計算機網(wǎng)絡直接連接的網(wǎng)絡

1第3章直接連接的網(wǎng)絡計算機網(wǎng)絡2教學提示教學目的理解數(shù)據(jù)鏈路層服務，掌握可靠數(shù)據(jù)傳輸和多路訪問原理，熟練掌握各種鏈路層協(xié)議與設備重要知識點成幀差錯檢測可靠數(shù)據(jù)傳輸多路訪問技術(shù)學習方法以基礎性問題為中心展開學習

MAC地址CSMA/CD以太網(wǎng)交換機IEEE802.113直連連接的網(wǎng)絡中的機制和設備機制設備在其他層可用4WhatisaLink?4CommunicationMediumNetworkAdapter5數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念

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。

6工作場景最簡單網(wǎng)絡：用某種傳輸媒體連接所有主機涉及數(shù)據(jù)鏈路層技術(shù)單段鏈路使用點到點通信協(xié)議或廣播多路訪問協(xié)議為大型網(wǎng)絡提供某“一跳”的低層通信支撐以太網(wǎng)無線局域網(wǎng)路由器IP網(wǎng)絡通信網(wǎng)7第3章：內(nèi)容提要3.1鏈路層概述3.2成幀3.3差錯檢測和糾正技術(shù)3.4可靠數(shù)據(jù)傳輸原理3.5多路訪問協(xié)議3.6以太網(wǎng)3.7鏈路層交換機3.8802.11無線局域網(wǎng)3.9小結(jié)8鏈路層環(huán)境鏈路層協(xié)議任務：通過單段鏈路，點到點傳送上層數(shù)據(jù)報定義了鏈路兩端結(jié)點間交互的幀格式，以及發(fā)送和接收幀時的操作兩種網(wǎng)絡鏈路類型點對點鏈路廣播鏈路9點對點鏈路：由鏈路一端的單個發(fā)送結(jié)點和鏈路另一端的單個接收結(jié)點組成。這種鏈路使用一對一的點對點通信方式。廣播鏈路：能夠讓多個發(fā)送結(jié)點和接收結(jié)點都連接到單一的，共享的廣播信道上。這種鏈路使用一對多的廣播通信方式。因廣播鏈路上連接的主機很多，必須使用專用的共享鏈路協(xié)議來協(xié)調(diào)這些主機的數(shù)據(jù)發(fā)送。10鏈路層環(huán)境鏈路層環(huán)境重要特點一條路徑上的不同鏈路可運行不同的鏈路層協(xié)議鏈路層協(xié)議提供的服務可以不同通信環(huán)境較為簡單11利用不同交通工具旅游的例子北京杭州黃山首都機場杭州機場黃山火車站12鏈路層的基本服務就是將網(wǎng)絡層分組通過單段通信鏈路從一個結(jié)點移動到相鄰結(jié)點。且其所提供的服務會隨著鏈路層協(xié)議轉(zhuǎn)變而改變。13鏈路層協(xié)議的設計問題1.成幀將數(shù)據(jù)報封裝進幀，加上首部和尾部，幀定界問題2.媒體訪問規(guī)定了結(jié)點在鏈路上傳輸幀的規(guī)則如何共享媒體，如何訪問信道？用媒體訪問控制(MAC)協(xié)議協(xié)調(diào)結(jié)點之間的幀傳輸

3.相連結(jié)點間的可靠交付是網(wǎng)絡中基礎性問題（無差錯的傳輸每個幀）在比特差錯低的鏈路很少使用(光纖，雙絞線)無線鏈路:高差錯率則需要14鏈路層服務的設計問題(續(xù))4.流量控制相鄰發(fā)送和接收結(jié)點間的步調(diào)協(xié)調(diào)（防止接收結(jié)點緩沖區(qū)溢出）5.差錯檢測差錯由信號衰減、噪聲所致接收方檢測出差錯，將幀丟棄發(fā)送方負責重傳通常用硬件實現(xiàn)6.糾錯接收方識別和糾正比特差錯，而不采取重傳15網(wǎng)絡適配器及其與協(xié)議棧功能的關(guān)系問題：鏈路層功能在哪里？網(wǎng)絡適配器設備驅(qū)動程序16網(wǎng)絡適配器也成為網(wǎng)絡接口卡或網(wǎng)卡。網(wǎng)絡適配器通常與系統(tǒng)的I/O總線相連，在結(jié)點內(nèi)存和網(wǎng)絡鏈路之間傳輸數(shù)據(jù)。結(jié)點上運行的一個軟件模塊稱為設備驅(qū)動程序，用來管理網(wǎng)絡適配器。鏈路層功能的主體部分是在網(wǎng)絡適配器中實現(xiàn)的（鏈路層控制器）。1718第3章：內(nèi)容提要3.1鏈路層概述3.2成幀3.3差錯檢測和糾正技術(shù)3.4可靠數(shù)據(jù)傳輸原理3.5多路訪問協(xié)議3.6以太網(wǎng)3.7鏈路層交換機3.8802.11無線局域網(wǎng)3.9小結(jié)19IP數(shù)據(jù)報1010……0110幀取出數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡層鏈路結(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20在分組交換網(wǎng)絡中，結(jié)點交換的是數(shù)據(jù)塊而不是比特流。結(jié)點的網(wǎng)絡適配器通過鏈路層協(xié)議在結(jié)點之間交換幀（一個比特序列）。為了完成幀在結(jié)點之間的傳輸，適配器首先要準確識別這個比特序列具有什么樣的幀結(jié)構(gòu)，即決定幀從哪里開始到哪里結(jié)束。21面向比特的協(xié)議面向比特的協(xié)議把幀看成比特的集合以HDLC協(xié)議為例，用特別的比特序列表示幀的開始和結(jié)束（01111110）比特填充(bitstuffing)法(用于發(fā)送前/接收后)發(fā)送方：報文中5個連續(xù)1，插入0接收方：收到5個連續(xù)1：后為0，去掉；為1，后為0，則幀結(jié)束；否則出錯22PPP協(xié)議點對點協(xié)議(PPP)家庭主機到第一跳路由器的點對點鏈路的鏈路層協(xié)議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)議是家庭用戶的計算機和ISP進行通信時所使用的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議。23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24PPP協(xié)議的幀格式協(xié)議代碼25PPP協(xié)議的幀格式PPP有一個2個字節(jié)的協(xié)議字段。當協(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26面向字節(jié)的協(xié)議早期每幀都看成是字節(jié)的集合保留一組字符為控制字符同步字符SYN；首部開始符SOH；正文開始符STX；正文結(jié)束符ETX；轉(zhuǎn)義字符DLE效率較低，目前已很少使用DLE字符的“轉(zhuǎn)義”作用信息DLESTXADLEBDLEETX在網(wǎng)絡中傳送27第3章：內(nèi)容提要3.1鏈路層概述3.2成幀3.3差錯檢測和糾正技術(shù)奇偶校驗檢驗和方法循環(huán)冗余檢測(CRC)3.4可靠數(shù)據(jù)傳輸原理3.5多路訪問協(xié)議3.6以太網(wǎng)3.7鏈路層交換機3.8802.11無線局域網(wǎng)3.9小結(jié)28為了保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸，在數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)錯誤后，有兩種處理方法，一是檢錯重發(fā)；二是前向糾錯。29處理幀差錯兩種方法檢錯重發(fā)(detectandretransmission)檢測到發(fā)送方報文受損，則通知發(fā)送方重傳副本差錯率低效果好前向糾錯(ForwardErrorCorrection,FEC)糾錯通過“預先”發(fā)送額外信息進行時效性好適用場合檢錯重發(fā)適合鏈路差錯率很低的場合，如有線通信前向糾錯適合對時間要求很高的場合，如航天和實時控制30

