第3章數(shù)據鏈路層3.1使用點對點信道的數(shù)據鏈路層

3.1.1數(shù)據鏈路和幀

3.1.2三個基本問題3.2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)第3章數(shù)據鏈路層（續(xù)）3.3使用廣播信道的數(shù)據鏈路層

3.3.1局域網的數(shù)據鏈路層

3.3.2CSMA/CD協(xié)議3.4使用廣播信道的以太網

3.4.1使用集線器的星形拓撲

3.4.2以太網的信道利用率

3.4.3以太網的MAC層第3章數(shù)據鏈路層（續(xù)）3.5擴展的以太網

3.5.1在物理層擴展以太網

3.5.2在數(shù)據鏈路層擴展以太網3.6高速以太網

3.6.1100BASE-T以太網

3.6.2吉比特以太網

3.6.310吉比特以太網

3.6.4使用高速以太網進行寬帶接入3.7其他類型的高速局域網接口設計數(shù)據鏈路層的原因原始物理線路上信號傳輸可能出現(xiàn)差錯。數(shù)據鏈路層的主要目的是將有差錯的物理線路變?yōu)檫壿嬌蠠o差錯的數(shù)據鏈路，以向網絡層提供高質量服務。從網絡體系結構來看，物理層以上都有改善數(shù)據傳輸質量的責任，數(shù)據鏈路層負主要責任。數(shù)據鏈路層的功能鏈路管理幀同步流量控制差錯控制透明傳輸尋址兩個概念的比較物理鏈路的連接。數(shù)據鏈路的連接。例題下列關于數(shù)據鏈路層的描述，正確的是A.利用傳輸介質透明傳輸比特流B.使得物理線路傳輸無差錯C.負責數(shù)據鏈路的連接、維護和釋放D.向網絡層屏蔽幀結構的差異性數(shù)據鏈路層的信道類型數(shù)據鏈路層使用的信道主要有兩種類型：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)調這些主機的數(shù)據發(fā)送。點對點信道的特征

(pointtopoint)每個連接獨立，能使用任何合適硬件。獨占線路，能確切決定何種傳輸方式。只有兩臺主機使用信道，易于增強安全性。廣播信道的特征共享介質，多臺計算機連接。降低費用，成為流行技術。共享信道，安全性降低。數(shù)據鏈路層的簡單模型局域網廣域網主機

H1主機

H2路由器

R1路由器

R2路由器

R3電話網局域網主機

H1

向

H2

發(fā)送數(shù)據鏈路層應用層運輸層網絡層物理層鏈路層應用層運輸層網絡層物理層鏈路層網絡層物理層鏈路層網絡層物理層鏈路層網絡層物理層R1R2R3H1H2從層次上來看數(shù)據的流動數(shù)據鏈路層的簡單模型(續(xù)）局域網廣域網主機

H1主機

H2路由器

R1路由器

R2路由器

R3電話網局域網主機

H1

向

H2

發(fā)送數(shù)據鏈路層應用層運輸層網絡層物理層鏈路層應用層運輸層網絡層物理層鏈路層網絡層物理層鏈路層網絡層物理層鏈路層網絡層物理層R1R2R3H1H2僅從數(shù)據鏈路層觀察幀的流動3.1使用點對點信道的數(shù)據鏈路層

3.1.1數(shù)據鏈路和幀

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點。一條鏈路只是一條通路的一個組成部分。數(shù)據鏈路(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，就構成了數(shù)據鏈路?，F(xiàn)在最常用的方法是使用適配器（即網卡）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)據鏈路層和物理層這兩層的功能。

IP數(shù)據報1010……0110幀取出數(shù)據鏈路層網絡層鏈路結點A結點B物理層數(shù)據鏈路層結點A結點B幀(a)(b)發(fā)送幀接收鏈路IP數(shù)據報1010……0110幀裝入數(shù)據鏈路層傳送的是幀數(shù)據鏈路層像個數(shù)字管道常常在兩個對等的數(shù)據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)據單位是幀。早期的數(shù)據通信協(xié)議曾叫作通信規(guī)程(procedure)。因此在數(shù)據鏈路層，規(guī)程和協(xié)議是同義語。結點結點幀幀3.1.2三個基本問題(1)封裝成幀(2)透明傳輸(3)差錯檢測10101100001110010100111001100111.封裝成幀封裝成幀(framing)就是在一段數(shù)據的前后分別添加首部和尾部，然后就構成了一個幀。確定幀的界限。首部和尾部的一個重要作用就是進行幀定界。幀結束幀首部IP數(shù)據報幀的數(shù)據部分幀尾部MTU數(shù)據鏈路層的幀長開始發(fā)送幀開始1.封裝成幀（續(xù)）為了提高幀的傳輸效率，應使得幀的長度盡可能地大于首部和尾部的長度。每一種鏈路層協(xié)議都規(guī)定了數(shù)據部分的長度上限——最大傳送單元MTU（MaximumTransferUnit）。幀首部幀的數(shù)據部分幀尾部MTU數(shù)據鏈路層的幀長思考題為什么鏈路層協(xié)議都要規(guī)定一個最大傳送單元MTU？用控制字符進行幀定界舉例

SOH裝在幀中的數(shù)據部分幀幀開始符幀結束符發(fā)送在前EOT

SOH(StartofHeader)：二進制00000001

EOT(EndofTransmission)：二進制00000100

2.透明傳輸幀的開始和結束使用專門指明的控制字符，這容易和數(shù)據部分發(fā)生混淆。數(shù)據部分的任何比特組合（比如任何8位比特組合）不允許和控制字符的比特編碼一樣，否則就會出現(xiàn)幀定界的錯誤。2.透明傳輸SOHEOT出現(xiàn)了“EOT”被接收端當作無效幀而丟棄被接收端誤認為是一個幀數(shù)據部分EOT完整的幀發(fā)送在前解決透明傳輸問題發(fā)送端數(shù)據鏈路層在數(shù)據中出現(xiàn)控制字符“SOH”或“EOT”的前面插入一個轉義字符“ESC”(其十六進制編碼是1B)。字節(jié)填充(bytestuffing)或字符填充(characterstuffing)——接收端的數(shù)據鏈路層在將數(shù)據送往網絡層之前刪除插入的轉義字符。如果轉義字符也出現(xiàn)數(shù)據當中，那么應在轉義字符前面插入一個轉義字符。當接收端收到連續(xù)的兩個轉義字符時，就刪除其中前面的一個。

