《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)與應(yīng)用》

《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)與應(yīng)用》

天津大學(xué)管理學(xué)院

信息管理與信息系統(tǒng)系

郁雪

EmaiITo:yuki@tju.edu.cn

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TianjinUniversitySLIDE1

物理層與數(shù)據(jù)鏈路層

-位于物理層和數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備（以太網(wǎng)為例）

?網(wǎng)絡(luò)接口卡

?中繼器和集線器

?網(wǎng)橋和以太網(wǎng)交換機(jī)

OSI層次地址類(lèi)型設(shè)備

傳輸層及以上應(yīng)用程序進(jìn)程地網(wǎng)關(guān)

址（端口）

網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)地址路由器

數(shù)據(jù)鏈路層MAC地址網(wǎng)橋、交換機(jī)

物理層無(wú)中繼器、集線器

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物理層與數(shù)據(jù)鏈路層

(1)網(wǎng)絡(luò)接口卡

也稱網(wǎng)卡，NetworkInterface

Card,NICo又稱網(wǎng)絡(luò)適配器，是插在

計(jì)算機(jī)總線插槽內(nèi)或某個(gè)外總接口上的

擴(kuò)展卡，它與網(wǎng)絡(luò)程序配合工作，負(fù)責(zé)

將要發(fā)送的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)上其他設(shè)備

能夠識(shí)別的格式，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)傳輸，

或從網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)接口接收信息，轉(zhuǎn)換成網(wǎng)

絡(luò)程序能夠識(shí)別的格式，提交給網(wǎng)絡(luò)操

作系統(tǒng)

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物理層與數(shù)據(jù)鏈路層

-網(wǎng)卡的功能：實(shí)現(xiàn)了物理層與數(shù)據(jù)鏈路

層的功能，包括：

1、數(shù)據(jù)緩存

2、幀的封裝與解封裝

3、介質(zhì)訪問(wèn)控制

4、串/并轉(zhuǎn)換

5、數(shù)據(jù)編碼與解碼

6、數(shù)據(jù)的發(fā)送/接收

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物理層與數(shù)據(jù)鏈路層

-MAC地址

?以太網(wǎng)使用的MAC-48地址由兩部分組成：3字節(jié)的

OUI(OrganizationallyUniqueIdentifier)+3

字節(jié)EUI(ExtendedUniqueIdentifier)。

第1字節(jié)第6字節(jié)

AC-DE-48-00-00-80

機(jī)構(gòu)惟一標(biāo)志符OUI-----------擴(kuò)展標(biāo)志符工

/、

?/弟1弟2弟3弟4弟3弟b、、、、

1010110011011110)1001000000000000000000010000000

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弋ATianjinUniversity

物理層與數(shù)據(jù)鏈路層

-網(wǎng)卡檢查MAC地址

?網(wǎng)卡從網(wǎng)絡(luò)上每收到一個(gè)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。

?“發(fā)往本站的幀”包括以下三種幀：

-單播(unicast)幀(一?對(duì)一)

-廣播(broadcast)幀(一'對(duì)全體)

-多播(multicast)幀(一對(duì)多)

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物理層與數(shù)據(jù)鏈路層

-兩種不同的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。

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物理層與數(shù)據(jù)鏈路層

-以太網(wǎng)V2的MAC幀格式

字段用來(lái)標(biāo)志上一層使用的是G型字段2字節(jié)

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(gè)協(xié)議。

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物理層與數(shù)據(jù)鏈路層

?以太網(wǎng)V2的MAC幀格式(cont)

-在幀的前面插入的8字節(jié)中的第一個(gè)字段共7個(gè)

字節(jié)，是前同步碼，用來(lái)迅速實(shí)現(xiàn)MAC幀的比特同

步。第二個(gè)字段是幀開(kāi)始定界符，表示后面的信息就

是MAC幀。_____________________

IP數(shù)據(jù)報(bào)IP層

字節(jié)66246~15004

犍艙勺地址源地址

類(lèi)型數(shù)據(jù)FCSMAC層

丁

8字節(jié)MAC幀物理層

7字節(jié)為了達(dá)到比特同步,

10101010101010?-?10101010101010101011在傳輸媒體上實(shí)際傳送的

前同步碼幀開(kāi)始

定界符要比MAC幀還多8個(gè)字節(jié)

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Tianj■i"n一一UniversitySLIDE9

物理層與數(shù)據(jù)鏈路層

-無(wú)效的MAC幀

?幀的長(zhǎng)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(zhǎng)度不在46?1500字節(jié)之間。

?有效的MAC幀長(zhǎng)度為64?1518字節(jié)之

間。

?對(duì)于檢查出的無(wú)效MAC幀就簡(jiǎn)單地丟棄。

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物理層與數(shù)據(jù)鏈路層

（2）中繼器（repeater）和集線器（hub）

1.在同一廣播域內(nèi)擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)的需要延長(zhǎng)物理信

