第3章數(shù)據(jù)鏈路層

第3章數(shù)據(jù)鏈路層3.1數(shù)據(jù)鏈路層概述3.2點對點協(xié)議PPP（重點）3.3局域網(wǎng)（重點）3.4使用廣播信道的以太網(wǎng)（重點）3.5擴展的以太網(wǎng)（重點）3.6高速以太網(wǎng)3.7其他類型的高速局域網(wǎng)接口（略講）1課程目標(biāo)數(shù)據(jù)鏈路層的點對點信道和廣播信道的特點，以及這兩種信道所使用的協(xié)議（PPP和CSMA/CD協(xié)議）的特點。數(shù)據(jù)鏈路層的三個基本問題：封裝成幀、透明傳輸、差錯檢測。以太網(wǎng)的MAC層的硬件地址。適配器、轉(zhuǎn)發(fā)器、集線器、網(wǎng)橋、以太網(wǎng)交換機的作用和使用場合。23.1數(shù)據(jù)鏈路層概述3.1.1數(shù)據(jù)鏈路層的功能數(shù)據(jù)鏈路層介于物理層和網(wǎng)絡(luò)層之間，屬于網(wǎng)絡(luò)的低層。該層解決兩個相鄰結(jié)點之間的通信問題，實現(xiàn)兩個相鄰結(jié)點鏈路上無差錯的數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)鏈路層傳輸?shù)臄?shù)據(jù)單元稱為幀。3IP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4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。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5數(shù)據(jù)鏈路層的功能數(shù)據(jù)鏈路層最主要的功能可歸結(jié)為以下幾點：（1）結(jié)點A的數(shù)據(jù)鏈路層把網(wǎng)絡(luò)層交下來的IP數(shù)據(jù)報封裝成幀。（2）結(jié)點A把封裝好的幀發(fā)送給結(jié)點B的數(shù)據(jù)鏈路層。（3）若結(jié)點B的數(shù)據(jù)鏈路層收到的幀無差錯，則從收到的幀中提取出IP數(shù)據(jù)報上交給上面的網(wǎng)絡(luò)層；否則丟棄這個幀。包括以下幾個功能：幀同步功能差錯控制流量控制鏈路管理MAC尋址區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)與控制信息透明傳輸6數(shù)據(jù)鏈路層的信道種類數(shù)據(jù)鏈路層使用的信道主要有以下兩種類型：點對點信道。這種信道使用一對一的點對點通信方式。廣域網(wǎng)中均采用點對點信道。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)送。早先的局域網(wǎng)多采用廣播信道，后來改進的局域網(wǎng)采用點對點信道。7鏈路和數(shù)據(jù)鏈路鏈路(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。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適配器（即網(wǎng)卡）來實現(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。

8物理線路（鏈路）與數(shù)據(jù)鏈路……………………….93.1.2數(shù)據(jù)鏈路層要解決的三個問題數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議有三個基本問題需解決。數(shù)據(jù)鏈路層的發(fā)送方應(yīng)當(dāng)讓接收方的數(shù)據(jù)鏈路層知道，所發(fā)送的幀是從什么地方開始到從什么地方結(jié)束。這就是幀定界（也叫幀同步）問題。數(shù)據(jù)鏈路層傳送的數(shù)據(jù)的比特組合必須是不受限制的。數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議不能禁止傳送某種特殊的比特組合。這就是透明傳輸問題。數(shù)據(jù)鏈路層必須有差錯檢測功能。101.幀定界（幀同步）為了使傳輸中發(fā)生差錯后只將出錯的有限數(shù)據(jù)進行重發(fā)，數(shù)據(jù)鏈路層將比特流組織成以幀為單位傳送。幀的組織結(jié)構(gòu)必須設(shè)計成使接收方能夠明確的從物理層收到的比特流中區(qū)分出幀的起始與終止，這就是幀同步要解決的問題。同步的方法字符填充的首尾定界符法比特填充的首尾定界符法幀定界的原理：在發(fā)送幀時，發(fā)送方的數(shù)據(jù)鏈路層在幀的前后都各加入事先商定好的標(biāo)記，使得接收方在收到這個幀后，就能根據(jù)這種標(biāo)記識別幀的開始和結(jié)束，以及幀里面裝入的數(shù)據(jù)部分的準(zhǔn)確位置。控制字符SOH放在一幀的最前面，表示幀的首部開始，另一個控制字符EOT表示幀的結(jié)束。每一種鏈路層協(xié)議都規(guī)定了幀的數(shù)據(jù)部分的長度上限——最大傳送單元MTU(MaximumTransferUnit)。11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。首部和尾部的一個重要作用就是進行幀定界。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12MTU各種物理網(wǎng)絡(luò)，對幀可攜帶的數(shù)據(jù)的上限有不同的規(guī)定，叫作最大傳輸單元（MaximumTransmissionUnit，MTU）。一個物理網(wǎng)絡(luò)的MTU由硬件決定，通常情況下保持不變。不同物理網(wǎng)絡(luò)，其MTU一般是不相同的。13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EOTSOH和EOT都是控制字符的名稱。在ASCII碼中，他們的十六進制編碼分別是01（二進制是00000001）和04（二進制是00000100）。當(dāng)所傳送數(shù)據(jù)為ASCII碼組成的文本文件，可用此方法?！?142.透明傳輸原因：由于幀的開始和結(jié)束的標(biāo)記都是使用專門指明的控制字符，因此，所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)中的任何一個字符一定不允許和用做幀定界的控制字符一樣，否則就會出現(xiàn)幀定界的錯誤，即所謂的不透明，而透明指任何比特組合的數(shù)據(jù)都能通過數(shù)據(jù)鏈路層。正確理解透明的含義（如E-mail）。152.透明傳輸解決幀的透明傳輸?shù)膬煞N方法：字符填充的首尾定界符法比特填充的首尾定界符法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16（1）字符填充的首尾定界符法該方法是用一些控制字符來標(biāo)識一幀的起始與終止。例如，我們可以把SOH作為幀的開始標(biāo)志，EOT作為幀的結(jié)束標(biāo)志。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，二進制編碼是00011011)，表示其后的“SOH”或“EOT”要作為普通字符處理。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轉(zhuǎn)義字符。當(dāng)接收端發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)義字符時，就把轉(zhuǎn)義字符去掉，并把后面的字符作為普通字符來處理。17數(shù)據(jù)中出現(xiàn)的控制字符經(jīng)字節(jié)插入后發(fā)送時的字符SOHESCxEOTESCyESCESCz上面的控制字符“ESC”叫做轉(zhuǎn)義符(escapecharacter)插入轉(zhuǎn)義字符18SOHSOHEOTSOHESCESCEOTESCSOHESCESCESCSOH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)束符用字符填充法解決透明傳輸?shù)膯栴}SOH19（2）比特填充的首尾定界符法在前面介紹的字符分界法中存在一個大的不足，那就是它僅依靠8位模式。而事實上，并不是所有的字符編碼都使用8位模式，如UNICODE編碼就使用了16位編碼方式?！氨忍靥畛涞氖孜步缍ǚā笔且砸唤M特定的比特模式（如01111110）來標(biāo)志一幀的起始與終止，它允許任意長度的位碼，也允許任意每個字符有任意長度的位。20比特填充的首尾定界符法發(fā)送端：若發(fā)現(xiàn)要發(fā)送的數(shù)據(jù)中有5個連續(xù)1，則立即填入一個0。接收端：對幀中的數(shù)據(jù)進行掃描。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。2101001111101000101001001111110001010010011111010001010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個連續(xù)1之后填入0比特再發(fā)送出去在接收端把5個連續(xù)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比特零比特填充……………………….223.差錯檢測差錯產(chǎn)生的原因與差錯類型傳輸差錯是通過通信信道后接收的數(shù)據(jù)與發(fā)送數(shù)據(jù)不一致的現(xiàn)象;差錯控制是檢查是否出現(xiàn)差錯以及如何糾正差錯；通信信道的噪聲分為兩類：熱噪聲和沖擊噪聲；由熱噪聲引起的差錯是隨機差錯，或隨機錯；沖擊噪聲引起的差錯是突發(fā)差錯，或突發(fā)錯；在通信過程中產(chǎn)生的傳輸差錯，是由隨機差錯與突發(fā)差錯共同構(gòu)成的。23差錯產(chǎn)生過程24誤碼率（BER）的定義

