網(wǎng)絡(luò)-第3章數(shù)據(jù)鏈路層

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（第

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版）課件

謝希仁編著第3章數(shù)據(jù)鏈路層主講教師：王曉丹物理層的傳輸媒體導(dǎo)向傳輸媒體：同軸電纜、雙絞線、光纖非導(dǎo)向傳輸媒體：衛(wèi)星通信、微波通信提問

什么是復(fù)用技術(shù)？復(fù)用技術(shù)可以分為哪幾種？將一條信道劃分成多個(gè)信道，使許多單個(gè)信號(hào)在一個(gè)信道上傳輸?shù)募夹g(shù)，可實(shí)現(xiàn)信道共享，提高信道利用率頻分、時(shí)分和統(tǒng)計(jì)時(shí)分、波分、碼分復(fù)用數(shù)據(jù)鏈路層點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道和廣播信道特點(diǎn)，以及這兩種信道使用的協(xié)議：PPP和CSMA/CD數(shù)據(jù)鏈路層的三個(gè)基本問題：封裝成幀、透明傳輸和差錯(cuò)檢測以太網(wǎng)MAC層的硬件地址適配器、集線器、網(wǎng)橋、以太網(wǎng)交換機(jī)的作用及使用場合本章重點(diǎn)3.2點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議PPP

3.2.1PPP協(xié)議的特點(diǎn)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

3.3.2CSMA/CD協(xié)議第3章

數(shù)據(jù)鏈路層3.1使用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)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(gè)基本問題第一次課第二次課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?fù)?/p>

3.4.3以太網(wǎng)的MAC層3.5擴(kuò)展的以太網(wǎng)

3.5.1在物理層擴(kuò)展以太網(wǎng)

3.5.2在數(shù)據(jù)鏈路層擴(kuò)展以太網(wǎng)第三次課第3章

數(shù)據(jù)鏈路層局域網(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)兩臺(tái)主機(jī)通信時(shí)

數(shù)據(jù)鏈路層所處的地位主機(jī)H1向H2發(fā)送數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層R1鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層R2鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層R3鏈路層應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層物理層H1鏈路層應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層物理層H2從層次上看數(shù)據(jù)的流動(dòng)數(shù)據(jù)鏈路層不必考慮物理層如何實(shí)現(xiàn)比特傳輸?shù)木唧w細(xì)節(jié)，可以簡單的想象成沿著兩個(gè)數(shù)據(jù)鏈路層之間的水平方向把數(shù)據(jù)幀直接發(fā)送給對(duì)方僅從數(shù)據(jù)鏈路層觀察幀的流動(dòng)13.1使用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道的數(shù)據(jù)鏈路層鏈路(link)是一條無源的點(diǎn)到點(diǎn)的物理線路段，中間沒有任何其他交換結(jié)點(diǎn)(一條通信路徑的組成部分)數(shù)據(jù)鏈路(datalink)在通信線路上傳送數(shù)據(jù)時(shí)，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。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)鏈路現(xiàn)在最常用的方法是使用網(wǎng)絡(luò)適配器(硬件+軟件)來實(shí)現(xiàn)這些協(xié)議適配器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層和物理層兩層功能

