn)行時鐘同步l不需要一個中央或全局時鐘節(jié)點n 100Base-T/F使用4B/5B物理層編碼技術(shù)5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-66Gbit Ethernet：IEEE 802.3z和802.3ab 光纖 雙絞線n使用標(biāo)準(zhǔn)的Ethernet幀格式，確保兼容n8B/10B編碼技術(shù)n傳輸介質(zhì)-光纖和雙絞線n允許點到點鏈路和共享廣播鏈路n點到點鏈路使用交換機（目前普遍使用）n共享鏈路使用CSMA/CD技術(shù)；必須限制節(jié)點間的最大距離，以確保效率。使用的集線器，被稱為“緩存分配器” （目前基本不使用）n現(xiàn)在已經(jīng)有1

43、0Gbps以太網(wǎng)-IEEE802.3ae !n傳輸介質(zhì)-光纖n8B/10B和64B/66B編碼技術(shù)5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-67第第 5 章章 大大 綱：綱：n5.1 引言和服務(wù)引言和服務(wù)n5.2 差錯檢測和糾錯技術(shù)差錯檢測和糾錯技術(shù)n5.3 多址訪問協(xié)議和局域網(wǎng)多址訪問協(xié)議和局域網(wǎng)n5.4 鏈路層編址和鏈路層編址和ARPn5.5 以太網(wǎng)以太網(wǎng)5.6 集線器和交換機集線器和交換機n 5.7 PPP：點對點協(xié)議：點對點協(xié)議n *5.8 鏈路虛擬化：網(wǎng)絡(luò)作為鏈路層鏈路虛擬化：網(wǎng)絡(luò)作為鏈路層lATM lMPLS5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-68互連局域網(wǎng)網(wǎng)段的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備互連局域網(wǎng)網(wǎng)段的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備n 中繼器: （

44、物理層）n 轉(zhuǎn)換器：信號轉(zhuǎn)換的中繼器l 如光電轉(zhuǎn)換, 10base-2轉(zhuǎn)換到10BaseTn 集線器: （物理層）l集線器是中繼器的一種形式，也稱為多端口中繼器。n 交換機: （鏈路層）l交換機是網(wǎng)橋的一種形式，也稱為多端口網(wǎng)橋。5.6 集線器與交換機5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-69工作原理：工作原理：放大、再生二進(jìn)制位信號的功能 廣播 共享 把從端口接收到的所有二進(jìn)制位信號，無選擇的進(jìn)行放大再生，并把放大后的信號，通過廣播的方式向其他所有端口分發(fā)出去。 5.6.1 集線器集線器(Hub)HUBABCD5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-705.6.1 集線器集線器(Hub)功能特性：功能特性：n 連接局域網(wǎng)

45、內(nèi)各網(wǎng)段n 擴展各節(jié)點間的最大距離n 但是把各網(wǎng)段的沖突域匯集成一個大的沖突域l 如果1個CS域的節(jié)點和1個EE域的節(jié)點同時通信：沖突n 透明性l 主機不關(guān)心集線器的存在n 即插即用（不需要被配置）n 支持網(wǎng)管5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-715.6.2 Ethernet交換機n 本質(zhì)上是多口網(wǎng)橋n 鏈路層設(shè)備l存儲和轉(zhuǎn)發(fā)以太網(wǎng)幀l檢查幀頭,并根據(jù)目的MAC地址有選擇的轉(zhuǎn)發(fā)幀l當(dāng)MAC幀被轉(zhuǎn)發(fā)到某一共享網(wǎng)段時,需要使用CSMA/CD訪問該網(wǎng)段n 沖突隔離：隔離各個網(wǎng)段或沖突域n 透明性l主機不關(guān)心交換機的存在n 即插即用,自學(xué)習(xí)l交換機不需要被配置n 支持網(wǎng)管5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-72交換機轉(zhuǎn)發(fā)原