SOHSOHEOTSOHESCESCEOTESCSOHESCESCESCSOH原始數(shù)據EOTEOT經過字節(jié)填充后發(fā)送的數(shù)據字節(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束符用字節(jié)填充法解決透明傳輸

SOH3.差錯檢測在傳輸過程中可能會產生比特差錯：1可能會變成0，而0也可能變成1。在一段時間內，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系。為了保證數(shù)據傳輸?shù)目煽啃?，在計算機網絡傳輸數(shù)據時，必須采用各種差錯檢測措施。

循環(huán)冗余檢驗的原理在數(shù)據鏈路層傳送的幀中，廣泛使用了循環(huán)冗余檢驗CRC的檢錯技術。在發(fā)送端，先把數(shù)據劃分為組。假定每組k個比特。假設待傳送的一組數(shù)據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)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。冗余碼的計算舉例現(xiàn)在

k=6,M=101001。設

n=3,除數(shù)

P=1101，被除數(shù)是2nM=101001000。模2運算的結果是：商

Q=110101，

余數(shù)

R=001。把余數(shù)R作為冗余碼添加在數(shù)據M的后面發(fā)送出去。發(fā)送的數(shù)據是：2nM+R

即：101001001，共(k+n)位。

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

循環(huán)冗余檢驗的原理說明幀檢驗序列FCS在數(shù)據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。

接收端對幀進行CRC檢驗

(1)若得出的余數(shù)R=0，則判定這個幀沒有差錯，就接受(accept)。(2)若余數(shù)R

0，則判定這個幀有差錯，就丟棄。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。

標準的CRC生成多項式CRC-12G(x)=x12+x11+x3+x2+x+1CRC-16G(x)=x16+x15+x2+1CRC-CCITT

G(x)=x16+x12+x5+1CRC-32G(x)=x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+133循環(huán)冗余檢驗的理解①我們選擇一個生成多項式吧。②我開始進行模運算啦。OK，把幀檢驗序列FCS發(fā)過來吧。③我發(fā)數(shù)據啦，隨同F(xiàn)CS。④我發(fā)數(shù)據啦，隨同F(xiàn)CS。收到，先檢驗一下。余數(shù)為0，接收。收到，先檢驗一下。余數(shù)不為0，丟棄。

好的，把它作為模運算的除數(shù)。傳輸差錯的種類例如發(fā)送方連續(xù)發(fā)送三個幀：[#1]-[#2]-[#3]，以下情況屬于傳輸差錯：幀丟失。接收方收到[#1]-[#3]，即丟失[#2]。幀重復。接收方收到[#1]-[#2]-[#2]-[#3]，即重復[#2]。幀失序。接收方收到[#1]-[#3]-[#2]，即[#2]與[#3]顛倒。應當注意僅用循環(huán)冗余檢驗CRC差錯檢測技術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生差錯”。也就是說：“凡是接收端數(shù)據鏈路層接受的幀都沒有傳輸差錯”（有差錯的幀就丟棄）。要做到“可靠傳輸”（即發(fā)送什么就收到什么）就必須再加上確認和重傳機制。注意“無比特差錯”和“無傳輸差錯”的區(qū)別。

3.2點對點協(xié)議PPP

3.2.1PPP協(xié)議的特點

現(xiàn)在全世界使用得最多的數(shù)據鏈路層協(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時，一般都是使用PPP協(xié)議。用戶到ISP的鏈路使用PPP協(xié)議

用戶至因特網已向因特網管理機構申請到一批

IP地址ISP接入網PPP

協(xié)議1.PPP協(xié)議應滿足的需求簡單——這是首要的要求封裝成幀透明性多種網絡層協(xié)議多種類型鏈路差錯檢測檢測連接狀態(tài)最大傳送單元網絡層地址協(xié)商數(shù)據壓縮協(xié)商

2.PPP協(xié)議不需要的功能糾錯流量控制序號多點線路半雙工或單工鏈路3.PPP協(xié)議的組成1992年制訂了PPP協(xié)議。經過1993年和1994年的修訂，現(xiàn)在的PPP協(xié)議已成為因特網的正式標準[RFC1661]。PPP協(xié)議有三個組成部分①一個將IP數(shù)據報封裝到串行鏈路的方法。②鏈路控制協(xié)議

LCP(LinkControlProtocol)。③網絡控制協(xié)議

NCP(NetworkControlProtocol)。

3.2.2PPP協(xié)議的幀格式標志字段

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，至今無定義?？刂谱侄?/p>

C

通常置為0x03，至今無定義。PPP是面向字節(jié)的，所有的PPP

幀的長度都是整數(shù)字節(jié)。PPP協(xié)議的幀格式PPP有一個2個字節(jié)的協(xié)議字段。①協(xié)議字段為0x0021，則信息字段是IP數(shù)據報。②協(xié)議字段為0xC021，則信息字段是鏈路控制數(shù)據。③協(xié)議字段為0x8021，則信息字段是網絡控制數(shù)據。

