1、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò),第 3 章 數(shù)據(jù)鏈路層,第 3 章 數(shù)據(jù)鏈路層,3.1 使用點對點信道的數(shù)據(jù)鏈路層 3.1.1 數(shù)據(jù)鏈路和幀 3.1.2 三個基本問題 3.2 點對點協(xié)議 PPP 3.2.1 PPP 協(xié)議的主要特點 3.2.2 PPP 協(xié)議的幀格式 3.2.3 PPP 協(xié)議的工作狀態(tài),第 3 章 數(shù)據(jù)鏈路層（續(xù)）,3.3 使用廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層 3.3.1 局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層 3.3.2 CSMA/CD 協(xié)議 3.4 使用廣播信道的以太網(wǎng) 3.4.1 使用集線器的星形拓?fù)?3.4.2 以太網(wǎng)的 MAC 層,第 3 章 數(shù)據(jù)鏈路層（續(xù)）,3.5 擴(kuò)展的以太網(wǎng) 3.5.1 在物理層擴(kuò)展以太網(wǎng) 3.5

2、.2 在數(shù)據(jù)鏈路層擴(kuò)展以太網(wǎng) 3.6 高速以太網(wǎng) 3.6.1 幾種高速以太網(wǎng) 3.6.2 使用高速以太網(wǎng)進(jìn)行寬帶接入,數(shù)據(jù)鏈路層,數(shù)據(jù)鏈路層使用的信道主要有以下兩種類型： 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(fù)雜。廣播信道上連接的主機(jī)很多，因此必須使用專用的共享信道協(xié)議來協(xié)調(diào)這些主機(jī)的數(shù)據(jù)發(fā)送。,數(shù)據(jù)鏈路層的簡單模型,局域網(wǎng),廣域網(wǎng),主機(jī) H1,主機(jī) H2,路由器 R1,路由器 R2,路由器 R3,電話網(wǎng),局域網(wǎng),主機(jī) H1 向 H2 發(fā)送數(shù)據(jù),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( 續(xù)）,局域網(wǎng),廣域網(wǎng),主機(jī) H1

3、,主機(jī) H2,路由器 R1,路由器 R2,路由器 R3,電話網(wǎng),局域網(wǎng),主機(jī) H1 向 H2 發(fā)送數(shù)據(jù),鏈路層,應(yīng)用層,運輸層,網(wǎng)絡(luò)層,物理層,鏈路層,應(yīng)用層,運輸層,網(wǎng)絡(luò)層,物理層,鏈路層,網(wǎng)絡(luò)層,物理層,鏈路層,網(wǎng)絡(luò)層,物理層,鏈路層,網(wǎng)絡(luò)層,物理層,R1,R2,R3,H1,H2,僅從數(shù)據(jù)鏈路層觀察幀的流動,數(shù)據(jù)鏈路層功能,數(shù)據(jù)鏈路層最主要的功能可歸結(jié)為以下幾點。 （1）結(jié)點A的數(shù)據(jù)鏈路層把網(wǎng)絡(luò)層交下來的IP數(shù)據(jù)報封裝成幀。 （2）結(jié)點A把封裝好的幀發(fā)送給結(jié)點B的數(shù)據(jù)鏈路層。 （3）若結(jié)點B的數(shù)據(jù)鏈路層收到的幀無差錯，則從收到的幀中提取出IP數(shù)據(jù)報上交給上面的網(wǎng)絡(luò)層；否則丟棄這個幀。,IP

4、 數(shù)據(jù)報,1010 0110,幀,取出,數(shù)據(jù) 鏈路層,網(wǎng)絡(luò)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,(a),(b),發(fā)送,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,3.1 使用點對點信道的數(shù)據(jù)鏈路層3.1.1 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(data link) 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

