韓立剛-計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-第三章-數(shù)據(jù)鏈路層

河北師范大學(xué)軟件學(xué)院計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：數(shù)據(jù)鏈路層韓立剛458717185 hanligang顧數(shù)據(jù)信號模擬信號模擬數(shù)據(jù)基帶信號帶通信號數(shù)字信號數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)碼元信道單工通信半雙工通信全雙工通信奈奎斯特Nyquist定理

香農(nóng)Shannon公式頻分復(fù)用時分復(fù)用波分復(fù)用CDMACDMA計算指引數(shù)據(jù)鏈路層基本概念及基本問題基本概念三個基本問題兩種情況下的數(shù)據(jù)鏈路層使用點(diǎn)對點(diǎn)信道的數(shù)據(jù)鏈路層使用廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層以太局域網(wǎng)（以太網(wǎng)）擴(kuò)展以太網(wǎng)高速以太網(wǎng)應(yīng)用層運(yùn)輸層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層局域網(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)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從層次上來看數(shù)據(jù)的流動數(shù)據(jù)鏈路層的簡單模型數(shù)據(jù)發(fā)送模型局域網(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僅從數(shù)據(jù)鏈路層觀察幀的流動數(shù)據(jù)鏈路層的簡單模型(cont.)數(shù)據(jù)發(fā)送模型數(shù)據(jù)鏈路層的信道類型數(shù)據(jù)鏈路層使用的信道主要有以下兩種類型：點(diǎn)對點(diǎn)信道。這種信道使用一對一的點(diǎn)對點(diǎn)通信方式。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(jī)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(jī)的數(shù)據(jù)發(fā)送。鏈路與數(shù)據(jù)鏈路鏈路(link)是一條點(diǎn)到點(diǎn)的物理線路段，中間沒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。現(xiàn)最常用的方法是使用適配器(即網(wǎng)卡)來實(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。幀數(shù)據(jù)鏈路層傳送的是幀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(diǎn)A結(jié)點(diǎn)B物理層IP數(shù)據(jù)報1010……0110幀裝入數(shù)據(jù)鏈路層像個數(shù)字管道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。指引數(shù)據(jù)鏈路層基本概念及基本問題基本概念三個基本問題兩種情況下的數(shù)據(jù)鏈路層使用點(diǎn)對點(diǎn)信道的數(shù)據(jù)鏈路層使用廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層以太局域網(wǎng)（以太網(wǎng)）擴(kuò)展以太網(wǎng)高速以太網(wǎng)應(yīng)用層運(yùn)輸層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層數(shù)據(jù)鏈路層的三個基本問題封裝成幀透明傳輸差錯控制封裝成幀封裝成幀(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)成了一個幀。確定幀的界限。首部和尾部的一個重要作用就是進(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(jìn)行幀定界的方法舉例試想：幀還未發(fā)送完，發(fā)送端出了問題，只能重發(fā)該幀。接收端卻收到了前面的“半截子幀”，它會拋棄嗎？為什么？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透明傳輸若傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是ASCII碼中“可打印字符(共95個)”集時，一切正常。若傳輸?shù)臄?shù)據(jù)不是僅由“可打印字符”組成時，就會出問題，如下圖。SOHEOT出現(xiàn)了“EOT”被接收端當(dāng)作無效幀而丟棄被接收端誤認(rèn)為是一個幀數(shù)據(jù)部分EOT完整的幀發(fā)送在前用字節(jié)填充法解決透明傳輸?shù)膯栴}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(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)義字符前插入一個轉(zhuǎn)義字符。當(dāng)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。SOHSOHEOTSOHESCESCEOTESCSOHESCESCESCSOH原始數(shù)據(jù)EOTEOT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SOH差錯控制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。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(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?，在計算機(jī)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(yàn)CRC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的檢錯技術(shù)。在發(fā)送端，先把數(shù)據(jù)劃分為組。假定每組k個比特。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0。得到的(k+n)位的數(shù)除以事先選定好的長度為(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。循環(huán)冗余檢驗(yàn)的計算過程