IP數(shù)據報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透明傳輸問題

當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）。當PPP用在異步傳輸時，就使用一種特殊的字符填充法。字符填充將信息字段中出現(xiàn)的每一個0x7E字節(jié)轉變成為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。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。在發(fā)送端，掃描信息字段，只要發(fā)現(xiàn)有5個連續(xù)1，則立即填入一個0。在接收端，先找到標志字段，接著對幀中的比特流進行掃描。每當發(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，01001111101000101001001111110001010010011111010001010信息字段中出現(xiàn)了和標志字段

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比特刪除會被誤認為是標志字段F發(fā)送端填入0比特接收端刪除填入的0比特零比特填充例題PPP用在同步傳輸鏈路時，若在接收方的數(shù)據鏈路層收到比特串“011111010”，則A.這是標志字段，應還原成“01111110”B.這是標志字段，應保持“011111010”C.這是數(shù)據字段，應還原成“01111110”D.這是數(shù)據字段，應保持“011111010”不提供使用序號和確認的可靠傳輸PPP協(xié)議之所以不使用序號和確認機制是出于以下的考慮：在數(shù)據鏈路層出現(xiàn)差錯的概率不大時，使用比較簡單的PPP協(xié)議較為合理。在因特網環(huán)境下，PPP的信息字段放入的數(shù)據是IP數(shù)據報。數(shù)據鏈路層的可靠傳輸并不能夠保證網絡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。

3.2.3PPP協(xié)議的工作狀態(tài)當用戶撥號接入ISP時，路由器的調制解調器對撥號做出確認，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）。這些分組及其響應選擇一些PPP參數(shù)，和進行網絡層配置，NCP給新接入的PC機分配一個臨時的IP地址，使PC機成為因特網的一個主機。通信完畢時，NCP釋放網絡層連接，收回原來分配出去的IP地址。接著，LCP釋放數(shù)據鏈路層連接。最后釋放的是物理層的連接。

設備之間無鏈路鏈路靜止鏈路建立鑒別網絡層協(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)商鏈路故障或關閉請求LCP鏈路終止鑒別失敗LCP配置協(xié)商失敗3.3使用廣播信道的數(shù)據鏈路層

3.3.1局域網的數(shù)據鏈路層

局域網最主要的特點：網絡為一個單位擁有，且地理范圍和站點數(shù)目均有限。局域網具有如下的一些主要優(yōu)點：具有廣播功能，從一個站點可很方便地訪問全網。局域網上的主機可共享連接在局域網上的各種硬件和軟件資源。便于系統(tǒng)的擴展和逐漸地演變，各設備的位置可靈活調整和改變。提高了系統(tǒng)的可靠性(reliability)、可用性(availability)和生存性(survivability)。局域網的拓撲匹配電阻集線器干線耦合器總線網星形網樹形網環(huán)形網媒體共享技術靜態(tài)劃分信道頻分復用時分復用波分復用碼分復用

動態(tài)媒體接入控制（多點接入）隨機接入受控接入，如多點線路探詢(polling)，或輪詢。

以太網的兩個標準DIXEthernetV2

是世界上第一個局域網產品（以太網）的規(guī)約。IEEE的802.3標準。DIXEthernetV2標準與IEEE的802.3標準只有很小的差別，因此可以將802.3局域網簡稱為“以太網”。嚴格說來，“以太網”應當是指符合DIXEthernetV2標準的局域網“以太網”的名字起源以太網這個名字，起源于一個科學假設：聲音是通過空氣傳播的，那么光呢？有人說光是通過一種叫以太的物質傳播。那么，傳播光的網絡就叫以太網。后來，愛因斯坦證明以太根本就不存在。物體接近光速時質量會變成無限大，而由質量能量等價原理，這就需要無限大的能量才能做到。自然界有能量為無窮大的物質嗎？顯然沒有。數(shù)據鏈路層的兩個子層

為了使數(shù)據鏈路層能更好地適應多種局域網標準，802委員會就將局域網的數(shù)據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的內容都放在MAC子層，而LLC子層則與傳輸媒體無關，不管采用何種協(xié)議的局域網對LLC子層來說都是透明的局域網對LLC子層是透明的局域網網絡層物理層站點1網絡層物理層邏輯鏈路控制LLCLLC媒體接入控制MACMAC數(shù)據鏈路層站點2LLC子層看不見下面的局域網關于LLC子層不同局域網MAC子層和物理層可采取不同協(xié)議。不同局域網LLC子層須采用相同協(xié)議，類似IP。LLC子層主要完成上層所需的流量控制和差錯控制，但多數(shù)上層不需要流量控制和差錯控制，因此局域網是否采用LLC子層不重要。局域網網絡層物理層網絡層物理層邏輯鏈路控制LLCLLC媒體接入控制MACMAC數(shù)據鏈路層以后一般不考慮LLC子層由于TCP/IP體系經常使用的局域網是DIXEthernetV2而不是802.3標準中的幾種局域網，因此現(xiàn)在802委員會制定的邏輯鏈路控制子層LLC（即802.2標準）的作用已經不大了。很多廠商生產的適配器上就僅裝有MAC協(xié)議而沒有LLC協(xié)議。

2.適配器的作用網絡接口板又稱為通信適配器(adapter)或網絡接口卡

NIC(NetworkInterfaceCard)，或“網卡”。適配器的重要功能：進行串行/并行轉換。對數(shù)據進行緩存。在計算機的操作系統(tǒng)安裝設備驅動程序。實現(xiàn)以太網協(xié)議。

計算機通過適配器

和局域網進行通信硬件地址至局域網適配器（網卡）串行通信CPU和存儲器生成發(fā)送的數(shù)據處理收到的數(shù)據把幀發(fā)送到局域網從局域網接收幀計算機IP地址并行通信最初的以太網是將許多計算機都連接到一根總線上。當初認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。

3.3.2CSMA/CD協(xié)議B向

D發(fā)送數(shù)據

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)據以太網的廣播方式發(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)據信號。由于只有計算機D的地址與數(shù)據幀首部寫入的地址一致，因此只有D才接收這個數(shù)據幀。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)據幀，因此就丟棄這個數(shù)據幀而不能夠收下來。具有廣播特性的總線上實現(xiàn)了一對一的通信。