號(hào)的傳輸距離；但是增加網(wǎng)段內(nèi)工作站數(shù)量

（受電纜段可接入站數(shù)和設(shè)備端口數(shù)限制，代

價(jià)：?jiǎn)握酒骄鶄鬏斈芰ο陆担?/p>

2.以10Mbps以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)為例：

10Base-T:UTP,設(shè)備間最大傳輸距離100米

10Base2:細(xì)同軸電纜（直徑5mm）,最大傳輸距離185米,

單段電纜上允許連接工作站數(shù)30

10Base5:粗同軸電纜（直徑10mm）,最大傳輸距離500

米

10Base-FL:多模光纖，最大傳輸距離2Km

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&5TianjinUniversity

物理層與數(shù)據(jù)鏈路層

-工作原理

■工作于網(wǎng)絡(luò)的物理層，用于互聯(lián)兩個(gè)相同類(lèi)型

的網(wǎng)段（如：兩個(gè)以太網(wǎng)段），它在物理層內(nèi)

實(shí)現(xiàn)透明的二進(jìn)制比特復(fù)制，補(bǔ)償信號(hào)衰減，

即中繼器接收從一個(gè)網(wǎng)段傳來(lái)的所有信號(hào)，進(jìn)

行放大后發(fā)送到下一個(gè)網(wǎng)段。

nnnTerminatorAHH

寸丁苫L嬴ater'i工丁|于

JJJ上J工U

TerminatorTerminato

=11J」

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物理層與數(shù)據(jù)鏈路層

-中繼器具有如下特性

(1)中繼器僅作用于物理層。

(2)只具有簡(jiǎn)單的放大、再生物理信號(hào)的功能。

(3)由于中繼器工作在物理層，在網(wǎng)絡(luò)之間實(shí)現(xiàn)的是物理

層連接，因此中繼器只能連接相同的局域網(wǎng)。

(4)中繼器可以連接相同或不同傳輸介質(zhì)的同類(lèi)局域網(wǎng)。

(5)中繼器將多個(gè)獨(dú)立的物理網(wǎng)連接起來(lái)，組成一個(gè)大的

物理網(wǎng)絡(luò)。

(6)由于中繼器在物理層實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，所以它對(duì)物理層以上

各層協(xié)議完全透明，也就是說(shuō)，中繼器支持?jǐn)?shù)據(jù)鏈路及

其以上各層的所有協(xié)議。

注意：不能無(wú)限制的連接中繼器，不能形成環(huán)路！

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物理層與數(shù)據(jù)鏈路層

集線器(Hub)

-集線器HUB是對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行集中管理的最

小單元。用集線器構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)星

形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)。

-工作原理：

(1)工作在物理層

(2)將某個(gè)端口信號(hào)收集放大后送到另外

一個(gè)端口

(3)網(wǎng)絡(luò)核心，構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的沖突域

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物理層與數(shù)據(jù)鏈路層

-集線器工作在物理層

■所有設(shè)備在同一沖突域

■所有設(shè)備在同一廣播域

■所有設(shè)備共享總帶寬

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物理層與數(shù)據(jù)鏈路層

-用集線器擴(kuò)展局域網(wǎng)

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物理層與數(shù)據(jù)鏈路層

-傳統(tǒng)以太網(wǎng)存在的問(wèn)題

(1)沖突(collision)：在以太網(wǎng)中,

當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，從兩個(gè)設(shè)備

發(fā)出的幀將會(huì)碰撞，在物理介質(zhì)上相遇，

彼此數(shù)據(jù)都會(huì)被破壞。

(2)沖突域：由網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)的這樣一組

計(jì)算機(jī)的集合，當(dāng)其中任意兩臺(tái)計(jì)算機(jī)同

時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送的數(shù)據(jù)就會(huì)產(chǎn)生沖突。

(3)廣播域：由網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)的這樣一組

計(jì)算機(jī)的集合，如果組中某一臺(tái)計(jì)算機(jī)發(fā)

送了一個(gè)廣播幀，則組中其他計(jì)算機(jī)接收。

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物理層與數(shù)據(jù)鏈路層

-傳統(tǒng)以太網(wǎng)屬于共享網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)，所有網(wǎng)

絡(luò)設(shè)備在同一沖突域，所以隨著節(jié)點(diǎn)的

增加，網(wǎng)絡(luò)帶寬逐漸下降。

解決方案：

(1)提高帶寬

(2)減少共享介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)中的站點(diǎn)數(shù)量，

即微段微化

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物理層與數(shù)據(jù)鏈路層

-在共享介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，由于網(wǎng)絡(luò)所含節(jié)點(diǎn)

數(shù)過(guò)多，將影響網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行速度，而將

處于同一物理網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)按某種方式

分為若干個(gè)子網(wǎng)，即網(wǎng)段微化，可以使

某時(shí)刻一部分節(jié)點(diǎn)可以并行。

物理層與數(shù)據(jù)鏈路層

(3)網(wǎng)橋(Bridge)

-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(duì)收到的幀進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。

-網(wǎng)橋具有過(guò)濾幀的功能。當(dāng)網(wǎng)橋收到一

個(gè)幀時(shí)，并不是向所有的端口轉(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)端口。