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

冗余碼的計算舉例現(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。注：可以用生成多項(xiàng)式來表示循環(huán)冗余的除數(shù)，例P(X)=X3+X2+1可以表示1101這個除數(shù)。練：101101的生成多項(xiàng)式P(X)=？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并非用來獲得FCS的唯一方法。接收端對收到的每一幀進(jìn)行CRC檢驗(yàn)檢驗(yàn)：若得出的余數(shù)R=0，則判定這個幀沒有差錯，就接受(accept)。若余數(shù)R

0，則判定這個幀有差錯，就丟棄。特點(diǎn)：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。只要經(jīng)過嚴(yán)格的挑選，并使用位數(shù)足夠多的除數(shù)

P，那么出現(xiàn)檢測不到的差錯的概率就很小很小。關(guān)于CRC的更多的知識/u2/69737/showart_1658667.html小結(jié)：CRC差錯檢測技術(shù)僅用循環(huán)冗余檢驗(yàn)CRC差錯檢測技術(shù)只能做到無差錯接受(accept)?！盁o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(rèn)為這些幀在傳輸過程中沒有產(chǎn)生差錯”。也就是說：“凡是接收端數(shù)據(jù)鏈路層接受的幀都沒有傳輸差錯”（有差錯的幀就丟棄而不接受）。要做到“可靠傳輸”（即發(fā)送什么就收到什么）就必須再加上確認(rèn)和重傳機(jī)制?？紤]：幀重復(fù)、幀丟失、幀亂序的情況可以說“CRC是一種無比特差錯，而不是無傳輸差錯的檢測機(jī)制”O(jiān)SI/RM模型的觀點(diǎn)：數(shù)據(jù)鏈路層要做成無傳輸差錯的！但這種理念目前不被接受！指引數(shù)據(jù)鏈路層基本概念及基本問題基本概念三個基本問題兩種情況下的數(shù)據(jù)鏈路層使用點(diǎn)對點(diǎn)信道的數(shù)據(jù)鏈路層使用廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層以太局域網(wǎng)（以太網(wǎng)）擴(kuò)展以太網(wǎng)高速以太網(wǎng)應(yīng)用層運(yùn)輸層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層PPP協(xié)議使用場合用戶至因特網(wǎng)已向因特網(wǎng)管理機(jī)構(gòu)申請到一批

IP地址ISP接入網(wǎng)PPP

協(xié)議PPP協(xié)議現(xiàn)在全世界使用得最多的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議是點(diǎn)對點(diǎn)協(xié)議

PPP(Point-to-PointProtocol)。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。PPP協(xié)議PPP協(xié)議應(yīng)該滿足的要求：簡單——這是首要的要求封裝成幀透明性多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議多種類型鏈路差錯檢測檢測連接狀態(tài)最大傳送單元網(wǎng)絡(luò)層地址協(xié)商數(shù)據(jù)壓縮協(xié)商PPP協(xié)議不需要滿足的要求：糾錯流量控制序號多點(diǎn)線路半雙工或單工鏈路PPP協(xié)議的組成1992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(biāo)準(zhǔn)[RFC1661]。PPP協(xié)議有三個組成部分?jǐn)?shù)據(jù)鏈路層協(xié)議可以用于異步串行或同步串行介質(zhì)。它使用LCP（鏈路控制協(xié)議）建立并維護(hù)數(shù)據(jù)鏈路連接。網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議（NCP）允許在點(diǎn)到點(diǎn)連接上使用多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，如圖所示。PPP有一個2個字節(jié)的協(xié)議字段。0x0021—

PPP幀的信息字段就是IP數(shù)據(jù)報。0xC021—信息字段是PPP鏈路控制數(shù)據(jù)。0x8021—表示這是網(wǎng)絡(luò)控制數(shù)據(jù)。0xC023—信息字段是安全性認(rèn)證PAP。0xC025—信息字段是LQR。0xC223—信息字段是安全性認(rèn)證CHAP。

IP數(shù)據(jù)報1211字節(jié)12不超過1500字節(jié)PPP幀先發(fā)送7EFF03FACFCSF7E協(xié)議信息部分首部尾部FF、03是固定的PPP協(xié)議幀格式PPP協(xié)議幀格式標(biāo)志字段

