第5章數(shù)據(jù)鏈路層之MAC層計算機網(wǎng)絡內(nèi)容提要局域網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層以太網(wǎng)概述CSMA/CD協(xié)議MAC地址（物理地址）交換機（網(wǎng)橋）工作原理虛擬局域網(wǎng)（VLAN）數(shù)據(jù)鏈路層服務端到端鏈路構(gòu)造？網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)報封裝成幀？鏈路層協(xié)議提供可靠傳輸？不同鏈路采用不同的鏈路層協(xié)議？數(shù)據(jù)鏈路層信道點對點信道：一對一的點對點通信方式廣播信道：一對多的廣播通信方式信道調(diào)度/信道共享協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層的簡單模型局域網(wǎng)廣域網(wǎng)主機

H1主機

H2路由器

R1路由器

R2路由器

R3電話網(wǎng)局域網(wǎng)主機

H1

向

H2

發(fā)送數(shù)據(jù)鏈路層應用層運輸層網(wǎng)絡層物理層鏈路層應用層運輸層網(wǎng)絡層物理層鏈路層網(wǎng)絡層物理層鏈路層網(wǎng)絡層物理層鏈路層網(wǎng)絡層物理層R1R2R3H1H2從層次上來看數(shù)據(jù)的流動數(shù)據(jù)鏈路層的簡單模型局域網(wǎng)廣域網(wǎng)主機

H1主機

H2路由器

R1路由器

R2路由器

R3電話網(wǎng)局域網(wǎng)主機

H1

向

H2

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

數(shù)據(jù)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(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。

IP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)鏈路層傳送的是幀使用廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層

局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層定義：局域網(wǎng)是在一個較小的范圍內(nèi)，將有限的通信設(shè)備互連起來的計算機網(wǎng)絡。局域網(wǎng)最主要的特點是：網(wǎng)絡為一個單位所擁有，且地理范圍和站點數(shù)目均有限。（一般在10M---10KM之間）局域網(wǎng)還具有如下的一些主要特點：傳輸速率高。1---100Mbps誤碼率低。在10-8---10-11之間協(xié)議簡單。與局域網(wǎng)范圍小、拓撲結(jié)構(gòu)比較規(guī)則有關(guān)局域網(wǎng)的拓撲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)

以太網(wǎng)的兩個標準

以太網(wǎng)的兩個標準

DIXEthernetV2DIXEthernetV2

是世界上第一個局域網(wǎng)產(chǎn)品（以太網(wǎng)）的規(guī)約。（美國施樂（Xerox）公司的PaloAlto研究中心（PARC）于1975年研制成功。）當時的數(shù)據(jù)率為2.94Mb/s。以無源的電纜作為總線，以太（Ether）,以太網(wǎng)（Ethernet）1981年，施樂公司與DEC、Intel公司合作，聯(lián)合提出了以太網(wǎng)的規(guī)約，DIXEthernetV1。1982年修改為第2版，即DIXEthernetV2。以太網(wǎng)的兩個標準以太網(wǎng)的兩個標準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(wǎng)簡稱為“以太網(wǎng)”。嚴格說來，“以太網(wǎng)”應當是指符合DIXEthernetV2標準的局域網(wǎng)。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多種局域網(wǎng)標準，802委員會就將局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層拆成兩個子層：邏輯鏈路控制LLC(LogicalLinkControl)子層媒體接入控制MAC(MediumAccessControl)子層。與接入到傳輸媒體有關(guān)的內(nèi)容都放在MAC子層，而LLC子層則與傳輸媒體無關(guān)，不管采用何種協(xié)議的局域網(wǎng)對LLC子層來說都是透明的局域網(wǎng)對LLC子層

是透明的局域網(wǎng)網(wǎng)絡層物理層站點1網(wǎng)絡層物理層邏輯鏈路控制LLCLLC媒體接入控制MACMAC數(shù)據(jù)鏈路層站點2LLC子層看不見下面的局域網(wǎng)以后一般不考慮LLC子層由于TCP/IP體系經(jīng)常使用的局域網(wǎng)是DIXEthernetV2而不是802.3標準中的幾種局域網(wǎng)，因此現(xiàn)在802委員會制定的邏輯鏈路控制子層LLC（即802.2標準）的作用已經(jīng)不大了。很多廠商生產(chǎn)的適配器上就僅裝有MAC協(xié)議而沒有LLC協(xié)議。最初的以太網(wǎng)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。CSMA/CD協(xié)議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)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。為了通信的簡便

以太網(wǎng)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(jù)。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。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。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。以太網(wǎng)發(fā)送的數(shù)據(jù)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(zhuǎn)換載波監(jiān)聽多點接入/碰撞檢測CSMA/CDCSMA/CD表示CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection。“多點接入”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(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。總線上并沒有什么“載波”。因此，“載波監(jiān)聽”就是用電子技術(shù)檢測總線上有沒有其他計算機發(fā)送的數(shù)據(jù)信號。碰撞檢測“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(jù)，表明產(chǎn)生了碰撞。所謂“碰撞”就是發(fā)生了沖突。因此“碰撞檢測”也稱為“沖突檢測”。檢測到碰撞后在發(fā)生碰撞時，總線上傳輸?shù)男盘柈a(chǎn)生了嚴重的失真，無法從中恢復出有用的信息來。每一個正在發(fā)送數(shù)據(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)絡資源，然后等待一段隨機時間后再次發(fā)送。電磁波在總線上的