數(shù)據(jù)鏈路層使用的信道主要有兩種類型：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道：一對(duì)一通信方式廣播信道：一對(duì)多通信方式。廣播信道上連接的主機(jī)很多，需使用專用的共享信道協(xié)議來協(xié)調(diào)這些主機(jī)之間的數(shù)據(jù)發(fā)送23.1.1數(shù)據(jù)鏈路和幀為了把主要精力放在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議上，采用下圖所示的三層模型結(jié)點(diǎn)B數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層結(jié)點(diǎn)AIP數(shù)據(jù)報(bào)1010……0110幀取出鏈路IP數(shù)據(jù)報(bào)1010……0110幀裝入三層模型33.1.1數(shù)據(jù)鏈路和幀在三層模型中，無論哪一段鏈路上的通信(主機(jī)和路由器之間或兩個(gè)路由器之間)，都看成是結(jié)點(diǎn)和結(jié)點(diǎn)之間的通信(如圖中的結(jié)點(diǎn)A和B)，每個(gè)結(jié)點(diǎn)都只有下三層：網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層只考慮數(shù)字鏈路層4數(shù)據(jù)鏈路層像一個(gè)數(shù)字管道，在這條數(shù)字管道上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)單位是幀結(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn)幀幀結(jié)點(diǎn)A的數(shù)據(jù)鏈路層把網(wǎng)絡(luò)層交付下來的IP數(shù)據(jù)報(bào)添加首部和尾部封裝成幀結(jié)點(diǎn)A把封裝好的幀發(fā)送給結(jié)點(diǎn)B的數(shù)據(jù)鏈路層若結(jié)點(diǎn)B的數(shù)據(jù)鏈路層收到的幀無差錯(cuò)，則從收到的幀中提取出IP數(shù)據(jù)報(bào)上交給網(wǎng)絡(luò)層，否則丟棄這個(gè)幀點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道的數(shù)據(jù)鏈路層通信時(shí)的主要步驟：3.1.2數(shù)據(jù)鏈路層的三個(gè)基本問題封裝成幀透明傳輸差錯(cuò)控制5數(shù)據(jù)鏈路層的幀長封裝成幀3.1.2數(shù)據(jù)鏈路層的三個(gè)基本問題分組交換：所有在因特網(wǎng)上傳送的數(shù)據(jù)都是以分組(IP數(shù)據(jù)報(bào))為傳送單位的網(wǎng)絡(luò)層的IP數(shù)據(jù)報(bào)傳送到數(shù)據(jù)鏈路層就成為幀的數(shù)據(jù)部分幀幀開始幀結(jié)束幀首部幀的數(shù)據(jù)部分幀尾部IP數(shù)據(jù)報(bào)封裝成幀就是在一段數(shù)據(jù)(IP數(shù)據(jù)報(bào))的前后分別添加首部和尾部，形成幀(從幀首部開始發(fā)送)幀是數(shù)據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù)傳送單元(PDU)MTU首部和尾部的重要作用：幀定界接收端在收到物理層上交的比特流后，根據(jù)首部和尾部的標(biāo)記，從收到的比特流中識(shí)別幀的開始和結(jié)束幀長=數(shù)據(jù)部分長度+幀首部和尾部的長度每一種鏈路層協(xié)議都規(guī)定了所能傳送幀的數(shù)據(jù)部分長度上限：最大傳送單元MTU(MaximumTransferUnit)6幀開始幀結(jié)束發(fā)送在前SOH裝在幀中的數(shù)據(jù)部分EOT幀用控制字符進(jìn)行幀定界的方法舉例3.1.2數(shù)據(jù)鏈路層的三個(gè)基本問題假定發(fā)送端在尚未發(fā)送完一個(gè)幀時(shí)突然出現(xiàn)故障，中斷了發(fā)送。隨后很快恢復(fù)正常，重新發(fā)送剛才未發(fā)送完的幀。