第3章局域網(wǎng)技術(shù)

1、第3章 局域網(wǎng)技術(shù) 計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)教程(第3版) 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 本章內(nèi)容 w 3.1 數(shù)據(jù)鏈路層基礎(chǔ) w 3.2 局域網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu) w 3.3 以太網(wǎng)標準 w 3.4 以太網(wǎng)設(shè)備與相關(guān)技術(shù) w 3.5 無線局域網(wǎng) w 3.6 其他局域網(wǎng)技術(shù) 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 本章知識點 w 掌握數(shù)據(jù)鏈路層概念和協(xié)議 w 掌握HDLC協(xié)議 w 掌握局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu) w 掌握以太網(wǎng)標準，熟悉以太網(wǎng)相關(guān)技術(shù) w 掌握以太網(wǎng)相關(guān)的設(shè)備 w 了解無線局域網(wǎng)技術(shù)和其他非主流局域網(wǎng)技術(shù) 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 3.1 數(shù)據(jù)鏈路層基礎(chǔ) w

2、3.1.1 數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念 w 3.1.2 鏈路控制規(guī)程HDLC w 3.1.3 Internet的點對點協(xié)議PPP 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 3.1.1 數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念 w 數(shù)據(jù)鏈路層是OSI參考模型中的第二層，它以物理層為基 礎(chǔ)，向網(wǎng)絡(luò)層提供可靠的服務(wù)，因此要求該層能夠建立和 維持一條或多條沒有數(shù)據(jù)發(fā)送錯誤的數(shù)據(jù)鏈路，并在數(shù)據(jù) 傳輸完畢能夠釋放數(shù)據(jù)鏈路。 w “鏈路” 是一條無源的點到點的物理線路段，中間沒有 任何其它的交換節(jié)點。 w “數(shù)據(jù)鏈路”是在鏈路上加上了必要的控制規(guī)程和實現(xiàn)這 些規(guī)程的硬件和軟件后而構(gòu)成。 w 數(shù)據(jù)鏈路層最重要的作用就是：通過一些

3、數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議 （即鏈路控制規(guī)程），在不太可靠的物理鏈路上實現(xiàn)可靠 的數(shù)據(jù)傳輸。 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 3.1.1 數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念 數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能 1）鏈路管理：即數(shù)據(jù)鏈路的建立、維持和釋放。 2）幀同步：是指收方應(yīng)當(dāng)能從收到的比特流中準確地區(qū)分出一 幀的開始和結(jié)束在什么地方。數(shù)據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù)傳送單位是 幀。數(shù)據(jù)一幀一幀傳送。 3）流量控制：發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)的速率必須使收方來得及接受。 4）差錯控制：將數(shù)據(jù)傳輸錯誤控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。采用的方 法主要有：前向糾錯和檢錯重傳。 5）將數(shù)據(jù)和控制信息區(qū)分開：要有相應(yīng)的措施使收方能夠?qū)⑺?們分開。 6）透明傳輸：既

4、不管所傳數(shù)據(jù)是什么樣的比特組合，都應(yīng)當(dāng)能 在鏈路上傳送。 7）尋址：必須保證每一幀都能發(fā)送到正確的目的站 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 3.1.1 數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念 1、停止等待協(xié)議 （1）不需要協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸 w 在發(fā)送方和收方的鏈路層分別有一個發(fā)送緩存和接收緩存。 如果進行全雙工通信，則在每一方都要同時設(shè)有發(fā)送緩存 和接收緩存。 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 3.1.1 數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念 (2)具有最簡單流量控制的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議 為了使收方的接收緩存在任何情況下都不會溢出，最簡 單 的方法就是發(fā)方每發(fā)送一幀就暫時停下來。收方收到 數(shù)據(jù)后幀后就交付

5、主機，然后發(fā)一信息給發(fā)方，表示接 收任務(wù)已完成。這時發(fā)方才再發(fā)送下一個數(shù)據(jù)幀。 由收方控制發(fā)方的數(shù)據(jù)流量，是計算機網(wǎng)絡(luò)中流量控制由收方控制發(fā)方的數(shù)據(jù)流量，是計算機網(wǎng)絡(luò)中流量控制 的一個基本方法。的一個基本方法。 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 3.1.1 數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念 （3）停止等待協(xié)議 v收方在收到一個正確的數(shù)據(jù)幀后，即交付主機，同時向發(fā)方 發(fā)送一個確認幀確認幀ACK。收方收到確認幀ACK后才能發(fā)送一個新 的數(shù)據(jù)幀。 v當(dāng)發(fā)現(xiàn)差錯時，收方向發(fā)方發(fā)送一個否認幀否認幀NAK，表示發(fā)方 應(yīng)當(dāng)重傳出現(xiàn)差錯的那個數(shù)據(jù)幀。 v要解決死鎖問題是讓發(fā)方發(fā)送完一幀就啟動一個超時計時器超