為了通信的簡便

以太網采取了兩種重要的措施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。以太網對發(fā)送的數(shù)據幀不進行編號，也不要求對方發(fā)回確認。這樣做的理由是局域網信道的質量很好，因信道質量產生差錯的概率是很小的。

以太網提供的服務以太網提供的服務是不可靠的交付，即盡最大努力的交付。當目的站收到有差錯的數(shù)據幀時就丟棄此幀，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)據而進行重傳，但以太網并不知道這是一個重傳的幀，而是當作一個新的數(shù)據幀來發(fā)送。以太網發(fā)送的數(shù)據都使用

曼徹斯特(Manchester)編碼

基帶數(shù)字信號曼徹斯特編碼碼元1111100000出現(xiàn)電平轉換載波監(jiān)聽多點接入/碰撞檢測CSMA/CDCSMA/CD表示CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection?！岸帱c接入”表示許多計算機以多點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，如果有，則暫時不要發(fā)送數(shù)據，以免發(fā)生碰撞?？偩€上并沒有什么“載波”。因此，“載波監(jiān)聽”就是用電子技術檢測總線上有沒有其他計算機發(fā)送的數(shù)據信號。

碰撞檢測“碰撞檢測”就是計算機邊發(fā)送數(shù)據邊檢測信道上的信號電壓大小。當幾個站同時在總線上發(fā)送數(shù)據時，總線上的信號電壓擺動值將會增大（互相疊加）。當一個站檢測到的信號電壓擺動值超過一定的門限值時，就認為總線上至少有兩個站同時在發(fā)送數(shù)據，表明產生了碰撞。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生了嚴重的失真，無法從中恢復出有用的信息來。每一個正在發(fā)送數(shù)據的站，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)浪費網絡資源，然后等待一段隨機時間后再次發(fā)送。CSMA/CD的要點先聽后發(fā)邊聽邊發(fā)沖突停止延遲重發(fā)

CDAB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)議的以太網不能進行全雙工通信而只能進行雙向交替通信（半雙工通信）。每個站在發(fā)送數(shù)據之后的一小段時間內，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的平均通信量遠小于以太網的最高數(shù)據率。思考題以太網使用的CSMA/CD協(xié)議是以爭用方式接入到共享信道。這與傳統(tǒng)的時分復用TDM相比優(yōu)缺點如何？爭用期最先發(fā)送數(shù)據幀的站，在發(fā)送數(shù)據幀后至多經過時間2

（兩倍的端到端時延）就可知道發(fā)送的數(shù)據幀是否遭受了碰撞。以太網的端到端往返時延2

稱為爭用期，或碰撞窗口。經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。一個連續(xù)射門的例子爭用期2

的解釋1kmABt=2

t=t=0單程端到端傳播時延為

t=足球場類似于以太網。進攻方第一腳射門后的連續(xù)射門過程中，防守方不可能會進攻。嗯。因此以太網接收方在時間之后是不會發(fā)送數(shù)據的，即發(fā)送方在爭用期2之后不會檢測到碰撞。二進制指數(shù)類型退避算法

(truncatedbinaryexponentialtype)發(fā)生碰撞的站在停止發(fā)送數(shù)據后，要推遲（退避）一個隨機時間才能再發(fā)送數(shù)據。確定基本退避時間，一般是取為爭用期2。定義重傳次數(shù)k

，k10，即

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

1)]中隨機地取出一個數(shù)，記為r。重傳所需的時延就是r倍的基本退避時間（通常為r倍爭用期）。當重傳達16次仍不能成功時即丟棄該幀，并向高層報告。

爭用期的長度以太網取51.2s為爭用期的長度。對于10Mb/s以太網，在爭用期內可發(fā)送512bit，即64字節(jié)。以太網在發(fā)送數(shù)據時，若前64字節(jié)沒有發(fā)生沖突，則后續(xù)的數(shù)據就不會發(fā)生沖突。對于100Mb/s以太網，爭用期取5.12s。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。由于一檢測到沖突就立即中止發(fā)送，這時已經發(fā)送出去的數(shù)據一定小于64字節(jié)。以太網規(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。思考題為什么以太網規(guī)定的爭用期為2（即端到端傳播時延的2倍）？為什么以太網規(guī)定的最短有效幀的長度為64字節(jié)？最小有效幀長的必要性解釋t=2t=0t=t=2

t=t=0t=不能檢測沖突的具體情況能夠檢測沖突的具體情況強化碰撞當發(fā)送數(shù)據的站一旦發(fā)現(xiàn)發(fā)生了碰撞時：立即停止發(fā)送數(shù)據；再繼續(xù)發(fā)送若干比特的人為干擾信號(jammingsignal)，以便讓所有用戶都知道現(xiàn)在已經發(fā)生了碰撞。

數(shù)據幀干擾信號TJ人為干擾信號ABTBtB發(fā)送數(shù)據A檢測到沖突開始沖突信道占用時間A發(fā)送數(shù)據B也能夠檢測到沖突，并立即停止發(fā)送數(shù)據幀，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。3.4使用廣播信道的以太網

3.4.1使用集線器的星形拓撲傳統(tǒng)以太網最初是使用粗同軸電纜，后來演進到使用比較便宜的細同軸電纜，最后發(fā)展為使用更便宜和更靈活的雙絞線。這種以太網采用星形拓撲，在星形的中心則增加了一種可靠性非常高的設備，叫做集線器(hub)使用集線器的雙絞線以太網集線器兩對雙絞線站點RJ-45插頭集線器星形網10BASE-T10代表10Mb/sBASE代表基帶信號T代表雙絞線雙絞線兩端使用RJ-45插頭星形網10BASE-T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。集線器使用了大規(guī)模集成電路芯片，因此這樣的硬件設備的可靠性已大大提高了。以太網在局域網中的統(tǒng)治地位10BASE-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

