1、高等院校計算機(jī)專業(yè)精選教材.網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù),第一篇：網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)篇第4章 數(shù)據(jù)鏈路層基礎(chǔ)與應(yīng)用,尚曉航 編著 清華大學(xué)出版社,本章內(nèi)容與要求,掌握：數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念 了解：數(shù)據(jù)鏈路層的功能和作用 了解：局域網(wǎng)的工作原理 掌握：以太網(wǎng)的基礎(chǔ)知識和常用標(biāo)準(zhǔn) 掌握：數(shù)據(jù)鏈路層的部件 掌握：數(shù)據(jù)鏈路層的設(shè)備 掌握：虛擬局域網(wǎng)技術(shù) 掌握：交換式局域網(wǎng)技術(shù),4.1數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念,4.1數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念,1.數(shù)據(jù)鏈路層傳輸?shù)臄?shù)據(jù)單元 作用：將可能有差錯的物理信道改造成邏輯上無差錯的數(shù)據(jù)鏈路。 數(shù)據(jù)單元：為“數(shù)據(jù)幀（frame）”。 2.數(shù)據(jù)鏈路層使用的兩種通信信道類型 位于OSI模型或TCP/IP

2、模型的低層。在應(yīng)用中，會遇到兩種信道類型：廣播通信信道和點-點通信信道；使用不同信道的網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)鏈路層的處理就會不同。 （1）廣播式的通信信道 確定使用廣播信道的通信對象； 解決多結(jié)點爭用公用通信信道的問題。 （2）點-點式的通信信道 在廣域網(wǎng)中，通常采用點-點式的通信信道。如何解決和選擇路徑是重要問題。,4.1數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念,3.數(shù)據(jù)鏈路層要解決的主要問題 （1）封裝成幀 是指在數(shù)據(jù)的首位添加必要的控制信息。參見圖4-1。 （2）透明傳輸:是傳輸信道像一個透明的通道。 （3）差錯檢測 在幀尾封裝差錯檢驗碼用來檢查此次發(fā)送的數(shù)據(jù)幀是否發(fā)生了差錯。,2020/8/28,第4章 數(shù)據(jù)鏈路層基

3、礎(chǔ)與應(yīng)用,5,4.1數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念,4.數(shù)據(jù)鏈路層的功能 （1）負(fù)責(zé)點到點的通信 兩個相鄰結(jié)點可能是PC-PC、PC-路由器傳遞的數(shù)據(jù)流如圖4-1。,第4章 數(shù)據(jù)鏈路層基礎(chǔ)與應(yīng)用,6,4.1數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念,（2）數(shù)據(jù)鏈路層的專業(yè)功能 鏈路管理； 幀同步； 流量控制； 差錯控制； 幀的透明傳輸； 尋址； 數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議。 （3）數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議： IEEE 802、 ATM、 幀中繼,4.1數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念,5. 數(shù)據(jù)鏈路層的設(shè)備與部件 最常見的產(chǎn)品有： 網(wǎng)卡、 網(wǎng)橋 第2層交換機(jī)。,2020/8/28,第4章 數(shù)據(jù)鏈路層基礎(chǔ)與應(yīng)用,8,4.2 差錯控制技術(shù),2020/8/28,

4、第4章 數(shù)據(jù)鏈路層基礎(chǔ)與應(yīng)用,9,4.2差錯控制技術(shù),1.什么是差錯？ 收到的數(shù)據(jù)與原來發(fā)送的數(shù)據(jù)不一致的現(xiàn)象稱為“傳輸差錯”。 2.差錯的分類與差錯出現(xiàn)的可能原因 （1）熱噪聲差錯:是由傳輸介質(zhì)的內(nèi)部因素引起的差錯。 （2）沖擊噪聲差錯：是由外部因素引起的差錯。 3.無差錯傳輸通常采用的兩種控制技術(shù) 在差錯控制技術(shù)中，通常包括“差錯的檢查”和“差錯的糾正”兩個主要內(nèi)容。,2020/8/28,第4章 數(shù)據(jù)鏈路層基礎(chǔ)與應(yīng)用,10,4.2差錯控制技術(shù),（1）檢錯法 檢錯法與檢錯碼。 檢錯法的特點：通過“檢錯碼”檢錯，通過“重傳機(jī)制”糾正差錯。 （2）糾錯法（又稱為正向糾錯法） 糾錯法與糾錯碼。 糾