F

=0x7E（符號“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幀的長度都是整數(shù)字節(jié)。IP數(shù)據(jù)報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字節(jié)填充問題：信息字段中出現(xiàn)了標(biāo)志字段的值，可能會被誤認(rèn)為是“標(biāo)志”，怎么辦？將信息字段中出現(xiàn)的每個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0x7D字節(jié)，同時將該字符的編碼加以改變。IP數(shù)據(jù)報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零比特填充方法PPP協(xié)議用在SONET/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(shí)現(xiàn)透明傳輸在發(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(jìn)行掃描。每當(dāng)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，IP數(shù)據(jù)報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零比特填充法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個連1之后填入0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(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比特不使用序號和確認(rèn)機(jī)制PPP協(xié)議之所以不使用序號和確認(rèn)機(jī)制是出于以下的考慮：在數(shù)據(jù)鏈路層出現(xiàn)差錯的概率不大時，使用比較簡單的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。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字段可保證無差錯接受。PPP協(xié)議的工作狀態(tài)當(dāng)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(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)分配一個臨時的IP地址，使PC機(jī)成為因特網(wǎng)上的一個主機(jī)。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。PPP協(xié)議的工作狀態(tài)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)商失敗擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)3-1：驗(yàn)證PPPPPP應(yīng)用舉例Router1:

hostnamerouter1

usernamerouter2passwordxxx

interfaceSerial0

ipaddress

clockrate1000000

pppauthenticationchap

Router2:

hostnamerouter2

usernamerouter1passwordxxx

interfaceSerial0

ipaddress

pppauthenticationchapPPP應(yīng)用舉例指引數(shù)據(jù)鏈路層基本概念及基本問題基本概念三個基本問題兩種情況下的數(shù)據(jù)鏈路層使用點(diǎn)對點(diǎn)信道的數(shù)據(jù)鏈路層使用廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層以太局域網(wǎng)（以太網(wǎng)）擴(kuò)展以太網(wǎng)高速以太網(wǎng)應(yīng)用層運(yùn)輸層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層匹配電阻集線器干線耦合器總線網(wǎng)星形網(wǎng)樹形網(wǎng)環(huán)形網(wǎng)局域網(wǎng)的拓?fù)渚钟蚓W(wǎng)的特點(diǎn)與優(yōu)點(diǎn)局域網(wǎng)最主要的特點(diǎn)是：網(wǎng)絡(luò)為一個單位所擁有，且地理范圍和站點(diǎn)數(shù)目均有限。局域網(wǎng)具有如下的一些主要優(yōu)點(diǎn)：具有廣播功能，從一個站點(diǎn)可很方便地訪問全網(wǎng)。局域網(wǎng)上的主機(jī)可共享連接在局域網(wǎng)上的各種硬件和軟件資源。便于系統(tǒng)的擴(kuò)展和逐漸地演變，各設(shè)備的位置可靈活調(diào)整和改變。提高了系統(tǒng)的可靠性、可用性和生存性。共享通信媒體靜態(tài)劃分信道頻分復(fù)用時分復(fù)用波分復(fù)用碼分復(fù)用

動態(tài)媒體接入控制（多點(diǎn)接入）隨機(jī)接入（主要被以太網(wǎng)采用！）受控接入，如多點(diǎn)線路探詢(polling)，或輪詢。（目前已不被采用）認(rèn)識以太網(wǎng)最初的以太網(wǎng)是將許多計算機(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單又可靠，因?yàn)榭偩€上沒有有源器件。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)認(rèn)識以太網(wǎng)總線上的每一個工作的計算機(jī)都能檢測到B發(fā)送的數(shù)據(jù)信號。由于只有計算機(jī)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。其他所有的計算機(jī)（A,C和E）都檢測到不是發(fā)送給它們的數(shù)據(jù)幀，因此就丟棄這個數(shù)據(jù)幀而不能夠收下來。具有廣播特性的總線上實(shí)現(xiàn)了一對一的通信。載波監(jiān)聽多點(diǎn)接入/碰撞檢測以太網(wǎng)使用CSMA/CD協(xié)議CSMA/CD表示CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection?！岸帱c(diǎn)接入”表示許多計算機(jī)以多點(diǎn)接入的方式連接在一根總線上?！拜d波監(jiān)聽”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(jī)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?！拜d波監(jiān)聽”就是用電子技術(shù)檢測總線上有沒有其他計算機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)信號。碰撞檢測“碰撞檢測”就是計算機(jī)邊發(fā)送數(shù)據(jù)邊檢測信道上的信號電壓大小。當(dāng)幾個站同時在總線上發(fā)送數(shù)據(jù)時，總線上的信號電壓擺動值將會增大（互相疊加）。當(dāng)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(rèn)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。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”。檢測到碰撞后在發(fā)生碰撞時，總線上傳輸?shù)男盘柈a(chǎn)生了嚴(yán)重的失真，無法從中恢復(fù)出有用的信息來。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(fèi)網(wǎng)絡(luò)資源，然后等待一段隨機(jī)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當(dāng)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。A向B發(fā)出的信息，要經(jīng)過一定的時間后才能傳送到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。碰撞的結(jié)果是兩個幀都變得無用。1kmABt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