5、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。,數(shù)據(jù)鏈路層像個數(shù)字管道,常常在兩個對等的數(shù)據(jù)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(jù)單位是幀。 早期的數(shù)據(jù)通信協(xié)議曾叫作通信規(guī)程(procedure)。因此在數(shù)據(jù)鏈路層，規(guī)程和協(xié)議是同義語。,3.1.2 三個基本問題,(1) 封裝成幀 (2) 透明傳輸 (3) 差錯控制,1. 封裝成幀,每一種鏈路層協(xié)議都規(guī)定了幀的數(shù)據(jù)部分的長度上限最大傳送單元 MTU (Maximum Transfer Unit)。,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,從這里開始發(fā)送,幀開始,

6、幀的基本組成,幀定界（開始與結(jié)束） 地址字段（用于尋址） 幀類型（或長度/控制）字段 數(shù)據(jù) 幀校驗字段（差錯控制）,幀的開始,地址,幀類型或長度,數(shù)據(jù),幀校驗,幀的結(jié)束,上圖只是幀的一般組成，不同的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議所規(guī)定的幀格式可能會與其存在微小的區(qū)別。,用控制字符進(jìn)行幀定界的方法舉例,透明傳輸數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議允許所傳送的數(shù)據(jù)可具有任意形式的比特組合。,2. 透明傳輸,數(shù)據(jù)部分恰好出現(xiàn)與EOT一樣的代碼,解決辦法,1、采用轉(zhuǎn)義字符 2、比特插入,轉(zhuǎn)義字符,當(dāng)數(shù)據(jù)中出現(xiàn)字符“SOH”或“EOT”時將其轉(zhuǎn)換為另一字符，而這個字符不會被解釋為控制字符的。這種方法稱為字節(jié)插入。如：,數(shù)據(jù)出現(xiàn)的控制字符,經(jīng)

7、字節(jié)插入后發(fā)送時的字符,SOH,ESC x,EOT,ESC y,ESC,ESC z,上述控制字符稱為轉(zhuǎn)義字符。 思考：為什么ESC也要進(jìn)行轉(zhuǎn)換,舉例,當(dāng)數(shù)據(jù)中出現(xiàn)SOH和EOT時增加轉(zhuǎn)義字符。,3. 差錯檢測,在一段時間內(nèi)，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 (Bit Error Rate)。 為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕谟嬎銠C(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)時，必須采用各種差錯檢測措施。 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)。,循環(huán)冗余檢驗CRC的原理,發(fā)送在前,數(shù)據(jù),000,（n 位）,除法器,FCS,（n 位）,得出余數(shù),發(fā)送方,數(shù)據(jù),FCS,除法器,余數(shù),

8、（n 位）,得出余數(shù),接收方,數(shù)據(jù),FCS,（n 位）,若余數(shù)為 0 則接受； 否則丟棄。,（n 位）,應(yīng)當(dāng)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)。 “無差錯接受”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(rèn)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(rèn)和重傳機(jī)制。,3.2 點對點協(xié)議 PPP 3.2.1 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 (P

9、oint-to-Point Protocol)。 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(jī)構(gòu) 申請到一批 IP 地址,ISP,接入網(wǎng),PPP 協(xié)議,PPP 協(xié)議最主要的特點,簡單 封裝成幀 透明傳輸 支持多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議 多種類型鏈路 差錯檢測（不糾正差錯）,PPP 協(xié)議不需要的功能,糾錯 流量控制 序號,PPP 協(xié)議的組成,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 (Link Control Protocol):用于建立、配置和測試數(shù)據(jù)鏈路連接。

10、 網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議 NCP (Network Control Protocol):用于支持不同的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。,3.2.2 PPP 協(xié)議的幀格式,標(biāo)志字段 F = 01111110。 地址字段 A 只置為 11111111。但地址字段實際上并不起作用。 控制字段 C 通常置為 00000011。 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。 當(dāng)協(xié)議字段為 00000000 00100001 時，PPP 幀的信息字段就是IP 數(shù)據(jù)報。 若為 11000000 00100001, 則信息字段是 PPP 鏈路控制數(shù)據(jù)。 若為 1