-網(wǎng)橋可以隔離沖突域

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物理層與數(shù)據(jù)鏈路層

-網(wǎng)橋的自學(xué)習(xí)功能:通過(guò)從橋接器各端

口上收到幀的源地址積累網(wǎng)站所處網(wǎng)段

的信息。如果事先未進(jìn)行人工設(shè)置，橋

接器也可以首先采用中繼器的全廣播方

式，直到在其過(guò)濾地址表中積累了接收

幀中的目的地址信息為止。

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物理層與數(shù)據(jù)鏈路層

網(wǎng)橋站地址端口

站表1

②1

③1

端口管理網(wǎng)橋協(xié)議\④2

軟件實(shí)體⑤2

⑥2

*

端口1?緩存------端口2

網(wǎng)橋

11

網(wǎng)段A網(wǎng)段B

①②n⑤nn

n—In—In—!!!

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物理層與數(shù)據(jù)鏈路層

-網(wǎng)橋在轉(zhuǎn)發(fā)表中登記以下三個(gè)信息

?站地址：登記收到的幀的源MAC地址。

?端口：登記收到的幀進(jìn)入該網(wǎng)橋的端口號(hào)。

?時(shí)間：登記收到的幀進(jìn)入該網(wǎng)橋的時(shí)間。

-轉(zhuǎn)發(fā)表中的MAC地址是根據(jù)源MAC地

址寫(xiě)入的，但在進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)是將此MAC

地址當(dāng)作目的地址。

-如果網(wǎng)橋現(xiàn)在能夠從端口x收到從源

地址A發(fā)來(lái)的幀，那么以后就可以從

端口x將幀轉(zhuǎn)發(fā)到目的地址Ao

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物理層與數(shù)據(jù)鏈路層

-網(wǎng)橋的工作過(guò)程

了一口二］；,，?

LAN2

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物理層與數(shù)據(jù)鏈路層

-網(wǎng)橋的不足

(1)廣播風(fēng)暴

?網(wǎng)橋中有一張“端口一結(jié)點(diǎn)地址表”，用于存儲(chǔ)收到過(guò)的所

有地址信息。但由于實(shí)際的“端口一結(jié)點(diǎn)地指表”的存儲(chǔ)能

力有限，當(dāng)沒(méi)有存儲(chǔ)的結(jié)點(diǎn)地址信息出現(xiàn)時(shí)，網(wǎng)橋就將該數(shù)

據(jù)幀從除輸入端口之外的其他所有端口中廣播出去。這種盲

目發(fā)送數(shù)據(jù)幀的做法，造成“廣播風(fēng)暴”。

(2)增加網(wǎng)絡(luò)時(shí)延

?網(wǎng)橋在互聯(lián)不同的局域網(wǎng)時(shí)，需要對(duì)接收到的幀進(jìn)行重新格

式化，以適合另一個(gè)局域網(wǎng)MAC子層的要求，還要重新對(duì)新

的幀進(jìn)行差錯(cuò)校驗(yàn)計(jì)算，這就造成了時(shí)延的增加。

(3)幀丟失

?當(dāng)網(wǎng)絡(luò)上的負(fù)荷很重時(shí)，網(wǎng)橋會(huì)因?yàn)榫彺娴拇鎯?chǔ)空間不夠而

發(fā)生溢出，造成幀丟失。

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物理層與數(shù)據(jù)鏈路層

-為解決網(wǎng)橋的一些缺點(diǎn)，提出以太網(wǎng)交

換機(jī)技術(shù)，工作在數(shù)據(jù)鏈路層上，提供

存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)功能，交換機(jī)內(nèi)部使用矩陣將

LAN分成多個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)段。在多端口間

無(wú)沖突交換幀。

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物理層與數(shù)據(jù)鏈路層

(4)以太網(wǎng)交換機(jī)(Switch)一多端口網(wǎng)橋

現(xiàn)代以太網(wǎng)技術(shù)

-以非屏蔽雙絞線和交換機(jī)構(gòu)建的星形網(wǎng)絡(luò)

?典型代表：Switch網(wǎng)絡(luò)，工作在第二層

(幀)

?Switch基于MAC地址轉(zhuǎn)發(fā)/過(guò)濾

?利用CSMA/CD機(jī)制來(lái)避免沖突

?利用緩存機(jī)制來(lái)解決端口沖突

?支持全雙工

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物理層與數(shù)據(jù)鏈路層

-交換機(jī)運(yùn)行在數(shù)據(jù)鏈路層

□□

每端口有自己的沖突域

所有的端口都在同一廣播域

廣播信息向所有端口轉(zhuǎn)發(fā)

每個(gè)端口獨(dú)享帶寬

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物理層與數(shù)據(jù)鏈路層

交換機(jī)運(yùn)行在數(shù)據(jù)鏈路層(cont)

-地址學(xué)習(xí)

?端口號(hào)/MAC地址映射表”的建立和維護(hù)