雙絞線以太網的出現(xiàn)，是局域網發(fā)展史上的一個非常重要的里程碑，它為以太網在局域網中的統(tǒng)治地位奠定了牢固的基礎。集線器的一些特點集線器使用電子器件來模擬實際電纜線的工作，因此整個系統(tǒng)仍然像傳統(tǒng)以太網那樣運行。集線器的主要功能是對接收到的信號進行再生整形放大，以擴大網絡的傳輸距離。使用集線器的以太網在物理上是星型，邏輯上是總線型，使用CSMA/CD

協(xié)議，共享邏輯總線。集線器像一個多接口的轉發(fā)器，工作在物理層。思考題為什么以太網不采用物理上和邏輯上都是總線型的結構，而要采用物理上是星型，邏輯上是總線型（通過集線器）的結構？具有三個接口的集線器集線器網卡工作站網卡工作站網卡工作站雙絞線3.4.2以太網的信道利用率多個站不能同時工作。若有碰撞發(fā)生，則發(fā)送失效，信道資源被浪費。碰撞造成信道損失，即信道利用率不能達到100%。3.4.2以太網的信道利用率以太網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)。

以太網的信道利用率一個幀從開始發(fā)送，經可能發(fā)生的碰撞后，將再重傳數(shù)次，到發(fā)送成功且信道轉為空閑(即再經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τ2τ2τ2T0τt占用期發(fā)生碰撞

發(fā)送一幀所需的平均時間…參數(shù)a

要提高以太網的信道利用率，就必須減小與T0之比。在以太網中定義了參數(shù)a，它是以太網單程端到端時延與幀的發(fā)送時間T0之比：

(3-2)

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)生一次碰撞就浪費許多信道資源，使得信道利用率明顯降低。對以太網參數(shù)的要求當數(shù)據率一定時，以太網的連線的長度受到限制，否則的數(shù)值會太大。以太網的幀長不能太短，否則T0的值會太小，使a值太大。發(fā)送成功爭用期爭用期爭用期τ2τ2τ2T0τt占用期發(fā)生碰撞

發(fā)送一幀所需的平均時間…小大小在理想化的情況下，以太網上的各站發(fā)送數(shù)據都不會產生碰撞（這顯然已經不是CSMA/CD，而是需要使用一種特殊的調度方法），即總線一旦空閑就有某一個站立即發(fā)送數(shù)據。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：

信道利用率的最大值Smax

(3-3)思考題以太網的極限信道利用率與連接在以太網的站點數(shù)有關嗎？為什么？以太網的信道利用率與連接在以太網的站點數(shù)有關嗎？為什么？3.4.3以太網的

MAC

層

1.MAC層的硬件地址在局域網中，硬件地址又稱為物理地址，或MAC地址。802

標準所說的“地址”嚴格地講應當是每一個站的“名字”或標識符。但鑒于大家都早已習慣了將這種48位的“名字”稱為“地址”，所以本書也采用這種習慣用法，盡管這種說法并不太嚴格。MAC地址48位的MAC地址IEEE的注冊管理機構

RA負責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，稱為擴展標識符，必須保證生產出的適配器沒有重復地址。一個地址塊可生成224個不同的地址。這種48位地址稱為MAC-48，通用名稱EUI-48?！癕AC地址”實際上就是適配器地址或適配器標識符EUI-48。MAC地址的十六進制與二進制適配器檢查MAC地址

適配器從網絡上每收到一個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）2.MAC

幀的格式常用的以太網MAC幀格式有兩種標準：DIXEthernetV2標準IEEE的802.3標準最常用的MAC幀是以太網V2的格式。以太網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FCS6624字節(jié)46~1500IP數(shù)據報MAC幀以太網的MAC

幀格式MAC幀物理層MAC層IP層目的地址源地址類型數(shù)據FCS6624字節(jié)46~1500IP數(shù)據報以太網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FCS6624字節(jié)46~1500IP數(shù)據報以太網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FCS6624字節(jié)46~1500IP數(shù)據報以太網V2的MAC幀格式類型字段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FCS6624字節(jié)46~1500IP數(shù)據報以太網V2的MAC幀格式數(shù)據字段46~1500

字節(jié)數(shù)據字段的正式名稱是MAC客戶數(shù)據字段最小長度64字節(jié)-

18字節(jié)的首部和尾部=數(shù)據字段的最小長度MAC幀物理層MAC層IP層目的地址源地址類型數(shù)據FCS6624字節(jié)46~1500IP數(shù)據報以太網V2的MAC幀格式FCS字段4

字節(jié)當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。當數(shù)據字段的長度小于46字節(jié)時，應在數(shù)據字段的后面加入整數(shù)字節(jié)的填充字段，以保證以太網的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FCS6624字節(jié)46~1500IP數(shù)據報以太網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。為了達到比特同步，在傳輸媒體上實際傳送的要比MAC幀還多8個字節(jié)例題假定站點A和B在同一個10Mb/s以太網上。這兩個站點之間的時延為225比特時間。假定A開始發(fā)送一幀，并且在A發(fā)送結束之前B也發(fā)送一幀。如果A發(fā)送的是以太網所容許的最短幀，那么A在檢測到和B發(fā)生碰撞之前能否把自己的數(shù)據發(fā)送完畢？換言之，如果A在發(fā)送完畢之前沒有檢測到碰撞，那么能否肯定A發(fā)送到幀不會和B發(fā)送的幀發(fā)生碰撞？(提示：應當考慮MAC幀前面增加的前同步碼和幀定界符)