由于使用了幀定界符，在接收端就知道前面收到的數(shù)據(jù)是個(gè)不完整的幀(只有幀開始符SOH，沒有幀結(jié)束符EOT)，必須丟棄當(dāng)收到的數(shù)據(jù)有明確的幀定界符(SOH和EOT)時(shí)，才確定是一個(gè)完整的數(shù)據(jù)幀，應(yīng)當(dāng)接收注意：SOH和EOT都是控制字符的名稱，實(shí)際為一組二進(jìn)制比特序列，如十六進(jìn)制編碼分別為01(即二進(jìn)制00000001)和04(00000100)7在數(shù)據(jù)鏈路層透明傳輸數(shù)據(jù)：無論什么樣比特組合的數(shù)據(jù)都能夠順利通過該層(數(shù)據(jù)鏈路層不會(huì)對(duì)所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)產(chǎn)生任何障礙，對(duì)于被傳輸數(shù)據(jù)來說，數(shù)據(jù)鏈路層仿佛不存在一樣，對(duì)它們來說是透明的)透明傳輸3.1.2數(shù)據(jù)鏈路層的三個(gè)基本問題由于幀開始和結(jié)束標(biāo)記使用專門的控制字符，因此，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)部分任何8比特的組合一定不允許和用作幀定界的控制字符編碼相同，否則會(huì)出現(xiàn)幀定界錯(cuò)誤消除了幀定界錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)傳輸，稱為透明傳輸8發(fā)送在前出現(xiàn)EOT被接收端當(dāng)作無效幀而丟棄被接收端誤認(rèn)為是一個(gè)幀SOHEOTEOT完整的幀數(shù)據(jù)部分非透明傳輸：當(dāng)接收端遇到第一個(gè)EOT時(shí)，錯(cuò)誤的判斷為一幀數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束，而其后的數(shù)據(jù)因找不到SOH被當(dāng)做無效幀丟棄3.1.2數(shù)據(jù)鏈路層的三個(gè)基本問題解決透明傳輸問題的方法：字節(jié)填充設(shè)法使數(shù)據(jù)中可能出現(xiàn)的控制字符SOH和EOT在接收端不被解釋為控制字符(開始符和結(jié)束符)透明傳輸9字節(jié)填充：發(fā)送端的數(shù)據(jù)鏈路層在待傳送數(shù)據(jù)中出現(xiàn)的控制字符SOH或EOT前面插入一個(gè)轉(zhuǎn)義字符ESC(其十六進(jìn)制編碼是1B，二進(jìn)制是00011011)，接收端的數(shù)據(jù)鏈路層在把數(shù)據(jù)送到網(wǎng)絡(luò)層之前刪除這個(gè)插入的轉(zhuǎn)義字符SOHEOTSOHESCSOHEOT原始數(shù)據(jù)經(jīng)過字節(jié)填充后發(fā)送的數(shù)據(jù)發(fā)送在前幀開始符幀結(jié)束符SOHEOTSOHESCEOTSOHESCESCESCESC字節(jié)填充字節(jié)填充字節(jié)填充字節(jié)填充透明傳輸3.1.2數(shù)據(jù)鏈路層的三個(gè)基本問題如果轉(zhuǎn)義字符也出現(xiàn)在數(shù)據(jù)中，解決方法仍然是在轉(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)，就刪除前面的一個(gè)10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)檢測措施在數(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)差錯(cuò)檢測3.1.2數(shù)據(jù)鏈路層的三個(gè)基本問題現(xiàn)實(shí)的通信鏈路都是不理想的，在傳輸過程中可能會(huì)產(chǎn)生比特差錯(cuò)(1變0，0變1)比特差錯(cuò)是傳輸差錯(cuò)中的一種，如無特殊說明，本節(jié)中的差錯(cuò)均指比特差錯(cuò)誤碼率BER(BitErrorRate)：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。例如，誤碼率為10-10時(shí)，表示平均每傳送1010個(gè)比特，會(huì)出現(xiàn)1個(gè)比特差錯(cuò)11在發(fā)送端，先把數(shù)據(jù)劃分為組，假定每組k個(gè)比特待傳送的一組數(shù)據(jù)(原始數(shù)據(jù))M=101001(k=6)CRC運(yùn)算就是在M的后面再添加供差錯(cuò)檢測用的n位冗余碼一起發(fā)送，共發(fā)送(k+n)位3.1.2數(shù)據(jù)鏈路層的三個(gè)基本問題例：循環(huán)冗余碼的計(jì)算