-轉(zhuǎn)發(fā)或過(guò)濾

?根據(jù)目標(biāo)MAC地址決定是轉(zhuǎn)發(fā)或是過(guò)濾，以

及將幀轉(zhuǎn)發(fā)到哪個(gè)端口

-循環(huán)避免

?生成樹(shù)協(xié)議STP

?物理冗余鏈路可以增強(qiáng)局域網(wǎng)的可靠性，而

STP可以阻止循環(huán)帶來(lái)的擁塞

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物理層與數(shù)據(jù)鏈路層

-交換機(jī)的地址學(xué)習(xí)

MAC地址表

0260.8c01.22220260.8c01.4444

?最初開(kāi)機(jī)時(shí)交換機(jī)的動(dòng)態(tài)MAC地址表是空的

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物理層與數(shù)據(jù)鏈路層

MAC地址表

0260.8c01.22220260.8c01.4444

?主機(jī)A發(fā)送數(shù)據(jù)幀給主機(jī)C

?交換機(jī)通過(guò)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)幀的源MAC地址，記錄下主機(jī)A的

MAC地址對(duì)應(yīng)端口E0

?該數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)到除端口E0以外的其它所有端口

?未知單播幀以泛洪方式處理

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物理層與數(shù)據(jù)鏈路層

MAC地址表

E0:0260.8c01.1111

E3:0260.8c01.4444

0260.8c01.22220260.8c01.4444

?主機(jī)D發(fā)送數(shù)據(jù)幀給主機(jī)C

?交換機(jī)通過(guò)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)幀的源MAC地址，記錄下主機(jī)D

的MAC地址對(duì)應(yīng)端口E3

?該數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)到除端口E3以外的其它所有端口

?未知單播幀以泛洪方式處理

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物理層與數(shù)據(jù)鏈路層

E0:0260.8c01.1111

E2:0260.8c01.2222

0260.8c01.22220260.8c01.4444

?交換機(jī)A發(fā)送數(shù)據(jù)幀給主機(jī)C

?在地址表中有目標(biāo)主機(jī)，數(shù)據(jù)幀不會(huì)泛洪而直接轉(zhuǎn)發(fā)

?已知單播幀以點(diǎn)到點(diǎn)的方式處理，因此可以節(jié)省交換

機(jī)其它端口下的可用帶寬

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物理層與數(shù)據(jù)鏈路層

-用以太網(wǎng)交換機(jī)擴(kuò)展局域網(wǎng)

萬(wàn)維網(wǎng)BI

服務(wù)器

電子郵件

服務(wù)器

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物理層與數(shù)據(jù)鏈路層

設(shè)備沖突域廣播域

集線器所有端口處于同一沖所有端口處于同一廣

突域播域

網(wǎng)橋每個(gè)端口處于同一沖所有端口處于同一廣

突域播域

交換機(jī)每個(gè)端口處于同一沖可配置的（劃分VLAN）

突域廣播域

路由器每個(gè)端口處于同一沖每個(gè)端口處于同一廣

突域播域

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物理層與數(shù)據(jù)鏈路層

沖突域144

廣播域114

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物理層與數(shù)據(jù)鏈路層

?數(shù)據(jù)鏈路層的典型協(xié)議-PPP協(xié)議

-高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制(High-LevelData

LinkControl或簡(jiǎn)稱HDLC),是一個(gè)在

同步網(wǎng)上傳輸數(shù)據(jù)、面向比特的數(shù)據(jù)

鏈路層協(xié)議，它是由國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織

(ISO)根據(jù)IBM公司的SDLC(Synchronous

DataLinkControl)協(xié)議擴(kuò)展開(kāi)發(fā)而成

的.

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物理層與數(shù)據(jù)鏈路層

-HDLC的幀結(jié)構(gòu)

比特888可變168

標(biāo)志地址控制信息幀檢驗(yàn)序列標(biāo)志

FACInfoFCSF

FCS檢驗(yàn)區(qū)間-------

透明傳輸區(qū)間

?標(biāo)志字段F(Flag)為6個(gè)連續(xù)1加上

兩邊各一個(gè)0共8bit。在接收端只要找

到標(biāo)志字段就可確定一個(gè)幀的位置。

?幀檢驗(yàn)序列FCS字段共16bito所檢驗(yàn)

的范圍是從地址字段的第一個(gè)比特起，到

信息字段的最末一個(gè)比特為止。

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物理層與數(shù)據(jù)鏈路層

-HDLC的透明傳輸

?HDLC采用零比特填充法使一幀中兩個(gè)F

字段之間不會(huì)出現(xiàn)6個(gè)連續(xù)lo

?在發(fā)送端，當(dāng)一串比特流數(shù)據(jù)中有5個(gè)連

續(xù)1時(shí)，就立即填入一個(gè)Oo

?在接收幀時(shí)，先找到F字段以確定幀的邊

界。接著再對(duì)比特流進(jìn)行掃描。每當(dāng)發(fā)現(xiàn)