IEEE802.3標準規(guī)定下列情況之一為無效MAC幀:(1)幀的長度不是整數(shù)個字節(jié)；(2)用收到的幀檢驗序列FCS查出有差錯；(3)數(shù)據字段的長度不在46~1500字節(jié)之間。MAC幀的長度應該在64~1518字節(jié)之間。對于檢查出的無效MAC幀就簡單地丟棄。以太網不負責重傳丟棄的幀。以太網的無效MAC幀幀間最小間隔為9.6s，相當于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。這樣做是為了使剛剛收到數(shù)據幀的站的接收緩存來得及清理，做好接收下一幀的準備。幀間最小間隔以太網有幀間最小間隔，即9.6s。以太網采用曼徹斯特編碼，發(fā)送完畢即沒有電壓跳變。發(fā)送幀之前發(fā)送7個字節(jié)的前同步碼（1和0交替）和幀開始定界符（10101011）。MAC幀不需要開始和結束標識符通過比較73頁和89頁可知，PPP幀和以太網MAC幀同屬于數(shù)據鏈路層，但格式相差好大??！PPP幀采用點對點方式，故不需要源地址和目的地址；MAC幀采用前同步碼、曼徹斯特編碼和幀間間隔，故以太網不需要幀開始和結束標志符。為什么以太網不需要像PPP協(xié)議那樣用字節(jié)填充法解決透明傳輸問題？思考題3.5擴展的局域網

3.5.1在物理層擴展局域網主機使用光纖和一對光纖調制解調器連接到集線器以太網集線器光纖光纖調制解調器光纖調制解調器某大學有三個系，各自有一個局域網用多個集線器可連成更大的局域網三個獨立的碰撞域一系二系三系碰撞域碰撞域碰撞域用集線器組成更大的局域網

都在一個碰撞域中一系三系二系主干集線器一個更大的碰撞域碰撞域優(yōu)點使原來屬于不同碰撞域的局域網上的計算機能夠進行跨碰撞域的通信。擴大了局域網覆蓋的地理范圍。缺點碰撞域增大了，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)據率，那么就不能用集線器將它們互連起來。

用集線器擴展局域網困境1：局域網的小范圍局限。困境2：局域網的大范圍沖突。網橋的引入局域網在數(shù)據鏈路層擴展局域網是使用網橋。網橋工作在數(shù)據鏈路層，它根據MAC幀的目的地址對收到的幀進行轉發(fā)。網橋具有過濾幀的功能。當網橋收到一個幀時，并不是向所有的接口轉發(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發(fā)到哪一個接口。

3.5.2在數(shù)據鏈路層擴展局域網1.網橋的內部結構站表接口管理軟件網橋協(xié)議實體緩存接口1接口2①②③網段B網段A1112①③⑤2②④⑥2站地址接口網橋網橋④⑤⑥接口1接口212過濾通信量，增大吞吐量。擴大了物理范圍。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）的局域網。

使用網橋帶來的好處B2B1碰撞域碰撞域碰撞域ABCDEF網橋使各網段成為

隔離開的碰撞域B2B1碰撞域碰撞域碰撞域ABCDEF存儲轉發(fā)，執(zhí)行CSMA/CD，增加了時延。在MAC子層并沒有流量控制功能。網橋只適合于用戶數(shù)不太多(不超過幾百個)和通信量不太大的局域網，否則有時還會因傳播過多的廣播信息而產生網絡擁塞。這就是所謂的廣播風暴。

使用網橋帶來的缺點網橋網橋用戶層IPMAC站1用戶層IPMAC站2物理層網橋1網橋2AB用戶數(shù)據IP-HMAC-HMAC-TDL-HDL-T

物理層DLRMAC物理層物理層DLRMAC物理層物理層LANLAN兩個網橋之間還可使用一段點到點鏈路網橋不改變它轉發(fā)的幀的源地址集線器在轉發(fā)幀時，不對傳輸媒體進行檢測(僅站點進行CSMA/CD檢測)。網橋在轉發(fā)幀之前必須執(zhí)行CSMA/CD算法。若在發(fā)送過程中出現(xiàn)碰撞，就必須停止發(fā)送和進行退避。網橋和集線器（或轉發(fā)器）不同目前使用得最多的網橋是透明網橋(transparentbridge)?！巴该鳌笔侵妇钟蚓W上的站點并不知道所發(fā)送的幀將經過哪幾個網橋，因為網橋對各站來說是看不見的。透明網橋是一種即插即用設備，其標準是IEEE802.1D。

2.透明網橋若從A發(fā)出的幀從接口x進入網橋，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。網橋每收到一個幀，就記下其源地址和進入網橋的接口，作為轉發(fā)表中的一個項目。在建立轉發(fā)表時是把幀首部中的源地址寫在“地址”這一欄的下面。在轉發(fā)幀時，則是根據收到的幀首部中的目的地址來轉發(fā)的。這時就把在“地址”欄下面已經記下的源地址當作目的地址，而把記下的進入接口當作轉發(fā)接口。網橋應當按照以下自學習算法

處理收到的幀和建立轉發(fā)表地址接口轉發(fā)表的建立過程舉例B2B1ABCDEF1212地址接口…………B1B→AA→BA1F→CF2A→BA1F→CF2在網橋的轉發(fā)表中寫入的信息除了地址和接口外，還有幀進入該網橋的時間。這是因為以太網的拓撲可能經常會發(fā)生變化，站點也可能會更換適配器（這就改變了站點的地址）。另外，以太網上的工作站并非總是接通電源的。把每個幀到達網橋的時間登記下來，就可以在轉發(fā)表中只保留網絡拓撲的最新狀態(tài)信息。這樣就使得網橋中的轉發(fā)表能反映當前網絡的最新拓撲狀態(tài)。網橋在轉發(fā)表中