6、時計時器。 若到了超時計時器所設(shè)置的重傳時間仍收不到對方的任何確認 幀，則發(fā)方就重傳前面所發(fā)送的這一數(shù)據(jù)幀。 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 3.1.1 數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念 w 要解決重復(fù)幀的問題，必須使每一個數(shù)據(jù)幀帶上不同的發(fā) 送序號。每發(fā)送一個新的數(shù)據(jù)幀就把它的發(fā)送序號加1。 若收方收到發(fā)送序號相同的數(shù)據(jù)幀，就表明出現(xiàn)了重復(fù)幀。 這時應(yīng)當(dāng)丟棄這個重復(fù)幀，因為已經(jīng)收到過同樣的數(shù)據(jù)幀 并且也交付主機了。但這時收方還必須發(fā)送一個確認幀 ACK。 w 在停止等待協(xié)議中，由于每發(fā)送一個數(shù)據(jù)幀就停止等待， 因此只要用一個比特進行編號。數(shù)據(jù)幀的發(fā)送序號就以0 和1交替的方式出現(xiàn)在數(shù)據(jù)幀

7、中。每發(fā)送一個新的數(shù)據(jù)幀， 發(fā)送序號就和上次的不一樣。 w 由于發(fā)送端對出錯的數(shù)據(jù)幀進行重傳是自動的，所以這種 差錯控制體制常簡稱為ARQ(Autumatic Repeat request)， 直譯是自動重傳請求，意思就是自動請求重傳。 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 3.1.1 數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念 2、連續(xù)ARQ協(xié)議 w 連續(xù)ARQ協(xié)議的特點是在發(fā)送完一個數(shù)據(jù)幀后，不是停下 來等待確認幀，而是可以連續(xù)再發(fā)送若干個數(shù)據(jù)幀，如這 時收到了接收端發(fā)來的確認幀，就可以接著發(fā)送數(shù)據(jù)幀。 w 收方結(jié)點可以有兩種選擇：一種是在出現(xiàn)差錯時就向發(fā)方 發(fā)送否認幀，另一種則是在出現(xiàn)查錯時不做任何

8、響應(yīng)?，F(xiàn) 在假定采用后一種協(xié)議。 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 3.1.1 數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念 w 要注意兩點： n接收端只按序接收數(shù)據(jù)幀。雖然在有錯的幀后又收到 正確的數(shù)據(jù)幀，但都必須將它們丟棄。 n發(fā)送方在發(fā)送完一個數(shù)據(jù)幀時都要設(shè)置超時計時器。 只要到了所設(shè)置的超時時間仍未收到確認幀，就要重 傳相應(yīng)的數(shù)據(jù)幀。 w 連續(xù)ARQ又稱為Go-back-N ARQ，即當(dāng)出現(xiàn)差錯必須重傳， 要向回走N個幀，然后再開始重傳。 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 3.1.1 數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念 3、滑動窗口協(xié)議 w 要在發(fā)送端和接收端分別設(shè)定發(fā)送窗口和接收窗口來進行 流

9、量控制。 w 發(fā)送窗口用來對發(fā)送端進行流量控制，發(fā)送窗口的大小 WT就代表在還沒有收到對方確認信息的情況下發(fā)送端最 多可以發(fā)送多少個數(shù)據(jù)幀。即用窗口對收到確認之前可以 發(fā)送的數(shù)據(jù)幀的數(shù)目進行了限制。在發(fā)送端只有落入發(fā)送 窗口的數(shù)據(jù)幀才能發(fā)送出去，發(fā)完后如果還沒有收到任何 確認信息，就不能再發(fā)送。 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 3.1.1 數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念 w 接收窗口是為了控制可以接受哪些數(shù)據(jù)幀而不可以接受哪 些數(shù)據(jù)幀。在接收端只有當(dāng)收到的數(shù)據(jù)幀的發(fā)送序號落入 接收窗口內(nèi)才允許將該數(shù)據(jù)幀收下。其他幀一律丟棄。保 證幀的接收順序。 w 在連續(xù)ARQ協(xié)議中，接收窗口的大小WR

10、=1。接收窗口的 規(guī)則很簡單： (1)只有當(dāng)收到的幀的序號與接收窗口一致時才能接收該幀， 否則就丟棄它。 (2)每收到一個序號正確的幀，接收窗口就向前（即向右方） 滑動一個幀的位置，同時向發(fā)送端發(fā)送對該幀的確認。 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 3.1.1 數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念 w 連續(xù)ARQ協(xié)議還規(guī)定接收端不一定每收到一個正確的數(shù)據(jù) 幀就必須發(fā)回個確認幀，而是可以在連續(xù)收到好幾個正 確的數(shù)據(jù)幀以后，才對最后一個數(shù)據(jù)幀發(fā)確認。對某一數(shù) 據(jù)幀的確認就表明該數(shù)據(jù)幀和這以前所有的數(shù)據(jù)幀均已正 確無誤地收到了。 w 滑動窗口協(xié)議：只有在接收窗口向前移動時，發(fā)送窗口才 有可能向前移動。由