11、0000000 00100001，則表示這是網(wǎng)絡(luò)控制數(shù)據(jù)。,IP 數(shù)據(jù)報,1,2,1,1,字節(jié),1,2,不超過 1500 字節(jié),PPP 幀,先發(fā)送,F,A,C,FCS,F,協(xié)議,信 息 部 分,首部,尾部,透明傳輸問題,當(dāng) 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。 當(dāng) 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 F 標(biāo)志的前面插入轉(zhuǎn)義字符 01111101 。 若信息字段中出現(xiàn)一個轉(zhuǎn)義字符 01111101 , 則在其后插入 01011101。 若信息字段中出現(xiàn) ASCII 碼的控制字符（即數(shù)值小于 00100000 的字符），

12、則在該字符前面要加入一個 01111101 字節(jié)，同時將該字符的編碼按一定的規(guī)則加以改變。,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，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(jìn)行掃描。每當(dāng)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，,0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0,0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 0,0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0

13、1 0 1 0,信息字段中出現(xiàn)了和 標(biāo)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(rèn)為是標(biāo)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,3.2.3 PPP 協(xié)議的工作狀態(tài),使用PPP協(xié)議的狀態(tài)圖,3.3 使用廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層3.3.1 局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層,局域網(wǎng)最主要的特點是：網(wǎng)絡(luò)為一個單位所擁有，且地理范圍和站點數(shù)目均有限。 局域網(wǎng)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(wǎng)。局域網(wǎng)上的主機(jī)可共享連接在局域網(wǎng)上的各種硬件和軟件資源。

14、 便于系統(tǒng)的擴(kuò)展和逐漸地演變，各設(shè)備的位置可靈活調(diào)整和改變。 提高了系統(tǒng)的可靠性、可用性和殘存性。,從功能的角度來看，局域網(wǎng)特點：,共享傳輸信道。 地理范圍有限，用戶個數(shù)有限。 傳輸速率高。 誤碼率低。 多采用分布式控制和廣播式通信。,從網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)和傳輸控制規(guī)程來看，局域網(wǎng)也有自己的特點,低層協(xié)議簡單。 不單獨設(shè)立網(wǎng)絡(luò)層。 采用多種媒體訪問控制技術(shù)。,局域網(wǎng)的拓?fù)?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),傳統(tǒng)以太網(wǎng)以太網(wǎng)的兩個標(biāo)準(zhǔn),DIX Ethernet V2 是世界上第一個局域網(wǎng)產(chǎn)品（以太網(wǎng)）的規(guī)約。 IEEE 的 802.3 標(biāo)準(zhǔn)。 DIX Ethernet V

15、2 標(biāo)準(zhǔn)與 IEEE 的 802.3 標(biāo)準(zhǔn)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(yán)格說來，“以太網(wǎng)”應(yīng)當(dāng)是指符合 DIX Ethernet V2 標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)多種局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，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 (Logical Link Control)子層 媒體接入控制 MAC (Medium Access Control)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,媒體接入基

16、本概念,1)媒體接入：節(jié)點使用通信信道稱為媒體接入； 2)沖突：在同一信道中，如果有兩個或多個站同時發(fā)送數(shù)據(jù)，則信號在信道中發(fā)生碰撞，導(dǎo)致數(shù)據(jù)發(fā)送失敗，這種現(xiàn)象稱為沖突； 3)媒體接入?yún)f(xié)議：為了避免信道沖突，決定由哪個站先用信道的協(xié)議稱為媒體接入?yún)f(xié)議； 4) 媒體接入子層：數(shù)據(jù)鏈路層中專用來解決信道分配的協(xié)議層稱為媒體接入子層（MAC）。,媒體共享技術(shù),靜態(tài)劃分信道 頻分復(fù)用 時分復(fù)用 波分復(fù)用 碼分復(fù)用 動態(tài)媒體接入控制（多點接入） 隨機(jī)接入。例如，以太網(wǎng)。 受控接入 ，如多點線路探詢(polling)，或稱為輪詢。例如，令牌環(huán)。,媒體接入控制方法要解決的問題,(1)該哪個結(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)？ (