為此，首先要檢查出誤碼。這樣就需要在傳輸數(shù)據(jù)時加上能夠檢查出錯誤或能夠定位錯誤的冗余信息。冗余信息——用某種明確定義的算法直接從原始報文中導出的信息。31差錯檢測EDC：差錯檢測和糾錯比特(冗余)D：數(shù)據(jù)由差錯校驗保護，可能包括首部字段

易出現(xiàn)比特錯鏈路

32差錯檢測不是100%可靠!

協(xié)議可能漏掉某些差錯，但是非常少較大的EDC字段產(chǎn)生更好的檢測和糾正一種優(yōu)秀的差錯檢測方法應當滿足：加入的冗余信息較少，而能檢測出所有的差錯。

33差錯檢測方法奇偶校驗檢驗和方法循環(huán)冗余檢驗34奇偶校驗奇偶校驗碼是奇校驗碼和偶校驗碼的統(tǒng)稱，是一種最基本的檢錯碼。用單個奇偶校驗位可檢測出鏈路發(fā)生的單個比特差錯。發(fā)送方發(fā)送的信息由n-1位信息元和1位校驗元組成，可以表示成為（n，n-1）。如果是奇校驗碼，在附加上一個校驗元以后，碼長為n的碼字中“1”的個數(shù)為奇數(shù)個；如果是偶校驗碼，在附加上一個校驗元以后，碼長為n的碼字中“1”的個數(shù)為偶數(shù)個。例：

信息字段

奇校驗碼

偶校驗碼

0110001

01100010

01100011編碼效率：Q/(Q+1)

(信息字段占Q個比特)35奇偶校驗二維比特奇偶校驗:檢測到所有1,2,3個比特差錯和大部分4bit差錯和糾正1個比特差錯。00奇偶差錯奇偶差錯可糾正的單比特差錯無差錯36檢驗和方法檢驗和方法（可用于因特網(wǎng)網(wǎng)絡層）思想：將傳輸?shù)乃凶止?jié)當做整數(shù)加起來，其和作為檢驗和，然后將這個檢驗和連同數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇邮辗?，接收方對收到的?shù)據(jù)執(zhí)行相同的計算，再把得到的結(jié)果與收到的檢驗和進行比較。因特網(wǎng)檢驗和就基于這種方法。37因特網(wǎng)檢驗和發(fā)送方:將段內(nèi)容作為16比特整數(shù)序列來處理檢驗和:連續(xù)兩兩求和，校驗和為和的反碼發(fā)送方將檢驗和的值放入

檢驗和字段接收方:計算接收到段的檢驗和檢查是否計算的檢驗和等于檢驗和字段的值:NO–

檢測到差錯YES–

沒有檢測到差錯，仍可能有錯目標：檢測傳輸段中的“差錯”(如比特翻轉(zhuǎn))38因特網(wǎng)檢驗和例子注意：當作加法時，最高位進比特位的進位需要加到結(jié)果中例子：

3個16bit的整數(shù)1100011001100110，1111010101010101，1000111100001100相加1

1100011001100110

111

1010101010101110111011101110111

1011101110111100100011110000110010100101011001000010010101100100111011010100110110回卷和檢查和(求反)和回卷39因特網(wǎng)檢驗和檢錯效果

對不同的報文，容易找到具有相同檢驗和的另一段報文:IOU100.99BOB494F553130302E393942D242messageASCIIformatB2C1D2ACIOU900.19BOB494F553930302E313942D242messageASCIIformatB2C1D2AC不同的報文但相同的檢驗和!效果不好!

報文

報文ASCII形式ASCII形式40循環(huán)冗余檢驗為了提供很強的差錯檢測能力，現(xiàn)代計算機網(wǎng)絡普遍在鏈路層用硬件芯片實現(xiàn)了基于循環(huán)冗余檢驗（CRC—CyclicRedundancyCheck）編碼的差錯檢驗技術(shù)。

41循環(huán)冗余檢驗的原理

假設待傳送的數(shù)據(jù)M=1010001101（共kbit）。發(fā)送方和接收方協(xié)商一個mbit的除數(shù)P即可確定我們在數(shù)據(jù)M的后面添加的供差錯檢測用冗余碼的長度為nbit（n=m-1）。

42冗余碼的計算

用二進制的模2

運算進行2n乘M的運算，這相當于在M后面添加n個0。得到的(k+n)bit的數(shù)除以事先選定好的長度為mbit

的數(shù)P，得出商是Q而余數(shù)是R（即為所求的冗余碼），所得余數(shù)R比除數(shù)P至少要少1個比特。

43設

M=1010001101,P=110101，即

n=5,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。44

1101010110

←

Q

商

除數(shù)

P→

110101101000110100000

←

2nM被除數(shù)

110101

111011

110101

111010

110101

111110

110101

101100

110101

110010

110101

01110

←

R

余數(shù)45接收方如何檢測呢？用接收端收到得數(shù)據(jù)除以P（發(fā)送端事先定好的那個）如果所得余數(shù)為0，則在傳輸過程中沒有產(chǎn)生誤碼；如果所得余數(shù)不為0，則在傳輸過程中產(chǎn)生了誤碼；46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。一旦檢測出差錯，就丟棄這個出現(xiàn)差錯的幀。注意：能不能說所得余數(shù)為0，就肯定沒有出現(xiàn)差錯？只要經(jīng)過嚴格的挑選，并使用位數(shù)足夠多的除數(shù)P，那么出現(xiàn)檢測不到的差錯的概率就很小很小。