11、于收發(fā)兩端的窗口按照一定規(guī)律不斷 向前移動，因此這種協(xié)議又稱為滑動窗口協(xié)議。 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 3.1.2 鏈路控制規(guī)程HDLC w 數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議分為兩大類： n面向字符的傳輸控制規(guī)程 n面向比特的傳輸控制規(guī)程 w 即它們所傳信息的基本單位分別是字符和比特。 w 面向字符的面向字符的鏈路規(guī)程鏈路規(guī)程：就是在鏈路上所傳送的數(shù)據(jù)必須是 由規(guī)定字符集中的字符所組成，同時，在鏈路上傳送的控 制信息也必須由同一個字符集中的若干指定的控制字符構(gòu) 成。 w 如著名的BSC規(guī)程，其限制主要是：通信線路的利用率低； 所有通信的設(shè)備必須使用同樣的字符代碼，而不同版本的 BSC規(guī)程要

12、求使用不同的代碼；可靠性較差；不易擴展， 每增加一種功能就需要設(shè)定一個新的控制字符。 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 3.1.2 鏈路控制規(guī)程HDLC w 面向比特的鏈路規(guī)程面向比特的鏈路規(guī)程：取消了字符集的限制，數(shù)據(jù)可以是 任意二進制編碼?？刂菩畔⒂蓞f(xié)議規(guī)定的二進制編碼表示。 典型代表IBM公司的SDLC w ISO把SDLC修改后稱為HDLC(High-level Data Link Control)，譯為高級數(shù)據(jù)鏈路控制，作為國際標準ISO 3309。 我國的相應(yīng)國家標準是GB 7496。 w CCITT則將HDLC再修改后稱為鏈路接入規(guī)程LAP，并作 為X.25建議書的

13、一部分。不久，HDLC的新版本又把LAP 修改為LAPB，“B”表示平衡型，所以LAPB叫做鏈路接 人規(guī)程(平衡型)。 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 3.1.2 鏈路控制規(guī)程HDLC 1、HDLC適用環(huán)境與數(shù)據(jù)傳輸方式 w HDLC兩種基本配置：非平衡配置與平衡配置 主站A 從站B 主站A 從站B (次站) 從站C (次站) 從站B (次站) 命令(B)或(C) 響應(yīng)(C)響應(yīng)(B) 命令(B) 響應(yīng)(B) 非平衡配置特點： q由一個主站控制整個鏈路的 工作。 q主站發(fā)出的幀叫做命令。 q受控的各站叫做次站或從站。 q次站負責(zé)執(zhí)行主站指示的操 作，次站發(fā)出的幀叫做響應(yīng)。 計

14、算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 3.1.2 鏈路控制規(guī)程HDLC 復(fù)合站A復(fù)合站B 命令(B) 響應(yīng)(A) 響應(yīng)(B) 命令(A) 平衡配置特點： q 只能是點對點工作。 q 鏈路兩端的兩個站都是復(fù) 合站。 q 復(fù)合站同時具有主站和從 站的功能。 q 每個復(fù)合站都可以發(fā)送命 令和響應(yīng)。 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 3.1.2 鏈路控制規(guī)程HDLC w HDLC三種基本數(shù)據(jù)傳輸模式： w 非平衡配置，有兩種方式： n正常響應(yīng)方式NRM，其特點是只有主站才能發(fā)起向次站 的數(shù)據(jù)傳輸，而次站只有在主站向它發(fā)送命令幀進行 輪詢時，才能以響應(yīng)幀的形式回答主站。 n異步響應(yīng)方

15、式ARM，次站不需要等待主站發(fā)過來命令， 而是可以主動向主站發(fā)送響應(yīng)幀。 w 平衡配置 n異步平衡方式ABM，即每個復(fù)合站都可以平等地發(fā)起 數(shù)據(jù)傳輸，而不需要得到對方復(fù)合站的允許。 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 3.1.2 鏈路控制規(guī)程HDLC 2、HDLC的幀結(jié)構(gòu) v 數(shù)據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù)傳送以幀為單位幀為單位，一個幀的結(jié)構(gòu)具有固定固定 的格式的格式。從網(wǎng)絡(luò)層交下來的分組分組，變成數(shù)據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù)， 被封裝在信息字段（長度可變）。在信息字段的首尾各加上 24比特的控制信息，就構(gòu)成了一個完整的幀。 v 幀結(jié)構(gòu)所具有的固定格式實現(xiàn)了控制信息與數(shù)據(jù)的分離控制信息與數(shù)據(jù)的分離。 標志