誤碼率是指二進制碼元在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中被傳錯的概率，它在數(shù)值上近似等于：Pe=Ne/N，其中N為傳輸?shù)亩M制碼元總數(shù)，Ne為被傳錯的碼元數(shù)；誤碼率應(yīng)該是衡量數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)正常工作狀態(tài)下傳輸可靠性的參數(shù)之一；對于一個實際的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，不能籠統(tǒng)地說誤碼率越低越好，要根據(jù)實際傳輸要求提出誤碼率要求；對于實際數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，如果傳輸?shù)牟皇嵌M制比特，要折合成二進制比特來計算；差錯的出現(xiàn)具有隨機性，在實際測量一個數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)時，只有被測量的傳輸二進制比特數(shù)越大，才會越接近于真正的誤碼率值。25減少傳輸差錯的兩種方法為了減少傳輸差錯，通常采用下面兩種方法：（1）改善線路質(zhì)量加強線路本身的抗干擾能力，是減少差錯最根本的途徑。但是，這種改善是以較大的投入為代價的。（2）差錯的檢測與糾正主要思想是：對所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行抗干擾編碼，并以此來檢測和校正傳輸中的錯誤。在發(fā)送端，采用某種校驗碼為數(shù)據(jù)單元附加一個冗余碼，使數(shù)據(jù)單元與冗余碼之間建立一定的數(shù)學(xué)關(guān)系(即編碼過程)，然后把它們作為一個數(shù)據(jù)塊一起傳送給接收端；當(dāng)接收端接收到數(shù)據(jù)塊后，使用相同的校驗碼計算數(shù)據(jù)單元的冗余碼，并與數(shù)據(jù)塊中附加冗余碼相比較，以檢驗它們之間的數(shù)學(xué)關(guān)系(解碼過程)是否正確，如果不正確，就說明傳輸有錯誤，則需要采用某種手段來糾正錯誤。26糾正錯誤的兩種方法反饋重發(fā)糾錯法接收端將傳輸是否正確的信息作為應(yīng)答反饋給發(fā)送端，對于傳輸有誤的數(shù)據(jù)，發(fā)送端需要重新傳輸，直至傳輸正確為止，這樣就可以糾正錯誤了。前向糾錯(FEC)法接收端發(fā)現(xiàn)錯誤后，不是通過發(fā)送端的重傳來糾正，而是由接收端通過糾錯碼和適當(dāng)?shù)乃惴ㄟM行糾正。由于這種糾錯方法比較復(fù)雜，所需的冗余碼元較多，實現(xiàn)比較困難，故很少使用。目前，絕大多數(shù)的通信系統(tǒng)都采用反饋重發(fā)糾錯法來糾正差錯。27處理差錯的兩種基本策略糾錯碼發(fā)送方在每個數(shù)據(jù)塊中加入足夠的冗余信息，使得接收方能夠判斷接收到的數(shù)據(jù)是否有錯，并能糾正錯誤。檢錯碼發(fā)送方在每個數(shù)據(jù)塊中加入足夠的冗余信息，使得接收方能夠判斷接收到的數(shù)據(jù)是否有錯，但不能判斷哪里有錯。28糾錯碼——海明碼海明碼(HammingCode)是由RichardHamming于1950年提出的，是一種糾錯碼，即如果數(shù)據(jù)在傳輸過程中有一位出錯，則可以知道出錯的位置并通過取反將其改正過來。

海明碼編碼的關(guān)鍵是使用多余的奇偶校驗位來識別一位錯誤。例：使用偶校驗（“1”的個數(shù)為偶數(shù)） 10110101 ——> 101101011 10110001 ——> 101100010奇偶校驗可以用來檢查單個錯誤。碼字（codeword）：一個幀包括m個數(shù)據(jù)位，r個校驗位，n=m+

r，則此n比特單元稱為n位碼字。29循環(huán)冗余校驗（cyclicredundancycheck，CRC）是一種能力相當(dāng)強的檢錯碼，并且實現(xiàn)編碼和檢碼的電路比較簡單。CRC基于二進制除法。在CRC中，在數(shù)據(jù)單元（比如一個字節(jié)）的后面附加一個稱為“循環(huán)冗余碼”或“CRC余數(shù)”的冗余數(shù)位串，使生成的數(shù)據(jù)單元可被另一個預(yù)先給定的二進制數(shù)完全除盡。然后將生成后的數(shù)據(jù)單元傳輸。接收端將所接收的數(shù)據(jù)單元用同樣的二進制數(shù)相除，如果無余數(shù)，則可認(rèn)為所接收的數(shù)據(jù)單元正確無誤，如果有余數(shù)，則認(rèn)定該數(shù)據(jù)單元已有差錯。檢錯碼——CRC301）循環(huán)冗余檢驗的原理在數(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位。校驗和（checksum）加在幀尾，使帶校驗和的幀的多項式能被G(x)除盡；收方接收時，用G(x)去除它，若有余數(shù)，則傳輸出錯。

假設(shè)待傳送的一組數(shù)據(jù)M=101001（共kbit，k=6）。我們在M的后面再添加供差錯檢測用的nbit冗余碼一起發(fā)送。312）冗余碼的計算用二進制的模2運算（異或運算）進行2n乘M的運算，這相當(dāng)于在M后面添加n個0。得到的(k+n)bit的數(shù)除以事先選定好的長度為(n+1)bit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至少要少1bit。注：模2運算是指以按位模2加減為基礎(chǔ)的四則運算，運算時不考慮進位和借位。模2加減的原則為：兩數(shù)相同為0，兩數(shù)相異為1。模2除法：模2除法與算術(shù)除法類似，但每一位除（減）的結(jié)果不影響其它位，即不向上一位借位。323）冗余碼的計算舉例（1）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。33