檢測出錯了？47

任何一個由二進制數(shù)位串組成的代碼可以和一個只含有0和1兩個系數(shù)的多項式建立一一對應的關(guān)系。

例如，代碼1010111對應的多項式為X6+X4+X2+X+1，而多項式X5+X3+X2十X十1對應的代碼為101111。48目前，廣泛使用的除數(shù)P主要有四種:CRC12＝X12十X11十X3十X2+1CRC16＝X16十X15十X2十1(IBM公司)CRC16＝X16十X12十X5十1(CCITT)CRC32＝X32十X26十X23十X22十X16十X11十X10十X8十X7十X5十X4十X2+X+1

49應當注意

僅用循環(huán)冗余檢驗CRC差錯檢測技術(shù)只能做到無差錯接受(accept)?！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差錯”（有差錯的幀就丟棄而不接受）。傳輸差錯可分為兩大類：幀出現(xiàn)比特差差錯；幀丟失、幀重復和幀失序。“可靠傳輸”（即發(fā)送什么就收到什么）就必須再加上幀編號、確認和重傳機制。

50第3章：內(nèi)容提要3.1鏈路層概述3.2成幀3.3差錯檢測和糾正技術(shù)3.4可靠數(shù)據(jù)傳輸原理設計可靠數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議流水線可靠數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議回退N步協(xié)議選擇重傳協(xié)議3.5多路訪問協(xié)議3.6以太網(wǎng)3.7鏈路層交換機3.8802.11無線局域網(wǎng)3.9小結(jié)51可靠數(shù)據(jù)傳輸：服務模型與服務實現(xiàn)可靠數(shù)據(jù)傳輸是互聯(lián)網(wǎng)中最為重要的問題之一該問題在多層協(xié)議中出現(xiàn)一般服務模型52設計可靠數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議基本思想：在分組傳輸過程進行差錯檢測，一旦接收方發(fā)現(xiàn)差錯，就應當告知發(fā)送方，由發(fā)送方重傳該分組學習方法：研究一系列協(xié)議，一步解決一個問題，直至實用53設計可靠數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議：SW0協(xié)議前提條件：信道不丟包解決方案：接到正確PKT，發(fā)送一個肯定確認(ACK)收到錯誤PKT，發(fā)送一個否定確認(NAK)，重傳原PKT停止等待(stop-and-wait,SW)協(xié)議實用中有不少漏洞54設計可靠數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議：SW1協(xié)議條件：信道丟包SW0的發(fā)送方會一直等待ACK，引起協(xié)議死鎖解決方案：增加超時定時器每發(fā)PKT，啟動超時定時器，稱為超時重傳機制重傳時間略大于平均RTT無需NAK（否認確認）55設計可靠數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議：SW2協(xié)議條件：確認分組丟失出現(xiàn)了分組冗余的差錯解決方案：增加一種新機制：發(fā)送序號序號空間要較小如發(fā)送序號3bit，在0~7間循環(huán)使用56設計可靠數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議：SW3協(xié)議對確認進行編號？收到重復的確認，無法分辨對應哪個分組解決方案：增加確認序號機制，分辨出確認對應哪個分組綜合以上機制為SW協(xié)議，或自動重傳請求(ARQ)設計可靠數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議機制：差錯檢測、接收方確認(肯定/否定)、重傳、定時器和序號(數(shù)據(jù)和確認)57第3章：內(nèi)容提要3.1鏈路層概述3.2成幀3.3差錯檢測和糾正技術(shù)3.4可靠數(shù)據(jù)傳輸原理設計可靠數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議流水線可靠數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議回退N步協(xié)議選擇重傳協(xié)議3.5多路訪問協(xié)議3.6以太網(wǎng)3.7鏈路層交換機3.8802.11無線局域網(wǎng)3.9小結(jié)58流水線協(xié)議2.5Gbps光傳輸系統(tǒng)，RTT為35ms。分組長L＝1,500byte，發(fā)送時延信道的利用率改進停止等待協(xié)議，提高傳輸效率59流水線:提高協(xié)議利用率60可連續(xù)發(fā)送若干個分組，提高信道利用率實際的協(xié)議一次至少允許連續(xù)發(fā)送256個分組，協(xié)議效率至少提高256倍!看似n個分組被填充到一條流水線上，故此技術(shù)被稱為流水線61流水線傳輸流水線:發(fā)送方允許發(fā)送多個、傳輸中、未應答的分組，不必每發(fā)完一個分組就停頓下來等待對方的確認。由于信道上一直有數(shù)據(jù)不間斷地傳送，這種傳輸方式可獲得很高的信道利用率。B分組ttAACK62流水線協(xié)議必須增加序號范圍發(fā)送方和/或接收方設有緩沖兩種流水線協(xié)議:

回退N步（go-Back-N）,選擇性重傳（S-R）63第3章：內(nèi)容提要3.1鏈路層概述3.2成幀3.3差錯檢測和糾正技術(shù)3.4可靠數(shù)據(jù)傳輸原理設計可靠數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議流水線可靠數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議回退N步協(xié)議選擇重傳協(xié)議3.5多路訪問協(xié)議3.6以太網(wǎng)3.7鏈路層交換機3.8802.11無線局域網(wǎng)3.9小結(jié)64如何處理流水線差錯？使用流水線技術(shù)傳輸分組時，若出現(xiàn)接收方或網(wǎng)絡來不及處理這些分組情況，就會導致丟包。當流水線差錯時，對所需序號窗口和緩沖的要求取決于數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議處理丟失、損壞及時延過大分組的方式恢復流水線差錯的兩種基本方法回退N步(Go-Back-N，GBN)選擇重傳(SelectiveRepeat,SR)65GBN協(xié)議在流水線傳輸?shù)幕A上。通過發(fā)送窗口機制來限制發(fā)送方連續(xù)發(fā)送分組的個數(shù)。回退N步協(xié)議(Go-Back-N)66回退N步協(xié)議(Go-Back-N)發(fā)送方:在分組首部需要K比特序號，2k=N（序號循環(huán)使用）“窗口”最大為N,允許連續(xù)發(fā)送N個沒有應答分組滑動窗口(流水線)已確認已發(fā)送但未確認可用但未發(fā)送不可用窗口長度N發(fā)送基序號下一個序號67發(fā)送窗口機制123456789101112(a)發(fā)送方維持發(fā)送窗口（發(fā)送窗口是5）發(fā)送窗口(b)收到對第一個分組的確認后發(fā)送窗口向前滑動向前123456789101112發(fā)送窗口位于發(fā)送窗口的中的分組可以連續(xù)發(fā)送出去，而不需要等待對方的確認信息68GBN協(xié)議注意點接收方按序根據(jù)滑動窗口的序號接收分組GBN協(xié)議的接收窗口的長度為1窗口中失序的分組將被丟棄（接收方除了丟棄失序分組外，還要對最近按序接收的分組進行確認）發(fā)送方采用超時機制來重傳出現(xiàn)丟失會差錯的分組接收方可采用累積確認的方式69GBN協(xié)議例子發(fā)送窗口為3，序號范圍為[0，3]70第3章：內(nèi)容提要3.1鏈路層概述3.2成幀3.3差錯檢測和糾正技術(shù)3.4可靠數(shù)據(jù)傳輸原理設計可靠數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議流水線可靠數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議回退N步協(xié)議選擇重傳協(xié)議3.5多路訪問協(xié)議3.6以太網(wǎng)3.7鏈路層交換機3.8802.11無線局域網(wǎng)3.9小結(jié)71選擇性重傳(SelectiveRepeat)問題：GBN是否還能夠改善？(單一差錯可能導致大量不必要重傳)接收方可分別確認所有正確接收的報文段緩存失序分組,以便最后按序交付給上層發(fā)送方只需要重傳沒有收到ACK的分組發(fā)送方定時器對每個分組計時發(fā)送窗口N個連續(xù)的序號也需要限制已發(fā)送但尚未應答分組的序號72選擇性重傳:發(fā)送方/接收方窗口a.發(fā)送方看到的序號b.接收方看到的序號已經(jīng)確認可用，還未發(fā)送發(fā)送，還未確認不可用可接受（窗口內(nèi)）失序(已緩存)但已被確認期待，還未收到不可用窗口長度N窗口長度N發(fā)送基序號接收基序號下一個序號73選擇性重傳算法上層傳來數(shù)據(jù):如果窗口中下一個序號可用,發(fā)送報文段timeout(n):重傳丟失分組n,重啟其計時器ACK(n)在[發(fā)送基,發(fā)送基+N]:標記分組n已經(jīng)收到如果n是最小未收到應答的分組，向前滑動窗口基指針到下一個未確認序號發(fā)送方分組n在[接收基,接收基+N-1]發(fā)送ACK(n)失序:緩存按序:交付(也交付所有緩存的按序分組),向前滑動窗口到下一個未收到報文段的序號分組n在[接收基-N,接收基-1]ACK(n)其他:忽略接收到的分組接收方74選擇重傳的例子75SR:窗口長度問題（序號空間有限時）例子:序號:0,1,2,3窗口長度=3接收方：在(a)和(b)兩種情況下，接收方?jīng)]有發(fā)現(xiàn)兩者間的差別!在(a)和(b)接收方無法區(qū)分接收到的分組是重傳的還是新的。問題:

序號長度與窗口長度有什么關(guān)系?回答：窗口長度小于等于序號空間的一半76可靠數(shù)據(jù)傳輸機制及用途小結(jié)機制用途和說明檢驗和用于檢測在一個傳輸分組中的比特錯誤。定時器用于超時/重傳一個分組，可能因為該分組（或其ACK）在信道中丟失了。由于當一個分組被時延但未丟失（過早超時），或當一個分組已被接收方收到但從接收方到發(fā)送方的ACK丟失時，可能產(chǎn)生超時事件，所以接收方可能會收到一個分組的多個冗余拷貝。序號用于為從發(fā)送方流向接收方的數(shù)據(jù)分組按順序編號。所接收分組的序號間的空隙可使該接收方檢測出丟失的分組。具有相同序號的分組可使接收方檢測出一個分組的冗余拷貝。確認接收方用于告訴發(fā)送方一個分組或一組分組已被正確地接收到了。確認報文通常攜帶著被確認的分組或多個分組的序號。確認可以是逐個的或累積的，這取決于協(xié)議。否定確認接收方用于告訴發(fā)送方某個分組未被正確地接收。否定確認報文通常攜帶著未被正確接收的分組的序號。窗口、流水線發(fā)送方也許被限制僅發(fā)送那些序號落在一個指定范圍內(nèi)的分組。通過允許一次發(fā)送多個分組但未被確認，發(fā)送方的利用率可在停等操作模式的基礎上得到增加。窗口長度可根據(jù)接收方接收和緩存報文的能力或網(wǎng)絡中的擁塞程度，或兩者情況來進行設置。77第3章：內(nèi)容提要3.1鏈路層概述3.2成幀3.3差錯檢測和糾正技術(shù)3.4可靠數(shù)據(jù)傳輸原理3.5多路訪問協(xié)議信道劃分協(xié)議輪流協(xié)議隨機接入?yún)f(xié)議3.6以太網(wǎng)3.7鏈路層交換機3.8802.11無線局域網(wǎng)3.9小結(jié)78多路訪問(multipleaccess)鏈路和協(xié)議多路訪問多個發(fā)送/接收結(jié)點同時使用廣播信道，如何協(xié)調(diào)它們共享一個信道局域網(wǎng)環(huán)境，密集端系統(tǒng)通常使用多路訪問方式應用場景：信道資源緊缺，大量端系統(tǒng)或者頻繁訪問網(wǎng)絡，或者以較小概率訪問網(wǎng)絡79多路訪問協(xié)議：共享單一廣播信道兩個或更多結(jié)點并行傳輸

相互干擾碰撞：如果結(jié)點同時接收到兩個或更多信號多路訪問協(xié)議決定結(jié)點怎樣共享信道的分布式算法，如：決定何時結(jié)點能夠傳輸？出現(xiàn)碰撞時如何解決？共享信道的通信必須使用信道本身!不能用帶外信道來協(xié)調(diào)80理想的多路訪問協(xié)議速率Rbps的廣播信道1.當只有一個結(jié)點時，能夠以速率R發(fā)送2.當有M個結(jié)點時，每個能以平均速率R/M發(fā)送3.分布式:無特殊結(jié)點來協(xié)調(diào)傳輸無同步時鐘、時隙4.簡單81多路訪問協(xié)議:分類有3種類型:信道劃分將信道劃分為較小的“段”

(時隙，頻率，編碼)為每個結(jié)點分配一部分專用輪流結(jié)點輪流，信息較多的輪流發(fā)送的時間較長隨機訪問不劃分信道，允許碰撞設法從“碰撞”恢復問題：協(xié)議應用場景不同，設計協(xié)議的方法是否有所不同？82信道劃分協(xié)議:TDMATDMA:時分多路訪問