5個(gè)連續(xù)1時(shí)，就將其后的一個(gè)0刪除,

以還原成原來(lái)的比特流。

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物理層與數(shù)據(jù)鏈路層

數(shù)據(jù)中某一段比特組合恰好01001111110001010

出現(xiàn)和F字段一樣的情況

會(huì)被誤認(rèn)為是F字段

O

發(fā)送端在5個(gè)連1之后A

A

填入。比特再發(fā)送出去U

O

在接收端將5個(gè)連1之后010011111010001010

的0比特刪除，恢復(fù)原樣

在此位置刪除填入的0比特

1.采用零比特填充法就可傳送任意組合的比特流，

或者說(shuō)，就可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層的透明傳輸。

2.當(dāng)連續(xù)傳輸兩個(gè)幀時(shí)，前一個(gè)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。

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物理層與數(shù)據(jù)鏈路層

-Internet的典型數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議----點(diǎn)到點(diǎn)

協(xié)議(PPP-Point-to-PointProtocol)

?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(duì)

點(diǎn)協(xié)議PPP(Point-to-PointProtocol)。

■用戶使用撥號(hào)電話線接入因特網(wǎng)時(shí)，一般都是使

用PPP協(xié)議。

?1992年制訂了PPP協(xié)議。經(jīng)過(guò)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]O

?鏈路控制協(xié)議LCP(LinkControIProtocol)o

?網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議NCP(NetworkControIProtocoI)o

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物理層與數(shù)據(jù)鏈路層

用戶撥號(hào)上網(wǎng)示意圖

用戶家庭因特網(wǎng)服務(wù)提供者(ISP)

至

1吏用TCP/IP的因

PC機(jī)特

客戶進(jìn)程網(wǎng)

撥號(hào)電話線

調(diào)制溫.調(diào)茸底南記可iP的一

------------------「PPP連接

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物理層與數(shù)據(jù)鏈路層

-PPP協(xié)議的幀格式

?PPP的幀格式和HDLC的相似。

?標(biāo)志字段F仍為0x7E（符號(hào)“Ox”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oninio）o

?地址字段A只置為OxFF。地址字段實(shí)際

上并不起作用。

?控制字段C通常置為0x03。

?PPP是面向字節(jié)的，所有的PPP幀的長(zhǎng)度

都是整數(shù)字節(jié)。

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物理層與數(shù)據(jù)鏈路層

-PPP協(xié)議的幀格式(cont)

先發(fā)送

字節(jié)1112不超過(guò)1500字節(jié)21

V----------------------------------PPP幀-------------------------

?PPP有一個(gè)2個(gè)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)。

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物理層與數(shù)據(jù)鏈路層

1.透明傳輸問(wèn)題

字符填充法

-將信息字段中出現(xiàn)的每一個(gè)0x7E字節(jié)

轉(zhuǎn)變成為2字節(jié)序列(0x7D,0x5E)o

-若信息字段中出現(xiàn)一個(gè)0x7D的字節(jié)，

則將其轉(zhuǎn)變成為2字節(jié)序列(0x7D,

0x5D)o

-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(gè)0x7D字節(jié)，同時(shí)

將該字符的編碼加以改變。

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物理層與數(shù)據(jù)鏈路層

2.不提供使用序號(hào)和確認(rèn)的可靠傳輸

PPP協(xié)議之所以不使用序號(hào)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(cuò)的概率不大時(shí)，使

用比較簡(jiǎn)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(bào)。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O

-幀檢驗(yàn)序列FCS字段可保證無(wú)差錯(cuò)接受。

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物理層與數(shù)據(jù)鏈路層

PPP工作過(guò)程

1.當(dāng)用戶撥號(hào)接入ISP時(shí)，路由器的調(diào)制解

調(diào)器對(duì)撥號(hào)做出確認(rèn)，并建立一條物理連接。

2.PC機(jī)向路由器發(fā)送一系列的LCP分組（封

裝成多個(gè)PPP幀）。

3.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(gè)臨時(shí)的IP地址，使PC機(jī)成為因特

網(wǎng)上的一個(gè)主機(jī)。

4.通信完畢時(shí)，NCP釋放網(wǎng)絡(luò)層連接，收回原

來(lái)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。

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物理層與數(shù)據(jù)鏈路層

-討論

?PPP的設(shè)計(jì)意圖是定義一個(gè)能夠在點(diǎn)到點(diǎn)線

路上運(yùn)送多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的數(shù)據(jù)報(bào)的數(shù)據(jù)鏈

路層協(xié)議。

?因此，PPP還必須涉及與網(wǎng)絡(luò)層間的數(shù)據(jù)交

換問(wèn)題，必須具備就數(shù)據(jù)鏈路層支持的網(wǎng)

絡(luò)協(xié)議進(jìn)行協(xié)商并進(jìn)行相應(yīng)配置的能力。

這就是在PPP中需要涉及網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議

(NCP)的原因。NCP是數(shù)據(jù)鏈路層支持對(duì)