有限傳播速率的影響當某個站監(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。1kmABt碰撞t=2

A檢測到發(fā)生碰撞t=

B發(fā)送數(shù)據(jù)B檢測到發(fā)生碰撞t=

t=0單程端到端傳播時延記為

傳播時延對載波監(jiān)聽的影響1kmABt碰撞t=

B檢測到信道空閑發(fā)送數(shù)據(jù)t=

/2發(fā)生碰撞t=2

A檢測到發(fā)生碰撞t=

B發(fā)送數(shù)據(jù)B檢測到發(fā)生碰撞t=

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

重要特性使用CSMA/CD協(xié)議的以太網(wǎng)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(jù)之后的一小段時間內(nèi)，存在著遭遇碰撞的可能性。這種發(fā)送的不確定性使整個以太網(wǎng)的平均通信量遠小于以太網(wǎng)的最高數(shù)據(jù)率。爭用期最先發(fā)送數(shù)據(jù)幀的站，在發(fā)送數(shù)據(jù)幀后至多經(jīng)過時間2

（兩倍的端到端往返時延）就可知道發(fā)送的數(shù)據(jù)幀是否遭受了碰撞。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。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(jù)后，要推遲（退避）一個隨機時間才能再發(fā)送數(shù)據(jù)。確定基本退避時間，一般是取為爭用期2

。定義重傳次數(shù)k

，k

10，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。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(wǎng)取51.2

s為爭用期的長度。對于10Mb/s以太網(wǎng)，在爭用期內(nèi)可發(fā)送512bit，即64字節(jié)。以太網(wǎng)在發(fā)送數(shù)據(jù)時，若前64字節(jié)沒有發(fā)生沖突，則后續(xù)的數(shù)據(jù)就不會發(fā)生沖突。最短有效幀長如果發(fā)生沖突，就一定是在發(fā)送的前64字節(jié)之內(nèi)。由于一檢測到?jīng)_突就立即中止發(fā)送，這時已經(jīng)發(fā)送出去的數(shù)據(jù)一定小于64字節(jié)。以太網(wǎng)規(guī)定了最短有效幀長為64字節(jié)，凡長度小于64字節(jié)的幀都是由于沖突而異常中止的無效幀。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：立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)；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(jīng)發(fā)生了碰撞。

為什么要強化沖突？

假設(shè)沖突點離A很遠，離B很近（如40米，即B發(fā)送2bit后沖突，4bit后停發(fā)），4bit的疊加數(shù)據(jù)遠距離傳輸?shù)紸，可能會被A忽略。A認為沒有沖突，繼續(xù)發(fā)送，浪費時間。數(shù)據(jù)幀干擾信號

TJ人為干擾信號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。CSMA/CD原理總結(jié)有待發(fā)幀載波監(jiān)聽發(fā)送沖突是強化沖突延遲一個隨機時間是出口否否放棄幀的發(fā)送沖突檢測本次主要內(nèi)容Ethernet連接方法（網(wǎng)卡、集線器、網(wǎng)橋、交換機）MAC地址以太網(wǎng)幀（MAC）結(jié)構(gòu)網(wǎng)橋（交換機）的工作原理虛擬局域網(wǎng)以太網(wǎng)的連接方法網(wǎng)絡接口板又稱為通信適配器(adapter)或網(wǎng)絡接口卡

NIC(NetworkInterfaceCard)，或“網(wǎng)卡”。適配器的重要功能：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。

計算機通過適配器

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地址并行通信使用廣播信道的以太網(wǎng)

使用集線器的星形拓撲傳統(tǒng)以太網(wǎng)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(wǎng)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(shè)備，叫做集線器(hub)使用集線器的雙絞線以太網(wǎng)集線器兩對雙絞線站點RJ-45插頭具有三個接口的集線器集線器網(wǎng)卡工作站網(wǎng)卡工作站網(wǎng)卡工作站雙絞線傳統(tǒng)以太網(wǎng)的連接方法傳統(tǒng)以太網(wǎng)可使用的傳輸媒體有四種：銅纜（粗纜或細纜）銅線（雙絞線）光纜這樣，以太網(wǎng)就有四種不同的物理層。10BASE5粗纜802.310BASE2細纜802.3a10BASE-T雙絞線802.3i10BASE-F光纜802.3j以太網(wǎng)媒體接入控制MAC銅纜或銅線連接到以太網(wǎng)

的示意圖主機箱主機箱主機箱雙絞線集線器BNCT型接頭收發(fā)器電纜網(wǎng)卡插入式分接頭MAUMDI保護外層外導體屏蔽層內(nèi)導體收發(fā)器DB-15連接器BNC連接器插口RJ-45插頭粗纜10BASE5細纜10BASE2雙絞線以太網(wǎng)10BASE-T以太網(wǎng)在局域網(wǎng)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(wǎng)的出現(xiàn)，既降低了成本，又提高了可靠性。10BASE-T雙絞線以太網(wǎng)的出現(xiàn)，是局域網(wǎng)發(fā)展史上的一個非常重要的里程碑，它為以太網(wǎng)在局域網(wǎng)中的統(tǒng)治地位奠定了牢固的基礎(chǔ)。集線器的一些特點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)，各工作站使用的還是CSMA/CD

協(xié)議，并共享邏輯上的總線。在一個特定時間內(nèi)至多只有一臺計算機能夠發(fā)送數(shù)據(jù)。集線器的一些特點集線器工作在物理層，當集線器的某個接口接收到工作站發(fā)來的比特時，就簡單地將該比特向所有其他接口轉(zhuǎn)發(fā)。若兩個接口同時有信號輸入（即發(fā)生沖突。）那么所有的接口都收不到正確的幀。任意兩臺計算機可經(jīng)過：-最多4臺HUB。-最多5段雙絞線。以太網(wǎng)的

MAC

層

1.MAC

層的硬件地址

在局域網(wǎng)中，硬件地址又稱為物理地址，或MAC地址。802

標準所說的“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。48位的MAC地址IEEE的注冊管理機構(gòu)

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(chǎn)出的適配器沒有重復地址。一個地址塊可以生成224個不同的地址。這種48位地址稱為MAC-48，它的通用名稱是EUI-48。“MAC地址”實際上就是適配器地址或適配器標識符EUI-48。48位的MAC地址第1字節(jié)的最低位是I/G（Individual/Group）比特：