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

3）冗余碼的計算舉例（1）343）冗余碼的計算舉例（2）設(shè)

n=5,P=110101，待傳送的數(shù)據(jù)M=1010001101，模2運算的結(jié)果是：商Q=1101010110，余數(shù)R=01110。將余數(shù)R作為冗余碼添加在數(shù)據(jù)M的后面發(fā)送出去，即發(fā)送的數(shù)據(jù)是101000110101110，或2nM+R。353）冗余碼的計算舉例（3）待校驗數(shù)據(jù)：1101,0110,11G(x)=x4+x+1,即10011

110101101100001001111000010101001110011100110000101101001110100100111110余數(shù)∴傳送序列T(x)=1101,0110,1111,1036生成多項式的選擇生成多項式應(yīng)該滿足以下要求：任何一位發(fā)生錯誤都應(yīng)使余數(shù)不為0不同位發(fā)生錯誤應(yīng)使余數(shù)不同對余數(shù)繼續(xù)作模2除運算應(yīng)使余數(shù)循環(huán)374）除數(shù)的產(chǎn)生四個生成多項式G(x)已成為國際標(biāo)準(zhǔn)CRC-12G(x)=x12+x11+x3+x2+x+1CRC-16G(x)=x16+x15+x2+1CRC-CCITTG(x)=x16+x12+x5+1CRC-32G(x)=x32+x26+x23+

x22+x16+

x12+x11+

x10+

x8+

x7+

x5+

x4+

x2+

x+

1硬件實現(xiàn)CRC校驗385）幀檢驗序列FCS在數(shù)據(jù)后面添加上的冗余碼稱為幀檢驗序列

FCS(FrameCheckSequence)。循環(huán)冗余檢驗CRC和幀檢驗序列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。

396）檢測出差錯將收到的數(shù)據(jù)除以除數(shù)P，只要得出的余數(shù)R不為0，就表示檢測到了差錯。CRC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。一旦檢測出差錯，就丟棄出現(xiàn)差錯的幀。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?！?40例1.取生成多項式h（X）＝X4+X+1，假設(shè)欲發(fā)送的一段信息101100110，問在線路上傳輸?shù)拇a字是？解：由h(X)＝X4+X+1得生成碼為：10011，n為4。在101100110后面添加n（此時n=4）個0，得到1011001100000

。用1011001100000去除10011，得到余數(shù)為1000（保持n位，若不夠前面用0補上）把余數(shù)1000添加到要發(fā)送的數(shù)據(jù)101100110的后面，就是實際要傳送的碼字，為：101100110100010101100010011101100110000010011101011001111010100111001010011100041例2.仍取h(x)=X4+X+1，如果接收端收到的碼字為1001011110010，問傳輸過程中有無出錯?100011101100111001011110010100111111110011110001001110110100111011010011101答：有錯42例3.已知：接收碼字:1100111001，生成多項式:h(X)=X4+X3+1(n=4)

求：碼字的正確性。若正確，則指出冗余碼和信息碼。100001

110011100111001

11001，

11001

11001

0解：1)生成碼為11001，用接收到的碼字除以生成碼，余數(shù)為0，所以碼字正確。2)因n=4，所以冗余碼是：1001，信息碼是:110011

43例4.（1）要發(fā)送的數(shù)據(jù)為1101。采用CRC的生成多項式是P(x)=x2+1。試求應(yīng)添加在數(shù)據(jù)后面的余數(shù)。（2）數(shù)據(jù)在傳輸過程中要發(fā)送的數(shù)據(jù)1101變成1100，問接收端能否發(fā)現(xiàn)？能否發(fā)現(xiàn)那幾位發(fā)生錯誤？（3）若數(shù)據(jù)在傳輸過程中要發(fā)送的數(shù)據(jù)1101變成1000，問接收端能否發(fā)現(xiàn)？能否發(fā)現(xiàn)哪幾位發(fā)生錯誤？答：（1）添加的檢驗序列為10（1101除以101）（2）數(shù)據(jù)在傳輸過程中要發(fā)送的數(shù)據(jù)1101變成1100，110010除以101，余數(shù)為01，不為0，接收端可以發(fā)現(xiàn)差錯。（3）若數(shù)據(jù)在傳輸過程中要發(fā)送的數(shù)據(jù)1101變成1000，100010除以101，余數(shù)為0，接收端不能發(fā)現(xiàn)差錯。44注意用循環(huán)冗余檢驗CRC差錯檢測技術(shù)只能做到無比特差錯接受，不能保證可靠傳輸。“無差錯接受”是指：“凡是接受的幀（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”。也就是說：“凡是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)和重傳機制。為提高通信效率，因特網(wǎng)對通信質(zhì)量較好的有線鏈路的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議都不使用確認(rèn)和重傳機制，即不要求向上提供可靠傳輸?shù)姆?wù)，出錯修正可由上層協(xié)議來完成。通信質(zhì)量差的無線鏈路，則使用。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。……………………….453.2

點對點協(xié)議PPP 3.2.1PPP協(xié)議的特點 3.2.2PPP協(xié)議的幀格式 3.2.3PPP協(xié)議的工作狀態(tài)46PPP協(xié)議廣域網(wǎng)的多樣性需要功能更強大、完善的鏈路層協(xié)議支持，以適應(yīng)多變的鏈路類型，并提供一定的安全特性。PPP協(xié)議是提供在點到點鏈路上傳遞、封裝網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)包的一種鏈路層協(xié)議。PPP支持同步/異步線路，能夠提供驗證，易于擴展，PPP獲得廣泛應(yīng)用。47PPP的基本概念支持同步/異步線路支持驗證和地址協(xié)商PPP可以用于如下幾種鏈路類型：同步/異步專線PPPPPPPPPPPPPPPPPP接入服務(wù)器PSTN/ISDNPSTN/ISDN48PPP的特點可以工作在同、異步方式下能夠控制數(shù)據(jù)鏈路的建立支持驗證，更加安全可同時支持多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議可以對網(wǎng)絡(luò)層地址進行協(xié)商，能夠遠程分配IP地址無重傳機制，網(wǎng)絡(luò)開銷小49PPP協(xié)議的組成IP、IPX、其他網(wǎng)絡(luò)協(xié)議網(wǎng)絡(luò)層PPPIPCP、IPXCP，其他NCP鏈路層驗證，其他選項LCP物理介質(zhì)（同步/異步）物理層

PPP協(xié)議主要由LCP、NCP以及用于網(wǎng)絡(luò)安全的可選驗證協(xié)議族組成（具體功能見下面）503.2.1點對點協(xié)議的特點現(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-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。其應(yīng)用場合主要有：路由器到路由器（router-routerleasedlineconnection）通過modem撥號上網(wǎng)，連到路由器或接入服務(wù)器（AccessServer）（dial-uphost-routerconnection）PPP協(xié)議面向字節(jié)，包含的控制協(xié)議有兩個鏈路控制協(xié)議LCP（LinkControlProtocol）網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議NCP（NetworkControlProtocol）以幀為單位發(fā)送。幀格式與HDLC相似，區(qū)別在于PPP是面向字符的，采用字符填充技術(shù)。51用戶撥號入網(wǎng)的示意圖路由器調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器因特網(wǎng)服務(wù)提供者(ISP)用戶家庭撥號電話線使用TCP/IP的