多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行配置協(xié)商的手段。

?LCP為數(shù)據(jù)鏈路的建立與終止、控制、配置

協(xié)商等提供了一種通用機(jī)制。

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局域網(wǎng)基礎(chǔ)

?局域網(wǎng)技術(shù)（以太網(wǎng)基礎(chǔ)）

局域網(wǎng)LAN是由眾多處于相近物理空間內(nèi)的信

息點(diǎn)，通過(guò)相關(guān)高速鏈路介質(zhì)與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接

構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。

LAN的特點(diǎn)：

1.跨越一個(gè)物理上有限的距離（一般在10km以內(nèi)）

2.為一個(gè)單位或組織擁有

3.傳輸速率高（1?100M?1000Mbps）

4.誤碼率低（10-8?10-11間）

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局域網(wǎng)基礎(chǔ)

?以太網(wǎng)的發(fā)展

-Ethernet的核心技術(shù)是CSMA/CD介質(zhì)訪問(wèn)控制方法；

-隨機(jī)爭(zhēng)用技術(shù)起源于夏威夷大學(xué)校園網(wǎng)ALOHA；

-70年代，Xerox公司開(kāi)始Ethernet實(shí)驗(yàn)網(wǎng)的研究，

宣布了Ethernet產(chǎn)品；CSMA/CD;隨機(jī)爭(zhēng)用

-80年代初，Xerox>DEC與Intel聯(lián)合宣布Ethernet

V2.0規(guī)范；

-在此基礎(chǔ)上，IEEE802工作組于1982年制定了第一個(gè)

IEEE的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)（編號(hào)為802.3）；

-90年代，lOBase-T標(biāo)準(zhǔn)使得Ethernet性能價(jià)格比大

大盤(pán)IWJ;

-目前，交換式Ethernet與最高速率為10Gb/s的高速

Ethernet的出現(xiàn)，更確立了它在局域網(wǎng)中的主流地位。

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局域網(wǎng)基礎(chǔ)

-LAN體系結(jié)構(gòu)：1980年2月——IEEE802課題組

局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化

0SI參考模型

傳輸媒體傳輸媒體

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局域網(wǎng)基礎(chǔ)

-介質(zhì)訪問(wèn)控制子層(MACSub-layer)

①共享介質(zhì)的利弊

-優(yōu)點(diǎn)：容易實(shí)現(xiàn)對(duì)連接到同一通信介質(zhì)上的設(shè)備“廣

播”

-缺點(diǎn)：必須解決何時(shí)由哪個(gè)工作站或設(shè)備在此共享介

質(zhì)上發(fā)送數(shù)據(jù)以及如何避免連接到同一通信介質(zhì)上的

兩個(gè)或兩個(gè)以上網(wǎng)絡(luò)設(shè)備同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)的問(wèn)題，即需

要介質(zhì)訪問(wèn)控制(MAC-MediumAccessControl)o

②典型MAC技術(shù)——提供無(wú)連接服務(wù)

-載波偵聽(tīng)多路復(fù)用/沖突檢測(cè)類(lèi)技術(shù)(CSMA/CD,

CSMA/CA)：以太網(wǎng)(IEEE802.3)

-利用“準(zhǔn)發(fā)送分組”(Token)控制方式：802.4-令

牌總線(TokenBus)和802.5-令牌環(huán)(TokenRing或

HDDI)o

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JTianjinUniversity

局域網(wǎng)基礎(chǔ)

-IEEE802標(biāo)準(zhǔn)系列

IEEE802.1概述、體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)互連

IEEE802.2LLC

IEEE802.3CSMA/CD

IEEE802.4TokenBus

IEEE802.5TokenRing

IEEE802.6MAN標(biāo)準(zhǔn)

IEEE802.7寬帶技術(shù)

802.2LLC

數(shù)據(jù)鏈路層

802.3802.4802.5802.6802.9802.11DN........

CSMA/CDTokenBusTokenRingMANjISDN無(wú)線物理層

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局域網(wǎng)基礎(chǔ)

-傳統(tǒng)以太網(wǎng)

?802.3——同軸電纜Ethernet

?802.3a---細(xì)纜Ethernet

?802.3i——雙絞線

?802.3j——光纖

-快速以太網(wǎng)FE

?802.3u——雙絞線，光纖

一千兆以太網(wǎng)GE

?IEEE802.3z——屏蔽短雙絞線、光纖

?IEEE802.3ab——雙絞線

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局域網(wǎng)基礎(chǔ)

802.3布線介質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)IOBase5

-10Base5粗同軸1

-10Base2細(xì)同軸數(shù)據(jù)率（MbPs）Base基帶

lOBaseT雙絞線

lOBaseFMMF段最大長(zhǎng)度（百米）或

介質(zhì)類(lèi)型（T,F,X）

lOOBaseT雙絞線

-lOOBaseFMMF/SMF

-lOOOBaseX屏蔽短雙絞線/MMF/SMF

-lOOOBaseT雙絞線

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局域網(wǎng)基礎(chǔ)

-局域網(wǎng)的拓?fù)?/p>

星形拓?fù)淦ヅ潆娮?/p>

干線耦合器

SchoolofManagement樹(shù)形拓?fù)?/p>

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局域網(wǎng)基礎(chǔ)

(1)什么是以太網(wǎng)(Ethernet)?