46、理n 交換機怎么確定將接收到的幀轉(zhuǎn)發(fā)到哪一個網(wǎng)段呢? - 這聽起來象是一個路由問題.hubhubhubswitch1235: 鏈路層和局域網(wǎng)5-731. 自學(xué)習(xí)n 交換機有一個交換表n 交換表的表項: l(MAC地址，接口，時間)l交換表中過期的表項將被刪除 (TTL 可以是60分鐘) n 交換機學(xué)習(xí)哪一個主機屬于哪一個接口l當(dāng)接收每個數(shù)據(jù)幀時，交換機獲取該幀的源MAC地址，學(xué)習(xí)發(fā)送者的位置（接口）l在交換表中記錄發(fā)送者/位置（接口）對應(yīng)關(guān)系5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-742. 轉(zhuǎn)發(fā)（過濾轉(zhuǎn)發(fā)廣播）（過濾轉(zhuǎn)發(fā)廣播）當(dāng)交換機接收一數(shù)據(jù)幀時:根據(jù)接收幀的目的MAC地址匹配交換表if 目的MAC地址的表

47、項被發(fā)現(xiàn)then if 如果MAC目的地址與源地址MAC在同一網(wǎng)段（接口） then 丟棄該幀（過濾）（過濾） else 轉(zhuǎn)發(fā)該幀到指定的接口（轉(zhuǎn)發(fā)）（轉(zhuǎn)發(fā)） else 廣播（廣播）（廣播） 向所有(除接收幀所在的接口外)其它接口轉(zhuǎn)發(fā)5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-75交換機舉例假設(shè)C發(fā)送數(shù)據(jù)幀到Dn 交換機接收來自C的數(shù)據(jù)幀l 源地址自學(xué)習(xí)，注意在交換表中C在交換機的接口1上l 轉(zhuǎn)發(fā)，因為D不在交換表中,交換機將轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀到接口2和3n 數(shù)據(jù)幀被D接收 hubhubhubswitchABCDEFGHIinterfaceABEGC11231123address5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-76交換機舉例假設(shè)

48、D回復(fù)數(shù)據(jù)幀給C. n 交換機接收來自D的數(shù)據(jù)幀l 源地址自學(xué)習(xí)，注意在交換表中D在交換機的接口2上l 轉(zhuǎn)發(fā)，因為C在交換表中,所以交換機只向接口1轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀n 數(shù)據(jù)幀被C接收hubhubhubswitchABCDEFGHIaddressinterfaceABEGCD1123125: 鏈路層和局域網(wǎng)5-77沖突隔離: 幀轉(zhuǎn)發(fā)而非信號再生放大原理決定該特性n 交換機將一個子網(wǎng)劃分成若干個LAN網(wǎng)段n 交換機過濾數(shù)據(jù)幀: l同一LAN網(wǎng)段的數(shù)據(jù)幀傳輸不被轉(zhuǎn)發(fā)到其它LAN網(wǎng)段l每個LAN網(wǎng)段變成一個獨立的沖突域hubhubhubswitchcollision domaincollision doma

49、incollision domain5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-78交換機: 交換到桌面n交換機具有大量接口n主機可以直接連接到交換機n構(gòu)成多個點對點鏈路，沒有沖突; 全雙工模式運行交換: A-到-A 和 B-到-B 同時 交換, 沒有沖突5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-79直通交換一種沒有太大實效，賺取眼球的交換技術(shù)。n 原理:幀從輸入端口轉(zhuǎn)發(fā)到輸出端口，不必等待整個幀的裝配l輕微減少延時，只是在緩沖隊列空閑時發(fā)生作用l不能真正有效提高轉(zhuǎn)發(fā)效率5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-80Institutional networkhubhubhubswitchto externalnetworkrouterIP subn

50、etmail serverweb server5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-81交換機 vs. 路由器n 都是存儲轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備l路由器:網(wǎng)絡(luò)層設(shè)備,目的 IP 地址匹配路由表,轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報l交換機:鏈路層設(shè)備,目的MAC地址匹配交換表,轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀l路由器由路由算法維護路由表l交換機由自學(xué)習(xí)算法維護交換表l路由器可以隔離廣播信息l交換機不能隔離廣播信息（交換機對某些幀廣播）switchswitch5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-82綜合比較流量隔離流量隔離即插即用即插即用優(yōu)化路由優(yōu)化路由直通交換直通交換5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-83第第 5 章章 大大 綱：綱：n5.1 引言和服務(wù)引言和服務(wù)n5.2 差錯檢測和糾錯技