5、錯法的特點：使用糾大量的“附加位”。 適用場合適用于：第一，沒有反向信道，無法發(fā)回ACK或NAK信息的場合。第二，線路傳輸時間長，要求重發(fā)不經(jīng)濟(jì)的場合。 1.奇校驗和偶檢驗VRC 奇偶校驗就是通過其附加位的設(shè)置，來保證傳輸數(shù)據(jù)中“1”的個數(shù)為“奇數(shù)”個或者是“偶數(shù)”個。如：表4-1。,2020/8/28,第4章 數(shù)據(jù)鏈路層基礎(chǔ)與應(yīng)用,11,4.2.1奇偶校驗,2.奇偶校驗的工作原理 奇偶檢驗十分簡單，但并不是一種安全的差錯控制方法。如，表4-2。 3.奇偶校驗的特點與適用場合 常用在低速通信的場合。,2020/8/28,第4章 數(shù)據(jù)鏈路層基礎(chǔ)與應(yīng)用,12,4.2.2方塊校驗,1.方塊校驗LRC

6、 對方塊的“行”與“列”都進(jìn)行奇偶校驗。 2.LRC校驗的工作原理：見表4-3。,2020/8/28,第4章 數(shù)據(jù)鏈路層基礎(chǔ)與應(yīng)用,13,4.2.3循環(huán)冗余校驗,1.CRC的工作過程 （1）CRC碼的工作原理 （2）發(fā)送方的處理 （3）發(fā)送形成的比特序列 （4）接收方的處理：用生成多項式G（x）進(jìn)行驗證。 2.CRC的工作示例 例題：試通過計算求出CRC校驗碼，并寫出實際傳輸?shù)谋忍匦蛄小?4.2.4 差錯控制機(jī)制 在檢錯法中，通過附加在幀尾的檢錯碼對接收到的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行檢查。當(dāng)發(fā)現(xiàn)傳輸錯誤時，再采用差錯控制機(jī)制進(jìn)行糾正。,2020/8/28,第4章 數(shù)據(jù)鏈路層基礎(chǔ)與應(yīng)用,14,2020/8/28

7、,第4章 數(shù)據(jù)鏈路層基礎(chǔ)與應(yīng)用,15,4.3局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層,8/28/2020,第4章 數(shù)據(jù)鏈路層基礎(chǔ)與應(yīng)用,16,4.3.1局域網(wǎng)的定義,1.局域網(wǎng)LAN的定義 LAN是一種小范圍內(nèi)，以實現(xiàn)資源共享、數(shù)據(jù)傳遞和彼此通信為基本目的，由網(wǎng)絡(luò)結(jié)點（計算機(jī)或網(wǎng)絡(luò)連接）設(shè)備和通信線路等硬件按照某種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)連接而成的，配有相應(yīng)軟件的高速計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。,8/28/2020,第4章 數(shù)據(jù)鏈路層基礎(chǔ)與應(yīng)用,17,4.3.1局域網(wǎng)的定義,2.局域網(wǎng)的特點 （1）共享傳輸信道 （2）高傳輸速率 （3）有限傳輸距離 （4）低誤碼率 （5）連接規(guī)范整齊 （6）用戶集中，歸屬與管理單一 （7）采用多種傳輸介質(zhì)及相應(yīng)的

8、訪問控制技術(shù) （8）一般采用分布式控制和廣播式通信 （9）簡單的低層協(xié)議 （10）易于安裝、組建和維護(hù),8/28/2020,第4章 數(shù)據(jù)鏈路層基礎(chǔ)與應(yīng)用,18,4.3.2 IEEE 802局域網(wǎng)的模型與標(biāo)準(zhǔn),IEEE802局域網(wǎng)參考模型分為： 物理層 MAC子層 LLC子層,IEEE802參考模型與OSI/RM的比較,4.3.2 IEEE 802局域網(wǎng)的模型與標(biāo)準(zhǔn),1.物理層 IEEE802物理層的功能有：編碼、解碼、時鐘的提取、發(fā)送、接收和載波檢測功能；提供與數(shù)據(jù)鏈路層的接口。 比特信號傳輸。 信號類型。 數(shù)據(jù)編碼方式。 傳輸介質(zhì)的類型. 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及訪問控制類型：總線型CSMA/CD、環(huán)型t

9、oken-ring等 傳輸速率：有10Mb/s10Gb/s多種。,4.3.2 IEEE 802局域網(wǎng)的模型與標(biāo)準(zhǔn),2.IEEE 802的數(shù)據(jù)鏈路層，分為： 介質(zhì)存取控制子層（MAC） 邏輯鏈路控制子層（LLC） 與接入各種傳輸媒體有關(guān)的問題都放在MAC子層。 數(shù)據(jù)鏈路層中與媒體接入無關(guān)部分都集中在邏輯鏈路LLC子層,4.3.2 IEEE 802局域網(wǎng)的模型與標(biāo)準(zhǔn),（1）MAC地址 IEEE是世界上局域網(wǎng)全局地址的法定管理機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)分配高24位的地址，而低24位由生產(chǎn)廠商自己決定。 定義：MAC地址又被稱為硬件地址，它用來定義網(wǎng)絡(luò)節(jié)點（計算機(jī)或設(shè)備）的位置。 組成與表示：由共六個字節(jié)(48位)二