-滿足IEEE802.3協(xié)議的局域網(wǎng)稱為以太

網(wǎng)

-以太網(wǎng)的拓樸結(jié)構(gòu)：總線型、星型

-以太網(wǎng)的訪問(wèn)控制方式：CSMA/CD

-以太網(wǎng)是廣播網(wǎng)絡(luò)，即所有結(jié)點(diǎn)都可以

通過(guò)總線傳輸介質(zhì)以“廣播”方式發(fā)送

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局域網(wǎng)基礎(chǔ)

-CSMA/CD介質(zhì)訪問(wèn)控制技術(shù)

-CSMA即載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)和沖突檢測(cè)CD

?總線型局域網(wǎng)中，當(dāng)某一個(gè)節(jié)點(diǎn)要發(fā)送數(shù)

據(jù)時(shí)，它首先要先去檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)上的介質(zhì)是

否有數(shù)據(jù)正在傳送，然后決定是否將數(shù)據(jù)

送上網(wǎng)絡(luò)。如果沒(méi)有任何數(shù)據(jù)在傳送（即

處于空閑狀態(tài)），則立即搶占信道發(fā)送數(shù)

據(jù)；如果信道正忙（即處于忙碌狀態(tài)），

則需要等待直至信道空閑再發(fā)數(shù)據(jù)

?往往同時(shí)會(huì)有多個(gè)節(jié)點(diǎn)偵聽(tīng)到信道空閑并

發(fā)送數(shù)據(jù)，這就可能發(fā)生沖突。沖突怎么

辦？

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局域網(wǎng)基礎(chǔ)

?CSMA/CD方法的出現(xiàn)是因?yàn)镃SMA方法有一個(gè)

最主要的缺點(diǎn)，那就是如果兩臺(tái)計(jì)算機(jī)都檢

測(cè)出傳輸介質(zhì)空閑的狀態(tài)，就會(huì)幾乎同時(shí)都

開(kāi)始傳送數(shù)據(jù)，碰撞(collision)就發(fā)生了。

-沖突檢測(cè)CD

?網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)發(fā)生碰撞時(shí)，網(wǎng)絡(luò)的電壓會(huì)升高，

此時(shí)網(wǎng)絡(luò)的電壓值大于不同時(shí)傳送數(shù)據(jù)時(shí)計(jì)

算機(jī)上的電壓值，因此可得知發(fā)生了碰撞。

?當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中所有傳輸設(shè)備都探測(cè)到?jīng)_突的產(chǎn)生,

每個(gè)設(shè)備都會(huì)進(jìn)行一種算法，回退算法，等

待一個(gè)隨機(jī)時(shí)間后再次接入網(wǎng)絡(luò)

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局域網(wǎng)基礎(chǔ)

?CSMA/CD機(jī)制特點(diǎn)小結(jié)：先聽(tīng)后發(fā)、邊聽(tīng)

邊發(fā)、沖突停止、隨機(jī)延遲后重發(fā)

1.適配器從網(wǎng)絡(luò)層獲得一個(gè)分組，加上以

太網(wǎng)的首部和尾部，組成以太網(wǎng)幀，放

入適配器的緩存中，準(zhǔn)備發(fā)送

2.若適配器檢測(cè)到信道空閑，就發(fā)送這個(gè)

幀，若檢測(cè)到信道忙，則繼續(xù)檢測(cè)直到

信道轉(zhuǎn)為空閑，然后發(fā)送這個(gè)幀

3.在發(fā)送過(guò)程中繼續(xù)檢測(cè)信道，若檢測(cè)到

碰撞，則中止數(shù)據(jù)的發(fā)送

4.在中止發(fā)送后，適配器執(zhí)行回退算法，

等待一個(gè)隨機(jī)比特時(shí)間后，返回步驟2

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局域網(wǎng)基礎(chǔ)

-以太網(wǎng)是一種廣播傳輸技術(shù)

?廣播(Broadcast)：一臺(tái)計(jì)算機(jī)發(fā)出信號(hào),

直接連到這臺(tái)計(jì)算機(jī)所在介質(zhì)段上的所有

其它計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都能收到信號(hào)。

?廣播域：一臺(tái)計(jì)算機(jī)發(fā)出廣播信號(hào)，能收

到該廣播信號(hào)的以太網(wǎng)的范圍。

?廣播信號(hào)不受任何數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備影響。

?廣播地址——OxFFFF.FFFF.FFFFO廣播地

址可以讓局域網(wǎng)上的所有設(shè)備接收到同一

個(gè)幀。

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局域網(wǎng)基礎(chǔ)

-以太網(wǎng)是一種廣播傳輸技術(shù)(cont)