PPP連接使用TCP/IP的客戶進程路由選擇進程至因特網(wǎng)…PC機52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……………………….531.PPP協(xié)議應(yīng)滿足的需求簡單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活躍度（即檢測連接狀態(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542.PPP協(xié)議不需要的功能糾錯：TCP/IP協(xié)議中，糾錯由傳輸層協(xié)議承擔(dān)，PPP協(xié)議只檢錯。流量控制：TCP/IP協(xié)議中，流量控制由傳輸層協(xié)議承擔(dān)。序號：幀不需要編號，因為是點對點連接，地址只簡化成廣播地址。多點線路：因為只是點對點協(xié)議，所以不支持多點線路。半雙工或單工鏈路：PPP協(xié)議只支持全雙工鏈路。553.PPP協(xié)議的組成PPP協(xié)議有三個組成部分鏈路控制協(xié)議

LCP(LinkControlProtocol),用于管理PPP數(shù)據(jù)鏈路，包括啟動線路、測試線路、協(xié)商參數(shù)以及關(guān)閉線路。網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議

NCP(NetworkControlProtocol)，用于協(xié)商所承載的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的類型及其屬性，協(xié)商在該鏈路上所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包的格式與類型，配置網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議等。驗證協(xié)議PAP和CHAP：主要用來驗證PPP對端設(shè)備的身份合法性，在一定程度上保證鏈路的安全性。564.PPP會話一個完整的PPP會話建立需要如下三步：PPP鏈路鏈路的建立和配置協(xié)調(diào)階段可選的驗證階段，選擇PAP或CHAP網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議配置協(xié)商階段PSTN/ISDN575.PPP會話流程PPP會話流程如下圖所示：底層UPDead階段Establish階段Authenticate階段Network階段Terminate階段LCPOpened驗證失敗鏈路建立失敗關(guān)閉Down驗證通過或無驗證……………………….586.PPP驗證PPP支持兩種驗證方式PAP和CHAP。（1）PAP認(rèn)證協(xié)議（PasswordAuthenticationProtocol,口令認(rèn)證協(xié)議）：PAP認(rèn)證過程非常簡單，二次握手機制。使用明文格式發(fā)送用戶名和密碼。發(fā)起方為被認(rèn)證方，可以做無限次的嘗試（暴力破解）。只在鏈路建立的階段進行PAP認(rèn)證，一旦鏈路建立成功將不再進行認(rèn)證檢測。目前常用于PPPoe撥號環(huán)境中。（2）CHAP認(rèn)證協(xié)議（ChallengeHandshakeAuthenticationProtocol,質(zhì)詢握手認(rèn)證協(xié)議）CHAP認(rèn)證過程比較復(fù)雜，三次握手機制。使用密文格式發(fā)送CHAP認(rèn)證信息。由認(rèn)證方發(fā)起CHAP認(rèn)證，有效避免暴力破解。在鏈路建立成功后具有再次認(rèn)證檢測機制。目前常用于企業(yè)網(wǎng)的遠程接入環(huán)境中。591）PAP認(rèn)證過程首先被認(rèn)證方以明文向主認(rèn)證方發(fā)送認(rèn)證請求（包含用戶名和密碼），主認(rèn)證方到自己的數(shù)據(jù)庫認(rèn)證用戶名密碼是否正確，如果密碼正確，PAP認(rèn)證通過，如果用戶名密碼錯誤，PAP認(rèn)證未通過。PAP只用于對網(wǎng)絡(luò)安全要求相對較低的環(huán)境。用戶名＋密碼通過/拒絕被驗證方主驗證方用戶列表60主機名＋加密后報文通過/拒絕主機名＋隨機報文被驗證方主驗證方主驗證方首先發(fā)起驗證請求，三次握手驗證不發(fā)送密碼，安全性比PAP高用戶列表2）CHAP認(rèn)證過程61CHAP認(rèn)證過程第一步：主認(rèn)證方發(fā)起認(rèn)證請求，向被認(rèn)證方發(fā)送一個隨機產(chǎn)生的數(shù)值，并同時將將本端的用戶名一起發(fā)送給被驗證方。第二步：被驗證方接收到主認(rèn)證方的請求后，檢查密碼（如果沒有設(shè)密碼就用默認(rèn)的密碼），查到密碼再結(jié)合主認(rèn)證方發(fā)來的id和隨機數(shù)據(jù)根據(jù)MD5算法算出一個Hash值，將此值和自己的用戶名發(fā)回主驗證方。第三步：主驗證方用MD5算法對報文id、本地保存的被驗證方密碼和原隨機數(shù)生成一個Hash值，并于收到的Hash值進行比較。如果一致，則認(rèn)證通過，否則，認(rèn)證不通過。62CHAP認(rèn)證過程主驗證方發(fā)送用戶名1被驗證方是否配端口密碼檢查用戶列表用端口密碼+ID+隨機數(shù)計算Hash值，帶用戶名2發(fā)回被驗證方從用戶列表中查找與用戶名1對應(yīng)的密碼+ID+隨機數(shù)計算Hash值，帶用戶名2發(fā)回主驗證方用自己用戶名列表中，查找用戶名2對應(yīng)的密碼+ID+隨機數(shù)，計算Hash‘值Hash=Hash’OK失敗YNYN63PPP驗證對比PAP是兩次握手，CHAP是三次握手PAP以明文方式在鏈路上發(fā)送，缺乏安全性CHAP只在網(wǎng)絡(luò)上傳輸用戶名，而并不傳輸用戶密碼PAP和CHAP都支持雙向身份驗證……………………….643.2.2PPP協(xié)議的幀格式PPP的幀格式和HDLC的相似。標(biāo)志字段F=0x7E（符號“0x”表示后面的字符是用十六進制表示。十六進制的7E的二進制表示是01111110）。地址字段A只置為0xFF。地址字段實際上并不起作用?？刂谱侄蜟通常置為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)。65PPP的幀格式標(biāo)記域：為01111110；66PPP的幀格式地址域：為11111111，對應(yīng)廣播地址。PPP只用于點到點鏈路，實際上不需要數(shù)據(jù)鏈路層的地址。67PPP的幀格式控制域：缺省值為00000011，表示無序號幀，不提供使用序號和確認(rèn)的可靠傳輸。68PPP的幀格式協(xié)議域：指示信息部分中是何種分組，缺省大小為2個字節(jié)。高位為0，表示是網(wǎng)絡(luò)層的分組，高位為1，說明是LCP或者NCP的分組。0x0021——信息字段是IP數(shù)據(jù)報0xC021——信息字段是鏈路控制協(xié)議LCP0x8021——信息字段是網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議NCP69PPP的幀格式信息域：長度可變，最大為1500字節(jié)；70PPP的幀格式校驗和域：2或4個字節(jié)，使用循環(huán)冗余校驗碼。71PPP協(xié)議的幀格式PPP有一個2個字節(jié)的協(xié)議字段。當(dāng)協(xié)議字段為0x0021時，PPP幀的信息字段就是IP數(shù)據(jù)報。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72舉例：例：已知某網(wǎng)絡(luò)的采用PPP協(xié)議傳輸幀，已知某幀長為44字節(jié)，試問該幀最多可傳輸多少國標(biāo)（采用ASCII碼）漢字？答：在PPP幀中，數(shù)據(jù)最多可占用的字節(jié)數(shù)=44-（1+1+1+2+2+1）=36；又因為一個國標(biāo)漢字的編碼長度為兩個字節(jié)，所以該幀最多可傳輸?shù)臐h字?jǐn)?shù)為：37÷2=1873透明傳輸問題當(dāng)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）即零比特填充法。當(dāng)PPP用在異步傳輸時，就使用一種特殊的字符填充法。74字符填充將信息字段中出現(xiàn)的每一個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。P1053-975零比特填充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現(xiàn)透明傳輸。PPP采用零比特填充法使一幀中兩個F字段之間不會出現(xiàn)6個連續(xù)1。在發(fā)送端，當(dāng)一串比特流數(shù)據(jù)中有5個連續(xù)1時，就立即填入一個0。在接收幀時，先找到F字段以確定幀的邊界。接著再對比特流進行掃描。每當(dāng)發(fā)現(xiàn)5個連續(xù)1時，就將其后的一個0刪除，以還原成原來的比特流。76例題：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?答案：011011111011111000若接收端收到的比特串是0001110111110111110110，問發(fā)送端實際發(fā)送的數(shù)據(jù)是?答案：000111011111-11111-11077透明傳輸采用零比特填充法就可傳送任意組合的比特流，或者說，就可實現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層的透明傳輸。當(dāng)連續(xù)傳輸兩個幀時，前一個幀的結(jié)束標(biāo)志字段F可以兼作后一幀的起始標(biāo)志字段。當(dāng)暫時沒有信息傳送時，可以連續(xù)發(fā)送標(biāo)志字段，使收端可以一直和發(fā)端保持同步。78不提供使用序號和確認(rèn)的可靠傳輸PPP協(xié)議之所以不使用序號和確認(rèn)機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。幀檢驗序列FCS字段可保證無差錯接受。