“循環(huán)”訪問信道每個站點在每個循環(huán)中獲得固定長度時隙(長度=分組傳輸時間)不使用的時隙則空閑例子：6個站點的LAN,時隙1、3、4有分組,時隙2、5、6空閑(浪費)83信道劃分協(xié)議:FDMAFDMA:頻分多路訪問

信道頻譜劃分為頻帶每個站點分配固定的頻帶頻帶中未使用的傳輸時間空閑例子：6個站點的LAN,頻帶1、3、4有分組,頻帶2、5、6空閑(浪費)84FDM和TDM特點消除了碰撞且公平結(jié)點在每個幀時間內(nèi)得到了專用的傳輸速率R/Nbps若系統(tǒng)僅有少數(shù)幾個有大量分組要發(fā)送的結(jié)點分配的頻率或時隙被浪費適合場合所有結(jié)點都持續(xù)有大量數(shù)據(jù)發(fā)送CDMA是另一種信道劃分協(xié)議2.3.2節(jié)85第3章：內(nèi)容提要3.1鏈路層概述3.2成幀3.3差錯檢測和糾正技術(shù)3.4可靠數(shù)據(jù)傳輸原理3.5多路訪問協(xié)議信道劃分協(xié)議輪流協(xié)議隨機接入?yún)f(xié)議3.6以太網(wǎng)3.7鏈路層交換機3.8802.11無線局域網(wǎng)3.9小結(jié)86兩種輪流協(xié)議輪詢(有中心):

主結(jié)點“邀請”從結(jié)點依次傳輸關(guān)注問題:輪詢開銷時延單點故障(主結(jié)點)令牌傳遞(無中心):控制令牌從一個結(jié)點順序地傳遞到下一個令牌報文關(guān)注問題:令牌開銷時延單點故障(令牌消失)適用于希望共享信道但卻無法預測訪問結(jié)點的數(shù)量的場景87第3章：內(nèi)容提要3.1鏈路層概述3.2成幀3.3差錯檢測和糾正技術(shù)3.4可靠數(shù)據(jù)傳輸原理3.5多路訪問協(xié)議信道劃分協(xié)議輪流協(xié)議隨機接入?yún)f(xié)議3.6以太網(wǎng)3.7鏈路層交換機3.8802.11無線局域網(wǎng)3.9小結(jié)88隨機訪問協(xié)議大量結(jié)點以小概率發(fā)送分組以信道全部速率R傳輸結(jié)點間無優(yōu)先權(quán)協(xié)調(diào)兩個或更多傳輸結(jié)點發(fā)送?

“碰撞”(小概率)隨機訪問協(xié)議定義了:如何檢測碰撞如何從碰撞中恢復(例如，經(jīng)延遲后重新傳輸)隨機訪問協(xié)議的實例:ALOHA時隙ALOHACSMA,CSMA/CD,CSMA/CA89ALOHA協(xié)議

一種用于解決在分組無線通信系統(tǒng)中分配廣播信道的分布式方法假定所有幀有相同長度結(jié)點隨時傳輸幀結(jié)點是異步的如果2+結(jié)點同時傳輸，所有結(jié)點檢測碰撞操作當結(jié)點獲得新幀，將隨時傳輸無碰撞，結(jié)點能夠繼續(xù)發(fā)送新幀如果碰撞，結(jié)點能夠檢測到，以概率P重傳幀90時隙ALOHA特點單個活躍結(jié)點能夠連續(xù)地以信道的全速傳輸結(jié)點中的時隙需要同步簡單碰撞，浪費時隙空閑時隙結(jié)點能以小于傳輸分組的時間檢測到碰撞節(jié)點時鐘同步困難91在時隙ALOHA協(xié)議和純ALOHA協(xié)議中,一個結(jié)點的成功傳輸取決于連接在這個廣播信道上的其他結(jié)點的活動。由于無線信道的特點，傳輸結(jié)點有時無法得知其他結(jié)點的活動情況。有線局域網(wǎng)中就不一樣了。92CSMA(載波偵聽多路訪問)CSMA:

工作原理：發(fā)送前監(jiān)聽。每個站點在發(fā)送數(shù)據(jù)之前要監(jiān)聽信道上是否有數(shù)據(jù)在傳送。若有，則此站不能發(fā)送，以免發(fā)生碰撞，需等待一段時間后重試。人類類比：

不要打斷他人說話!避免兩人同時講話!CSMA用于有線，ALOHA用于無線93CSMA：載波監(jiān)聽多點訪問載波監(jiān)聽策略：非堅持CSMA：一旦監(jiān)聽到信道忙，就不再監(jiān)聽；延遲一個隨機時間后再次監(jiān)聽。堅持CSMA：監(jiān)聽到信道忙時，仍繼續(xù)監(jiān)聽，直到信道空閑。

1-堅持CSMA：一聽到信道空閑就立即發(fā)送數(shù)據(jù)

p-堅持CSMA：聽到信道空閑時，以概率p發(fā)送數(shù)據(jù)（以概率1-p延遲一段時間后再發(fā)送）94CSMA：載波監(jiān)聽多點訪問CSMA技術(shù)能解決發(fā)送時出現(xiàn)的沖突現(xiàn)象幀在發(fā)送過程中有可能出現(xiàn)“碰撞”CSMA技術(shù)不能解決發(fā)送中出現(xiàn)的沖突現(xiàn)象

95問題：

既然發(fā)送前已經(jīng)監(jiān)聽到信道空閑，為什么發(fā)送時還要繼續(xù)監(jiān)聽信道？96電磁波在總線上的有限傳播速率的影響

當某個站監(jiān)聽到總線是空閑時，也可能總線并非真正是空閑的。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B之前發(fā)送自己的幀(因為這時B的載波監(jiān)聽檢測不到A所發(fā)送的信息)，則必然要在某個時間和A發(fā)送的幀發(fā)生碰撞。碰撞的結(jié)果是兩個幀都變得無用。

97CSMA碰撞碰撞:整個分組傳輸時間被浪費產(chǎn)生碰撞的分組變得無用注意:距離與傳播時延在決定碰撞概率中的作用98CSMA/CD(碰撞檢測)CSMA/CD:

傳送過程中也進行載波偵聽在短時間內(nèi)檢測到碰撞碰撞的傳輸盡快結(jié)束，以減少信道浪費碰撞檢測:

在有線的LAN中容易:測量信號強度，比較傳輸?shù)暮徒邮盏男盘栐跓o線LAN中困難：碰撞可能聽不到人類類比:禮貌的交談者問題：能否進一步提高CSMA效率？99CSMA/CD的基本工作原理工作原理：每個站發(fā)送數(shù)據(jù)前先監(jiān)聽信道是否空閑，若空閑則立即發(fā)送數(shù)據(jù)。在發(fā)送時，邊發(fā)送邊檢測。若檢測到?jīng)_突，則立即停止發(fā)送。等待一段隨機時間（稱為退避）以后，再重新嘗試。CSMA/CD可歸結(jié)為四句話：

發(fā)前先監(jiān)聽空閑即發(fā)送邊發(fā)邊檢測沖突時退避1001kmABt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

1011kmABt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=

ABABABt=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

102強化碰撞

當發(fā)送數(shù)據(jù)的站一旦發(fā)現(xiàn)發(fā)生了碰撞時，除了立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)外，還要再繼續(xù)發(fā)送若干比特的阻塞信號(jammingsignal)，以便讓所有用戶都知道現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)生了碰撞。

103數(shù)據(jù)幀干擾信號

TJ阻塞信號

ABTBt

B發(fā)送數(shù)據(jù)A檢測到?jīng)_突開始沖突信道占用時間A發(fā)送數(shù)據(jù)B也能夠檢測到?jīng)_突，并立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)幀，接著就發(fā)送干擾信號。這里為了簡單起見，只畫出A發(fā)送干擾信號的情況。104多路訪問協(xié)議比較信道劃分協(xié)議在高負載時高效、公平地共享信道低負載時低效：信道訪問中延時，當1個活躍結(jié)點時，甚至僅有分配了1/N帶寬!隨機訪問協(xié)議低負載是有效：單個結(jié)點能夠全面利用信道高負載：碰撞開銷大輪流協(xié)議兼有兩方面的優(yōu)點!105多路訪問協(xié)議小結(jié)問題：對共享媒體你需要做些什么?信道劃分,通過時間、頻率或編碼時分,頻分輪流從中心站點輪詢，令牌傳遞隨機劃分(動態(tài)的),ALOHA,S-ALOHA,CSMA,CSMA/CD載波偵聽:在某些技術(shù)(有線)中容易，在另一些(無線)中困難CSMA/CD用在以太網(wǎng)中CSMA/CA用在802.11中106第3章：內(nèi)容提要3.1鏈路層概述3.2成幀3.3差錯檢測和糾正技術(shù)3.4可靠數(shù)據(jù)傳輸原理3.5多路訪問協(xié)議3.6以太網(wǎng)MAC地址CSMA/CD以太網(wǎng)技術(shù)標準3.7鏈路層交換機3.8802.11無線局域網(wǎng)3.9小結(jié)107以太網(wǎng)(Ethernet)以太網(wǎng)——占統(tǒng)治地位的有線LAN技術(shù)來自20世紀70年代在20世紀80年代和90年代早期，流行的局域網(wǎng)技術(shù)主要有兩類：一類以太網(wǎng)局域網(wǎng)，它基于隨機接入?yún)f(xié)議；另一類令牌傳遞技術(shù)局域網(wǎng)，它基于令牌傳遞協(xié)議。108以太網(wǎng)(Ethernet)占統(tǒng)治地位的有線LAN技術(shù)（簡單者生存）：

率先廣泛使用的LAN技術(shù)100Mbs網(wǎng)卡低于$10!比令牌LAN和ATM等更簡單、便宜在速率競賽中取勝:10Mbps~10GbpsMetcalfe的以太網(wǎng)草圖109從總線拓撲到星型拓撲到20世紀90年代，總線拓撲流行使用總線拓撲的以太網(wǎng)是一種廣播局域網(wǎng)總線：同軸電纜110從總線拓撲到星型拓撲到20世紀90年代后期，集線器出現(xiàn)使以太網(wǎng)在物理上呈星型拓撲結(jié)構(gòu)，而邏輯上讓保持為總線結(jié)構(gòu)，提高了以太網(wǎng)的可靠性集線器是一種物理層設備，它作用于各個比特而不是作用于幀如果集線器同時從兩個不同的接口接收到比特，將出現(xiàn)一次碰撞，必須重新傳輸它們。111從總線拓撲到星型拓撲交換機的出現(xiàn)使以太網(wǎng)升級為交換以太網(wǎng)交換以太網(wǎng)不僅是無碰撞的，還是存儲轉(zhuǎn)發(fā)的中心為交換機（二層設備）交換機星形112MAC地址點對點鏈路：廣播鏈路：多個結(jié)點之間為了進行通信，每個結(jié)點都必須具有唯一的標識。即鏈路層地址。113MAC地址以太網(wǎng)工作在數(shù)據(jù)鏈路層，以太網(wǎng)適配器具有唯一的鏈路層地址。LAN地址=物理地址=MAC地址，通常用6字節(jié)16進制表示如1a-03-65-3F-2e-46共有248個LAN地址IEEE地址分配方式：固定前24bit，公司生成后24bit，每個適配器具有唯一MAC地址適配器的MAC地址具有扁平(沒有層次)結(jié)構(gòu)，且保持不變114MAC地址與MAC地址形成對照的是，IP地址（網(wǎng)絡層地址）是有層次結(jié)構(gòu)的，且當主機移動時，IP地址通常需要改變MAC地址<——>身份證號IP地址<——>郵政地址就像郵政地址和身份證號都有特定用途一樣，一個結(jié)點必須同時具有MAC地址和IP地址115網(wǎng)卡檢查MAC地址

網(wǎng)卡從網(wǎng)絡上每收到一個數(shù)據(jù)幀就首先用硬件檢查該數(shù)據(jù)幀中的MAC地址。如果是發(fā)往本站的幀則收下，然后再進行其他的處理。否則就將此幀丟棄，不再進行其他的處理?！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）116以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)發(fā)送端適配器在以太網(wǎng)幀中封裝上層數(shù)據(jù)如：IP數(shù)據(jù)報。117以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)MAC幀物理層MAC層IP層以太網(wǎng)V2MAC幀目的地址源地址類型數(shù)據(jù)FCS6624字節(jié)46~1500IP數(shù)據(jù)報1010101010101010101010101010101011前同步碼幀開始定界符7字節(jié)1字節(jié)…8字節(jié)插入前導碼:為了達到比特同步，需增加8個字節(jié)，其中，第一個字段共7個字節(jié)，是前同步碼，用來迅速實現(xiàn)MAC幀的比特同步。第二個字段是幀開始定界符，表示后面的信息就是MAC幀。118以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)MAC幀物理層MAC層IP層以太網(wǎng)V2MAC幀目的地址源地址類型數(shù)據(jù)FCS6624字節(jié)46~1500IP數(shù)據(jù)報目的地址字段6字節(jié)源地址字段6字節(jié)119以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)MAC幀物理層MAC層IP層以太網(wǎng)V2MAC幀目的地址源地址類型數(shù)據(jù)FCS6624字節(jié)46~1500IP數(shù)據(jù)報類型字段2字節(jié)