1kmABt碰撞t=

B檢測到信道空閑發(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=ABABAB

t=0A檢測到信道空閑發(fā)送數(shù)據(jù)ABt=0t=B檢測到發(fā)生碰撞停止發(fā)送STOPt=2

A檢測到發(fā)生碰撞STOPAB單程端到端傳播時延記為

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。這種發(fā)送的不確定性使整個以太網(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。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。以太網(wǎng)的爭用期以太網(wǎng)的端到端往返時延2稱為爭用期，或碰撞窗口。通常，取51.2s為爭用期的長度。對于10Mb/s以太網(wǎng)，在爭用期內(nèi)可發(fā)送512bit，即64字節(jié)。以太網(wǎng)在發(fā)送數(shù)據(jù)時，若前64字節(jié)未發(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)。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的無效幀。二進(jìn)制指數(shù)類型退避算法發(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(jī)時間才能再發(fā)送數(shù)據(jù)。確定基本退避時間，一般是取為爭用期2。定義參數(shù)k

，

k=Min[重傳次數(shù),10]從整數(shù)集合[0,1,…,(2k

1)]中隨機(jī)地取出一個數(shù)，記為r。重傳所需的時延就是r倍的基本退避時間。當(dāng)重傳達(dá)16次仍不能成功時即丟棄該幀，并向高層報告。P82例子指引數(shù)據(jù)鏈路層基本概念及基本問題基本概念三個基本問題兩種情況下的數(shù)據(jù)鏈路層使用點(diǎn)對點(diǎn)信道的數(shù)據(jù)鏈路層使用廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層以太局域網(wǎng)（以太網(wǎng)）概述拓?fù)湫诺览寐蔒AC層擴(kuò)展以太網(wǎng)高速以太網(wǎng)應(yīng)用層運(yùn)輸層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層以太網(wǎng)的兩個標(biāo)準(zhǔn)DIXEthernetV2是世界上第一個局域網(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)簡稱為“以太網(wǎng)”。嚴(yán)格說來，“以太網(wǎng)”應(yīng)當(dāng)是指符合DIXEthernetV2標(biāo)準(zhǔn)的局域網(wǎng)以太網(wǎng)與數(shù)據(jù)鏈路層的兩個子層為了使數(shù)據(jù)鏈路層能更好地適應(yīng)多種局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，802委員會就將局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層拆成兩個子層：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。由于TCP/IP體系經(jīng)常使用的局域網(wǎng)是DIXEthernetV2而不是802.3標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)）的作用已經(jīng)不大了。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。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)接收站收到有差錯的數(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。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)并不知道這是一個重傳的幀，而是當(dāng)作一個新的數(shù)據(jù)幀來發(fā)送。指引數(shù)據(jù)鏈路層基本概念及基本問題基本概念三個基本問題兩種情況下的數(shù)據(jù)鏈路層使用點(diǎn)對點(diǎn)信道的數(shù)據(jù)鏈路層使用廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層以太局域網(wǎng)（以太網(wǎng)）概述拓?fù)湫诺览寐蔒AC層擴(kuò)展以太網(wǎng)高速以太網(wǎng)應(yīng)用層運(yùn)輸層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層星型拓?fù)鋫鹘y(tǒng)以太網(wǎng)最初是使用粗同軸電纜，后來演進(jìn)到使用比較便宜的細(xì)同軸電纜，最后發(fā)展為使用更便宜和更靈活的雙絞線。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)送和接收這種以太網(wǎng)采用星形拓?fù)洌谛切蔚闹行膭t增加了一種可靠性非常高的設(shè)備，叫做集線器(hub)。集線器兩對雙絞線站點(diǎn)RJ-45插頭集線器的一些特點(diǎn)集線器是使用電子器件來模擬實(shí)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(yùn)行。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。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。集線器很像一個多接口的轉(zhuǎn)發(fā)器，工作在物理層。集線器網(wǎng)卡工作站網(wǎng)卡工作站網(wǎng)卡工作站雙絞線10Base-T10BASE-T