10、進(jìn)制數(shù)組成。 如：00-50-BA-75-75 網(wǎng)卡的物理地址通常是由網(wǎng)卡生產(chǎn)廠家燒入網(wǎng)卡的EPROM。它是傳輸數(shù)據(jù)時真正賴以標(biāo)識發(fā)出數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)的主機(jī)的地址。,2020/8/28,第4章 數(shù)據(jù)鏈路層基礎(chǔ)與應(yīng)用,22,4.3.2 IEEE 802局域網(wǎng)的模型與標(biāo)準(zhǔn),（2）MAC的主要功能： 將上層交下來的數(shù)據(jù)封裝成幀進(jìn)行發(fā)送（接收時進(jìn)行相反的過程，將幀拆卸 ） 實現(xiàn)和維護(hù)MAC協(xié)議 位差錯檢測 尋址,4.3.2 IEEE 802局域網(wǎng)的模型與標(biāo)準(zhǔn),（3）劃分LLC和MAC子層的原因： 由于面對多種媒體 局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層必須設(shè)置媒體訪問控制功能，而局域網(wǎng)采用的媒體有多種，對應(yīng)的媒體訪問控制方

11、法也有多種，為了使數(shù)據(jù)幀的傳送獨立于所采用的物理媒體和媒體訪問控制方法。 所以，IEEE 802標(biāo)準(zhǔn)特意把LLC獨立出來，形成一個單獨子層，使LLC子層與媒體無關(guān)，僅讓MAC子層依賴于物理媒體和媒體訪問控制方法。,4.3.2 IEEE 802局域網(wǎng)的模型與標(biāo)準(zhǔn),（4）LLC的主要功能： 建立和釋放數(shù)據(jù)鏈路層的邏輯連接 提供與高層的接口 差錯控制 給幀加上序號,LLC子層與MAC子層的區(qū)別： 在LLC 子層的上面看不到具體的局域網(wǎng)。即，局域網(wǎng)對LLC子層是透明的。只有下到MAC子層才能看見所連接的是采用什么標(biāo)準(zhǔn)的局域網(wǎng)。 即不同的局域網(wǎng)采用不同的MAC子層，而所有局域網(wǎng)的LLC子層均是一致的。

12、局域網(wǎng)低兩層的功能一般由硬件實現(xiàn)，它就是網(wǎng)絡(luò)適配器，參見下頁圖。,4.3.2 IEEE 802局域網(wǎng)的模型與標(biāo)準(zhǔn),IEEE802參考模型與具體功能/設(shè)備對應(yīng)關(guān)系,4.3.3 局域網(wǎng)的訪問控制方式及分類,3.IEEE 802的標(biāo)準(zhǔn)：參見P87 (1)MAC介質(zhì)存取（訪問）控制 網(wǎng)絡(luò)上MAC協(xié)議的使用就是為了保證數(shù)據(jù)在彼此傳送時沒有障礙，而且不會遺失。 (2)介質(zhì)存取控制訪問方式的分類 （1）集中式控制方式 （2）分布式控制方式：著名的有以下兩種： IEEE802.3爭用型介質(zhì)訪問控制協(xié)議: CSMA/CD協(xié)議。 IEEE802.5確定型介質(zhì)訪問控制協(xié)議: Token-Ring協(xié)議。 (3)分布式

13、控制訪問方式的分類 （1）“爭用”型：使用CSMA/CD訪問方式是基于“爭用”的存取方法。 （2）“定時”型：分配給每個站點一個可采用的帶寬片，并確保當(dāng)時間到來時對局域網(wǎng)進(jìn)行存取。,IEEE802已經(jīng)公布的主要標(biāo)準(zhǔn)如表所示。,4.3.3 局域網(wǎng)的訪問控制方式及分類,IEEE各標(biāo)準(zhǔn)之間及與OSI參考模型之間的關(guān)系,4.3.4 以太網(wǎng)的MAC算法和工作原理,IEEE802.3的標(biāo)準(zhǔn)制定的CSMA/CD協(xié)議主要用于物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為總線（bus）、星型或樹型（tree）的以太網(wǎng)中。 1.載波偵聽與多路訪問（CSMA） 查看信道上有無數(shù)字信號傳輸稱為“載波偵聽”。 2.沖突檢測（CD） 采用“隨機(jī)數(shù)”時間