類型字段用來標志上一層使用的是什么協(xié)議，以便把收到的MAC幀的數(shù)據(jù)上交給上一層的這個協(xié)議。120以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)MAC幀物理層MAC層IP層以太網(wǎng)V2MAC幀目的地址源地址類型數(shù)據(jù)FCS6624字節(jié)46~1500IP數(shù)據(jù)報

數(shù)據(jù)字段的最小長度=最小長度64字節(jié)

18字節(jié)的首部和尾部。當數(shù)據(jù)字段的長度小于46字節(jié)時，應在數(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)。數(shù)據(jù)字段46~1500

字節(jié)FCS字段4

字節(jié)121幀的長度不是整數(shù)個字節(jié)；用收到的幀檢驗序列

FCS查出有差錯；數(shù)據(jù)字段的長度不在46~1500字節(jié)之間。注意：對于檢查出的無效MAC幀就簡單地丟棄。以太網(wǎng)不負責重傳丟棄的幀。

無效的MAC幀

122為了通信的簡便

以太網(wǎng)采取了不可靠、無連接服務無連接:

在發(fā)送和接收適配器之間不必先建立連接就可以直接發(fā)送數(shù)據(jù)。不可靠:

接收適配器不向發(fā)送適配器發(fā)送應答或否定應答這樣做的理由是局域網(wǎng)信道的質(zhì)量很好，因信道質(zhì)量產(chǎn)生差錯的概率是很小的。

以太網(wǎng)提供的服務是不可靠的交付，即盡最大努力的交付。123當目的站收到有差錯的數(shù)據(jù)幀時就丟棄此幀，其他什么也不做。差錯的糾正由高層來決定。如果應用程序使用TCP，將能彌補丟包否則，應用程序?qū)l(fā)現(xiàn)丟包如果高層發(fā)現(xiàn)丟失了一些數(shù)據(jù)而進行重傳，但以太網(wǎng)并不知道這是一個重傳的幀，而是當作一個新的數(shù)據(jù)幀來發(fā)送。

124第3章：內(nèi)容提要3.1鏈路層概述3.2成幀3.3差錯檢測和糾正技術(shù)3.4可靠數(shù)據(jù)傳輸原理3.5多路訪問協(xié)議3.6以太網(wǎng)MAC地址CSMA/CD以太網(wǎng)技術(shù)標準3.7鏈路層交換機3.8802.11無線局域網(wǎng)3.9小結(jié)當多個結(jié)點通過集線器互聯(lián)時，該以太網(wǎng)形成了一個總線廣播信道。若某適配器傳輸一幀，局域網(wǎng)上的所有適配器都能收到幀。這時需要多路訪問協(xié)議來解決幀之間的碰撞。125126以太網(wǎng)協(xié)議(CSMA/CD)1.適配器從網(wǎng)絡層接收數(shù)據(jù)報并生成幀2.如果適配器感知信道空閑，它開始傳輸幀；如果它感知信道忙，等待信道空閑再傳輸3.當適配器傳輸整個幀時，一直檢測另一個幀的傳輸4.如果適配器傳輸過程中檢測到另一次傳輸,中止并發(fā)送強化沖突信號5.中止后,適配器進入指數(shù)回退:在第m次碰撞后,適配器隨機地從{0,1,2,…,2m-1}選擇一個K值。適配器等待K*512比特時間并返回到第2步127以太網(wǎng)協(xié)議(CSMA/CD)(續(xù))強化沖突信號:

確保所有的其他傳輸方都知道碰撞;48bit長比特時間:

對10Mbps以太網(wǎng)傳每比特需0.1μs;對K=1023,等待時間約為50msec

若碰撞次數(shù)達到16次，則放棄傳輸。指數(shù)回退:

目標：估計當前負載，適應重傳嘗試重負載:隨機等待時間更長首次碰撞后:從{0,1}中選擇K；時延是K*512bit傳輸時間第二次碰撞后:從{0,1,2,3}選擇K10次碰撞后,從{0,1,2,3,4,…,1023}選擇K128CSMA/CD效率τ=LAN中的2站點之間的最大傳播時間T0=傳輸最長幀的時間隨著τ趨于0,效率趨于1隨著T0趨于無窮大，效率趨于1比ALOHA好得多,簡單且便宜

129第3章：內(nèi)容提要3.1鏈路層概述3.2成幀3.3差錯檢測和糾正技術(shù)3.4可靠數(shù)據(jù)傳輸原理3.5多路訪問協(xié)議3.6以太網(wǎng)MAC地址CSMA/CD以太網(wǎng)技術(shù)標準3.7鏈路層交換機3.8802.11無線局域網(wǎng)3.9小結(jié)130802.3以太網(wǎng)標準:鏈路&物理層許多不同的以太網(wǎng)標準共同的MAC協(xié)議和幀格式不同的速率:2Mbps,10Mbps,100Mbps,1Gbps,10Gbps不同的物理層媒體應用層運輸層網(wǎng)絡層鏈路層物理層MAC協(xié)議和幀格式100BASE-TX100BASE-T4100BASE-FX100BASE-T2100BASE-SX100BASE-BX光纖物理層銅(雙絞線)物理層131第3章：內(nèi)容提要3.1鏈路層概述3.2成幀3.3差錯檢測和糾正技術(shù)3.4可靠數(shù)據(jù)傳輸原理3.5多路訪問協(xié)議3.6以太網(wǎng)3.7鏈路層交換機轉(zhuǎn)發(fā)和過濾自學習鏈路層交換機的性質(zhì)3.8802.11無線局域網(wǎng)3.9小結(jié)132集線器的一些特點

集線器的主要功能是對接收到的信號進行再生整形放大，以擴大網(wǎng)絡的傳輸距離，同時把所有節(jié)點集中在以它為中心的節(jié)點上。

集線器很像一個多端口的轉(zhuǎn)發(fā)器，工作在物理層。集線器是使用電子器件來模擬實際電纜線的工作，因此整個系統(tǒng)仍然像一個傳統(tǒng)的以太網(wǎng)那樣運行。使用集線器的以太網(wǎng)在邏輯上仍是一個總線網(wǎng)，各端系統(tǒng)使用的還是CSMA/CD