17、2)發(fā)送時會不會出現(xiàn)沖突？ (3)出現(xiàn)沖突怎么辦？,最初的以太網(wǎng)是將許多計算機(jī)都連接到一根總線上。當(dāng)初認(rèn)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),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(jù),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(jìn)行編號，也不要求對方發(fā)回確認(rèn)。 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。,總線結(jié)構(gòu)與沖突,載波監(jiān)聽多點

18、接入/碰撞檢測 CSMA/CD,“多點接入”表示許多計算機(jī)以多點接入的方式連接在一根總線上。 “載波監(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(jī)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。 “碰撞檢測”就是計算機(jī)邊發(fā)送數(shù)據(jù)邊檢測信道上的信號電壓大小。當(dāng)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(rèn)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。,電磁波在總線上的有限傳播速率的影響,當(dāng)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(dá) B 之前發(fā)送自己的幀(因為

19、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。,1 km,A,B,t,t = 0,單程端到端 傳播時延記為,1 km,A,B,t,t = B 檢測到信道空閑 發(fā)送數(shù)據(jù),t = / 2 發(fā)生碰撞,A,B,A,B,t = 0 A 檢測到 信道空閑 發(fā)送數(shù)據(jù),A,B,t = 0,A,B,單程端到端 傳播時延記為,CSMA/CD的流程圖,CSMA/CD的發(fā)送流程可以概括為,先聽后發(fā) 邊聽邊發(fā) 沖突停止 延遲重發(fā),重要特性,使用 CSMA/CD 協(xié)議的以太網(wǎng)不能進(jìn)行全雙工通信而只能進(jìn)行雙向交替通信（半雙工通信）。 每個站在發(fā)

20、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(yuǎn)小于以太網(wǎng)的最高數(shù)據(jù)率。,適配器的作用,網(wǎng)絡(luò)接口板又稱為通信適配器(adapter)或網(wǎng)絡(luò)接口卡 NIC (Network Interface Card)，或“網(wǎng)卡”。 適配器的重要功能： 進(jìn)行串行/并行轉(zhuǎn)換。 對數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存。 在計算機(jī)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(jī)通過適配器和局域網(wǎng)進(jìn)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(jī),IP 地址,并行 通信,傳統(tǒng)以太網(wǎng)的連接方

21、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(xì)纜） 銅線（雙絞線） 光纜 這樣，以太網(wǎng)就有四種不同的物理層。,3.4 使用廣播信道的以太網(wǎng)3.4.1 使用集線器的星形拓?fù)?現(xiàn)在的以太網(wǎng)都采用星形拓?fù)?，其中心是集線器。每個站需要用兩對無屏蔽雙絞線（做在一根電纜內(nèi)），分別用于發(fā)送和接收。雙絞線的兩端使用 RJ-45 插頭。由于集線器使用了大規(guī)模集成電路芯片，因此集線器的可靠性很高。 星形以太網(wǎng) 10BASE-T 的 “10”代表 10 Mb/s 的數(shù)據(jù)率，BASE 表示連接線上的信號是基帶信號，T 代表雙絞線。 由于雙絞線電纜的以太網(wǎng)價格便宜而使用方便，使粗纜以太網(wǎng)和細(xì)纜以太網(wǎng)都已成為歷史

22、，并已從市場上消失了。,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,10/100 Mbps速率；后者被稱為 “快速ethernet” 各節(jié)點都連接到集線器上 “星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)”；在節(jié)點和適配器間最大距離為100米,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。 集線器很像一個多端口的轉(zhuǎn)發(fā)器，工作在物理層。,具有三個端口的集線器,集 線 器,網(wǎng)卡,工作站,網(wǎng)卡,工作站,網(wǎng)卡,工作站,雙絞線,3.4.2 以太網(wǎng)