14、延遲控制法。,4.3.4 以太網(wǎng)的MAC算法和工作原理,3.CSMA/CD算法的工作原理可簡單概括為： 先聽后發(fā)。 邊聽邊發(fā)。 沖突停止。 隨機(jī)延遲后重發(fā)。 具體工作過程如下：,CSMA/CD發(fā)送工作過程,當(dāng)一個站點想要發(fā)送數(shù)據(jù)的時候，它檢測網(wǎng)絡(luò)查看是否有其他站點正在傳輸，即監(jiān)聽信道是否空閑。 如果信道忙，則等待，直到信道空閑。 如果信道閑，站點就傳輸數(shù)據(jù)。 在發(fā)送數(shù)據(jù)的同時，站點繼續(xù)監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)確信沒有其他站點在同時傳輸數(shù)據(jù)。因為有可能兩個或多個站點都同時檢測到網(wǎng)絡(luò)空閑然后幾乎在同一時刻開始傳輸數(shù)據(jù)。如果兩個或多個站點同時發(fā)送數(shù)據(jù)，就會產(chǎn)生沖突。 當(dāng)一個傳輸結(jié)點識別出一個沖突，它就發(fā)送一個擁塞信

15、號，這個信號使得沖突的時間足夠長，讓其他的結(jié)點都有能發(fā)現(xiàn)。 其他結(jié)點收到擁塞信號后，都停止傳輸，等待一個隨機(jī)產(chǎn)生的時間間隙后重發(fā)。 可概括為：先聽后發(fā)、邊發(fā)邊聽、沖突停止、隨機(jī)延遲后重發(fā),CSMA/CD接收工作過程,信道上連接的每個站點時間都在監(jiān)聽總線，如果有信息幀到來則接收； 得到MAC幀后再查看該幀的目的地址是不是本站點的地址 如果是則復(fù)制再做下一步處理，否則，就丟棄該幀。,4.3.4 以太網(wǎng)的MAC算法和工作原理,4.使用CSMA/CD的以太網(wǎng)的工作特點 在低負(fù)荷時，響應(yīng)較快，具有較高的工作效率； 在高負(fù)荷（結(jié)點激增）時，隨著沖突的急劇增加，傳輸延時劇增，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)性能的急劇下降； 不適合

16、控制型網(wǎng)絡(luò)。,4.3.4 以太網(wǎng)的MAC算法和工作原理,5.以太網(wǎng)傳遞的數(shù)據(jù)幀：組成結(jié)構(gòu)如圖4-4。,4.3.4 以太網(wǎng)的MAC算法和工作原理,6. 以太網(wǎng)中數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收 如圖4-5所示，在A站向B站發(fā)送數(shù)據(jù)幀時： 僅當(dāng)數(shù)據(jù)幀中的目的地址（MACB）與計算機(jī)（MACB）的地址一致時，計算機(jī)才會接收； 否則，不會接收，并丟棄收到的數(shù)據(jù)幀。,4.3.5 令牌環(huán)的工作原理和訪問控制方法,令牌環(huán)技術(shù)適用于環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，其技術(shù)基礎(chǔ)是令牌。是一種無爭用的介質(zhì)訪問控制方法。 令牌是一種特殊的幀，用于控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)點的發(fā)送權(quán)，只有持有令牌的結(jié)點才能發(fā)送數(shù)據(jù)。 當(dāng)環(huán)正常工作時，令牌總是沿著物理環(huán)路單向逐結(jié)點傳送，傳

17、送順序與結(jié)點在環(huán)路中的排列順序相同。,令牌格式,令牌由IEEE8025幀中的SD、AC和ED字段組成，其中AC字節(jié)的第4位是令牌標(biāo)志位。令牌標(biāo)志位指出這是一個令牌，還是一個數(shù)據(jù)幀： “0”為閑，則是令牌， “1”為忙，則是數(shù)據(jù)幀。 如下頁圖所示。,令牌格式與工作原理,令牌環(huán)中主要的3種操作（1）,截獲令牌并且發(fā)送數(shù)據(jù)幀。 如果沒有結(jié)點需要發(fā)送數(shù)據(jù)，令牌就由各個結(jié)點沿固定的順序逐個傳遞； 如果某個結(jié)點需要發(fā)送數(shù)據(jù)，它要等待令牌的到來，當(dāng)空閑令牌傳到這個結(jié)點時，該結(jié)點修改令牌幀中的標(biāo)志，使其變?yōu)椤懊Α钡臓顟B(tài)，然后去掉令牌的尾部，加上數(shù)據(jù)，成為數(shù)據(jù)幀，發(fā)送到下一個結(jié)點。 接收與轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)幀每經(jīng)