的通信距離稍短，每個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。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)。其他：100Base-FX、100Base-T和100Base-T4….指引數(shù)據(jù)鏈路層基本概念及基本問題基本概念三個基本問題兩種情況下的數(shù)據(jù)鏈路層使用點(diǎn)對點(diǎn)信道的數(shù)據(jù)鏈路層使用廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層以太局域網(wǎng)（以太網(wǎng)）概述拓?fù)湫诺览寐蔒AC層擴(kuò)展以太網(wǎng)高速以太網(wǎng)應(yīng)用層運(yùn)輸層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層以太網(wǎng)的信道利用率以太網(wǎng)的信道被占用的情況：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)送干擾信號。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2τ2τ2τT0τt占用期發(fā)生碰撞發(fā)送一幀所需的平均時間……以太網(wǎng)的信道利用率:參數(shù)a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：a→0表示一發(fā)生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(fèi)許多信道資源，使得信道利用率明顯降低。以太網(wǎng)的信道利用率：最大值對以太網(wǎng)參數(shù)的要求當(dāng)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)值會太大以太網(wǎng)的幀長不能太短，否則T0的值會太小，使a值太大。信道利用率的最大值在理想化的情況下，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)。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道利用率Smax為：指引數(shù)據(jù)鏈路層基本概念及基本問題基本概念三個基本問題兩種情況下的數(shù)據(jù)鏈路層使用點(diǎn)對點(diǎn)信道的數(shù)據(jù)鏈路層使用廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層以太局域網(wǎng)（以太網(wǎng)）概述拓?fù)湫诺览寐蔒AC層擴(kuò)展以太網(wǎng)高速以太網(wǎng)應(yīng)用層運(yùn)輸層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層MAC層的硬件地址(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)所說的“地址”嚴(yán)格地講應(yīng)當(dāng)是每一個站的“名字”或標(biāo)識符。但鑒于大家都早已習(xí)慣了將這種48位的“名字”稱為“地址”，所以本書也采用這種習(xí)慣用法，盡管這種說法并不太嚴(yán)格。IEEE的注冊管理機(jī)構(gòu)