登記以下三個信息網橋的自學習和轉發(fā)幀的步驟歸納

網橋收到一幀后先進行自學習。查找轉發(fā)表中與收到幀的源地址有無相匹配的項目。如沒有，就在轉發(fā)表中增加一個項目（源地址、進入的接口和時間）。如有，則把原有的項目進行更新。網橋的自學習和轉發(fā)幀的步驟歸納

轉發(fā)幀。查找轉發(fā)表中與收到幀的目的地址有無相匹配的項目。如沒有，則通過所有其他接口（但進入網橋的接口除外）按進行轉發(fā)。如有，則按轉發(fā)表中給出的接口進行轉發(fā)。若轉發(fā)表中給出的接口就是該幀進入網橋的接口，則應丟棄這個幀（不需要網橋轉發(fā)）。B1ABCDEF1212B2這是為了避免產生轉發(fā)的幀在網絡中不斷地兜圈子。透明網橋使用了生成樹算法局域網2局域網1網橋2網橋1

AF不停地兜圈子A發(fā)出的幀F(xiàn)1網橋1轉發(fā)的幀F(xiàn)2網橋2轉發(fā)的幀網絡資源白白消耗了互連在一起的網橋在進行彼此通信后，就能找出原來的網絡拓撲的一個子集。在這個子集里，整個連通的網絡中不存在回路，即在任何兩個站之間只有一條路徑。為了避免產生轉發(fā)的幀在網絡中不斷地兜圈子。為了得出能夠反映網絡拓撲發(fā)生變化時的生成樹，在生成樹上的根網橋每隔一段時間還要對生成樹的拓撲進行更新。

生成樹的得出生成樹算法

A

B

C

DLAN1LAN2LAN3LAN412121221

E123生成樹算法

B

C

DLAN3

E

A生成樹的根LAN1LAN2LAN4透明網橋容易安裝，但網絡資源的利用不充分。源路由(sourceroute)網橋在發(fā)送幀時將詳細的路由信息放在幀的首部中。源站以廣播方式向欲通信的目的站發(fā)送一個發(fā)現(xiàn)幀，每個發(fā)現(xiàn)幀都記錄所經過的路由。發(fā)現(xiàn)幀到達目的站時就沿各自的路由返回源站。源站在得知這些路由后，從所有可能的路由中選擇出一個最佳路由。凡從該源站向該目的站發(fā)送的幀的首部，都必須攜帶源站所確定的這一路由信息。

3.源路由網橋3.源路由網橋B1B3B2B4LAN4LAN1LAN3LAN2B5LAN5XY1990年問世的交換式集線器(switchinghub)，可明顯地提高局域網的性能。交換式集線器常稱為以太網交換機(switch)或第二層交換機（表明此交換機工作在數(shù)據鏈路層）。以太網交換機通常都有十幾個接口。因此，以太網交換機實質上就是一個多接口的網橋，可見交換機工作在數(shù)據鏈路層。4.多接口網橋—以太網交換機以太網交換機以太網交換機的每個接口都直接與主機相連，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接口，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。以太網交換機由于使用了專用的交換結構芯片，其交換速率就較高。以太網交換機的特點以太網交換機ABCDEF對于普通10Mb/s的共享式以太網，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。使用以太網交換機時，雖然每個接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，而不是和其他網絡用戶共享傳輸媒體的帶寬，因此對于擁有N對接口的交換機的總容量為N10Mb/s。這正是交換機的最大優(yōu)點。獨占傳輸媒體的帶寬以太網交換機的內部結構ABCD電子開關端口原來，交換式局域網的每個LAN網段可僅有一臺主機，且交換機的多個電子開關將各路通信總線隔斷。是啊，交換式局域網可避免沖突，故以太網交換機可使每對相互通信的主機都獨享信道。為什么以太網交換機可以使每一對相互通信的主機都能獨占信道帶寬？思考題用以太網交換機擴展局域網一系三系二系10BASE-T至因特網100Mb/s100Mb/s100Mb/s萬維網服務器電子郵件服務器以太網交換機路由器1.直通交換(CutThrough)收到數(shù)據幀后，立即根據幀的目的MAC地址轉發(fā)出去。提高了轉發(fā)速度。未進行差錯檢測，會轉發(fā)無效幀。交換機對幀的處理方式2.存儲轉發(fā)(StoreandForward)收到數(shù)據幀后完全存儲下來，然后進行差錯檢驗。對檢驗出錯的幀，采取丟棄。確保數(shù)據正確后，根據目的地址轉發(fā)。降低了轉發(fā)速度，時延較大。交換機對幀的處理方式3.碎片隔離(FragmentFree)“碎片”指信息發(fā)送中有沖突時，立即停止發(fā)送而在網絡中殘缺的幀，即小于64字節(jié)的幀。碎片隔離是介于直通交換和存儲轉發(fā)之間的一種解決方案，又稱改進型直通交換。它交換機檢測以太網數(shù)據幀的長度，如果小于64字節(jié),則丟棄該幀，否則發(fā)送該幀。這種方式不提供數(shù)據差錯校驗。它的數(shù)據處理速度比存儲轉發(fā)的方式快,但比直通交換慢。交換機對幀的處理方式集線器工作在物理層，而網橋和交換機工作在數(shù)據鏈路層。集線器不能隔離沖突域，而網橋和交換機能隔離沖突域。集線器、網橋和交換機都不能隔離廣播域。網橋接口往往連接以太網的一個網段，交換機接口直接連接單個主機或一個集線器。比較集線器、網橋和交換機集線器的沖突域和廣播域HUB沖突域廣播域HUBHUBHUB網橋的沖突域和廣播域HUB沖突域廣播域HUBHUBBridge交換機的沖突域和廣播域HUB沖突域廣播域HUBHUBSwitch集線器與交換機的性能比較SwitchHUBInternetInternet內部通信與內外通信單一出口與多個出口例題12端口的集線器的沖突域和廣播域分別是多少？12端口的交換機的沖突域和廣播域分別是多少？A.1個，1個B.12個，12個C.1個，12個D.12個，1個例題某大樓要構建一個小型網絡，共有46臺主機和1臺服務器，并與某交換網相連。下列采用的設備，性能最優(yōu)的是A.48端口/10M集線器B.48端口/10M集線器，其中兩個端口為10/100MC.48端口/10M交換機D.48端口/10M交換機，其中兩個端口為10/100M例題共10臺計算機組成一個網絡，其中4臺計算機連接到一個集線器，另外4臺連接到另外一個集線器上。此兩臺集線器分別連接不同的交換機，其中一臺交換機連接另外的2臺計算機。此兩臺交換機通過一個網橋連接。則此網絡共有多少個以太網網段(即沖突域)？虛擬局域網的引入