18、過一個結(jié)點，該結(jié)點就比較數(shù)據(jù)幀中的目的地址，如果不屬于本結(jié)點，則轉(zhuǎn)發(fā)出去； 如果屬于本結(jié)點，則復(fù)制到本結(jié)點的計算機(jī)中，同時在幀中設(shè)置已經(jīng)復(fù)制的標(biāo)志，然后向下一結(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)。,取消數(shù)據(jù)幀并且重發(fā)令牌。 由于環(huán)網(wǎng)在物理上是個閉環(huán)，一個幀可能在環(huán)中不停地流動，所以必須清除。當(dāng)數(shù)據(jù)幀通過閉環(huán)重新傳到發(fā)送結(jié)點時，發(fā)送結(jié)點不再轉(zhuǎn)發(fā)，而是檢查發(fā)送是否成功。 如果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)幀沒有被復(fù)制（傳輸失?。?，則重發(fā)該數(shù)據(jù)幀； 如果發(fā)現(xiàn)傳輸成功，則清除該數(shù)據(jù)幀，并且產(chǎn)生一個新的空閑令牌發(fā)送到環(huán)上。,令牌環(huán)中主要的3種操作（2）,4.4數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備與部件,8/28/2020,第4章 數(shù)據(jù)鏈路層基礎(chǔ)與應(yīng)用,43,該層的 主要部件

19、有：網(wǎng)卡 主要互連設(shè)備有：網(wǎng)橋、交換機(jī)、無線網(wǎng)橋,4.4.1網(wǎng)絡(luò)適配器,1.網(wǎng)絡(luò)適配器的組成與連接 網(wǎng)卡的組成：如圖4-7所示，網(wǎng)卡與計算機(jī)以并行方式傳輸信號；而與外部傳輸介質(zhì)，則是以串行方式傳輸信號。 網(wǎng)卡與LAN的連接：通過傳輸介質(zhì)的接口連接。 網(wǎng)卡與計算機(jī)的連接：通過主板上的I/O總線與計算機(jī)連接。 網(wǎng)卡的硬件地址：MAC地址又稱為“物理地址”。MAC地址的前24位標(biāo)識廠商，后24位是由廠商指定的網(wǎng)卡序列號。,4.4.1網(wǎng)絡(luò)適配器,1.網(wǎng)絡(luò)適配器的組成與連接,4.4.1網(wǎng)絡(luò)適配器,2.網(wǎng)絡(luò)適配器的基本功能 實現(xiàn)“物理層”和“數(shù)據(jù)鏈路層”的功能。 （1）網(wǎng)卡的工作流程 發(fā)送端計算機(jī)：將待發(fā)

20、送的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為能夠通過傳輸介質(zhì)傳送的數(shù)據(jù)信號，并通過傳輸介質(zhì)傳遞到目的設(shè)備。 接收端的計算機(jī)：網(wǎng)卡負(fù)責(zé)接收傳輸介質(zhì)中傳遞給本網(wǎng)卡的數(shù)據(jù)幀信號，并將其重新組合、還原為原數(shù)據(jù)。 （2）網(wǎng)卡的功能-參見P94,4.4.1網(wǎng)絡(luò)適配器,3. 選購網(wǎng)絡(luò)適配器時應(yīng)考慮的因素 速率。 計算機(jī)中的總線插槽和連接類型。 有線網(wǎng)卡。 無線網(wǎng)卡。,4.4.2數(shù)據(jù)鏈路層的設(shè)備,1.理論作用 學(xué)習(xí)功能：根據(jù)讀出的端口和物理（MAC）地址信息自動學(xué)習(xí)、建立起“轉(zhuǎn)發(fā)表”（MAC地址表）；并依據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)表中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀。 過濾和轉(zhuǎn)發(fā)：根據(jù)學(xué)習(xí)到的轉(zhuǎn)發(fā)表和目的的地址，進(jìn)行數(shù)據(jù)幀的過濾或轉(zhuǎn)發(fā)。 例如，圖4-8。,4.4.2數(shù)據(jù)鏈路

21、層的設(shè)備,例如，圖4-8。 過濾：當(dāng)PC1PC2發(fā)送數(shù)據(jù)時，MAC_1、MAC_2的端口號都是1，執(zhí)行過濾，不轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀； 轉(zhuǎn)發(fā)：當(dāng)PC1PC3發(fā)送數(shù)據(jù)時，MAC_1、MAC_3的端口號為1、2，執(zhí)行發(fā)數(shù)據(jù)幀；,4.4.2數(shù)據(jù)鏈路層的設(shè)備,2.沖突域和廣播域 沖突域定義：就是同一時間內(nèi)只能有一臺設(shè)備發(fā)送信息的范圍。即在同一個沖突域中的每一個節(jié)點都能收到所有被發(fā)送的幀。 沖突域是由hub組織的。一個hub就是一個沖突域。交換機(jī)的每個端口都是一個沖突域。 沖突域是基于第一層（物理層）。 廣播域定義：網(wǎng)絡(luò)中能接收任一設(shè)備發(fā)出的廣播幀的所有設(shè)備的集合。 廣播域是機(jī)于第二層（數(shù)據(jù)鏈路層） 如圖4-8，交