0–單個站地址；

1–表示組地址。第1個字節(jié)的最低第2位規(guī)定為G/L比特：

0–局部管理（Local），不用花錢買地址塊

1–全局（Global）管理，廠商購買的地址塊。如：MAC地址發(fā)f6-02-2a-0a-00-2b

前三個字節(jié)（廠商代碼）是f6-02-2a，最左字節(jié)f6先發(fā)送第1字節(jié)是f6-11110110I/G比特為0，表示單個站地址，字節(jié)內(nèi)最低位最先發(fā)送

G/L比特為1，表示全局管理，是購買的地址塊。第1最高位最先發(fā)送最低位最高位最低位最后發(fā)送001101010111101100010010000000000000000000000001最低位最先發(fā)送最高位最低位最高位最后發(fā)送機構(gòu)惟一標志符OUI擴展標志符高位在前低位在前十六進制表示的EUI-48地址：AC-DE-48-00-00-80二進制表示的EUI-48地址：第1字節(jié)第6字節(jié)I/G比特I/G比特字節(jié)順序第2第3第4第5第6第1字節(jié)順序第2第3第4第5第6101011001101111001001000000000000000000010000000802.5802.6802.3802.4網(wǎng)卡上的硬件地址路由器1A-24-F6-54-1B-0E00-00-A2-A4-2C-0220-60-8C-C7-75-2A08-00-20-47-1F-E420-60-8C-11-D2-F6路由器由于同時連接到兩個網(wǎng)絡上，因此它有兩塊網(wǎng)卡和兩個硬件地址。適配器檢查MAC地址適配器從網(wǎng)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。“發(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(wǎng)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(wǎng)V2的格式。以太網(wǎng)MAC幀物理層MAC層1010101010101010101010101010101011前同步碼幀開始定界符7字節(jié)1字節(jié)…8字節(jié)插入IP層目的地址源地址類型數(shù)據(jù)FCS6624字節(jié)46~1500IP數(shù)據(jù)報MAC幀以太網(wǎng)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(jù)FCS6624字節(jié)46~1500IP數(shù)據(jù)報以太網(wǎng)V2的MAC幀格式目的地址字段6字節(jié)MAC幀物理層MAC層IP層目的地址源地址類型數(shù)據(jù)FCS6624字節(jié)46~1500IP數(shù)據(jù)報以太網(wǎng)V2的MAC幀格式源地址字段6字節(jié)MAC幀物理層MAC層IP層目的地址源地址類型數(shù)據(jù)FCS6624字節(jié)46~1500IP數(shù)據(jù)報以太網(wǎng)V2的MAC幀格式類型字段2字節(jié)類型字段用來標志上一層使用的是什么協(xié)議，以便把收到的MAC幀的數(shù)據(jù)上交給上一層的這個協(xié)議。MAC幀物理層MAC層IP層目的地址源地址類型數(shù)據(jù)FCS6624字節(jié)46~1500IP數(shù)據(jù)報以太網(wǎng)V2的MAC幀格式數(shù)據(jù)字段46~1500

字節(jié)數(shù)據(jù)字段的正式名稱是MAC

客戶數(shù)據(jù)字段最小長度64字節(jié)

18字節(jié)的首部和尾部=數(shù)據(jù)字段的最小長度

MAC幀物理層MAC層IP層目的地址源地址類型數(shù)據(jù)FCS6624字節(jié)46~1500IP數(shù)據(jù)報以太網(wǎng)V2的MAC幀格式FCS字段4

字節(jié)當傳輸媒體的誤碼率為1

10

8

時，MAC子層可使未檢測到的差錯小于1

10

14。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)。MAC幀物理層MAC層IP層目的地址源地址類型數(shù)據(jù)FCS6624字節(jié)46~1500IP數(shù)據(jù)報以太網(wǎng)V2的MAC幀格式1010101010101010101010101010101011前同步碼幀開始定界符7字節(jié)1字節(jié)…8字節(jié)插入在幀的前面插入的8字節(jié)中的第一個字段共7個字節(jié)，是前同步碼，用來迅速實現(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)區(qū)別兩種幀格式802.3的MAC幀，其類型字段的數(shù)值：若<=1500(字節(jié))，則這個字段表示數(shù)據(jù)字段長度。若>0x0600(相當于十進制的1536)，則該字段表示類型。數(shù)據(jù)字段的長度與長度字段的值不一致；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。有效的MAC幀長度為64~1518字節(jié)之間。對于檢查出的無效MAC幀就簡單地丟棄。以太網(wǎng)不負責重傳丟棄的幀。無效的MAC幀擴展局域網(wǎng)為什么要擴展局域網(wǎng)？

許多大學的系或公司的部門都有各自的局域網(wǎng)，主要用于連接他們自己的個人計算機、工作站和服務器。一個單位在地理位置上較分散，并且相距較遠?？赡苡斜匾獙⒁粋€邏輯上單一的LAN分成多個局域網(wǎng)，以調(diào)節(jié)載荷。在某些情況下，從載荷上看單個局域網(wǎng)是毫無問題的，但是相距最遠的機器之間的物理距離太遠，即使鋪設(shè)不成問題，但由于來回時延過長，網(wǎng)絡仍不能正常工作。可靠性問題。網(wǎng)橋有助于安全保密。擴展的局域網(wǎng)

在物理層擴展局域網(wǎng)主機使用光纖和一對光纖調(diào)制解調(diào)器連接到集線器以太網(wǎng)集線器光纖光纖調(diào)制解調(diào)器光纖調(diào)制解調(diào)器某大學有三個系，各自有一個局域網(wǎng)用多個集線器可連成更大的局域網(wǎng)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(wǎng)