RA負(fù)責(zé)向廠家分配地址字段的前三個字節(jié)(即高位24位)。地址字段中的后三個字節(jié)(即低位24位)由廠家自行指派，稱為擴(kuò)展標(biāo)識符，必須保證生產(chǎn)出的適配器沒有重復(fù)地址。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。“MAC地址”實(shí)際上就是適配器地址或適配器標(biāo)識符EUI-48。適配器檢查MAC地址適配器從網(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.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：單播(unicast)幀（一對一）廣播(broadcast)幀（一對全體）多播(multicast)幀（一對多）MAC幀格式常用的以太網(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。MAC幀格式以太網(wǎng)MAC幀物理層MAC層1010101010101010101010101010101011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)FCS6624字節(jié)46~1500IP數(shù)據(jù)報MAC幀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(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)FCS6624字節(jié)46~1500IP數(shù)據(jù)報以太網(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，MAC子層可使未檢測到的差錯小于11014。當(dāng)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)報以太網(wǎng)V2的MAC幀格式1010101010101010101010101010101011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(shí)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(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個字節(jié)無效的MAC幀幀的長度不是整數(shù)個字節(jié)；用收到的幀檢驗(yàn)序列FCS查出有差錯；數(shù)據(jù)字段的長度不在46~1500字節(jié)之間。有效的MAC幀長度為64~1518字節(jié)之間。對于檢查出的無效MAC幀就簡單地丟棄。以太網(wǎng)不負(fù)責(zé)重傳丟棄的幀。幀間最小間隔幀間最小間隔為9.6s，相當(dāng)于96bit的發(fā)送時間。一個站在檢測到總線開始空閑后，還要等待9.6s才能再次發(fā)送數(shù)據(jù)。這樣做是為了使剛剛收到數(shù)據(jù)幀的站的接收緩存來得及清理，做好接收下一幀的準(zhǔn)備。指引數(shù)據(jù)鏈路層基本概念及基本問題基本概念三個基本問題兩種情況下的數(shù)據(jù)鏈路層使用點(diǎn)對點(diǎn)信道的數(shù)據(jù)鏈路層使用廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層以太局域網(wǎng)（以太網(wǎng)）概述拓?fù)湫诺览寐蔒AC層擴(kuò)展以太網(wǎng)高速以太網(wǎng)應(yīng)用層運(yùn)輸層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層在物理層考慮擴(kuò)展主機(jī)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)器光纖調(diào)制解調(diào)器在物理層考慮擴(kuò)展某大學(xué)有三個系，各自有一個局域網(wǎng)三個獨(dú)立的碰撞域一系二系三系碰撞域碰撞域碰撞域在物理層考慮擴(kuò)展一系三系二系主干集線器一個更大的碰撞域碰撞域在物理層考慮擴(kuò)展用集線器擴(kuò)展局域網(wǎng)優(yōu)點(diǎn)使原來屬于不同碰撞域的局域網(wǎng)上的計算機(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。用集線器擴(kuò)展局域網(wǎng)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。在數(shù)據(jù)鏈路層考慮擴(kuò)展在數(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幀的目的地址對收到的幀進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。網(wǎng)橋具有過濾幀的功能。當(dāng)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使用網(wǎng)橋擴(kuò)展以太網(wǎng)B2B1碰撞域碰撞域碰撞域ABCDEF使用網(wǎng)橋擴(kuò)展以太網(wǎng)：好與壞好：過濾通信量。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)。壞：存儲轉(zhuǎn)發(fā)增加了時延。在MAC子層并沒有流量控制功能。具有不同MAC子層的網(wǎng)段橋接在一起時時延更大。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(fēng)暴。透明網(wǎng)橋目前使用得最多的網(wǎng)橋是透明網(wǎng)橋(transparentbridge)?！巴该鳌笔侵妇钟蚓W(wǎng)上的站點(diǎn)并不知道所發(fā)送的幀將經(jīng)過哪幾個網(wǎng)橋，因?yàn)榫W(wǎng)橋?qū)Ω髡緛碚f是看不見的。透明網(wǎng)橋是一種即插即用設(shè)備，其標(biāo)準(zhǔn)是IEEE802.1D。地址接口B2B1ABCDEF1212地址接口…………B1B→AA→BA1F→CF2A→BA1F→CF2自學(xué)習(xí)算法按照以下自學(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，那么從這個接口出發(fā)沿相反方向一定可把一個幀傳送到A。網(wǎng)橋每收到一個幀，就記下其源地址和進(jìn)入網(wǎng)橋的接口，作為轉(zhuǎn)發(fā)表中的一個項(xiàng)目。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。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(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)橋在轉(zhuǎn)發(fā)表中登記以下三個信息在網(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(jìn)入該網(wǎng)橋的時間。這是因?yàn)橐蕴W(wǎng)的拓?fù)淇赡芙?jīng)常會發(fā)生變化，站點(diǎn)也可能會更換適配器（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。把每個幀到達(dá)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?fù)涞淖钚聽顟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)。小結(jié)：自學(xué)習(xí)與幀轉(zhuǎn)發(fā)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相匹配的項(xiàng)目。如沒有，就在轉(zhuǎn)發(fā)表中增加一個項(xiàng)目（源地址、進(jìn)入的接口和時間）。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相匹配的項(xiàng)目。如沒有，則通過所有其他接口（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)丟棄這個幀（因?yàn)檫@時不需要經(jīng)過網(wǎng)橋進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)）。組建局域網(wǎng)組建高可用局域網(wǎng)透明網(wǎng)橋使用了生成樹算法這是為了避免產(chǎn)生轉(zhuǎn)發(fā)的幀在網(wǎng)絡(luò)中不斷地兜圈子。局域網(wǎng)2局域網(wǎng)1網(wǎng)橋2網(wǎng)橋1