51、術(shù)差錯檢測和糾錯技術(shù)n5.3 多址訪問協(xié)議和局域網(wǎng)多址訪問協(xié)議和局域網(wǎng)n5.4 鏈路層編址和鏈路層編址和ARPn5.5 以太網(wǎng)以太網(wǎng)n5.6 集線器和交換機集線器和交換機5.7 PPP：點對點協(xié)議：點對點協(xié)議n *5.8 鏈路虛擬化：網(wǎng)絡(luò)作為鏈路層鏈路虛擬化：網(wǎng)絡(luò)作為鏈路層lATM lMPLS5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-84點到點數(shù)據(jù)鏈路控制n 一個發(fā)送者,一個接收者,一條鏈路: 較廣播鏈路簡單l沒有媒體訪問控制l不需MAC尋址l例如：撥號電話線,SONET/SDH鏈路,X.25連接, ISDN 線路,ADSL線路n 流行的點到點DLC（數(shù)據(jù)鏈路控制）協(xié)議:lPPP (point-to-point

52、 protocol)lHDLC: High level data link control5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-85PPP設(shè)計需求 RFC 1557n 分組成幀: 把網(wǎng)絡(luò)層分組封裝到數(shù)據(jù)鏈路層幀中l(wèi)可以同時承載任何網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議數(shù)據(jù)單元l可以向上多路分解，服務(wù)于各種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議n 位透明性: 在數(shù)據(jù)域中可以裝載任何位模式n 錯誤檢測 （不糾錯）n 面向連接n 連接的存活: 檢測鏈路層故障，并通知網(wǎng)絡(luò)層n 網(wǎng)絡(luò)層地址協(xié)商: 通信雙方能獲知/配置各自網(wǎng)絡(luò)地址5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-86PPP不需的功能n無錯誤糾正無錯誤糾正/恢復(fù)恢復(fù)n無流量控制無流量控制n無順序提交無順序提交n不支持多點鏈路不支持多點

53、鏈路錯誤恢復(fù)，流量控制，數(shù)據(jù)排序都交給上層管理錯誤恢復(fù)，流量控制，數(shù)據(jù)排序都交給上層管理!5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-87標(biāo)志域標(biāo)志域地址域地址域控制域控制域協(xié)議域協(xié)議域信息域信息域校驗和校驗和標(biāo)志域標(biāo)志域011111101111111111111100協(xié)議協(xié)議信息信息校驗和校驗和01111110標(biāo)識幀開始標(biāo)識幀開始1個字節(jié)個字節(jié)7E該字段目該字段目前無作用前無作用傳輸?shù)膫鬏數(shù)臄?shù)據(jù)數(shù)據(jù)標(biāo)識幀結(jié)束標(biāo)識幀結(jié)束 1個字節(jié)個字節(jié)7E標(biāo)識目的地址標(biāo)識目的地址,不起作用不起作用上層協(xié)議，上層協(xié)議，1/2字節(jié)：字節(jié)：LCP-C021， IPCP-8021，IP-0021, DECnet-027 , AppleT

54、alk-0029差錯檢查：差錯檢查：16/32-CRC，5.7.1 PPP 數(shù)據(jù)幀5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-88位透明性位透明性：字節(jié)填充n “數(shù)據(jù)透明性”需要： 數(shù)據(jù)域可以包含標(biāo)志模式 l問題: 如何知道是數(shù)據(jù)還是標(biāo)志?l解決: 不讓傳輸?shù)臄?shù)據(jù)中出現(xiàn)連續(xù)兩個7E ，因為兩個7E字節(jié)之間正好是兩個幀的分界。具體實現(xiàn)如下： n 發(fā)送方:l 在每個數(shù)據(jù)前增加1個填充字節(jié)l 在每個數(shù)據(jù)前也增加1個填充字節(jié)n 接受方: l遇到 就去掉，接收后面的數(shù)據(jù)l單個01111110: 標(biāo)志字節(jié)5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-89字節(jié)填充舉例字節(jié)填充舉例標(biāo)志域標(biāo)志域地址域地址域控制域控制域協(xié)議域協(xié)議域信息域信息域校驗和校驗

55、和標(biāo)志域標(biāo)志域011111101111111111111100協(xié)議協(xié)議信息信息校驗和校驗和011111100111111011111111111111000010000101111110校驗和校驗和01111110011111101111111111111100001000010111110101111110校驗和校驗和01111110字節(jié)填充字節(jié)填充發(fā)送前發(fā)送前發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)011111101111111111111100001000010111110101111110校驗和校驗和011111100111111011111111111111000010000101111110校驗和校驗和0