22、換機(jī)互連了2個網(wǎng)段，具有1個廣播域和個沖突域。,4.4.2數(shù)據(jù)鏈路層的設(shè)備,2.沖突域和廣播域 該層的設(shè)備： 互連的網(wǎng)絡(luò)處于多個沖突域和同一廣播域。 這層設(shè)備與物理層設(shè)備類似，經(jīng)常用于互連使用相同網(wǎng)絡(luò)號的IP子網(wǎng)。,4.4.2數(shù)據(jù)鏈路層的設(shè)備,3.實際作用 組網(wǎng)。 增加沖突域的個數(shù)，減小沖突域的范圍。 通過VLAN作用劃分多個廣播域，近一步提高網(wǎng)絡(luò)的性能。,4.4.2數(shù)據(jù)鏈路層的設(shè)備,4. 交換機(jī)與集線器 （1）不同之處：在OSI模型中所處的位置不同。 工作原理不同。 網(wǎng)絡(luò)工作方式不同。 帶寬不同。 端口通信模式和速率不同。 沖突域數(shù)目不同。 （2）相同之處 其它方面均相同。如：連線方式、物理

23、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、故障指示、組網(wǎng)功能及網(wǎng)卡、傳輸介質(zhì)等均同。,系統(tǒng)帶寬為10Mb/s 每個連接的帶寬為10/4=2.5Mbps,系統(tǒng)帶寬為n*10=40Mb/s 每個連接的帶寬為10Mbps,舉例：帶寬不同,當(dāng)集線器和交換機(jī)帶寬都是10Mb/s時,1口,廣播MAC,MAC端口應(yīng)答,9口,1,12,9,集線器示意圖,1口,交換器CPU,檢索MAC端口,9口,交換機(jī)示意圖,4.4.2數(shù)據(jù)鏈路層的設(shè)備,（3）交換機(jī)端口類型與參數(shù) 單/多MAC地址 專用端口和共享端口。 端口密度：能夠提供的主要端口的數(shù)目。 高速端口。 管理端口。 其他連接端口。,4.4.2數(shù)據(jù)鏈路層的設(shè)備,（3）交換機(jī)端口類型與參數(shù) 單/多

24、MAC地址 專用端口和共享端口。 端口密度：能夠提供的主要端口的數(shù)目。 高速端口。 管理端口 其他連接端口。,4.4.2數(shù)據(jù)鏈路層的設(shè)備,（4）按照外型分類 獨立型式：適合小型獨立的工作小組、部門或者辦公室使用。 堆疊式：采用了背板技術(shù)來支持多個網(wǎng)段，適用于未來可能會迅速增長的場合。 模塊式：配有機(jī)架或卡箱，帶多個卡槽。每個卡的作用就相當(dāng)于一個獨立型交換機(jī)。,4.5以太網(wǎng)技術(shù),8/28/2020,第4章 數(shù)據(jù)鏈路層基礎(chǔ)與應(yīng)用,60,4.5以太網(wǎng)技術(shù),以太網(wǎng)技術(shù)起源于一個實驗網(wǎng)絡(luò)，該實驗網(wǎng)絡(luò)的目的是把幾臺個人計算機(jī)以2.95Mb/s的速率連接起來。 由于該實驗網(wǎng)絡(luò)的成功建立和突出表現(xiàn)引起了DEC

25、、Intel、Xerox公司的注意，這3家公司借助該實驗網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)驗最終在1980年發(fā)布了第一個以太網(wǎng)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)建議書。 該建議書的核心思想是在一個10Mb/s的共享物理介質(zhì)上把最多1025個計算機(jī)和其他數(shù)字設(shè)備進(jìn)行連接，當(dāng)然這些設(shè)備之間的距離不能太大（最大2.5千米）。 之后以太網(wǎng)技術(shù)在1980年建議書的基礎(chǔ)上逐漸成熟和完善，并逐漸占據(jù)了局域網(wǎng)的主導(dǎo)地位。,4.5以太網(wǎng)技術(shù),以太網(wǎng)是典型的總線局域網(wǎng)，網(wǎng)中沒有控制節(jié)點，任何結(jié)點發(fā)送信息都是隨機(jī)的，網(wǎng)中結(jié)點都只能平等地爭用發(fā)送時間，以太網(wǎng)的介質(zhì)訪問控制方法采用帶沖突檢測的載波監(jiān)聽多路訪問（CSMA/CD）方法。它是以太網(wǎng)的核心技術(shù)是隨機(jī)爭用型介質(zhì)訪