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

模2除運(yùn)算法則：相同為0，不同為112n位冗余碼的計(jì)算k=6，M=101001∴M(x)=x5+x3+1生成多項(xiàng)式(依據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選擇)最高次冪為n。假定除數(shù)

P=1101，則生成多項(xiàng)式為P(x)=x3

+x2+1(x的最高次冪n=3)被除數(shù)：M’(x)=xn×M(x)=x3×(x5+x3+1)=x8+x6+x3∴M’=101001000(模2乘法，相當(dāng)于在M后面添加3個(gè)0)將M’與P進(jìn)行二進(jìn)制模2除運(yùn)算，余數(shù)R=001這種檢測方法并不能確定究竟是哪一個(gè)或哪幾個(gè)比特出現(xiàn)差錯(cuò)只要經(jīng)過嚴(yán)格挑選，使用位數(shù)足夠多的除數(shù)P(生成多項(xiàng)式)，檢測不到差錯(cuò)的概率很小發(fā)送端幀檢驗(yàn)序列FCS的生成和接收端CRC檢驗(yàn)都是用硬件實(shí)現(xiàn)的，處理速度快，不會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸帶來影響在數(shù)據(jù)后面添加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并不相同CRC是一種常用的檢錯(cuò)方法，F(xiàn)CS是添加在數(shù)據(jù)后面的冗余碼FCS可以用CRC得出，但CRC并非獲得FCS的唯一方法例：循環(huán)冗余碼的計(jì)算3.1.2數(shù)據(jù)鏈路層的三個(gè)基本問題檢驗(yàn)方法：把收到的每一個(gè)數(shù)據(jù)幀都除以同樣的P(模2除運(yùn)算)，然后檢查得到的余數(shù)R：若R=0，則判定這個(gè)幀沒有差錯(cuò)，接受若R≠0，則判定這個(gè)幀有差錯(cuò)，丟棄接收端進(jìn)行CRC檢驗(yàn)13因特網(wǎng)采取區(qū)別對(duì)待的方法來實(shí)現(xiàn)可靠傳輸：對(duì)于通信質(zhì)量不好的鏈路或通信質(zhì)量較差的無線傳輸鏈路，數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議使用確認(rèn)和重傳機(jī)制收到正確的幀就要向發(fā)送端發(fā)送確認(rèn)，發(fā)送端在一定的期限內(nèi)若沒有收到對(duì)方的確認(rèn)，就認(rèn)為出現(xiàn)了差錯(cuò)，重傳，直到收到對(duì)方的確認(rèn)為止對(duì)于通信質(zhì)量良好的有線傳輸鏈路，數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議不使用確認(rèn)和重傳機(jī)制，即不要求數(shù)據(jù)鏈路層向上提供可靠傳輸?shù)姆?wù)。如果在數(shù)據(jù)鏈路層傳輸數(shù)據(jù)時(shí)出現(xiàn)了差錯(cuò)并且需要進(jìn)行改正，改正錯(cuò)誤的任務(wù)由上層協(xié)議(如運(yùn)輸層的TCP)來完成例：循環(huán)冗余碼的計(jì)算3.1.2數(shù)據(jù)鏈路層的三個(gè)基本問題注意在數(shù)據(jù)鏈路層若僅用循環(huán)冗余檢驗(yàn)CRC差錯(cuò)檢測技術(shù)只能做到無差錯(cuò)接受無差錯(cuò)接受：凡是接收端數(shù)據(jù)鏈路層接受的幀（即不包括丟棄的幀），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)?？梢越频谋硎鰹椋悍彩墙邮斩藬?shù)據(jù)鏈路層接受的幀均無差錯(cuò)可靠傳輸：數(shù)據(jù)鏈路層的發(fā)送端發(fā)送什么，接收端就收到什么傳輸差錯(cuò)分為兩大類：一類是比特差錯(cuò)；另一類是幀丟失、幀重復(fù)和幀失序(無比特差錯(cuò))在數(shù)據(jù)鏈路層使用CRC檢驗(yàn)，能夠?qū)崿F(xiàn)無比特差錯(cuò)的傳輸，但這還不是可靠傳輸14數(shù)據(jù)鏈路層的三個(gè)基本問題是什么？為什么都必須加以解決？封裝成幀（幀定界）是分組交換的必然要求，有分組就必須為每個(gè)分組確定邊界透明傳輸消除了幀定界錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)傳輸，避免數(shù)據(jù)與幀定界符混淆差錯(cuò)檢測為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，防止有差錯(cuò)的無效數(shù)據(jù)幀浪費(fèi)后續(xù)路由上的傳輸和處理資源第3章3-04第3章3-05如果在數(shù)據(jù)鏈路層不進(jìn)行封裝成幀，會(huì)發(fā)生什么問題？無法區(qū)分分組無法確定分組的控制域和數(shù)據(jù)域無法準(zhǔn)確定位差錯(cuò)更正的范圍如果傳輸數(shù)據(jù)時(shí)不以幀為單位來傳送，就無法加入冗余碼進(jìn)行差錯(cuò)檢驗(yàn)。在數(shù)據(jù)鏈路層進(jìn)行差錯(cuò)檢驗(yàn)，必須把數(shù)據(jù)劃分為幀，每一幀都加上冗余碼，發(fā)送方逐幀傳送，接收方逐幀進(jìn)行差錯(cuò)檢驗(yàn)。第3章3-07要發(fā)送的數(shù)據(jù)為1101011011。采用CRC的生成多項(xiàng)式是P(X)=X4+X+1。試求應(yīng)添加在數(shù)據(jù)后面的余數(shù)。數(shù)據(jù)在傳輸過程中最后一個(gè)1變成了0，問接收端能否發(fā)現(xiàn)？若數(shù)據(jù)在傳輸過程中最后兩個(gè)1都變成了0，問接收端能否發(fā)現(xiàn)？采用CRC檢驗(yàn)后，數(shù)據(jù)鏈路層的傳輸是否就變成了可靠的傳輸？1110僅僅采用了CRC檢驗(yàn)，缺少重傳機(jī)制，數(shù)據(jù)鏈路層的傳輸還不是可靠的傳輸可以發(fā)現(xiàn)可以發(fā)現(xiàn)15計(jì)算機(jī)中常用的一種檢錯(cuò)碼是CRC，即①碼。在進(jìn)行編碼過程中要使用②運(yùn)算。假設(shè)使用的生成多項(xiàng)式是G(X)=X4+X3+X+1，原始報(bào)文為11001010101，則編碼后的報(bào)文為。A.水平垂直奇偶校驗(yàn)B.循環(huán)求和C.循環(huán)冗余D.正比率A.模2除法B.定點(diǎn)二進(jìn)制除法