16、地址 控制 信息 幀檢驗序列 標志 F A C Info FCS F 位 8 8 8 可變 16 8 檢驗區(qū)間 透明傳輸區(qū)域 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 3.1.2 鏈路控制規(guī)程HDLC w HDLC幀各字段： w 標志字段F：幀同步幀同步、透明傳輸透明傳輸。 n幀同步幀同步：就是從收到的比特流中正確無誤地判斷出一 個幀從那個比特開始以及到那個比特結(jié)束。 nHDLCHDLC規(guī)定的幀邊界符規(guī)定的幀邊界符：“01111110”也稱為標志字段 （Flag）。在接收端，只要找到標志字段就可以很容易 地確定一個幀在比特流中的位置。 n幀的透明傳輸幀的透明傳輸：在兩個標志字段之間的比特

17、串中，如 果碰巧出現(xiàn)了和標志字段F一樣的比特組合，就會被誤 認為是幀的邊界。HDLC采用了零比特填充法零比特填充法來避免在 幀的兩個標志字段之間出現(xiàn)6個連續(xù)的“1”。 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 3.1.2 鏈路控制規(guī)程HDLC w 零比特填充法零比特填充法： 在發(fā)送端在發(fā)送端，對尚未加上標志字段的比特串進行掃描，每當(dāng) 發(fā)現(xiàn)5個連續(xù)的“1”，就立即插入一個“0”。這樣經(jīng)過 零比特填充的數(shù)據(jù)，就可以保證不會出現(xiàn)6個連續(xù)的“1”。 在接收端在接收端，每收到一個幀，先找到標志字段以確定幀的邊 界，接著再對其中的比特流進行掃描，每當(dāng)發(fā)現(xiàn)5個連續(xù) 的“1”，就將其后緊跟的“0”刪去，

18、還原成原來的比特 流。 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 3.1.2 鏈路控制規(guī)程HDLC v 地址字段地址字段(Address)：尋址尋址。 HDLC采用單地址方式。在使用非平衡方式傳輸數(shù)據(jù)時， 地址字段總是寫入次站的地址；在平衡方式時，地址字段 總是填入確認站的地址。 廣播地址廣播地址：“11111111” 無效地址無效地址：“00000000” 有效地址數(shù)有效地址數(shù)：254個 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 3.1.2 鏈路控制規(guī)程HDLC v 幀校驗序列幀校驗序列(Frame Check Sequence)：差錯控制差錯控制。 檢驗方法檢驗方法：CRC校驗

19、。 檢驗范圍檢驗范圍：從地址字段的第一個比特起，到信息字段的最 末一個比特止。 v 信息字段信息字段(Information)：信息傳遞信息傳遞。包含網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議數(shù) 據(jù)單元PDU。 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 3.1.2 鏈路控制規(guī)程HDLC w 控制字段控制字段C：共8位，是最復(fù)雜的字段，HDLC的許多重要 功能都靠控制字段來實現(xiàn)。 w 根據(jù)該字段最前面兩位的取值，可將HDLC幀劃分為三大 類：信息幀I、監(jiān)督幀S和無編號幀U。 0P/F 10P/F 11P/F N(S)N(R) N(R)S M M 信息幀 I 監(jiān)督幀 S 無編號幀 U 標志F 地址A 控制C 信息Info

20、 幀檢驗序列FCS 標志F 位 8 8 8 可變 16 8 1 2 3 4 5 6 7 8 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 3.1.2 鏈路控制規(guī)程HDLC v 信息幀信息幀I：執(zhí)行信息的傳輸：執(zhí)行信息的傳輸 w 發(fā)送序號N(S)表示當(dāng)前發(fā)送的信息幀的序號。當(dāng)前發(fā)送的信息幀的序號。 w 接收序號N(R)表示這個站所期望收到的幀的發(fā)送序號所期望收到的幀的發(fā)送序號。 w N(R)帶有確認的意思，表示序號為N(R)-1的幀及這以前的 各幀都已正確接收。(不必專門發(fā)送確認幀，使用信息幀 捎帶確認信息) 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 3.1.2 鏈路控制規(guī)程HDLC v

21、 監(jiān)督幀監(jiān)督幀S： v 若控制字段的第第1、2比特的值為比特的值為“1 0”，則對應(yīng)的幀為 監(jiān)督幀監(jiān)督幀。 v 監(jiān)督幀不含要傳送的數(shù)據(jù)信息，因此它只有48bit長。 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 3.1.2 鏈路控制規(guī)程HDLC v 監(jiān)督幀共有四種，取決于第3、4位的值。分別是： w 00：接收就緒（RR），由主站或從站發(fā)送。 w 01：拒絕（REJ），由主站或從站發(fā)送，用以要求發(fā)送方 對從編號為N(R)開始的幀及其以后所有的幀進行重發(fā)，同 時表示N(R)-1幀及這以前的幀都已正確接收。 w 10：接收未就緒（RNR），表示目前正處于忙狀態(tài)，尚未 準備好接收編號為N(R)的幀