26、問控制方法。 由于802.3是依據(jù)以太網(wǎng)制定的，所以人們把802.3 標(biāo)準(zhǔn)稱為以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。 下頁表列出了一些以太網(wǎng)規(guī)范的發(fā)展情況。,4.5以太網(wǎng)技術(shù),4.5以太網(wǎng)技術(shù),1. 以太網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 共享式以太網(wǎng)的邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是“總線型”，最常用的是星型拓?fù)洹?2. 以太網(wǎng)的介質(zhì)訪問控制方式 采用CSMA/CD方式，采用IEEE802.3系列標(biāo)準(zhǔn)。,圖 IEEE 802.3幀結(jié)構(gòu),7,1,6,6,2,20,01500,5,字節(jié),4.5以太網(wǎng)技術(shù),3. 以太網(wǎng)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)與分類 （1）低速產(chǎn)品的常見標(biāo)準(zhǔn) 傳統(tǒng)以太網(wǎng)可使用的傳輸媒體有四種，這樣，以太網(wǎng)就有四種不同的物理層。 最常用的以太網(wǎng)有以下四種。 10

27、Base-5，是最初的粗同軸電纜以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。 10Base-2，是細(xì)同軸電纜以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。 10Base-T，是10 Mbps的雙絞線以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。 10Base-F，是10 Mbps的光纜以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。,4.5以太網(wǎng)技術(shù),（2）其他以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn) 100BASE系列：快速以太網(wǎng)，詳細(xì)標(biāo)準(zhǔn)參見表4-5。 1000BASE系列：千兆位以太網(wǎng)，詳細(xì)標(biāo)準(zhǔn)參見表4-5。 交換式以太網(wǎng)系列：10Mb/s、100Mb/s和1000Mb/s。,4.5以太網(wǎng)技術(shù),（3）共享以太網(wǎng)的總結(jié) 傳輸速度：10、100或1000Mb/s 介質(zhì)訪問控制方法：CSMA/CD 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)： 邏輯拓?fù)錇椤翱偩€”結(jié)構(gòu)； 物理拓?fù)錇椤翱偩€”和

28、“星型”結(jié)構(gòu) 傳輸類型：幀交換,4.5以太網(wǎng)技術(shù),3.以太網(wǎng)的主要設(shè)計特點 簡易性。 低成本。 兼容性。 擴(kuò)展性。 均等性，采用“爭用”的方式取得發(fā)送信息的權(quán)力，并以廣播方式傳遞信息。,2020/8/28,第4章 數(shù)據(jù)鏈路層基礎(chǔ)與應(yīng)用,68,4.5.1共享式以太網(wǎng),1.共享式雙絞線以太網(wǎng)的硬件結(jié)構(gòu),集線器,組網(wǎng)所用設(shè)備： 帶有RJ-45接口的以太網(wǎng)卡 集成器 3類或5類非屏蔽雙絞線 RJ-45連接頭,4.5.1共享式以太網(wǎng),2.雙絞線以太網(wǎng)的組建方法：分為以下幾種： 單一集成器結(jié)構(gòu) 所有結(jié)點通過非屏蔽雙絞線與集成器連接，構(gòu)成物理上的星型拓?fù)?。從結(jié)點到集成器的非屏蔽雙絞線的最大長度為100米。

29、多集成器級聯(lián)結(jié)構(gòu) 多集成器的級聯(lián)結(jié)構(gòu)時，通常采用以下兩種方法： 通過集成器的RJ-45端口實現(xiàn)級聯(lián)； 通過集成器提供的向上連接端口實現(xiàn)級聯(lián)。 堆疊式集成器結(jié)構(gòu) 堆疊式集成器適用于中小型企業(yè)網(wǎng)環(huán)境。 通過在基礎(chǔ)集成器上堆疊多個擴(kuò)展集成器，一方面可以增加以太網(wǎng)的結(jié)點數(shù)，另一方面可以實現(xiàn)對網(wǎng)中結(jié)點的網(wǎng)絡(luò)管理功能。,4.5.2交換式以太網(wǎng),使用以交換機(jī)作為中央連接設(shè)備的以太網(wǎng)稱為交換式以太網(wǎng)。 由于交換機(jī)只須識別幀中MAC地址，直接根據(jù)MAC地址產(chǎn)生選擇轉(zhuǎn)發(fā)端口算法簡單，便于實現(xiàn)，故轉(zhuǎn)發(fā)速度極高。這是交換機(jī)的最大好處。,交換式以太網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)點 允許多對站點同時通信，每個站點可以獨占傳輸通道和帶寬。 在