23、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(biāo)準(zhǔn)所說的“地址”嚴(yán)格地講應(yīng)當(dāng)是每一個站的“名字”或標(biāo)識符。 但鑒于大家都早已習(xí)慣了將這種 48 位二進(jìn)制的“名字”稱為“地址”，所以本書也采用這種習(xí)慣用法，盡管這種說法并不太嚴(yán)格。,65,在局域網(wǎng)中的每一個適配器都有一個唯一的LAN地址,廣播地址 = FF-FF-FF-FF-FF-FF,= 適配器（網(wǎng)卡）,網(wǎng)卡檢查 MAC 地址,網(wǎng)卡從網(wǎng)絡(luò)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(jìn)行其他的處理。 否則就將此幀丟棄，不再進(jìn)行

24、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(biāo)準(zhǔn) ： DIX Ethernet V2 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。,MAC 幀,字節(jié),6,6,2,4,IP 層,物理層,目的地址,源地址,長度/類型,FCS,MAC 層,10101010101010 10101010101010101011,前同步碼,幀開始 定界符,7 字節(jié),1 字節(jié),數(shù) 據(jù),MAC 子層,IP 層,L

25、LC 子層,這種 802.3 + 802.2 幀已經(jīng)較少使用,43 1497,1,1,1,DSAP,SSAP,控制,MAC 幀,物理層,MAC 層,IP 層,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,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,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(biāo)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,以太網(wǎng) V2 的 MAC 幀格式,數(shù)據(jù)字段 46

26、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,以太網(wǎng) V2 的 MAC 幀格式,FCS 字段 4 字節(jié),當(dāng)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(dāng)數(shù)據(jù)字段的長度小于 46 字節(jié)時， 應(yīng)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,以太網(wǎng) V2 的 MAC 幀格式,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

27、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(dá)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),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。 對于檢查出的無效 MAC 幀就簡單地丟棄。以太網(wǎng)不負(fù)責(zé)重傳丟棄的幀。,無效的 MAC 幀,主機(jī)使用光纖和一對光纖調(diào)制解調(diào)器連接到集線器,3.5 擴(kuò)展的局域網(wǎng)3.5.1 在物理層擴(kuò)展局域網(wǎng),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,用多個集線器可連成更大的局域網(wǎng),3.5 擴(kuò)展的局域網(wǎng)3.5.1 在物

28、理層擴(kuò)展局域網(wǎng),三個獨立的碰撞域,一系,二系,三系,碰撞域,碰撞域,碰撞域,通過一個主干集線器把各系的以太網(wǎng)連接起來,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(wǎng)上的計算機(jī)能夠進(jìn)行跨碰撞域的通信。 擴(kuò)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。,用集線器擴(kuò)展局域網(wǎng),在數(shù)據(jù)鏈路層擴(kuò)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(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。 網(wǎng)橋具有過濾幀的功能。當(dāng)網(wǎng)橋收到一個幀時，并不是向所有的端口轉(zhuǎn)發(fā)此幀，而是先檢查此幀

29、的目的 MAC 地址，然后再確定將該幀轉(zhuǎn)發(fā)到哪一個端口,3.5.2 在數(shù)據(jù)鏈路層擴(kuò)展局域網(wǎng),網(wǎng)橋的內(nèi)部結(jié)構(gòu),站表,端口管理 軟件,網(wǎng)橋協(xié)議 實體,端口 1,端口 2,緩存,網(wǎng)段 B,網(wǎng)段 A,1,1,1,2,2,2,站地址,端口,網(wǎng)橋,網(wǎng)橋,(1) 接收幀 (2) 緩存 (3) 查表 (4) 過濾和轉(zhuǎn)發(fā)。丟棄發(fā)往同LAN的幀；否則轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)端口 (5)逆向?qū)W習(xí)。,端口 1,端口 2,丟棄還是轉(zhuǎn)發(fā),透明網(wǎng)橋是一種即插即用設(shè)備,只要把網(wǎng)橋接入局域網(wǎng)，不用人工配置轉(zhuǎn)發(fā)表網(wǎng)橋就能工作。 網(wǎng)橋依靠轉(zhuǎn)發(fā)表來轉(zhuǎn)發(fā)幀，也就是網(wǎng)橋中的轉(zhuǎn)發(fā)表在網(wǎng)橋開始加電工作后，能夠自學(xué)習(xí)算法，自動建立起自己的轉(zhuǎn)發(fā)表（不必人工介