22、，但編號N(R)-1幀及這以前的 幀都已正確接收，這可用來對鏈路流量進行控制。 w 11：選擇拒絕（SREJ），它要求發(fā)送方發(fā)送編號為N(R)的 單個I幀并表示其它編號的I幀已全部確認。 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 3.1.2 鏈路控制規(guī)程HDLC v 無編號幀無編號幀U： w 若控制字段的第1、2比特的值為“11”，則對應(yīng)的幀為無 編號幀。 w 無編號幀不帶編號，即沒有N(S)和N(R)字段。 w 無編號幀用第3、4、6、7、8比特的各種組合來表示不同 的功能。雖然有32種不同的組合，但實際上目前只定義了 15種無編號幀。 w 無編號幀主要起控制作用（如鏈路的建立和釋放）

23、，可在 需要時隨即發(fā)出。 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 3.1.2 鏈路控制規(guī)程HDLC v P/F比特說明： P/F比特為0時無意義。 在非平衡配置的正常響應(yīng)方式中： 從站不能主動向主站發(fā)送信息。從站只有收到主站發(fā)出的 P比特為1的命令幀(S幀或I幀)以后才能發(fā)送響應(yīng)幀。 從站若有數(shù)據(jù)發(fā)送，則在最后一個數(shù)據(jù)幀中將F比特置1。 若無數(shù)據(jù)發(fā)送，則在響應(yīng)的S幀中將F比特置1。 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 3.1.3 Internet的點對點協(xié)議PPP 1、PPP協(xié)議簡介 v用戶接入Internet一般有兩種方法：撥號接 入和專線接入。 v不論用那種方法，都要使

24、用數(shù)據(jù)鏈路層協(xié) 議。 v其中以PPP協(xié)議使用最多，所以說目前世界 上用得最多的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議不是HDLC， 而是PPP（Point to Point Protocol）協(xié)議。因 為PPP較HDLC簡單。 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） w PPP協(xié)議是目前使用最廣泛的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，這 是因為它具有以下特性： n能夠控制數(shù)據(jù)鏈路的建立； n能夠?qū)P地址進行分配和使用； n允許同時采用多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議； n能夠配置和測試數(shù)據(jù)鏈路； n能夠進行錯誤檢測； n有協(xié)商選項，能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)層的地址和數(shù)據(jù)壓縮 等進行協(xié)商。 3.1.3 Internet的點對點協(xié)議PPP 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基

25、 礎(chǔ) 教 程 （第3版） PPP協(xié)議結(jié)構(gòu) LCP(LCP(鏈路控制協(xié)議鏈路控制協(xié)議) ) NCP(NCP(網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議) ) 2層層 PPP 1層層 (IP, IPX, AppleTalk)3層層 (EIA/TIA-232, V.24, V.35, ISDN) 3.1.3 Internet的點對點協(xié)議PPP 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） v PPP協(xié)議的組成： 物理層實現(xiàn)點對點，一個將IP數(shù)據(jù)報封裝到串行鏈路的方 法。PPP即支持異步鏈路也支持面向比特的同步鏈路。 數(shù)據(jù)鏈路層實現(xiàn)建立和配置連接，用來建立、配置和測試 數(shù)據(jù)鏈路連接的協(xié)議鏈路控制協(xié)議(LCP) 。 網(wǎng)

26、絡(luò)層用來配置不同的網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議(NCP)支持不 同的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，如IP等。 3.1.3 Internet的點對點協(xié)議PPP 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 2、 PPP協(xié)議幀格式 v PPP不是面向比特而是面向字節(jié)的，所有的PPP幀 的長度都是整數(shù)個字節(jié)。 不超過1500字節(jié) 標志F 7E 地址A FF 控制C 03 信息 Info FCS 8bit8bit8bit16bit8bit 標志F 7E 協(xié)議協(xié)議 16bit IP數(shù)據(jù)報 3.1.3 Internet的點對點協(xié)議PPP 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） vPPP幀格式說明： 由于PPP協(xié)議即支持面向

27、字符的異步鏈路，也支 持面向比特的同步鏈路，所以其幀長都是字節(jié) 的整倍數(shù)。 PPP的協(xié)議字段：長度2字節(jié)。對應(yīng)該字段的不 同取值，指明了數(shù)據(jù)字段所封裝的協(xié)議類型。 如0021H表示信息字段為IP數(shù)據(jù)報、CO21H表 示信息字段為鏈路控制數(shù)據(jù)LCP、8021H表示信 息字段為網(wǎng)絡(luò)控制數(shù)據(jù)NCP。 3.1.3 Internet的點對點協(xié)議PPP 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 傳輸透明性：對同步鏈路，采用和HDLC相 同的方法(由硬件實現(xiàn))。對異步鏈路則采用 特殊的字符填充方法：7E變?yōu)?D,5E、7D變 為7D,5D。 PPP不提供使用序號和確認的可靠傳輸。無 流量和差錯控制，但