C.二-十進(jìn)制除法D.循環(huán)移位法A.110010101011110

B.110010101010011

C.110010101011100

D.110010101010101提問

16在ADSL接入方式中，PPP與其他協(xié)議共同派生出符合寬帶接入要求的新協(xié)議：PPPoE(PPPoverEthernet)：利用以太網(wǎng)資源，在以太網(wǎng)上運(yùn)行PPP來進(jìn)行用戶認(rèn)證接入的方式。PPPoE是目前ADSL接入方式中應(yīng)用最廣泛的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。PPPoA：在ATM(異步傳輸模式)網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行PPP協(xié)議來管理用戶認(rèn)證的方式。與PPPoE的原理相同、作用相同。3.2點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議PPP17現(xiàn)在使用得最廣泛的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議PPP(Point-to-PointProtocol)過去用戶使用撥號(hào)電話線接入因特網(wǎng)時(shí)，都使用PPP協(xié)議目前，寬帶接入(ADSL)已取代撥號(hào)上網(wǎng)方式3.2.1PPP協(xié)議的特點(diǎn)因特網(wǎng)ISP1ISP2PPP協(xié)議PPP協(xié)議是用戶和ISP進(jìn)行通信時(shí)使用的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議PPP協(xié)議PPP協(xié)議PPP協(xié)議18PPP協(xié)議的透明傳輸問題同步傳輸(一串比特流連續(xù)傳送)：比特填充(硬件實(shí)現(xiàn))異步傳輸(以字節(jié)為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸)：字節(jié)填充/字符填充3.2.1PPP協(xié)議的特點(diǎn)例如：計(jì)算機(jī)鍵盤與主機(jī)之間的通信采用異步傳輸方式，按下一個(gè)字母鍵或數(shù)字鍵，就發(fā)送一個(gè)8比特的ASCII碼，鍵盤可以在任何時(shí)刻發(fā)送代碼，這取決于用戶的輸入速度，內(nèi)部的硬件必須能夠在任何時(shí)刻接收這個(gè)鍵入的字符。

19PPP協(xié)議的標(biāo)志字段F=0x7E(符號(hào)“0x”表示后面的字符7E為十六進(jìn)制。十六進(jìn)制7E的二進(jìn)制表示是01111110)PPP幀IP數(shù)據(jù)報(bào)1211字節(jié)12不超過1500字節(jié)先發(fā)送7EFF03FACFCSF7E協(xié)議信息部分首部尾部PPP有一個(gè)2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)

3.2.1PPP協(xié)議的特點(diǎn)PPP協(xié)議：字符填充（異步采用）將信息字段中出現(xiàn)的每一個(gè)0x7E字節(jié)轉(zhuǎn)變?yōu)?字節(jié)序列(0x7D,0x5E)7E

7D5E若信息字段中出現(xiàn)一個(gè)0x7D的字節(jié),則將其轉(zhuǎn)變?yōu)?字節(jié)序列(0x7D,0x5D)7D7D5D20PPP協(xié)議用在同步傳輸鏈路時(shí)(如SONET同步光纖/SDH同步數(shù)字)，采用零比特填充的方法實(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，立即填入一個(gè)0。在接收端對(duì)幀中的比特流進(jìn)行掃描，每發(fā)現(xiàn)5個(gè)連續(xù)1，就把這5個(gè)連續(xù)1后的一個(gè)0刪除PPP協(xié)議：零比特填充（同步采用）3.2.1PPP協(xié)議的特點(diǎn)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接收端刪除填入的0比特01001111110001010發(fā)送端填入0比特01001111101000101001001111101000101021一個(gè)PPP幀的數(shù)據(jù)部分(用十六進(jìn)制寫出)是7D5EFE277D5D7D5D657D5E。試問真正的數(shù)據(jù)是什么(用十六進(jìn)制寫出)？PPP協(xié)議使用同步傳輸技術(shù)傳送比特串0110111111111100。試問經(jīng)過零比特填充后變成怎樣的比特串？若接收端收到的PPP幀的數(shù)據(jù)部分是0000，問刪除發(fā)送端加入的零比特后變成怎樣的比特串？0000011011111011111000答：7D5EFE277D5D7D5D657D5E7EFE277D7D657E第3章3-09第3章3-10223.3使用廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層局域網(wǎng)：地理范圍和站點(diǎn)數(shù)目有限局域網(wǎng)的主要優(yōu)點(diǎn)：具有廣播功能，從一個(gè)站點(diǎn)可以很方便的訪問全網(wǎng)局域網(wǎng)中的主機(jī)可以共享各種硬件和軟件資源便于擴(kuò)展，各設(shè)備位置可靈活調(diào)整和改變提高系統(tǒng)的可靠性、可用性和生存性3.3.1局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層233.3.1局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層匹配電阻干線耦合器集線器總線型星型環(huán)型局域網(wǎng)的拓?fù)?4靜態(tài)劃分信道頻分復(fù)用時(shí)分復(fù)用波分復(fù)用碼分復(fù)用

動(dòng)態(tài)媒體接入控制（多點(diǎn)接入）隨機(jī)接入(★以太網(wǎng)：重點(diǎn)討論)受控接入(令牌環(huán)網(wǎng)：輪詢)3.3.1局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層信道復(fù)用/共享技術(shù)25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)將局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層拆分為兩個(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3.3.1局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層的兩個(gè)子層由于TCP/IP體系經(jīng)常使用的局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)是DIXEthernetV2而不是802.3標(biāo)準(zhǔn)中的幾種標(biāo)準(zhǔn)(802.4令牌總線網(wǎng)、802.5令牌環(huán)網(wǎng)等)，因此現(xiàn)在802委員會(huì)制定的邏輯鏈路控制子層LLC(即802.2標(biāo)準(zhǔn))的作用已經(jīng)不大了目前很多廠商生產(chǎn)的適配器上就僅裝有MAC協(xié)議而沒有LLC協(xié)議26網(wǎng)絡(luò)適配器(adapter)又稱網(wǎng)絡(luò)接口卡