困境1：局域網數(shù)據傳輸安全問題。困境2：路由器端口數(shù)量局限問題。RouterInternetLAN1LAN2虛擬局域網

VLAN是由一些局域網網段構成的與物理位置無關的邏輯組。這些網段具有某些共同的需求。每一個VLAN的幀都有一個明確的標識符，指明發(fā)送這個幀的工作站是屬于哪一個VLAN。虛擬局域網只是局域網給用戶提供的一種服務，而并不是一種新型局域網。

虛擬局域網

以太網交換機A4B1以太網交換機VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太網交換機以太網交換機三個虛擬局域網:VLAN1,VLAN2和VLAN3以太網交換機A4B1以太網交換機VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太網交換機以太網交換機三個虛擬局域網VLAN1,VLAN2和VLAN3

的構成當B1

向VLAN2

工作組內成員發(fā)送數(shù)據時，工作站B2和B3將會收到廣播的信息。以太網交換機A4B1以太網交換機VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太網交換機以太網交換機三個虛擬局域網VLAN1,VLAN2和VLAN3

的構成B1發(fā)送數(shù)據時，工作站A1,A2和C1都不會收到B1發(fā)出的廣播信息。以太網交換機A4B1以太網交換機VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太網交換機以太網交換機三個虛擬局域網VLAN1,VLAN2和VLAN3

的構成虛擬局域網限制了接收廣播信息的工作站數(shù)，使得網絡不會因傳播過多的廣播信息(即“廣播風暴”)而引起性能惡化。虛擬局域網協(xié)議允許在以太網的幀格式中插入一個4字節(jié)的標識符，稱為VLAN標記(tag)，用來指明發(fā)送該幀的工作站屬于哪一個虛擬局域網。

虛擬局域網使用的以太網幀格式

802.3MAC

幀字節(jié)66246~15004MAC幀目地地址源地址長度/類型數(shù)據FCS長度/類型=802.1Q

標記類型標記控制信息

1000000100000000VID

2

字節(jié)2

字節(jié)插入4字節(jié)的VLAN標記4用戶優(yōu)先級CFI64~1518B68~1522B標記類型：表明是虛擬局域網的幀。用戶優(yōu)先級：共3位，即可設置8個優(yōu)先級別。CFI：規(guī)范格式指示符。

①

CFI=0，表示規(guī)范格式，應用于以太網。

②

CFI=1，表示非規(guī)范格式，應用于令牌環(huán)網。VID：VLANID是對VLAN的識別字段。該字段為12位，即支持4096個VLAN的識別。

虛擬局域網使用的以太網幀格式長度/類型=802.1Q

標記類型標記控制信息

1000000100000000VID

2字節(jié)2字節(jié)用戶優(yōu)先級CFIVLAN的優(yōu)勢1.提高網絡傳輸性能。網絡劃分VLAN后，減少廣播對網絡帶寬的占有，避免廣播風暴的產生。2.增強網絡安全性。不同VLAN端口不能直接訪問，VLAN可以防止非授權用戶訪問敏感數(shù)據，提高網絡安全性。3.網絡管理更方便。網絡管理員可以通過網絡管理軟件，動態(tài)建立用戶組，不需根據結點位置變化重新布線。VLAN幀格式與以太網兼容傳統(tǒng)以太網幀長度64~1518字節(jié)，VLAN幀長度68~1522字節(jié)。目前的以太網適配器不能識別VLAN幀格式，也沒必要識別幀屬于哪個VLAN。如果VLAN涉及多個交換機，則第一臺和最后一臺交換機分別負責生成和刪除VLAN標記。例題虛擬局域網的技術基礎是A.帶寬分配B.路由選擇C.沖突檢測D.交換技術3.6高速以太網

3.6.1100BASE-T以太網速率達到或超過100Mb/s的以太網稱為高速以太網。在雙絞線上傳送100Mb/s基帶信號的星型拓撲以太網，仍使用IEEE802.3的CSMA/CD協(xié)議。100BASE-T以太網又稱為快速以太網(FastEthernet)。100BASE-T以太網的特點可在全雙工方式下工作而無沖突發(fā)生。此時，不使用CSMA/CD協(xié)議。MAC幀格式仍然是802.3標準規(guī)定的。保持最短幀長不變，但將一個網段的最大電纜長度減小到100m。幀間時間間隔從原來的9.6s改為現(xiàn)在的0.96s。100BASE-T以太網

保持參數(shù)a不變發(fā)送成功爭用期爭用期爭用期τ2τ2τ2T0τt占用期發(fā)生碰撞

發(fā)送一幀所需的平均時間…100BASE-T以太網

保持參數(shù)a不變可以使幀長L增大。還可以使網段長度減少。三種不同的物理層標準100BASE-TX2對5類非屏蔽或屏蔽雙絞線。一對發(fā)送，一對接收。全雙工傳輸。每個節(jié)點可以同時以100Mbps的速率發(fā)送和接收數(shù)據。三種不同的物理層標準100BASE-FX使用2對光纖。

一根用于發(fā)送，一根用于接收。全雙工傳輸。