28、PPP有差錯檢測 ，若發(fā) 現(xiàn)有差錯，則丟棄該幀，因此PPP協(xié)議可保 證無差錯接受。 3.1.3 Internet的點對點協(xié)議PPP 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） v 3 3、PPP協(xié)議的工作過程協(xié)議的工作過程： 靜止靜止 建立建立鑒別鑒別 網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò) 打開打開終止終止 檢測到 載波 雙方協(xié)商 一些選項 鑒別成功 NCP配置 通信結(jié)束 載波終止 失敗 失敗 3.1.3 Internet的點對點協(xié)議PPP 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 3.1.3 Internet的點對點協(xié)議PPP v 使用PPP協(xié)議接入因特網(wǎng)的過程： 建立物理鏈路：當(dāng)用戶撥入ISP時，路由器的調(diào)

29、制解調(diào)器 對撥號做出確認，并建立一條物理鏈路。 建立數(shù)據(jù)鏈路：PC機向路由器發(fā)送一系列包含LCP協(xié)議 信息的PPP幀，雙方通過交換LCP協(xié)議分組，協(xié)商一些 PPP參數(shù)。如：鏈路最大幀長、鑒別協(xié)議、是否使用地址 和協(xié)議字段、鏈路質(zhì)量等。 LCP分組的封裝：協(xié)議字段值，信息字段值 身份鑒別：PPP協(xié)議支持兩種鑒別協(xié)議。 PAP：基于用戶名和口令的鑒別方式。 CHAP：詢問握手鑒別方式。 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 3.1.3 Internet的點對點協(xié)議PPP 網(wǎng)絡(luò)層配置：PPP支持一套網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議，其中的每個協(xié) 議支持不同的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。對于常用的IP協(xié)議，對應(yīng)的網(wǎng) 絡(luò)控制協(xié)議

30、為IPCP。IPCP分組被封裝在PPP幀中傳輸。 IPCP協(xié)議用來對PPP鏈路的每端配置IP協(xié)議(包括分配IP 地址)。 數(shù)據(jù)通信：當(dāng)完成網(wǎng)絡(luò)層配置后，鏈路就進入打開狀態(tài)， 用戶這時就可以訪問Internet了。 鏈路終止：當(dāng)鏈路的一端發(fā)出終止請求后，得到對方的確 認，則鏈路終止。 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 3.2 局域網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu) w 3.2.1 什么是局域網(wǎng) w 3.2.2 局域網(wǎng)的層次模型 w 3.2.3 IEEE802標準系列 w 3.2.4 媒體訪問控制方法 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 3.2.1 什么是局域網(wǎng) w 局域網(wǎng)最主要的特點是：網(wǎng)絡(luò)

31、為一個單位所擁有， 且地理范圍和站點數(shù)目都有限。所覆蓋的地理范 圍和站點數(shù)量均有限。局域網(wǎng)的傳輸速率較快， 誤碼率較低，安裝和使用比較簡單。 w 局域網(wǎng)可以按網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)進行分類：有星形網(wǎng)； 有環(huán)形網(wǎng)；有總線網(wǎng)；有樹形網(wǎng)。 w 局域網(wǎng)可以使用多種傳輸媒體：雙絞線、同軸電 纜、光纖 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 3.2.2 局域網(wǎng)的層次模型 局域網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)由美國電氣和電子工程師局域網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)由美國電氣和電子工程師 學(xué)會學(xué)會IEEE的的802委員會制定，稱為委員會制定，稱為IEEE802 參考模型。參考模型。 邏輯鏈路控制LLC 物理層 傳輸媒體 物理層 數(shù)據(jù)鏈路層 網(wǎng)絡(luò)層

32、運輸層 IEEE802參考模型 OSI參考模型 媒體訪問控制MAC IEEE802參考模型 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 3.2.2 局域網(wǎng)的層次模型 w 局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的特點： 1、局域網(wǎng)是一個通信網(wǎng)，且在局域網(wǎng)中沒有路由問題，因 此它不需要網(wǎng)絡(luò)層，與OSI模型相比，只有最低的兩個層 次物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。 2、因為局域網(wǎng)的種類繁多，媒體接入控制的方法也各不相 同，所以為使局域網(wǎng)中的數(shù)據(jù)鏈路層不致于太過復(fù)雜，就 將局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層劃分為兩個子層，即：媒體接入控 制或媒體訪問控制MAC子層和邏輯鏈路控制LLC子層。 3、因為傳輸媒體和拓撲結(jié)構(gòu)對于局域網(wǎng)非常重要，局域網(wǎng) 參考