NIC(NetworkInterfaceCard)

網(wǎng)卡的重要功能：數(shù)據(jù)的封裝與解封裝鏈路管理(把數(shù)據(jù)幀發(fā)送到局域網(wǎng)，從局域網(wǎng)接收數(shù)據(jù)幀)編碼和譯碼(曼徹斯特)數(shù)據(jù)緩存串/并行轉(zhuǎn)換網(wǎng)卡和局域網(wǎng)之間的通信是通過電纜或雙絞線以串行傳輸方式進(jìn)行的；網(wǎng)卡和計(jì)算機(jī)之間的通信則是通過計(jì)算機(jī)主板上的I/O總線以并行傳輸方式進(jìn)行。因此，網(wǎng)卡的一個(gè)重要功能就是進(jìn)行串/并行轉(zhuǎn)換由于網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)率和計(jì)算機(jī)總線上的數(shù)據(jù)率并不相同，因此在網(wǎng)卡中必須裝有對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存的存儲(chǔ)芯片網(wǎng)絡(luò)適配器3.3.1局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層計(jì)算機(jī)至局域網(wǎng)適配器(網(wǎng)卡)串行通信CPU和存儲(chǔ)器生成待發(fā)送數(shù)據(jù)處理接收到的數(shù)據(jù)把數(shù)據(jù)幀發(fā)送到局域網(wǎng)從局域網(wǎng)接收數(shù)據(jù)幀并行通信IP地址硬件地址適配器的作用CRC檢驗(yàn)、字節(jié)填充27目前使用的最廣泛的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議是

。PPP協(xié)議用在同步傳輸鏈路時(shí)采用

；用在異步傳輸時(shí)采用

。計(jì)算機(jī)鍵盤與主機(jī)之間采用

傳輸方式。PPP比特填充字節(jié)填充/字符填充異步提問使眾多用戶能夠共享通信媒體資源，在技術(shù)上有兩種方法：

和

。靜態(tài)劃分信道可分為

、

、

和

。動(dòng)態(tài)媒體接入控制分為

和

。靜態(tài)劃分信道動(dòng)態(tài)媒體接入控制頻分時(shí)分波分碼分復(fù)用隨機(jī)接入受控接入28CSMA/CD(CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection)載波監(jiān)聽多點(diǎn)接入/碰撞檢測多點(diǎn)接入表示許多計(jì)算機(jī)連接在一根總線上載波監(jiān)聽指每個(gè)站在發(fā)送數(shù)據(jù)前要先檢測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)不發(fā)送數(shù)據(jù)，以免發(fā)生碰撞注意：總線上并沒有什么載波，載波監(jiān)聽就是用電子技術(shù)檢測總線上有沒有其它計(jì)算機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)信號(hào)3.3.2CSMA/CD協(xié)議以太網(wǎng)提供的服務(wù)不可靠交付，即盡最大努力交付當(dāng)目的站收到有差錯(cuò)的數(shù)據(jù)幀時(shí)就丟棄，其他什么也不做，差錯(cuò)的糾正由高層(如運(yùn)輸層的TCP)完成如果高層發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失并進(jìn)行重傳，以太網(wǎng)并不知道這是一個(gè)重傳的數(shù)據(jù)幀，仍然當(dāng)作一個(gè)新的數(shù)據(jù)幀來發(fā)送29最初的以太網(wǎng)將許多計(jì)算機(jī)都連接到一根總線上，認(rèn)為這樣的連接方法既簡單又可靠，因?yàn)榭偩€上沒有有源器件以太網(wǎng)的廣播方式數(shù)據(jù)發(fā)送實(shí)現(xiàn)了一對(duì)一通信總線上的每一臺(tái)工作的計(jì)算機(jī)都能檢測到B發(fā)送的數(shù)據(jù)信號(hào)D的地址與數(shù)據(jù)幀首部寫入的地址一致，因此只有D接收這個(gè)數(shù)據(jù)幀其余計(jì)算機(jī)(A、C、E)檢測到不是給自己的數(shù)據(jù)幀，丟棄這個(gè)數(shù)據(jù)幀(不接收)3.3.2CSMA/CD協(xié)議B向

D發(fā)送數(shù)據(jù)匹配電阻（用來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CDAEB只有D接受B發(fā)送的數(shù)據(jù)同軸電纜30第一，采用較為靈活的無連接工作方式，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)信道質(zhì)量很好，因信道質(zhì)量產(chǎn)生差錯(cuò)的概率很小為了通信的簡便以太網(wǎng)采取了兩種重要措施第二，以太網(wǎng)發(fā)送的數(shù)據(jù)都使用曼徹斯特編碼信號(hào)曼徹斯特編碼