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碰撞域和廣播域碰撞域（Collisiondomain）:又稱沖突域，三個系的局域網(wǎng)合起來組成一個大的、共同的碰撞域，在任一時刻，只能有一個站在發(fā)送數(shù)據(jù)。換句話說，當這三個局域網(wǎng)通過集線器互連成一個大的局域網(wǎng)以后，總的最大吞吐量只有10Mb/s。碰撞域越大，每個節(jié)點分到的帶寬就越小。所有節(jié)點共享帶寬。優(yōu)點使原來屬于不同碰撞域的局域網(wǎng)上的計算機能夠進行跨碰撞域的通信。擴大了局域網(wǎng)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(jù)率，那么就不能用集線器將它們互連起來。

集線器基于上是個轉(zhuǎn)發(fā)器，它并不能將幀進行緩存。用集線器擴展局域網(wǎng)在數(shù)據(jù)鏈路層擴展局域網(wǎng)是使用網(wǎng)橋。網(wǎng)橋工作在數(shù)據(jù)鏈路層，它根據(jù)MAC幀的目的地址對收到的幀進行轉(zhuǎn)發(fā)。網(wǎng)橋具有過濾幀的功能。當網(wǎng)橋收到一個幀時，并不是向所有的接口轉(zhuǎn)發(fā)此幀，而是先檢查此幀的目的MAC地址，然后再確定將該幀轉(zhuǎn)發(fā)到哪一個接口在數(shù)據(jù)鏈路層擴展局域網(wǎng)1.網(wǎng)橋的內(nèi)部結(jié)構(gòu)站表接口管理軟件網(wǎng)橋協(xié)議實體緩存接口1接口2①②③網(wǎng)段B網(wǎng)段A1112①③⑤2②④⑥2站地址接口網(wǎng)橋網(wǎng)橋④⑤⑥接口1接口212過濾通信量。擴大了物理范圍。提高了可靠性。可互連不同物理層、不同MAC子層和不同速率（如10Mb/s和100Mb/s以太網(wǎng)）的局域網(wǎng)。使用網(wǎng)橋帶來的好處網(wǎng)橋使各網(wǎng)段成為

隔離開的碰撞域B2B1碰撞域碰撞域碰撞域ABCDEF存儲轉(zhuǎn)發(fā)增加了時延。在MAC子層并沒有流量控制功能。具有不同MAC子層的網(wǎng)段橋接在一起時時延更大。網(wǎng)橋只適合于用戶數(shù)不太多(不超過幾百個)和通信量不太大的局域網(wǎng)，否則有時還會因傳播過多的廣播信息而產(chǎn)生網(wǎng)絡擁塞。這就是所謂的廣播風暴。使用網(wǎng)橋帶來的缺點用戶層IPMAC站1用戶層IPMAC站2物理層網(wǎng)橋1網(wǎng)橋2AB

用戶數(shù)據(jù)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(wǎng)橋之間還可使用一段點到點鏈路網(wǎng)橋不改變它轉(zhuǎn)發(fā)的幀的源地址集線器在轉(zhuǎn)發(fā)幀時，不對傳輸媒體進行檢測。網(wǎng)橋在轉(zhuǎn)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(wǎng)橋和集線器（或轉(zhuǎn)發(fā)器）不同若從A發(fā)出的幀從接口x進入了某網(wǎng)橋，那么從這個接口出發(fā)沿相反方向一定可把一個幀傳送到A。網(wǎng)橋每收到一個幀，就記下其源地址和進入網(wǎng)橋的接口，作為轉(zhuǎn)發(fā)表中的一個項目。在建立轉(zhuǎn)發(fā)表時是把幀首部中的源地址寫在“地址”這一欄的下面。在轉(zhuǎn)發(fā)幀時，則是根據(jù)收到的幀首部中的目的地址來轉(zhuǎn)發(fā)的。這時就把在“地址”欄下面已經(jīng)記下的源地址當作目的地址，而把記下的進入接口當作轉(zhuǎn)發(fā)接口。網(wǎng)橋應當按照以下自學習算法

處理收到的幀和建立轉(zhuǎn)發(fā)表地址接口轉(zhuǎn)發(fā)表的建立過程舉例B2B1ABCDEF1212地址接口…………B1B→AA→BA1F→CF2A→BA1F→CF2在網(wǎng)橋的轉(zhuǎn)發(fā)表中寫入的信息除了地址和接口外，還有幀進入該網(wǎng)橋的時間。這是因為以太網(wǎng)的拓撲可能經(jīng)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(wǎng)上的工作站并非總是接通電源的。把每個幀到達網(wǎng)橋的時間登記下來，就可以在轉(zhuǎn)發(fā)表中只保留網(wǎng)絡拓撲的最新狀態(tài)信息。這樣就使得網(wǎng)橋中的轉(zhuǎn)發(fā)表能反映當前網(wǎng)絡的最新拓撲狀態(tài)。網(wǎng)橋在轉(zhuǎn)發(fā)表中

登記以下三個信息網(wǎng)橋轉(zhuǎn)發(fā)過程站地址接口時間A12sC13sF23sG26sD313sB127sABCB1B2FGHDE12123B2的轉(zhuǎn)發(fā)表網(wǎng)橋的自學習和轉(zhuǎn)發(fā)幀

的步驟歸納網(wǎng)橋收到一幀后先進行自學習。查找轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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。轉(zhuǎn)發(fā)幀。查找轉(zhuǎn)發(fā)表中與收到幀的目的地址有無相匹配的項目。如沒有，則通過所有其他接口（但進入網(wǎng)橋的接口除外）按進行轉(zhuǎn)發(fā)。如有，則按轉(zhuǎn)發(fā)表中給出的接口進行轉(zhuǎn)發(fā)。若轉(zhuǎn)發(fā)表中給出的接口就是該幀進入網(wǎng)橋的接口，則應丟棄這個幀（因為這時不需要經(jīng)過網(wǎng)橋進行轉(zhuǎn)發(fā)）。1990年問世的交換式集線器(switchinghub)，可明顯地提高局域網(wǎng)的性能。交換式集線器常稱為以太網(wǎng)交換機(switch)或第二層交換機（表明此交換機工作在數(shù)據(jù)鏈路層）。以太網(wǎng)交換機通常都有十幾個接口。因此，以太網(wǎng)交換機實質(zhì)上就是一個多接口的網(wǎng)橋，可見交換機工作在數(shù)據(jù)鏈路層。4.多接口網(wǎng)橋——以太網(wǎng)交換機以太網(wǎng)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(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(wǎng)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?cè)萘繛镹