33、模型中還包括了對傳輸媒體和拓撲結(jié)構(gòu)的規(guī)約。 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 3.2.2 局域網(wǎng)的層次模型 q MAC地址 w 接入局域網(wǎng)的計算機都有一個唯一的物理地址，或稱 MAC地址地址。 w 802標準為局域網(wǎng)上的每一個站規(guī)定了一種48bit的全局地的全局地 址址。 w MAC地址采用6字節(jié)（48位）二進制數(shù)表示。 w MAC地址的前三個字節(jié)由IEEE分配，后三個字節(jié)由制造 商自行分配。 w MAC地址被固化在網(wǎng)卡中。 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 3.2.3 IEEE802標準系列 w802.1主要提供高層標準的框架。 w802.2邏輯鏈路控制(LLC)

34、。 w802.3載波偵聽多路訪問(CSMACD)。 w802.4令牌總線網(wǎng)。 w802.5令牌環(huán)形網(wǎng)。 w802.6城域網(wǎng)MAN。 w802.7寬帶技術(shù)咨詢組。 w802.8光纖技術(shù)咨詢組。 w802.9綜合話音數(shù)據(jù)局域網(wǎng)。 w802.10可互操作的局域網(wǎng)安全標準。 w802.11無線局域網(wǎng)WLAN。 w802.12按需優(yōu)先存取網(wǎng)絡(luò)100VG-ANYLAN。 w802.14基于有線電視的寬帶通信網(wǎng)絡(luò)。 w802.15：無線個人網(wǎng)WPAN w802.16 ：寬帶無線接入 w802.17：彈性分組環(huán)傳輸技術(shù)PRP 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 3.2.4 媒體訪問控制方法 w 局

35、域網(wǎng)中，掛接在網(wǎng)絡(luò)上的各站點都是使用共享的公共傳 輸媒體發(fā)送數(shù)據(jù)，而且要確保在一個站點發(fā)送數(shù)據(jù)時一定 要獨享公共傳輸媒體，當(dāng)一個站點通過電纜發(fā)送數(shù)據(jù)時， 別的站點必須等待。這樣就存在著對傳輸媒體的爭用以及 爭用后如何使用傳輸媒體的問題，也就構(gòu)成了對媒體的控 制方法，即媒體訪問控制方法。 w 常用的媒體控制方式有：用于以太網(wǎng)的帶有沖突檢測的載 波監(jiān)聽多路訪問CSMA/CD；用于令牌環(huán)網(wǎng)的令牌控制；以 及令牌總線控制。 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 3.3 以太網(wǎng)標準 w 3.3.1 CSMA/CD與傳統(tǒng)以太網(wǎng) w 3.3.2 以太網(wǎng)幀格式 w 3.3.3 快速以太網(wǎng) w 3.3

36、.4 千兆位以太網(wǎng) w 3.3.5 萬兆位以太網(wǎng) 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 3.3.1 CSMA/CD與傳統(tǒng)以太網(wǎng) 1、以太網(wǎng)工作原理 n所有計算機共享這個單一的總線。 n任何計算機都通過總線向其它計算機發(fā)送數(shù)據(jù)，但在 任何時候只能有一臺計算機發(fā)送信號，其它都處于接 收狀態(tài)。 n在數(shù)據(jù)幀的傳送過程中發(fā)送計算機獨占使用整個電纜， 此計算機完成數(shù)據(jù)幀傳輸后，共享電纜才能為其它計 算機使用。 w 如果多臺計算機同時發(fā)送數(shù)據(jù)，就會出現(xiàn)不同信號在總線 相互疊加而互相破壞，這就是發(fā)生了沖突。因此需要一種 機制來協(xié)調(diào)通信，使沖突發(fā)生的可能性最小。在以太網(wǎng)中 使用的介質(zhì)訪問控制方法就是帶

37、有沖突檢測的載波監(jiān)聽多 路訪問CSMA/CD(802.3標準)。 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 3.3.1 CSMA/CD與傳統(tǒng)以太網(wǎng) 2、CSMA/CD原理 1）載波監(jiān)聽多路訪問CSMA 的基本思想： n網(wǎng)絡(luò)上任一站點要發(fā)送，先監(jiān)聽總線，若總線空閑， 則立即發(fā)送，若總線正被占用，則等待某一時間后再 發(fā)送。 2）沖突檢測CD n沖突檢測CD就是邊發(fā)送邊監(jiān)聽，只要監(jiān)聽到發(fā)生沖突， 則沖突的雙方就必須停止發(fā)送。 3）CSMA/CD的要點： n任何想發(fā)送數(shù)據(jù)的站點必須進行監(jiān)聽，監(jiān)聽到總線有 空閑就發(fā)送數(shù)據(jù)幀，并繼續(xù)監(jiān)聽，如監(jiān)聽到發(fā)生了沖 突，則立即停止此數(shù)據(jù)幀的發(fā)送。 計 算 機