……………………….793.2.3PPP協(xié)議的工作狀態(tài)用戶接入互聯(lián)網(wǎng)的步驟：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)。接下來進行網(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。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。80狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換當(dāng)線路處于靜止?fàn)顟B(tài)時，并不存在物理層的連接。當(dāng)檢測到調(diào)制解調(diào)器的載波信號，并建立物理層連接后，線路就進入建立狀態(tài)，這時LCP開始協(xié)商一些選項。協(xié)商結(jié)束后就進入鑒別狀態(tài)。若通信的雙方鑒別身份成功，則進入網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。NCP配置網(wǎng)絡(luò)層，分配IP地址，然后就進入可進行數(shù)據(jù)通信的打開狀態(tài)。數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后就轉(zhuǎn)到終止?fàn)顟B(tài)。載波停止后則回到靜止?fàn)顟B(tài)。81PPP協(xié)議的狀態(tài)圖建立失敗失敗NCP配置鑒別成功通信結(jié)束載波停止檢測到載波雙方協(xié)商一些選項鑒別網(wǎng)絡(luò)打開終止靜止靜止?fàn)顟B(tài)——建立狀態(tài)——鑒別狀態(tài)——網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)——打開狀態(tài)——終止?fàn)顟B(tài)……………………….823.3局域網(wǎng)局域網(wǎng)通常是由地理范圍在幾公里以內(nèi)的、采用單一或有限的傳輸媒體、按照某種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相互連接起來的計算機組成的網(wǎng)絡(luò)。常為某個單位所有并獨立管理。833.3.1局域網(wǎng)的特點

①共享傳輸信道。在局域網(wǎng)中，多個系統(tǒng)連接到一個共享的通信媒體上。②地理范圍有限，用戶個數(shù)有限。通常局域網(wǎng)僅為一個單位服務(wù)，只在一個相對獨立的局部范圍內(nèi)連網(wǎng)。一般來說，局域網(wǎng)的覆蓋范圍約為10m～10km內(nèi)或更大一些。③傳輸速率高。局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速率一般為10～100Mbps，可高達10Gbps，能支持計算機之間的高速通信，所以時延較低。④誤碼率低。因近距離傳輸，所以誤碼率很低，一般在10-8～10-11之間。⑤多采用分布式控制和廣播式通信。在局域網(wǎng)中各站是平等關(guān)系而不是主從關(guān)系，可以進行廣播或組播。84決定局域網(wǎng)性能的三要素用于傳輸數(shù)據(jù)的傳輸媒體；用于連接各種通信設(shè)備的拓撲結(jié)構(gòu)；用于解決線路爭用的媒體訪問控制方法?！?85局域網(wǎng)中的傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)雙絞線基帶同軸電纜光纖無線各種介質(zhì)的使用情況雙絞線

已能用于數(shù)據(jù)傳輸速率為100Mb/s、1Gb/s的高速局域網(wǎng)中，在局部范圍內(nèi)的中、高速局域網(wǎng)中使用雙絞線在遠距離傳輸中使用光纖在有移動結(jié)點的局域網(wǎng)中采用無線技術(shù)的趨勢86局域網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)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)87媒體共享技術(shù)可分為如下兩大類靜態(tài)劃分信道--不夠靈活，代價高，不適合于局域網(wǎng)和某些廣播信道的網(wǎng)絡(luò)使用。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--又稱為多點接入(multipleaccess)，其特點是信道并非在用戶通信時固定分配給用戶。隨機接入:CSMA/CD受控接入，如多點線路探詢(polling)，或輪詢。

88局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)

——IEEE802局域網(wǎng)參考模型電氣電子工程師學(xué)會IEEE于1980年2月成立了IEEE802委員會，專門研究并制訂有關(guān)局域網(wǎng)和城域網(wǎng)的參考模型和各種標(biāo)準(zhǔn)。89局域網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)IEEE802標(biāo)準(zhǔn)遵循ISO/OSI參考模型的原則，解決最低兩層（即物理層和數(shù)據(jù)鏈路層）的功能以及與網(wǎng)絡(luò)層的接口服務(wù)、網(wǎng)際互連有關(guān)的高層功能。IEEE802LAN參考模型與ISO/OSI參考模型的對應(yīng)關(guān)系：OSI參考模型IEEE

802

LAN參考模型網(wǎng)絡(luò)層IP、IPX等網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層LLC子層802.2LLC/SNAPMAC子層802.3、802.4、802.5、802.11物理層同軸電纜、雙絞線、光纖、RJ-45、無線電波90局域網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層的子層IPIPXAppleTalkNetBEUI802.2LLC/SNAP802.3以太網(wǎng)802.4令牌總線802.5令牌環(huán)網(wǎng)802.11無線局域網(wǎng)物理層數(shù)據(jù)鏈路層LLC子層MAC子層LLC子層：封裝和標(biāo)識上層協(xié)議，隔離多樣的下層協(xié)議和介質(zhì)。MAC子層：適應(yīng)多樣的傳輸介質(zhì)，處理信道占用、編址/尋址、差錯校驗等。91