10Mb/s。這正是交換機的最大優(yōu)點。獨占傳輸媒體的帶寬用以太網(wǎng)交換機擴展局域網(wǎng)一系三系二系10BASE-T至因特網(wǎng)100Mb/s100Mb/s100Mb/s萬維網(wǎng)服務器電子郵件服務器以太網(wǎng)交換機路由器用以太網(wǎng)交換機擴展局域網(wǎng)以太網(wǎng)交換機屬于網(wǎng)橋，內(nèi)部帶有轉(zhuǎn)發(fā)表地址Cache表，根據(jù)第二層（MAC子層）的目的地址進行專訪，因此又稱為第二層交換機。第三層交換機：又稱路由交換機，比普通的以太網(wǎng)交換機具有更多的智能，了解第三層（網(wǎng)絡層）的PDU結(jié)構(gòu)，并根據(jù)網(wǎng)絡層PDU（例如IP數(shù)據(jù)報）首部的目的IP地址，查路由表進行專發(fā)。虛擬局域網(wǎng)廣播風暴：-普通HUB的所有接口會廣播單播幀（具有單播MAC地址的MAC幀）及廣播幀（具有廣播地址---48位全1的MAC幀）-SWITCHHUB（第二層交換機）的所有接口不會廣播單播幀，但所有接口會廣播廣播幀。-路由交換機的所有接口不會廣播單播幀及廣播幀-如果一個LAN使用多個交換機，連接很多的計算機（100多或幾百臺）及服務器，但沒有劃分VLAN，則多個服務器頻繁發(fā)送廣播幀，每個廣播幀會經(jīng)過多個交換機及普通HUB而到達每個計算機，從而造成廣播風暴。虛擬局域網(wǎng)VLAN是指在交換局域網(wǎng)的基礎(chǔ)上，采用網(wǎng)絡管理軟件構(gòu)建的可跨越不同網(wǎng)段、不同網(wǎng)絡的端到端的邏輯網(wǎng)絡。一個VLAN組成一個邏輯子網(wǎng)，即一個邏輯廣播域，它可以覆蓋多個網(wǎng)絡設(shè)備，允許處于不同地理位置的網(wǎng)絡用戶加入到一個邏輯子網(wǎng)中。

這些網(wǎng)段具有某些共同的需求。每一個VLAN的幀都有一個明確的標識符，指明發(fā)送這個幀的工作站是屬于哪一個VLAN。虛擬局域網(wǎng)其實只是局域網(wǎng)給用戶提供的一種服務，而并不是一種新型局域網(wǎng)。虛擬局域網(wǎng)的概念以太網(wǎng)交換機A4B1以太網(wǎng)交換機VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太網(wǎng)交換機以太網(wǎng)交換機三個虛擬局域網(wǎng):VLAN1,VLAN2和VLAN3以太網(wǎng)交換機A4B1以太網(wǎng)交換機VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太網(wǎng)交換機以太網(wǎng)交換機三個虛擬局域網(wǎng)VLAN1,VLAN2和VLAN3

的構(gòu)成當B1

向VLAN2

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

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

的構(gòu)成虛擬局域網(wǎng)限制了接收廣播信息的工作站數(shù)，使得網(wǎng)絡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(wǎng)組建的條件VLAN是建立在物理網(wǎng)絡基礎(chǔ)上的一種邏輯子網(wǎng)，因此建立VLAN需要相應的支持VLAN技術(shù)的網(wǎng)絡設(shè)備。當網(wǎng)絡中的不同VLAN間進行相互通信時，需要路由的支持，這時就需要增加路由設(shè)備——要實現(xiàn)路由功能，既可采用路由器，也可采用三層交換機來完成。

使用VLAN優(yōu)點

VLAN是為解決以太網(wǎng)的廣播問題和安全性而提出的一種協(xié)議，它在以太網(wǎng)幀的基礎(chǔ)上增加了VLAN頭，用VLANID把用戶劃分為更小的工作組，限制不同工作組間的用戶二層互訪，每個工作組就是一個虛擬局域網(wǎng)。虛擬局域網(wǎng)的好處是可以限制廣播范圍，并能夠形成虛擬工作組，動態(tài)管理網(wǎng)絡。(分割廣播域和沖突域)控制廣播風暴提高網(wǎng)絡整體安全性網(wǎng)絡管理簡單、直觀

本次主要內(nèi)容Vlan幀格式和802.1Q協(xié)議(P.162)高速以太網(wǎng)（P.162）生成樹協(xié)議（P.176）無線局域網(wǎng)（P.181）基于端口的VLAN劃分

靜態(tài)虛擬局域網(wǎng)

根據(jù)以太網(wǎng)交換機的端口來劃分如：QuidwayS3526的1~4端口為VLAN10，5~17為VLAN20，18~24為VLAN30，當然，這些屬于同一VLAN的接口可以不連續(xù)，如何配置，由管理員決定，如果有多個交換機，例如，可以指定交換機1的1~6接口和交換機2的1~4接口為同一VLAN，即同一VLAN可以跨越數(shù)個以太網(wǎng)交換機，根據(jù)接口劃分是目前定義VLAN的最廣泛的方法，IEEE802.1Q規(guī)定了依據(jù)以太網(wǎng)交換機的接口來劃分VLAN的國際標準。

如果某個VLAN的用戶離開了原來的接口，到了一個新的交換機的某個接口，那么就必須重新定義基于MAC地址的VLAN劃分根據(jù)每個主機的MAC地址來劃分對每個MAC地址的主機都配置它屬于哪個組。