?網(wǎng)絡(luò)上所有的設(shè)備都可以檢測(cè)到所有沿著

網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)傳輸?shù)膸?/p>

?只有自身MAC地址與幀所攜帶的MAC地址匹

配，設(shè)備才能將幀復(fù)制到自身的緩沖器

?如果MAC地址匹配，該幀就可以被復(fù)制和傳

輸?shù)降谌龑?，檢查IP地址是否匹配

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局域網(wǎng)基礎(chǔ)

-幀格式

71662111-2variable4

IEEEDest.Source

PreambleSDLengthDSAPSSAPControlDataFCS

EthernetAddressAddress

J7

802.2

11166111-2variable4

IEEEDest.Source

SDACFDDSAPSSAPControlDataFCSEDFS

(AddressAddress

TokenRin■

)

802.5

802.2802.5

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局域網(wǎng)基礎(chǔ)

-以太網(wǎng)的關(guān)鍵設(shè)備

?1990年問(wèn)世的交換式集線器(switching

hub),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)(switoh)

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(gè)端口。因此，

以太網(wǎng)交換機(jī)實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)多端口的網(wǎng)

橋，可見(jiàn)交換機(jī)工作在數(shù)據(jù)鏈路層。

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局域網(wǎng)基礎(chǔ)

-以太網(wǎng)交換機(jī)的特點(diǎn)

?以太網(wǎng)交換機(jī)的每個(gè)端口都直接與主機(jī)相

連，并且一般都工作在全雙工方式。

?交換機(jī)能同時(shí)連通許多對(duì)的端口，使每一

對(duì)相互通信的主機(jī)都能像獨(dú)占通信媒體那

樣，進(jìn)行無(wú)碰撞地傳輸數(shù)據(jù)。

?以太網(wǎng)交換機(jī)由于使用了專(zhuān)用的交換結(jié)構(gòu)

芯片，其交換速率就較高。

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局域網(wǎng)基礎(chǔ)

10BTFull-DuplexOperation

ReceiveReceive

Transmit.Jransmit-

Full-DuplexNICFull-DuplexNIC

-不會(huì)發(fā)生碰撞；所以，時(shí)間不會(huì)浪費(fèi)在重傳

幀上。

-不必等其他機(jī)器發(fā)送。

-每個(gè)方向都有10M帶寬，增加了可用的帶寬。

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局域網(wǎng)基礎(chǔ)

?虛擬局域網(wǎng)（VLAN）

-利用交換機(jī)對(duì)幀傳輸?shù)目刂颇芰Γ诰W(wǎng)

絡(luò)的物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上建立多個(gè)邏輯

網(wǎng)絡(luò)

-VLAN的劃分可以突破物理位置的限制，

依據(jù)網(wǎng)絡(luò)的功能和應(yīng)用等因素來(lái)進(jìn)行

-一個(gè)VLAN可以被看作一個(gè)廣播域，VLAN

內(nèi)的站點(diǎn)間可以直接進(jìn)行通信，而不同

VLAN內(nèi)的站點(diǎn)則需要借助路由器進(jìn)行通

信

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TianjinUniversitySLIDE68

局域網(wǎng)基礎(chǔ)

7

^wn=j2A4

：

VLAN1VLAN2VLAN3

口B2tc2

7交換機(jī)RQ

j-jI-

以太網(wǎng)二iAp>=4；q,、一°，

交換機(jī)尸

raw三個(gè)虛擬局域網(wǎng)VLANi,VLAN2

交換機(jī)和VLAN3的構(gòu)底

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TianjinUniversitySLIDE69

局域網(wǎng)基礎(chǔ)

?虛擬局域網(wǎng)（VLAN）

-當(dāng)Bl向VLAN2工作組內(nèi)成員發(fā)送數(shù)

據(jù)時(shí)，工作站B2和B3將會(huì)收到廣播

的信息。

-B1發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，工作站Al,A2和C1

都不會(huì)收到B1發(fā)出的廣播信息。

-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(huì)因傳播過(guò)多的廣播

信息（即“廣播風(fēng)暴”）而引起性能惡化。

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局域網(wǎng)基礎(chǔ)

?VLAN的優(yōu)點(diǎn)

-隔離網(wǎng)絡(luò)廣播風(fēng)暴

-增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)安全性

-簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)管理和維護(hù)

-提高網(wǎng)絡(luò)性能

SchoolofManagement

TianjinUniversitySLIDE71

局域網(wǎng)基礎(chǔ)

?令牌總線網(wǎng)-TokenBus(IEEE802.4)

-總線局域網(wǎng)的爭(zhēng)用總線策略不能保證對(duì)

每個(gè)站點(diǎn)公平，不能保證最長(zhǎng)等待時(shí)間。

另外，802.3幀沒(méi)有優(yōu)先級(jí)別，使得它

不適用于工廠等一些對(duì)時(shí)間有嚴(yán)格要求

的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)。

-802.4提出了令牌總線網(wǎng)，既有802.3的

可靠性,又有環(huán)網(wǎng)能確知最壞情況的特

性。

SchoolofManagement

TianjinUniversitySLIDE72

-網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

故障

:1::7T

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