IEEE802標(biāo)準(zhǔn)系列：（紅色字體為目前活躍的工作組）IEEE802.1

橋接/體系結(jié)構(gòu)。IEEE802.2

邏輯鏈路控制。IEEE802.3

CSMA/CD總線訪問控制方法及物理層技術(shù)規(guī)范。IEEE802.4

令牌總線訪問控制方法及物理層技術(shù)規(guī)范。IEEE802.5

令牌環(huán)網(wǎng)訪問控制方法及物理層規(guī)范。IEEE802.6

城域網(wǎng)訪問控制方法及物理層技術(shù)規(guī)范。IEEE802.7

寬帶技術(shù)。IEEE802.8

光纖技術(shù)。IEEE802.9

綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ISDN）技術(shù)。IEEE802.10局域網(wǎng)安全技術(shù)。IEEE802.11無線局域網(wǎng)。

IEEE802.12100BASE-VG標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.14有線電視網(wǎng)（CATVBroadband）標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.15無線個人區(qū)域網(wǎng)IEEE802.16寬帶無線接入IEEE802.17彈性分組環(huán)IEEE802.18無線管制IEEE802.19共存IEEE802.20移動寬帶無線接入IEEE802.21媒體無關(guān)切換92局域網(wǎng)的層次結(jié)構(gòu)局域網(wǎng)是一個通信網(wǎng)，主要涉及ISO/OSI參考模型中下三層（即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層）的通信功能。局域網(wǎng)多采用共享信道技術(shù)，所以通常不設(shè)立單獨的網(wǎng)絡(luò)層，網(wǎng)絡(luò)層及其其它上層的功能由局域網(wǎng)操作系統(tǒng)實現(xiàn)。因此，局域網(wǎng)僅相當(dāng)于ISO/OSI參考模型的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。93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)子層媒體訪問控制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)。94媒體訪問控制子層（MAC子層）MAC子層的主要功能與接入各種傳輸介質(zhì)有關(guān)的問題都放在MAC子層：在發(fā)送端將要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)組裝成幀，幀中包含有地址和差錯檢測等字段；在接收端，將接收到的幀解包，進行地址識別和差錯檢測；管理和控制對于局域網(wǎng)傳輸介質(zhì)的訪問；其中，最重要的是管理和控制對傳輸介質(zhì)的訪問。各種介質(zhì)訪問控制技術(shù)的特征可以由兩個因素來區(qū)分：“在哪里控制”“怎樣控制”95在哪里控制“在哪里控制”是指介質(zhì)訪問控制是集中式的還是分布式的。在集中式控制方案中需要有一個中心站或者監(jiān)控站專門負責(zé)實施介質(zhì)的訪問控制功能，任何工作站必須得到監(jiān)控站的允許后才能夠向網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送數(shù)據(jù)；在分布式控制方案中，所有工作站共同完成介質(zhì)訪問控制功能，從而可以動態(tài)的決定發(fā)送數(shù)據(jù)的順序。96集中式的介質(zhì)訪問控制優(yōu)點：可以提供更復(fù)雜、更靈活的控制，例如多種優(yōu)先級，超越優(yōu)先權(quán)，按需分配帶寬等；各個工作站的訪問邏輯比較簡單；避免了復(fù)雜的配合問題。缺點：監(jiān)控站可能造成網(wǎng)絡(luò)中的單點失效；監(jiān)控站可能成為網(wǎng)絡(luò)性能的瓶頸。97分布式的介質(zhì)訪問控制分布式介質(zhì)訪問控制的優(yōu)缺點與集中式是對稱的。在局域網(wǎng)中大多采用分布式介質(zhì)訪問控制。98怎樣控制可分為同步式和異步式控制兩種。同步式控制：對各個連接分配固定的網(wǎng)絡(luò)帶寬。這種技術(shù)應(yīng)用在電路交換、頻分多路和同步時分多路網(wǎng)絡(luò)中，不適合應(yīng)用在局域網(wǎng)中，因為工作站對網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求是無法預(yù)見的。異步式控制：根據(jù)工作站請求的容量分配帶寬。異步分配方法可進一步劃分為循環(huán)、預(yù)約和競爭3種方式。