協(xié)議，并共享邏輯上的總線。在同一時刻至多只允許一個站發(fā)送數(shù)據(jù)。133集線器集線器的工作過程：節(jié)點發(fā)信號到線路，集線器接收該信號，因信號在電纜傳輸中有衰減，集線器接收信號后將衰減的信號整形放大，最后集線器將放大的信號廣播轉(zhuǎn)發(fā)給其他所有端口。與集線器連接的所有結(jié)點相互碰撞無幀緩存在小型以太網(wǎng)中并不會造成很大問題，并且可以很好的工作，但是如果網(wǎng)絡上的通訊量有增加，或者連接的節(jié)點數(shù)目很多的時候，“沖突”會嚴重影響網(wǎng)絡的性能。134交換機鏈路層設備：比集線器智能化存儲并轉(zhuǎn)發(fā)以太網(wǎng)幀當幀在網(wǎng)段上轉(zhuǎn)發(fā)時，檢查幀首部并基于MAC目的地址，選擇性地向一個或多個鏈路轉(zhuǎn)發(fā)幀透明性主機不知道交換機的存在即插即用,自學習交換機不必配置135以太網(wǎng)交換機的每個端口都直接與主機或另外一個集線器相連，并且一般都工作在全雙工方式。交換機能同時連通許多對的端口，使每一對相互通信的主機都能像獨占通信媒體那樣，進行無碰撞地傳輸數(shù)據(jù)。以太網(wǎng)交換機由于使用了專用的交換結(jié)構(gòu)芯片，其交換速率就較高。以太網(wǎng)交換機的特點136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)交換機時，雖然在每個端口到主機的帶寬還是10Mb/s，但由于一個用戶在通信時是獨占而不是和其他網(wǎng)絡用戶共享傳輸媒體的帶寬，因此對于擁有N對端口的交換機的總?cè)萘繛镹

10Mb/s。這正是交換機的最大優(yōu)點。以太網(wǎng)交換機的特點137用以太網(wǎng)交換機擴展局域網(wǎng)

集線器集線器集線器一系三系二系10BASE-T至因特網(wǎng)100Mb/s100Mb/s100Mb/s萬維網(wǎng)服務器電子郵件服務器以太網(wǎng)交換機路由器138交換機:并行傳輸擴大容量端系統(tǒng)與交換機有專門的直接連接交換機緩存分組在鏈路上使用以太網(wǎng)協(xié)議：全雙工，無碰撞交換:

A到A’和B到B’能夠同時無碰撞地進行而集線器無法辦到!AA’BB’CC’具有6個接口的交換機(1,2,3,4,5,6)123456139轉(zhuǎn)發(fā)與過濾過濾：是交換機決定應該將一個幀轉(zhuǎn)發(fā)到某個接口還是將其丟棄的功能轉(zhuǎn)發(fā)：是決定應該將一個幀導向哪個接口并把該幀移動到相應接口的交換機功能。交換機轉(zhuǎn)發(fā)或過濾分組是基于MAC地址進行的140交換機表問題:

交換機如何知道經(jīng)接口4可達A’,經(jīng)接口5可達B’?交換機具有一個交換表，每表項:(MAC地址,到達接口,到達時間)問題:

這些表項是如何創(chuàng)建的，誰維護交換機表?AA’BB’CC’123456具有6個接口的交換機(1,2,3,4,5,6)141交換機開機初始化時，MAC地址表是空的，因為MAC地址表是存儲在內(nèi)存中的。142如果計算機A發(fā)送數(shù)據(jù)幀到計算機C,此時交換機的E0口接收該數(shù)據(jù)幀，交換機記錄下該數(shù)據(jù)幀的源地址A的對應關(guān)系及E0口的對應關(guān)系。由于交換機并不知道C的MAC地址，所以將此數(shù)據(jù)幀對除了E0口以外的其他端口進行轉(zhuǎn)發(fā)。143如果是計算機D發(fā)送數(shù)據(jù)幀到計算機C，此時交換機的E3口接收該數(shù)據(jù)幀，交換機記錄下該數(shù)據(jù)幀的源地址D的地址與端口的對應關(guān)系。此時交換機仍然不知道C的地址，所以還是要對除了E0口以外的其他端口上進行轉(zhuǎn)發(fā)。144交換機不斷記錄每個接口上接收到的數(shù)據(jù)幀的地址，一段時間以后所有的端口所連接的MAC地址都會記錄到MAC地址表中。此時計算機A再向計算機C發(fā)送數(shù)據(jù)時，就直接查MAC地址表進行轉(zhuǎn)發(fā)即可，不會再轉(zhuǎn)發(fā)到其他端口上。145圖中計算機A和計算機B通過HUB連接到Switch的E0口上，所以在MAC地址表中記錄兩個MAC地址對應同一個端口，此時如果A與B通訊，則交換機不會轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)幀，因為源和目標MAC都在同一個接口上。146交換機:自學習初始化過程：加電開機，交換表初始化為空。學習過程：P111更新過程（刷新/老化期）AA’BB’CC’123456AA’Source:ADest:A’MAC地址接口時間交換機表(初始為空)A18:32147交換機：幀過濾/轉(zhuǎn)發(fā)算法當交換機收到幀:1.記錄與發(fā)送主機關(guān)聯(lián)的鏈路2.使用MAC目的地址索引交換機表3.if

（找到目的地項）

{

if

（目的地位于幀到達的段）

{丟棄幀}

else

在指示的接口轉(zhuǎn)發(fā)該幀

}

else

洪泛向所有接口(除了該幀到達的)轉(zhuǎn)發(fā)該幀148自學習、轉(zhuǎn)發(fā)的例子AA’BB’CC’123456AA’源:A目的地:A’MACaddrinterface時間A18:32AA’AA’AA’AA’AA’幀目的地未知:洪泛A’A目的地A位置已知：A’48:35選擇性發(fā)送交換機表(初始為空)149交換表的建立方法：在轉(zhuǎn)發(fā)過程中逆向?qū)W習——若幀的源地址不在表中，則插入到表中。工作原理歸納為：學習源地址，丟棄本網(wǎng)段幀，轉(zhuǎn)發(fā)異網(wǎng)段幀，廣播未知幀。150站地址：登記收到的幀的源MAC地址。端口：登記收到的幀進入該交換機的端口號。時間：登記收到的幀進入該交換機的時間。轉(zhuǎn)發(fā)表中的MAC地址是根據(jù)源MAC地址寫入的，但在進行轉(zhuǎn)發(fā)時是將此MAC地址當作目的