碼元1111100000出現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換基帶數(shù)字信號(hào)3.3.2CSMA/CD協(xié)議31碰撞檢測是計(jì)算機(jī)邊發(fā)送數(shù)據(jù)邊檢測信道上的信號(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)生了碰撞所謂碰撞就是發(fā)生了沖突，因此碰撞檢測也稱為沖突檢測3.3.2CSMA/CD協(xié)議CSMA/CD工作原理碰撞檢測在發(fā)生碰撞時(shí)，總線上傳輸?shù)男盘?hào)產(chǎn)生嚴(yán)重失真，無法恢復(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，都要立即停止發(fā)送，以免繼續(xù)浪費(fèi)網(wǎng)絡(luò)資源，等待一段隨機(jī)時(shí)間后再次發(fā)送檢測到碰撞后當(dāng)發(fā)送站發(fā)現(xiàn)發(fā)生了碰撞立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送若干比特的人為干擾信號(hào)(jammingsignal)，讓所有用戶都知道現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)生了碰撞

323.3.2CSMA/CD協(xié)議發(fā)送人為干擾信號(hào)：強(qiáng)化碰撞數(shù)據(jù)幀干擾信號(hào)τTJB發(fā)送數(shù)據(jù)A檢測到?jīng)_突ATBtBτ信道占用時(shí)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，繼續(xù)發(fā)送干擾信號(hào)(本圖只畫出A發(fā)送干擾信號(hào)的情況)開始沖突33特性CSMA/CD工作原理3.3.2CSMA/CD協(xié)議使用CSMA/CD協(xié)議的以太網(wǎng)不能進(jìn)行全雙工通信，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傳播時(shí)延對(duì)載波監(jiān)聽的影響當(dāng)某個(gè)站監(jiān)聽到總線空閑時(shí)，也可能總線并非真正是空閑的如A向B發(fā)出的信息，需要經(jīng)過一段時(shí)間后才能傳送到B(存在傳播時(shí)延)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)聽檢測不到A發(fā)送的信號(hào))，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34什么是CSMA/CD？簡述CSMA/CD的工作原理。CSMA/CD是CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection的縮寫，載波監(jiān)聽多點(diǎn)接入/碰撞檢測多點(diǎn)接入表示許多計(jì)算機(jī)連接在一根總線上載波監(jiān)聽指每個(gè)站在發(fā)送數(shù)據(jù)前要先檢測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)不發(fā)送數(shù)據(jù)，以免發(fā)生碰撞碰撞檢測是計(jì)算機(jī)邊發(fā)送數(shù)據(jù)邊檢測信道上的信號(hào)電壓大小，碰撞就是發(fā)生了沖突發(fā)送站一旦發(fā)現(xiàn)碰撞：立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送若干比特的人為干擾信號(hào)，讓所有用戶都知道已經(jīng)發(fā)生了碰撞

提問353.4使用廣播信道的以太網(wǎng)傳統(tǒng)以太網(wǎng)最初使用粗同軸電纜，后來演進(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、更靈活的雙絞線這種以太網(wǎng)采用星形拓?fù)?，在星形的中心增加了一種可靠性非常高的設(shè)備，叫做集線器(hub)3.4.1使用集線器的星形拓?fù)浼€器雙絞線RJ-45接頭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，共享邏輯上的總線集線器很像一個(gè)多接口轉(zhuǎn)發(fā)器，工作在物理層集線器的特點(diǎn)3610BASE-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)10BASE-T的通信距離稍短，每個(gè)站到集線器的距離不超過100m這種10Mb/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3.4.1使用集線器的星形拓?fù)?7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，所以本書也采用這種習(xí)慣用法，盡管這種說法并不太準(zhǔn)確3.4.3以太網(wǎng)的MAC層MAC層的硬件地址IEEE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)(高24位)地址字段中的后三個(gè)字節(jié)(低24位)由廠家自行指派，稱為擴(kuò)展標(biāo)識(shí)符，以保證生產(chǎn)出的適配器沒有重復(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(EUI：擴(kuò)展的唯一標(biāo)識(shí)符)38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，所以本書也采用這種習(xí)慣用法，盡管這種說法并不太準(zhǔn)確3.4.3以太網(wǎng)的MAC層MAC幀的兩種標(biāo)準(zhǔn)常用的以太網(wǎng)MAC幀格式有兩種標(biāo)準(zhǔn)：DIXEthernetV2和IEEE的802.3最常用的是DIXEthernetV2標(biāo)準(zhǔn)無效的MAC幀幀的長度不是整數(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)字段的長度不在46~1500字節(jié)之間有效的MAC幀長度不在64~1518字節(jié)之間對(duì)于檢查出的無效的MAC幀就簡單地丟棄，以太網(wǎng)不負(fù)責(zé)重傳丟棄的幀393.5擴(kuò)展的局域網(wǎng)3.5.1在物理層擴(kuò)展局域網(wǎng)以太網(wǎng)上的主機(jī)之間距離不能太遠(yuǎn)(如10BASE-T以太網(wǎng)的兩個(gè)主機(jī)之間距離不能超過200米)，否則主機(jī)發(fā)送的信號(hào)經(jīng)過銅線的傳輸會(huì)衰減到使CSMA/CD協(xié)議無法正常工作在過去廣泛使用粗纜或細(xì)纜以太網(wǎng)時(shí)，常使用工作在物理層的轉(zhuǎn)發(fā)器來擴(kuò)展以太網(wǎng)，現(xiàn)在已經(jīng)很少使用了隨著雙絞線以太網(wǎng)成為以太網(wǎng)的主流類型后，在物理層擴(kuò)展以太網(wǎng)使用集線器(Hub)連接成覆蓋更大范圍的多級(jí)星型結(jié)構(gòu)以太網(wǎng)例如，一個(gè)學(xué)院的三個(gè)系各有一個(gè)10BASE-T以太網(wǎng)，可以通過一個(gè)主干集線器把各系的以太網(wǎng)連接起來，成為一個(gè)更大的以太網(wǎng)403.5.1在物理層擴(kuò)展局域網(wǎng)三個(gè)獨(dú)立的碰撞域一系二系三系碰撞域碰撞域碰撞域碰撞域(collisiondomain，又稱沖突域)，即在任一時(shí)刻，每個(gè)碰撞域中只能有一個(gè)站發(fā)送數(shù)據(jù)413.5.1在物理層擴(kuò)展局域網(wǎng)通過一個(gè)主干集線器把各系的以太網(wǎng)連接起來