優(yōu)點：當用戶物理位置移動時，即從一個交換機換到其他的交換機時，VLAN不用重新配置，（基于用戶的VLAN）缺點:

初始化時，所有的用戶都必須進行配置，如果有幾百個甚至上千個用戶的話，配置是非常累的。另外，對于使用筆記本電腦的用戶來說，他們的網(wǎng)卡可能經(jīng)常更換，這樣，VLAN就必須不停的配置。

當用戶的主機連接到交換機上的端口時，交換機會判斷這臺主機的MAC地址。然后根據(jù)其內(nèi)部的虛擬局域網(wǎng)與MAC地址對照表，判斷這臺主機是屬于哪個虛擬局域網(wǎng)的。最后其就把這臺主機連接到對應的虛擬局域網(wǎng)中?；诰W(wǎng)絡層VLAN劃分

這種劃分VLAN的方法是根據(jù)每個主機的網(wǎng)絡層地址或協(xié)議類型(如果支持多協(xié)議)劃分的，雖然這種劃分方法是根據(jù)網(wǎng)絡地址，比如IP地址，但它不是路由，與網(wǎng)絡層的路由毫無關(guān)系。它雖然查看每個數(shù)據(jù)包的IP地址，但由于不是路由，所以，沒有RIP，OSPF等路由協(xié)議，而是根據(jù)生成樹算法進行橋交換，。優(yōu)點:用戶的物理位置改變了，不需要重新配置所屬的VLAN，而且可以根據(jù)協(xié)議類型來劃分VLAN，這種方法不需要附加的幀標簽來識別VLAN，可減少網(wǎng)絡的通信量。缺點:效率低，因為檢查每一個數(shù)據(jù)包的網(wǎng)絡層地址需要消耗處理時間。虛擬局域網(wǎng)協(xié)議允許在以太網(wǎng)的幀格式中插入一個4字節(jié)的標識符，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(wǎng)。虛擬局域網(wǎng)使用的

以太網(wǎng)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(jù)FCS長度/類型=802.1Q標記類型標記控制信息

1000000100000000VID2字節(jié)2字節(jié)插入4字節(jié)的VLAN標記4用戶優(yōu)先級(3bit)CFI0X8100規(guī)范格式標識符VLAN數(shù)據(jù)幀交換過程5.4高速Ethernet研究與發(fā)展5.4.1FastEthernet在傳統(tǒng)10Mbps的Ethernet基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種速率為100Mbps的高速局域網(wǎng)。IEEE802委員會正式批準標準—IEEE802.3u。保留著傳統(tǒng)Ethernet的幀格式與最小、最大幀長度等特征。目前100ASE-T主要有三種物理層標準：100BASE-TX、100BASE-T4、100BASE-FX。支持半雙工與全雙工工作模式

可以提供半雙工模式之外，也可以工作在全雙工模式。全雙工模式不存在爭用問題，MAC層不需要采用CSMA/CD方法。增加了10Mbps與100Mbps速率自動協(xié)商功能具有10Mbps與100Mbps速率網(wǎng)卡共存的速率自動協(xié)商機制。自動協(xié)商只涉及到物理層，不需要人為干預，能夠自動配置。GigabitEthernet

GE可以應用于數(shù)據(jù)倉庫、高性能計算機、存儲區(qū)域網(wǎng)與云計算硬件平臺中。GE標準是IEEE802.3z。GE的傳輸速率達到了1000Mbps，它仍然保留著傳統(tǒng)的Ethernet的幀格式與最小、最大幀長度等特征。定義了千兆介質(zhì)專用接口（GMII）。GE已經(jīng)成為大、中型局域網(wǎng)系統(tǒng)主干網(wǎng)的首選方案，有著廣泛的應用前景。10GigabitEthernet10GbE主要特點：保留著傳統(tǒng)的Ethernet的的幀格式與最小、最大幀長度的特征。10GbE定義了專用的介質(zhì)專用接口10GMII。10GbE只工作在全雙工方式，不再不采用CSMA/CD協(xié)議，覆蓋范圍不受傳統(tǒng)Ethernet網(wǎng)的沖突窗口限制，傳輸距離只取決于光纖通信系統(tǒng)的性能。10GbE的應用領(lǐng)域已經(jīng)從局域網(wǎng)，逐漸擴展到城域網(wǎng)與廣域網(wǎng)的核心交換網(wǎng)之中。10GbE的物理層協(xié)議分為：局域網(wǎng)物理層標準與廣域網(wǎng)物理層標準兩類。40GigabitEthernet100GigabitEthernet40GbE與100GbE研究的背景移動Internet應用三網(wǎng)融合的高清視頻業(yè)務增長的需要云計算、物聯(lián)網(wǎng)應用的興起城域網(wǎng)與廣域網(wǎng)核心交換網(wǎng)傳輸帶寬增長的需求