56、1111110接收數(shù)據(jù)處理接收數(shù)據(jù)處理5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-905.7.2 PPP 數(shù)據(jù)控制協(xié)議在交換網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)之前，數(shù)據(jù)鏈路對等端必須n 建立/配置PPP鏈路lLCP鏈路控制協(xié)議 協(xié)商最大幀長，身份認(rèn)證n 獲知/配置網(wǎng)絡(luò)層配置信息lIPCP網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議 用來配制/學(xué)習(xí)IP地址PPP實際上是一組協(xié)議的統(tǒng)稱，包括PPP、LCP、IPCP等協(xié)議。5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-91第第 5 章章 大大 綱：綱：n5.1 引言和服務(wù)引言和服務(wù)n5.2 差錯檢測和糾錯技術(shù)差錯檢測和糾錯技術(shù)n5.3 多址訪問協(xié)議和局域網(wǎng)多址訪問協(xié)議和局域網(wǎng)n5.4 鏈路層編址和鏈路層編址和ARPn5.5 以太網(wǎng)以太網(wǎng)n5.6

57、 集線器和交換機集線器和交換機n5.7 PPP：點對點協(xié)議：點對點協(xié)議*5.8 鏈路虛擬化：網(wǎng)絡(luò)作為鏈路層鏈路虛擬化：網(wǎng)絡(luò)作為鏈路層lATM lMPLS5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-92網(wǎng)絡(luò)虛擬化資源的虛擬化: 系統(tǒng)工程中的一個強有力的抽象:n 計算實例: 虛擬內(nèi)存, 虛擬設(shè)備l虛擬機: 例如, javal1960s/70s 的IBM VM osn 抽象的層次: 不關(guān)心更低層的細(xì)節(jié)，只抽象處理更低層5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-93The Internet:網(wǎng)絡(luò)虛擬化n1974: 多個獨立的網(wǎng)絡(luò) lARPAnetldata-over-cable networkslpacket satellite netw

58、ork (Aloha)lpacket radio network 不同在于不同在于:l地址規(guī)范l包格式l差錯恢復(fù)l路由ARPAnetsatellite netA Protocol for Packet Network Intercommunication, V. Cerf, R. Kahn, IEEE Transactions on Communications, May, 1974, pp. 637-648.5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-94The Internet:網(wǎng)絡(luò)虛擬化網(wǎng)際互聯(lián)層 (IP): n地址: 為低層異構(gòu)的局域網(wǎng)提供統(tǒng)一的編址方式，讓互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)成為一個統(tǒng)一的整體n實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)到網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)

59、網(wǎng)關(guān)/路由器: n在本地網(wǎng)絡(luò)包格式中嵌入或提取IP分組n在IP層，路由分組到下一個網(wǎng)關(guān)/路由器ARPAnetsatellite netgateway5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-95Cerf & Kahn的互聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)什么是虛擬化? 或者說是隧道化？n 兩個地址層次: 互聯(lián)網(wǎng)和本地網(wǎng)n 新的層次 (IP) 使所有的網(wǎng)絡(luò)在IP層同構(gòu)n 低層的本地網(wǎng)絡(luò)技術(shù) l電纜l衛(wèi)星l56K 電話調(diào)制解調(diào)器l今天的: ATM, MPLS 低層的本地網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在互聯(lián)網(wǎng)層“不可見的”，對于IP來說就象是鏈路層技術(shù)!5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-96ATM 和 MPLSn ATM, MPLS用它們自己的方式劃分網(wǎng)絡(luò)l具有與I

60、nternet不同的服務(wù)模型、地址和路由n 從 Internet的觀點來看，它們作為連接IP路由器的邏輯鏈路l就象撥號鏈路一樣，實際上是電話網(wǎng)絡(luò)的組成部分n ATM和MPSL的技術(shù)細(xì)節(jié)都集中在它們自己的技術(shù)領(lǐng)域5: 鏈路層和局域網(wǎng)5-975.8.1 異步傳輸模式: ATMn 90年代的高速網(wǎng)絡(luò)(155Mbps到622 Mbps或更高)標(biāo)準(zhǔn)，服務(wù)于寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)BISDN 體系結(jié)構(gòu)n 目標(biāo): 綜合的、端到端的傳輸聲音、視頻、數(shù)據(jù)l滿足聲音、視頻的實時/QoS需求 (與Internet best-effort模型相對)l“下一代”技術(shù): 該技術(shù)源于電話系統(tǒng)l分組交換 (包大小固定, 被稱為 “cells”)