成為一個(gè)更大的以太網(wǎng)主干集線器一個(gè)更大的碰撞域一系二系三系42優(yōu)點(diǎn)使原來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3.5.1在物理層擴(kuò)展局域網(wǎng)用集線器擴(kuò)展局域網(wǎng)集線器使用CSMA/CD協(xié)議進(jìn)行廣播式數(shù)據(jù)傳輸集線器的工作原理：物理上使用星型拓?fù)?，邏輯上仍然是總線型吞吐量：單位時(shí)間通過某個(gè)信道或接口的數(shù)據(jù)量。例如一個(gè)100Mb/s的以太網(wǎng)，即額定速率為100Mb/s，該數(shù)值也是該以太網(wǎng)吞吐量的絕對(duì)上限值433.5.2在數(shù)據(jù)鏈路層擴(kuò)展局域網(wǎng)在數(shù)據(jù)鏈路層擴(kuò)展局域網(wǎng)：網(wǎng)橋網(wǎng)橋工作在數(shù)據(jù)鏈路層，根據(jù)MAC幀的目的地址對(duì)接收到的幀進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)和過濾網(wǎng)橋具有過濾幀的功能。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，或者是把它丟棄(即過濾)網(wǎng)橋轉(zhuǎn)發(fā)表接口管理軟件網(wǎng)橋協(xié)議實(shí)體緩存接口1接口21112①③⑤2②④⑥2站地址接口①②③網(wǎng)段A網(wǎng)段B④⑤⑥接口1接口2網(wǎng)橋12網(wǎng)橋的內(nèi)部結(jié)構(gòu)44優(yōu)點(diǎn)縮小碰撞域，過濾通信量、增大吞吐量、提高可靠性可互連不同物理層、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)缺點(diǎn)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)增加了時(shí)延MAC子層沒有流量控制功能只適合用戶數(shù)不太多(不超過幾百個(gè))和通信量不太大的局域網(wǎng)，否則會(huì)因傳播過多的廣播信息而產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)擁塞，即所謂的廣播風(fēng)暴

用網(wǎng)橋擴(kuò)展局域網(wǎng)3.5.2在數(shù)據(jù)鏈路層擴(kuò)展局域網(wǎng)碰撞域EF碰撞域CD碰撞域ABB2B1隔離碰撞域縮小碰撞域：網(wǎng)橋使各網(wǎng)段成為隔離開的碰撞域45集線器在轉(zhuǎn)發(fā)幀時(shí)，不對(duì)傳輸媒體進(jìn)行檢測網(wǎng)橋在轉(zhuǎn)發(fā)幀之前必須執(zhí)行CSMA/CD協(xié)議，對(duì)傳輸媒體進(jìn)行檢測若在發(fā)送過程中出現(xiàn)碰撞，停止發(fā)送并進(jìn)行退避網(wǎng)橋和集線器不同3.5.2在數(shù)據(jù)鏈路層擴(kuò)展局域網(wǎng)網(wǎng)橋分類透明網(wǎng)橋源路由網(wǎng)橋多接口網(wǎng)橋——以太網(wǎng)交換機(jī)1990