99（1）循環(huán)式循環(huán)式使每個站輪流得到發(fā)送數(shù)據(jù)的機會。所有的站按照一定的邏輯順序傳遞發(fā)送權(quán)限，以保證每個工作站都能得到發(fā)送機會。這種順序控制可能是集中式的，也可能是分布式的。當(dāng)一段時間內(nèi)有很多站要發(fā)送數(shù)據(jù)，這種循環(huán)方式很有效。如果長時間只有很少的站發(fā)送數(shù)據(jù)，則這種循環(huán)方式的開銷太大。該問題可以用下面兩種方式，即預(yù)約式和競爭式來解決，這取決于網(wǎng)絡(luò)通信是流式的還是突發(fā)式的。100（2）預(yù)約式流式通信是指長時間連續(xù)傳輸，例如語音通信。預(yù)約式控制適合這種通信方式。通常，這種技術(shù)把傳輸介質(zhì)的使用時間劃分為時槽。預(yù)約也分為集中式控制和分布式控制兩種。101（3）競爭式突發(fā)式通信是指短時間的零星傳輸，例如終端和主機之間的通信。這種通信方式適合采用競爭式分配技術(shù)。這種技術(shù)不對各個工作站的發(fā)送權(quán)限進行控制，而是由各個工作站自由競爭發(fā)送機會。這種競爭是零亂無序的，更適合分布式控制。競爭式分配的優(yōu)缺點：優(yōu)點：簡單，在輕負載或者中等負載下效率較高。缺點：當(dāng)負載很重時，其性能下降明顯?！?102邏輯鏈路控制子層（LLC子層）LLC子層的主要功能 數(shù)據(jù)鏈路層中與媒體接入無關(guān)的部分都集中在LLC子層：建立和釋放數(shù)據(jù)鏈路層的邏輯連接；提供與高層的接口；差錯控制；給幀加上序號103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媒體訪問控制MACMAC數(shù)據(jù)鏈路層站點2LLC子層看不見下面的局域網(wǎng)104以后一般不考慮LLC子層隨著技術(shù)的發(fā)展，以太網(wǎng)在局域網(wǎng)市場中已完全取得壟斷性地位，目前已不存在多種局域網(wǎng)技術(shù)并存的問題，而且，LLC是802委員會為屏蔽多種局域網(wǎng)之間的差異而提出的，因此，實際基于以太網(wǎng)的TCP/IP體系結(jié)構(gòu)刪除了LLC子層。很多廠商生產(chǎn)的網(wǎng)絡(luò)接口卡（簡稱“網(wǎng)卡”）上就僅裝有MAC協(xié)議而沒有LLC協(xié)議。網(wǎng)卡工作在物理層和數(shù)據(jù)鏈路層（實際為MAC子層）?！?105主要局域網(wǎng)技術(shù)簡介以太網(wǎng)：由Xerox公司最早開發(fā)，在Xerox、DEC、Intel公司推動下形成DIX標(biāo)準(zhǔn)。最初以太網(wǎng)是指同軸電纜形成的總線拓撲，隨即出現(xiàn)由Hub實現(xiàn)的星型結(jié)構(gòu)，以及用網(wǎng)橋?qū)崿F(xiàn)的橋接式以太網(wǎng)和用交換機實現(xiàn)的交換式以太網(wǎng)。令牌環(huán)網(wǎng)：最早由IBM公司設(shè)計，被IEEE接納，形成IEEE802.5標(biāo)準(zhǔn)。物理上是星型結(jié)構(gòu)，邏輯上是環(huán)形拓撲。過于復(fù)雜已停滯發(fā)展。FDDI：利用環(huán)形拓撲的局域網(wǎng)技術(shù)。應(yīng)用已日漸減少，存在與早期建設(shè)的網(wǎng)絡(luò)中。無線局域網(wǎng)：通過射頻（RF）技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。WLAN設(shè)備通過諸如展頻或正交頻分復(fù)用技術(shù)將數(shù)據(jù)信號調(diào)制在特定頻率的電磁波中進行傳送。IEEE802.11系列文檔提供了WLAN標(biāo)準(zhǔn)。106以太網(wǎng)局域網(wǎng)技術(shù)中最著名和應(yīng)用最廣泛的是以太網(wǎng)（Ethernet），以太網(wǎng)具有傳輸速率高、網(wǎng)絡(luò)軟件豐富、系統(tǒng)功能強、安裝連接簡單和使用維護方便等優(yōu)點，是目前國際上最流行的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之一。以太網(wǎng)的是由施樂公司（Xerox）于1975年研制成功的，到1980年由DEC、Intel和Xerox三家公司聯(lián)合設(shè)計了Ethernet技術(shù)規(guī)范，簡稱DIX規(guī)范。全球90%以上的LAN都是以太網(wǎng)，全球網(wǎng)絡(luò)中以太網(wǎng)端口至少在32億個以上，已安裝的以太網(wǎng)設(shè)備高達幾萬億美元。由于以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)率已演進到100Mb/s、1Gb/s甚至10Gb/s，因此通常就用“傳統(tǒng)以太網(wǎng)”來表示最早流行的10Mb/s速率的以太網(wǎng)。107以太網(wǎng)的結(jié)構(gòu)在IP網(wǎng)絡(luò)中，以太網(wǎng)作為其中一員工作在鏈路層；向上提供鏈路數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，向下需要物理層作為傳輸數(shù)據(jù)流的基礎(chǔ)；在以太網(wǎng)鏈路層，可以進一步劃分成如下子層：LLC和MAC子層；在以太網(wǎng)物理層，可以進一步劃分成如下子層：PLS、PCS和PMA子層。108

1.以太網(wǎng)的兩個標(biāo)準(zhǔn)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)。109以太網(wǎng)物理層標(biāo)準(zhǔn)的簡寫名稱例如：10BASE-5、10BROAD-36、100BASE-T命名方法：XType-Y分為三部分：第一部分：XX表示帶寬，單位為Mbps第二部分：TypeType表示傳輸?shù)男盘栴愋?，BASE表示基帶信號，BROAD表示寬帶信號。第三部分：YY表示以百米為單位的最大長度或者介質(zhì)的類型……………………….110早期以太網(wǎng)技術(shù)介紹名稱速率介質(zhì)類型最大線纜長度10BASE510Mbps粗同軸電纜500m10BASE210Mbps細同軸電纜200m10BASE-T10Mbps雙絞線100mHub10BASE5/10BASE210BASE-T111以太網(wǎng)集線器集線器(Hub)與主機構(gòu)成物理星型拓撲集線器內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，任意時間只有一臺主機能占用總線HostHostHostHost內(nèi)部總線集線器1122.適配器的作用網(wǎng)絡(luò)接口板又稱為通信適配器(adapter)或網(wǎng)絡(luò)接口卡NIC(NetworkInterfaceCard)，或“網(wǎng)卡”。網(wǎng)卡上裝有自己的處理器和存儲器。網(wǎng)卡的重要功能：進行串行/并行轉(zhuǎn)換。對數(shù)據(jù)進行緩存。在計算機的操作系統(tǒng)安裝設(shè)備驅(qū)動程序。實現(xiàn)以太網(wǎng)協(xié)議。數(shù)據(jù)的封裝與解封。鏈路管理主要是CSMA/CD協(xié)議的實現(xiàn)。編碼與譯碼即曼徹斯特編碼與譯碼。1132.網(wǎng)卡的作用網(wǎng)絡(luò)接口板又稱為通信適配器(adapter)或網(wǎng)絡(luò)接口卡NIC(NetworkInterfaceCard)，或“網(wǎng)卡”

以太網(wǎng)網(wǎng)卡114計算機通過網(wǎng)卡和局域網(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)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……………………….115最初的以太網(wǎng)是將許多計算機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，因為總線上沒有有源器件。3.3.2以太網(wǎng)的媒體訪問控制方法B向

D發(fā)送數(shù)據(jù)CDAE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)116以太網(wǎng)的單播與廣播以太網(wǎng)幀中包含兩個MAC地址，一個是發(fā)送者的MAC地址，稱為源MAC地址，另一個是接收者的地址，稱為目的MAC地址。目的為單一站點的發(fā)送稱為單播；目的為全部站點的發(fā)送稱為廣播；目的為某一組特定站點的發(fā)送稱為組播。以太網(wǎng)卡具有過濾功能。網(wǎng)卡只將發(fā)送給自己的幀接收、解封裝并提交給上層協(xié)議處理，對于不是發(fā)送給自己的幀則丟棄。網(wǎng)卡維護一個接收地址表，表中包含自己的MAC地址、廣播地址以及自己所屬的組播MAC地址。117單播與廣播接收地址包括本卡MAC地址、廣播地址和本機所屬組播組地址網(wǎng)卡丟棄與本卡接收地址不匹配的幀網(wǎng)卡解開與本卡接收地址匹配的幀，將數(shù)據(jù)遞交上層處理接收DMAC=00E0.FC01.2222不接收MAC:00E0.FC01.1111MAC:00E0.FC01.2222MAC:00E0.FC01.3333接收DMAC=FFFF.FFFF.FFFF接收MAC:00E0.FC01.1111MAC:00E0.FC01.2222MAC:00E0.FC01.3333單播廣播118以太網(wǎng)的廣播方式發(fā)送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。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。其他所有的計算機（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現(xiàn)了一對一的通信。119為了通信的簡便