生成樹協(xié)議網(wǎng)橋互聯(lián)形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)涉及到的基本概念橋ID（BridgeIdentifier）：橋ID是橋的優(yōu)先級和其MAC地址的綜合數(shù)值，其中橋優(yōu)先級是一個可以設(shè)定的參數(shù)。橋ID越低，則橋的優(yōu)先級越高，這樣可以增加其成為根橋的可能性。根橋（RootBridge）：具有最小橋ID的交換機是根橋。請將環(huán)路中所有交換機當中最好的一臺設(shè)置為根橋交換機，以保證能夠提供最好的網(wǎng)絡性能和可靠性。指定橋（DesignatedBridge）：在每個網(wǎng)段中，到根橋的路徑開銷最低的橋?qū)⒊蔀橹付?，?shù)據(jù)包將通過它轉(zhuǎn)發(fā)到該網(wǎng)段。當所有的交換機具有相同的根路徑開銷時，具有最低的橋ID的交換機會被選為指定橋根路徑開銷（RootPathCost）：一臺交換機的根路徑開銷是根端口的路徑開銷與數(shù)據(jù)包經(jīng)過的所有交換機的根路徑開銷之和。根橋的根路徑開銷是零。橋優(yōu)先級（BridgePriority）：是一個用戶可以設(shè)定的參數(shù)，數(shù)值范圍從0到32768。設(shè)定的值越小，優(yōu)先級越高。交換機的橋優(yōu)先級越高，才越有可能成為根橋。根端口（RootPort）：非根橋的交換機上離根橋最近的端口，負責與根橋進行通信，這個端口到根橋的路徑開銷最低。當多個端口具有相同的到根橋的路徑開銷時，具有最高端口優(yōu)先級的端口會成為根端口。指定端口（DesignatedPort）：指定橋上向本交換機轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的端口。端口優(yōu)先級（PortPriority）：數(shù)值范圍從0到255，值越小，端口的優(yōu)先級就越高。端口的優(yōu)先級越高，才越有可能成為根端口。路徑開銷（PathCost）：STP協(xié)議用于選擇鏈路的參考值。STP協(xié)議通過計算路徑開銷，選擇較為“強壯”的鏈路，阻塞多余的鏈路，將網(wǎng)絡修剪成無環(huán)路的樹型網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

分析生成樹協(xié)議執(zhí)行過程的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)示意圖

有效拓撲結(jié)構(gòu)主機之間的幀傳輸路徑5.7無線局域網(wǎng)5.7.1無線局域網(wǎng)發(fā)展背景無線局域網(wǎng)（WLAN）不僅能夠作為獨立的一種移動通信網(wǎng)絡來使用，而且可以作為傳統(tǒng)局域網(wǎng)的補充。無線局域網(wǎng)以微波、激光與紅外線等無線電波作為傳輸介質(zhì)，來全部或部分取代傳統(tǒng)局域網(wǎng)中的雙絞線與光纖。無線局域網(wǎng)不僅能夠滿足移動和特殊應用領(lǐng)域網(wǎng)絡的要求，還能覆蓋有線局域網(wǎng)難以布線的位置。無線局域網(wǎng)的發(fā)展速度很快。目前，支持2Mbps傳輸速率的系統(tǒng)已經(jīng)成熟，而速率為40Mbps～80Mbps的系統(tǒng)正在研究中。無線局域網(wǎng)802.11協(xié)議發(fā)展過程

1997年形成了第一個無線局域網(wǎng)的標準802.11。802.11定義了使用紅外、跳頻擴頻與直接序列擴頻技術(shù)，傳輸速率為1Mbps或2Mbps的無線局域網(wǎng)標準。802.11b定義了使用跳頻擴頻技術(shù)，傳輸速率為1、2、5.5與11Mbps的無線局域網(wǎng)標準。802.11a將傳輸速率提高到54Mbps。目前802.11標準已經(jīng)從802.11、802.11a發(fā)展802.11j，對多種頻段無線傳輸技術(shù)的物理層、MAC層、無線網(wǎng)橋，以及QoS管理、安全與身份認證作出了一系列的規(guī)定。擴頻無線局域網(wǎng)跳頻擴頻通信（FHSS）直接序列擴頻（DSSS）

5.7.3無線局域網(wǎng)IEEE802.11標準一跳與多跳117多對主機同時通信

隱藏主機和暴露主機

本節(jié)主要內(nèi)容無線局域網(wǎng)之CSMA/CA協(xié)議點對點鏈路層之三個問題(p.105)HDLC和PPP協(xié)議(P.125)停止等待協(xié)議(P.120,可放到傳輸層)802.11協(xié)議層次結(jié)構(gòu)模型BSS、ESS與Adhoc結(jié)構(gòu)

5.7.4802.11標準的MAC層協(xié)議802.11規(guī)定了四種幀間間隔：短幀間間隔（SIFS）點協(xié)調(diào)功能幀間間隔（PIFS）分布協(xié)調(diào)功能幀間間隔（DIFS）擴展幀間間隔（EIFS）CSMA/CA工作原理示意圖

RTS/CTS預約機制分片發(fā)送示意圖

四種幀間間隔作用的比較

基于點-點鏈路的數(shù)據(jù)鏈路層三個基本問題(1)差錯控制(2)封裝成幀(3)透明傳輸4.1差錯產(chǎn)生與差錯控制方法4.1.1設(shè)計數(shù)據(jù)鏈路層的原因物理線路由傳輸介質(zhì)與通信設(shè)備組成。設(shè)計數(shù)據(jù)鏈路層的主要目的是在有差錯的物理線路的基礎(chǔ)上，采取差錯檢測、差錯控制與流量控制等方法，將有差錯的物理線路改進成無差錯的數(shù)據(jù)鏈路，向網(wǎng)絡層提供高質(zhì)量的數(shù)據(jù)傳輸服務。從參考模型的角度來看，物理層以上的各層都有改善數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量的責任，數(shù)據(jù)鏈路層是最重要的一層。4.1.2差錯產(chǎn)生的原因和差錯類型1314.1.4檢錯碼與糾錯碼糾錯碼為每個傳輸單元加上足夠多的冗余信息，以便接收端能夠發(fā)現(xiàn)，并能夠自動糾正傳輸差錯。檢錯碼為每個傳輸單元加上一定的冗余信息，接收端可以根據(jù)這些冗余信息發(fā)現(xiàn)傳輸差錯，但是不能確定是哪一位或哪些位出錯，并且自己不能夠自動糾正傳輸差錯。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個比特。假設(shè)待傳送的一組數(shù)據(jù)M=101001（現(xiàn)在k=6）。我們在M的后面再添加供差錯檢測用的n

位冗余碼一起發(fā)送。冗余碼的計算用二進制的模

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。知識補充：模2運算模2運算也包括模2加、模2減、模2乘、模2除四種二進制運算模2加法是不帶進位的二進制加法運算，模2減法是不帶借位的二進制減法運算