30、入）。 這樣的網(wǎng)橋也叫做透明網(wǎng)橋，因為以太網(wǎng)上的站點都看不見已接在以太網(wǎng)上的網(wǎng)橋。,過濾通信量。 擴(kuò)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10 Mb/s 和 100 Mb/s 以太網(wǎng)）的局域網(wǎng)。,使用網(wǎng)橋帶來的好處,下面同網(wǎng)橋連接起來較大的以太網(wǎng)具有三個隔離開的碰撞域。,B2,B1,碰撞域,碰撞域,碰撞域,A,B,C,D,E,F,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(luò)擁塞。這

31、就是所謂的廣播風(fēng)暴。,使用網(wǎng)橋帶來的缺點,集線器在轉(zhuǎn)發(fā)幀時，不對傳輸媒體進(jìn)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(jìn)行退避。 在這一點上網(wǎng)橋的接口很像一個網(wǎng)卡。但網(wǎng)橋卻沒有網(wǎng)卡。 由于網(wǎng)橋沒有網(wǎng)卡，因此網(wǎng)橋并不改變它轉(zhuǎn)發(fā)的幀的源地址。,網(wǎng)橋和集線器（或轉(zhuǎn)發(fā)器）不同,1990 年問世的交換式集線器(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)(switch)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)通常都有十幾個接口（或端口）。因此，以太網(wǎng)交換機(jī)實質(zhì)上就是一個多接口的網(wǎng)橋，

32、可見交換機(jī)工作在數(shù)據(jù)鏈路層。,2. 多接口網(wǎng)橋以太網(wǎng)交換機(jī),以太網(wǎng)交換機(jī)的每個接口都直接與主機(jī)相連，并且一般都工作在全雙工方式。 交換機(jī)能同時連通許多對的接口，使每一對相互通信的主機(jī)都能像獨占通信媒體那樣，進(jìn)行無碰撞地傳輸數(shù)據(jù)。 以太網(wǎng)交換機(jī)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(jī)的特點,對于普通 10 Mb/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(10 Mb/s)的 N 分之一。 使用以太網(wǎng)交換機(jī)時，雖然在每個接口到主機(jī)的帶寬還是 10 Mb/s，但由于一個用戶在通信時是獨占而不是和其他網(wǎng)絡(luò)用戶共享傳輸媒體的帶寬，因此對于擁有 N 對

33、接口的交換機(jī)的總?cè)萘繛?N10 Mb/s。這正是交換機(jī)的最大優(yōu)點。,獨占傳輸媒體的帶寬,用以太網(wǎng)交換機(jī)擴(kuò)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),100 Mb/s,100 Mb/s,100 Mb/s,萬維網(wǎng) 服務(wù)器,電子郵件 服務(wù)器,以太網(wǎng) 交換機(jī),路由器,3.6.1 幾種高速以太網(wǎng)1. 快速以太網(wǎng),速率達(dá)到或超過 100 Mb/s 的以太網(wǎng)稱為高速以太網(wǎng)。 在雙絞線上傳送 100 Mb/s 基帶信號的星型拓?fù)湟蕴W(wǎng)，仍使用 IEEE 802.3 的CSMA/CD 協(xié)議。100BASE-T 以太網(wǎng)又稱為快速以太網(wǎng)(Fast Ethernet)。,100BASE-T 以太網(wǎng)的特點,可在全雙工方式下工作而無沖突發(fā)生。此時就不使用 CSMA/CD 協(xié)議。 MAC 幀格式仍然是 802.3 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的。 保持最短幀長不變，但將一個網(wǎng)