AF不停地兜圈子A發(fā)出的幀F(xiàn)1網(wǎng)橋1轉(zhuǎn)發(fā)的幀F(xiàn)2網(wǎng)橋2轉(zhuǎn)發(fā)的幀網(wǎng)絡(luò)資源白白消耗了生成樹算法互連在一起的網(wǎng)橋在進(jìn)行彼此通信后，就能找出原來的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞囊粋€子集。在這個子集里，整個連通的網(wǎng)絡(luò)中不存在回路，即在任何兩個站之間只有一條路徑。為了避免產(chǎn)生轉(zhuǎn)發(fā)的幀在網(wǎng)絡(luò)中不斷地兜圈子。為了得出能夠反映網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(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?fù)溥M(jìn)行更新。多接口網(wǎng)橋：交換機(jī)1990年問世的交換式集線器(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)通常都有十幾個接口。因此，以太網(wǎng)交換機(jī)實(shí)質(zhì)上就是一個多接口的網(wǎng)橋，可見交換機(jī)工作在數(shù)據(jù)鏈路層。交換機(jī)特點(diǎn)：以太網(wǎng)交換機(jī)的每個接口都直接與主機(jī)相連，并且一般都工作在全雙工方式。交換機(jī)能同時連通許多對的接口，使每一對相互通信的主機(jī)都能像獨(dú)占通信媒體那樣，進(jìn)行無碰撞地傳輸數(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。用交換機(jī)擴(kuò)展以太網(wǎng)一系三系二系10BASE-T至因特網(wǎng)100Mb/s100Mb/s100Mb/s萬維網(wǎng)服務(wù)器電子郵件服務(wù)器以太網(wǎng)交換機(jī)路由器獨(dú)占傳輸媒體的帶寬對于普通10Mb/s的共享式以太網(wǎng)，若共有N個用戶，則每個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，雖然在每個接口到主機(jī)的帶寬還是10Mb/s，但由于一個用戶在通信時是獨(dú)占而不是和其他網(wǎng)絡(luò)用戶共享傳輸媒體的帶寬，因此對于擁有N對接口的交換機(jī)的總?cè)萘繛镹10Mb/s。這正是交換機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)。動手實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)3-1：PacketTracer的使用及路由器的基本命令實(shí)驗(yàn)3-2：局域網(wǎng)連接實(shí)驗(yàn)3-3：查看交換機(jī)的MAC地址表擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)3-2：生成樹虛擬局域網(wǎng)LAN和VLAN交換機(jī)的使用使得VLAN的創(chuàng)建成為可能虛擬局域網(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。這些網(wǎng)段具有某些共同的需求。每一個VLAN的幀都有一個明確的標(biāo)識符，指明發(fā)送這個幀的工作站是屬于哪一個VLAN。虛擬局域網(wǎng)其實(shí)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)。VLAN示意圖以太網(wǎng)交換機(jī)A4B1以太網(wǎng)交換機(jī)VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太網(wǎng)交換機(jī)以太網(wǎng)交換機(jī)三個虛擬局域網(wǎng):VLAN1,VLAN2和VLAN3以太網(wǎng)交換機(jī)A4B1以太網(wǎng)交換機(jī)VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太網(wǎng)交換機(jī)以太網(wǎng)交換機(jī)三個虛擬局域網(wǎng)VLAN1,VLAN2和VLAN3