模2加法運算定義為：

0＋0＝0

0＋1＝1

1＋0＝1

1＋1＝0模2減法運算定義為：

0－0＝0

0－1＝1

1－0＝1

1－1＝0

模2乘法運算定義為：

0×0＝0

0×1＝0

1×0＝0

1×1＝1

模2除法運算定義為：

0÷1＝0

1÷1＝1

冗余碼的計算舉例現(xiàn)在

k=6,M=101001。設(shè)

n=3,除數(shù)

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

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模2除法的余數(shù)總比除數(shù)少一位上商原則：余數(shù)最高位為1，商1，余數(shù)最高為0，商0.模2加減運算的結(jié)果都相同，相當于異或。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。

接收端對收到的每一幀進行CRC檢驗(1)同樣用接收到的幀序列去除以P,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(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。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）就必須再加上確認和重傳機制。2.封裝成幀封裝成幀(framing)就是在一段數(shù)據(jù)的前后分別添加首部和尾部，然后就構(gòu)成了一個幀。確定幀的界限。首部和尾部的一個重要作用就是進行幀定界。

幀結(jié)束幀首部IP數(shù)據(jù)報幀的數(shù)據(jù)部分幀尾部

MTU數(shù)據(jù)鏈路層的幀長開始發(fā)送幀開始用控制字符進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EOT2.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(jù)部分EOT完整的幀發(fā)送在前解決透明傳輸問題字節(jié)填充(bytestuffing)或字符填充(characterstuffing)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)。接收端的數(shù)據(jù)鏈路層在將數(shù)據(jù)送往網(wǎng)絡層之前刪除插入的轉(zhuǎn)義字符。如果轉(zhuǎn)義字符也出現(xiàn)在數(shù)據(jù)當中，那么應在轉(zhuǎn)義字符前面插入一個轉(zhuǎn)義字符。當接收端收到連續(xù)的兩個轉(zhuǎn)義字符時，就刪除其中前面的一個。SOHSOHEOTSOHESCESCEOTESCSOHESCESCESCSOH原始數(shù)據(jù)EOTEOT經(jīng)過字節(jié)填充后發(fā)送的數(shù)據(jù)字節(jié)填充字節(jié)填充字節(jié)填充字節(jié)填充發(fā)送在前幀開始符幀結(jié)束符用字節(jié)填充法解決透明傳輸?shù)膯栴}SOH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(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。如，0x13->0x7D,0x33如：b7b6b5b4b3b2b1b0-(0x7D，b7b6b5b4b3b2b1b0)-(0x7D,0x33)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，只要發(fā)現(xiàn)有5個連續(xù)1，則立即填入一個0。接收端對幀中的比特流進行掃描。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比特零比特填充點對點協(xié)議PPP

PPP

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。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PPP協(xié)議的組成1992年制訂了PPP協(xié)議。經(jīng)過1993年和1994年的修訂，現(xiàn)在的PPP協(xié)議已成為因特網(wǎng)的正式標準[RFC1661]。PPP協(xié)議有三個組成部分一個將IP數(shù)據(jù)報封裝到串行鏈路的方法。鏈路控制協(xié)議

LCP(LinkControlProtocol)。網(wǎng)絡控制協(xié)議

NCP(NetworkControlProtocol)。

PPP層次結(jié)構(gòu)LCP（LinkControlProtocol）

LCP協(xié)議負責數(shù)據(jù)鏈路的建立，配置，維護，測試和終止，在數(shù)據(jù)建立階段，LCP協(xié)議進行鏈路層參數(shù)的協(xié)商，此時PPP數(shù)據(jù)幀的協(xié)議域為0xC021，信息域的內(nèi)容為LCP數(shù)據(jù)報文。為用戶發(fā)起呼叫以建立鏈路；在建立鏈路時協(xié)商參數(shù)選擇；通信過程中隨時測試線路，當線路空閑時釋放鏈路等。LCP（LinkControlProtocol）需要協(xié)商的選項：MRU(MaxiumReceiveUnit最大接收單元)：用于通知PPP鏈路的對端節(jié)點，本端所能接收的PPP數(shù)據(jù)幀信息域的最大值。MagicNumber(4字節(jié))：用來幫助檢測鏈路是否存在環(huán)路。

認證方式：默認情況下PPP是不進行認證的。在LCP協(xié)商中可以協(xié)商PPP鏈路進行認證的方式，支持兩種認證方式：PAP和CHAP。

鏈路壓縮：縮小PPP幀的長度，提高鏈路的吞吐量，目前常用的壓縮方式有Stac和Predictor

多鏈路捆綁：達到增加帶寬的作用。(復用)PPP的驗證方法PAP和CHAPPAP(口令驗證協(xié)議PasswordAuthenticationProtocol):明文驗證CHAP(挑戰(zhàn)-握手驗證協(xié)議Challenge-HandshakeAuthenticationProtocol)：加密驗證

驗證方向遠程客戶發(fā)起一個挑戰(zhàn)口令（共享密鑰信息）遠程客戶使用MD5哈希函數(shù)計算出響應值，發(fā)回給驗證方（以密文方式發(fā)送回去）驗證方進行相同計算，結(jié)果一致則驗證通過。NCP（NetworkControlProtocol)當LCP將鏈路建立好了以后，PPP要開始根據(jù)不同用戶的需要，配置上層協(xié)議所需的環(huán)境。PPP使用網(wǎng)絡控制協(xié)議NCP（NetworkControlProtocol，NCP）來為上層提供服務接口。針對上層不同的協(xié)議類型，會使用不同的NCP組件。比如對于IP提供IPCP接口，對于IPX提供IPXCP接口，對于APPLETALK提供ATCP接口等.NCP（NetworkControlProtocol)IPCP控制協(xié)議主要是負責協(xié)商IP網(wǎng)絡層協(xié)議通信所需配置參數(shù)的選項，IPCP協(xié)議主要協(xié)商的參數(shù)有以下幾個：IP：是最重要的部分分為靜態(tài)和動態(tài)兩種。