以太網(wǎng)采取了兩種重要的措施（1）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)。（2）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(rèn)。不要確認(rèn)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。因此，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。差錯的糾正由高層協(xié)議來完成。120剩下的一個重要問題就是如何協(xié)調(diào)總線上各計算機的工作。由于總線上只要有一臺計算機在發(fā)送數(shù)據(jù)，總線的資源就被占用，因此，在同一時間只能允許一臺計算機發(fā)送數(shù)據(jù)，否則各計算機之間就會相互干擾，結(jié)果大家都無法正常發(fā)送數(shù)據(jù)。這個任務(wù)交由媒體訪問控制（MAC）子層來完成。剩余問題121媒體訪問控制方法要解決以下幾個問題：該哪個結(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)？發(fā)送時會不會出現(xiàn)碰撞？出現(xiàn)碰撞怎么辦？在以太網(wǎng)中，使用的是CSMA/CD協(xié)議來解決以上問題。CSMA/CD協(xié)議是在CSMA協(xié)議的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，而CSMA又是在ALOHA的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。媒體訪問控制要解決的問題122CSMA/CD協(xié)議CSMA/CD表示CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection，全稱為載波監(jiān)聽多路訪問/碰撞檢測。“多路訪問”是指多個結(jié)點共用一個共享的傳輸媒體?！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，繼續(xù)進行監(jiān)聽。123“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。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。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)浪費網(wǎng)絡(luò)資源，然后等待一段隨機時間后再次發(fā)送。碰撞檢測1241kmABtt=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1251kmABt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1261kmABt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

127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

（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。以太網(wǎng)的端到端往返時延2

稱為爭用期，或碰撞窗口。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。128爭用期的長度以太網(wǎng)取512比特（64字節(jié)）時間為爭用期的長度。對于10Mb/s以太網(wǎng)，爭用期為51.2us。以太網(wǎng)在發(fā)送數(shù)據(jù)時，若前64字節(jié)沒有發(fā)生碰撞，則后續(xù)的數(shù)據(jù)就不會發(fā)生碰撞。129最短有效幀長如果發(fā)生碰撞，就一定是在發(fā)送的前64字節(jié)之內(nèi)。由于一檢測到碰撞就立即中止發(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)的幀都是由于碰撞而異常中止的無效幀。130碰撞域（沖突域）碰撞域（collisiondomain）指一個CSMA/CD以太網(wǎng)區(qū)域，同一個碰撞域中的兩個或多個站點同時發(fā)送數(shù)據(jù)就會產(chǎn)生碰撞。

CSMA/CD在碰撞域內(nèi)正常碰撞檢測，超出碰撞域就不能正常工作。以太網(wǎng)64字節(jié)及以上的幀，在一個碰撞域內(nèi)可以保證正常的進行碰撞檢測。若網(wǎng)絡(luò)跨距超過碰撞域的允許范圍，信號的端到端往返時延超過了爭用期，就不能夠正常的進行碰撞檢測了。因此碰撞域限制了CSMA/CD以太網(wǎng)的最大網(wǎng)絡(luò)跨距。131不同網(wǎng)絡(luò)的最小幀長由上述分析可知，為了確保發(fā)送數(shù)據(jù)站點在傳輸時能檢測到可能存在的沖突，數(shù)據(jù)幀的發(fā)送時延至少要兩倍于傳播時延。換句話說，要求分組的長度不短于某個值，否則在檢測出沖突之前傳輸已經(jīng)結(jié)束，但實際上分組已被沖突所破壞。由此引出了CSMA/CD總線網(wǎng)絡(luò)中最短幀長的計算關(guān)系式：=2×任意兩站點間的最大距離（米）信號在信道上的傳播速率（通常為200m/us）最短數(shù)據(jù)幀長（bit）數(shù)據(jù)傳輸速率（Mbps）計算時要注意單位統(tǒng)一。132例1：規(guī)定最小幀的長度為512bit，傳輸速率為10Mb/s，電磁波在電纜中的傳播速率為200m/us。局域網(wǎng)的最大跨距為

m。5120133例2：設(shè)某單位總線LAN,總線長度為1000米,數(shù)據(jù)率為10Mbps,數(shù)字信號在總線上的傳輸速度2C/3(C為光速3*108m/s),則每個信號占據(jù)的介質(zhì)長度為

米.當(dāng)CSMA/CD訪問時,如只考慮數(shù)據(jù)幀而忽略其他一切因素,則最小時間片的長度為

μs,最小幀長度是

位?134(1)答：2c/3=2*3*108/3=2*108(m/s)1000米所需時間為T=1000/2*108=5*10-6秒T時間內(nèi)可傳輸多少位呢？5*10-6*10*106=50bit則1000米上有50位，1位占據(jù)的介質(zhì)長度為20米(2)答：最小時間片的長度=2*傳播時延=2*T=10-5秒=10μs(3)答：最短數(shù)據(jù)幀長(bit)/數(shù)據(jù)傳輸速率(Mbps)＝2T則：最短數(shù)據(jù)幀長=數(shù)據(jù)傳輸速率×2T=10×106×10-5=100(b)135例3：數(shù)據(jù)率為10Mbit/s的以太網(wǎng)的碼元傳輸速率是多少波特？答：以太網(wǎng)使用曼徹斯特編碼，這就意味著發(fā)送的每一位都有兩個信號周期。標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)速率是10Mb/s，因此波特率是數(shù)據(jù)率的兩倍，即20M波特。

136例4：假定1km長的CSMA/CD網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)率為1Gbit/s。設(shè)信號在網(wǎng)絡(luò)上的傳播速率為200000km/s。求能夠使用此協(xié)議的最短幀長。答：對于1km電纜，單程端到端傳播時延為：τ=1÷200000=5×10-6s=5μs，

端到端往返時延為：2τ=10μs

為了能按照CSMA/CD工作，最小幀的發(fā)送時延不能小于10μs(傳輸時延>=2τ)，以1Gb/s速率工作，10μs可發(fā)送的比特數(shù)等于：10×10-6×1×109=10000bit=1250字節(jié)?！?137幀間最小間隔以太網(wǎng)還規(guī)定了幀間最小間隔，為96比特時間，對于10Mb/s以太網(wǎng)，幀間最小間隔是9.6

s。一個站在檢測到總線開始空閑后，如果在96比特時間之內(nèi)仍然是空閑的，才能發(fā)送數(shù)據(jù)。這樣做是為了：為了使剛剛接收到數(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。一個想連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)的站點，在發(fā)送完當(dāng)前幀后，不允許接著發(fā)送下一個幀，必須和其他站點公平競爭發(fā)送下一個幀的機會?？偩€在發(fā)送完一個MAC幀之后，必須回到空閑狀態(tài)，以便在發(fā)送下一個幀時，能夠讓連接在總線上的站點能夠正確檢測到前導(dǎo)碼和幀開始定界符138二進制指數(shù)退避算法在發(fā)送數(shù)據(jù)的過程中發(fā)現(xiàn)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次監(jiān)測信道是否空閑。確定基本退避時間，一般是取為爭用期2。第1次碰撞發(fā)生后，每個站點等待0或1個爭用期后重試；第2次發(fā)生碰撞后，等待時間從0、1、2、3個爭用期中隨機選一個；第3次發(fā)生碰撞后，等待時間從0~23-1個爭用期之間隨機選一個；檢測i