30、交換機(jī)各端口之間同時可以建立多條通信鏈路(虛連接)，允許多對站點同時通信，每對站點都可以獨享一條數(shù)據(jù)通道進(jìn)行數(shù)據(jù)幀的交換，如圖所示。 在交換式網(wǎng)絡(luò)中，隨著用戶的增多，系統(tǒng)帶寬會不斷拓寬，即使是在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載很重的情況下，也不會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)性能下降。,4.5.2交換式以太網(wǎng),因此，在交換機(jī)各端口之間幀的轉(zhuǎn)發(fā)已不再受CSMACD的約束。其系統(tǒng)帶寬已不再是固定不變的10Mbps或100Mbps，而系統(tǒng)的總帶寬通常為各個交換端口帶寬之和，即系統(tǒng)帶寬=端口帶寬*n。這一點是交換式以太網(wǎng)最明顯的特點。 靈活的接口速率。在交換網(wǎng)絡(luò)中，由于站點獨享介質(zhì)和帶寬，用戶可以按需配置端口速率。在一臺交換機(jī)上可以配置10Mbp

31、s，100Mbps，10Mbps100Mbps自適應(yīng)，1Gbps和10Gbps不同速率的交換端口，用于連接不同速率的站點，接口速率的配置有極大的靈活性。,4.5.2交換式以太網(wǎng),4.5.2交換式以太網(wǎng),1.利用10 /100 Mb/s交換機(jī)與低速共享以太網(wǎng)組網(wǎng)方案：如圖4-9所示的方式。 2. 利用10 /100 Mb/和10 Mb/s交換機(jī)組建單位網(wǎng)絡(luò)是圖4-9的改良和擴(kuò)展方案。 將網(wǎng)絡(luò)的瓶頸點（網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器）連入上層交換機(jī)的最高速率的端口，如100Mb/s； 將其中的10Mb/s集線器改換為10Mb/s交換機(jī)； 盡可能多地將有固定帶寬要求的高性能計算機(jī)結(jié)點接入交換機(jī)而不是集線器。 3. 利用

32、具有部分100Mb/s端口的交換機(jī)與原有的100Mb/s快速以太網(wǎng)用戶組網(wǎng),4.5.2交換式以太網(wǎng),4. 利用具有部分1000Mb/s端口的交換機(jī)與多個100BASET交換機(jī)組網(wǎng) 5. 千兆交換式以太網(wǎng)組網(wǎng)方案-如圖4-10。 （1）千兆以太網(wǎng)的層次設(shè)計 企業(yè)級采用速率為1000Mb/s千兆交換式以太網(wǎng)作為主干網(wǎng)。 部門采用速率為100Mb/s交換式雙絞線以太網(wǎng)。 桌面采用速率為10Mb/s的交換式雙絞線以太網(wǎng)。 （2）千兆以太網(wǎng)的瓶頸設(shè)計 將網(wǎng)絡(luò)的瓶頸點（網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器）連入上層交換機(jī)的最高速率端口； 將網(wǎng)絡(luò)的瓶頸點（下級交換機(jī)）連入上層交換機(jī)的最高速率端口； 更換網(wǎng)絡(luò)瓶頸結(jié)點的網(wǎng)卡、介質(zhì)，使其

33、與所連接的速率匹配。,4.5.2交換式以太網(wǎng),4.6虛擬局域網(wǎng)基礎(chǔ),8/28/2020,第4章 數(shù)據(jù)鏈路層基礎(chǔ)與應(yīng)用,77,4.6.1虛擬局域網(wǎng)概述,在IEEE802.1Q標(biāo)準(zhǔn)中是這樣對它定義的：虛擬局域網(wǎng)是由一些局域網(wǎng)網(wǎng)段構(gòu)成的與物理位置無關(guān)的邏輯組，而這些網(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(biāo)識符，指明發(fā)送這個幀的工組是屬于哪一個VLAN 。,4.6.1虛擬局域網(wǎng)概述,1.VLAN虛擬局域網(wǎng)的基本概念 （1）虛擬局域網(wǎng)的定義與基本概念 虛擬局域網(wǎng)是以局域網(wǎng)交換機(jī)為基礎(chǔ)，通過交換機(jī)軟件實現(xiàn)根據(jù)功能、部門、應(yīng)用等因素將設(shè)備或用戶組成虛擬工作組或邏輯網(wǎng)段的技術(shù)。 其最大的特點是在組成邏輯網(wǎng)時無須考慮用戶或設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中的物理位置。VLAN可以在一個交換機(jī)或者跨交換機(jī)實現(xiàn)。 需求環(huán)境：現(xiàn)在企業(yè)內(nèi)部因為保密或者其他原因，要求各業(yè)務(wù)部門獨立成為一個局域網(wǎng)，而各業(yè)務(wù)部門人員不一定是在同一個辦公地點，同時還要求各網(wǎng)絡(luò)之間不允許互相訪問。,4.6.1虛擬局域網(wǎng)概述,虛擬局域網(wǎng)VLAN的示例,4.6.1虛擬局域網(wǎng)概述,（2）VLAN使用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)： IEEE 802.1Q。 （3）VLAN的分類與技術(shù)基礎(chǔ)： 交換技術(shù)。