的構(gòu)成當(dāng)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(jī)A4B1以太網(wǎng)交換機(jī)VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太網(wǎng)交換機(jī)以太網(wǎng)交換機(jī)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(jī)A4B1以太網(wǎng)交換機(jī)VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太網(wǎng)交換機(jī)以太網(wǎng)交換機(jī)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(fēng)暴”)而引起性能惡化。打開第7章練習(xí)“05創(chuàng)建和管理VLAN.pkt”，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D所示，網(wǎng)絡(luò)中的計算機(jī)已經(jīng)配置好了IP地址，交換機(jī)所有接口默認(rèn)都屬于VLAN1。PC0和PC1分別連接到交換機(jī)的Fa0/1和Fa0/2接口，PC3和PC4分別連接在交換機(jī)的Fa0/13和Fa0/14。本實(shí)驗(yàn)將會查看交換機(jī)上的VLAN，端口所屬的VLAN，創(chuàng)建VLAN2，將13-24端口指定到VLAN2，然后測試PC0和PC1和PC2是否能通信。刪除VLAN2，查看屬于VLAN2的端口。創(chuàng)建和管理VLAN56班進(jìn)度總結(jié)：如圖所示，將一個交換機(jī)劃分了兩個VLAN，你就可以想象成將交換機(jī)邏輯上分成了兩個交換機(jī)，這兩個不同的VLAN之間通信必須通過路由器轉(zhuǎn)發(fā)，同時這兩個VLAN的IP地址必須在不同的網(wǎng)段。創(chuàng)建和管理VLAN在兩個交換機(jī)上分別創(chuàng)建VLAN2，將連接銷售部計算機(jī)的端口指定到VLAN2。將連接財務(wù)部計算機(jī)的端口指定到VLAN1。為了確保兩個交換機(jī)上的VLAN1能夠直接通信，可以使用一根網(wǎng)線將兩個交換機(jī)屬于VLAN1的端口連接，使用一根網(wǎng)線將兩個交換機(jī)屬于VLAN2的端口連接。這樣VLAN1的計算機(jī)A、B、C、D就屬于同一個邏輯網(wǎng)段了，銷售部的計算機(jī)E、F、G、H就屬于同一個邏輯網(wǎng)段了?？缃粨Q機(jī)的VLAN按照上面的方法，如果有10個VLAN跨這兩個交換機(jī)，每一個VLAN使用一根網(wǎng)線連接兩個交換機(jī)，這也太浪費(fèi)交換機(jī)端口和網(wǎng)線了。有沒有更好的方法呢？有！那就是使用干道鏈路。交換機(jī)的端口有兩種類型：訪問端口：訪問端口只能屬于某一個VLAN，它只能承載某一個VLAN的流量，連接訪問端口的鏈路稱為訪問鏈路。中繼端口：中繼端口能夠同時承載多個VLAN的流量，連接中繼端口的鏈路稱為干道鏈路。數(shù)據(jù)幀進(jìn)入干道鏈路時需要添加幀標(biāo)記（或稱VLANID），離開干道鏈路時去掉幀標(biāo)記，這個過程對計算機(jī)來說透明。跨交換機(jī)的VLAN如圖所示，接入層交換機(jī)SwitchA、SwitchB、SwitchC、SwitchD于匯聚層交換機(jī)SwitchE鏈接。市場部計算機(jī)都連接到SwitchA，屬于VLAN4。銷售部和研發(fā)部以及財務(wù)部的計算機(jī)分別屬于VLAN1、VLAn2和VLAN3，這三個VLAN跨SwitchB、SwitchC、SwitchD三個交換機(jī)。7.5.3跨交換機(jī)的VLAN總結(jié)：交換機(jī)組建的網(wǎng)絡(luò)，如果需要多個VLAN通過的鏈路就需要配置為干道鏈路。如果鏈路上只需要單一VLAN的數(shù)據(jù)通過就可以配置為訪問鏈路。114ISL標(biāo)記通過特定集成電路來實(shí)現(xiàn)不需要再客戶計算機(jī)上采取配置，客戶機(jī)不能夠看到ISL頭在交換機(jī)之間，路由器和交換機(jī)，交換機(jī)和支持ISL網(wǎng)卡的服務(wù)器之間配置ISL干道使VLAN能夠跨骨干VLAN標(biāo)記在進(jìn)端口時添加VLAN標(biāo)記在出端口時剝離Inter-SwitchLinkcarriesVLANidentifier115ISL封裝ISLHeader26bytesEncapsulatedEthernetframeCRC4bytes使用ISL頭和CRC封裝Frames支持1024個VLAN字段BPDUbitDATypeUserSALENVLANAAAA03BPDUHSAVLANBPDUBPDUINDEXRES虛擬局域網(wǎng)幀格式虛擬局域網(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(biāo)識符，稱為VLAN標(biāo)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)。

802.3MAC幀字節(jié)66246~15004MAC幀目地地址源地址長度/類型數(shù)據(jù)FCS長度/類型=802.1Q標(biāo)記類型標(biāo)記控制信息

1000000100000000VID2字節(jié)2字節(jié)插入4字節(jié)的VLAN標(biāo)記4用戶優(yōu)先級CFI(規(guī)范格式指示符)動手實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)3-3：劃分VLAN指引數(shù)據(jù)鏈路層基本概念及基本問題基本概念三個基本問題兩種情況下的數(shù)據(jù)鏈路層使用