38、網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 3.3.1 CSMA/CD與傳統(tǒng)以太網(wǎng) 監(jiān)聽監(jiān)聽 總線總線 檢測有檢測有 無信號無信號 發(fā)送發(fā)送 檢測檢測 沖突沖突 停止發(fā)送停止發(fā)送 強化沖突強化沖突 發(fā)送結(jié)束發(fā)送結(jié)束 No No Yes Yes 等待一個等待一個 隨機時間隨機時間 等待 CSMA/CD流程圖 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 3.3.1 CSMA/CD與傳統(tǒng)以太網(wǎng) 4）爭用期 n強化沖突：當(dāng)發(fā)送幀的站一旦發(fā)現(xiàn)發(fā)生了沖突時，除了立 即停止發(fā)送數(shù)據(jù)外，還要再繼續(xù)發(fā)送若干比特的人為干擾 信號，以便讓所有用戶都知道現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)生了沖突。 n每個站發(fā)送數(shù)據(jù)剛剛開始的一段可能發(fā)生沖突的時

39、間間隔每個站發(fā)送數(shù)據(jù)剛剛開始的一段可能發(fā)生沖突的時間間隔 稱為稱為爭用期爭用期。 n爭用期越是小于一個幀的發(fā)送時間，爭用期越是小于一個幀的發(fā)送時間，CSMA/CDCSMA/CD的優(yōu)越性就的優(yōu)越性就 越顯著。越顯著。 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 3.3.1 CSMA/CD與傳統(tǒng)以太網(wǎng) 以太網(wǎng)取51.2s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)。 51.2s10Mb/s = 512bit = 64B 因此以太網(wǎng)在發(fā)送數(shù)據(jù)時，如果前64字節(jié)沒有發(fā)生沖突， 那么后續(xù)的數(shù)據(jù)就不會發(fā)生沖突，以太網(wǎng)就認為這個數(shù)據(jù) 幀的發(fā)送是成功的。 換言之，如果

40、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。 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 3.3.1 CSMA/CD與傳統(tǒng)以太網(wǎng) v 最小MAC幀長和幀間隔： 802.3以太網(wǎng)的最小幀長46(LLC)+18(MAC)=64字節(jié)。規(guī)定 最小幀長是為了解決沖突檢測中可能出現(xiàn)的問題，即如果 幀太短，沖突有可能在幀發(fā)送完出現(xiàn)，這樣發(fā)送端就檢測 不到了。 最大作用距離和最小幀長兩者一起保證了所有沖突都可以 被檢測到。 802.3標準規(guī)

41、定了幀間隔為9.6s，即一個站在檢測到介質(zhì) 空閑后，還要等9.6s才能發(fā)送數(shù)據(jù)?？墒箘偸盏綌?shù)據(jù)的站 來得及做好接收下一幀的準備。 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 3.3.1 CSMA/CD與傳統(tǒng)以太網(wǎng) 3、傳統(tǒng)以太網(wǎng) 1）粗纜以太網(wǎng)10Base5 以太網(wǎng)粗纜收發(fā)器終止器 AUI電纜 最大長度500米 AUI：連接 單元接口 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 3.3.1 CSMA/CD與傳統(tǒng)以太網(wǎng) 2）細纜以太網(wǎng)10Base2 以太網(wǎng)細纜 BNC連接器終止器 最大長度185米 構(gòu)建10Base2使用的設(shè)備有：網(wǎng)卡NIC、細同軸電纜、 BNC-T連接器、終止器。 計

42、算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 3.3.1 CSMA/CD與傳統(tǒng)以太網(wǎng) 3）10Base-T（802.3i標準） w 10BASE-T稱為雙絞線以太網(wǎng)，它采用星形拓撲結(jié)構(gòu)，使 用非屏蔽雙絞線電纜，最大長度為100m，數(shù)據(jù)傳輸速度 仍為10Mb/s。 w 構(gòu)建10Base-T的設(shè)備： w 網(wǎng)卡 w 集線器 w 雙絞線電纜 w RJ-45連接器 集線器 q在使用雙絞線媒體時，每個站點需要使用兩對雙絞線，分 別用于發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 3.3.2 以太網(wǎng)幀格式 w 常用的以太網(wǎng)MAC幀格式有兩種標準 ： nDIX Ethernet V2 標準

43、nIEEE 的 802.3 標準 w 最常用的 MAC 幀是以太網(wǎng) V2 的格式 MAC 幀物理層 MAC 層 IP 層 Ethernet V2 MAC 幀目的地址源地址類型數(shù) 據(jù)FCS 6624 字節(jié)46 1500 IP 數(shù)據(jù)報 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 3.3.2 以太網(wǎng)幀格式 w IEEE 的 802.3規(guī)定的MAC幀稍復(fù)雜。 字節(jié)6624 IP 層 目的地址源地址長度/類型FCS數(shù) 據(jù)MAC 子層 LLC 子層 802.2 LLC 幀 當(dāng)長度/類型字段 表示長度時 802.3 MAC 幀 46 1500 111 控制 數(shù) 據(jù) 字節(jié) DSAPSSAP IP 數(shù)據(jù)報

44、計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 3.3.2 以太網(wǎng)幀格式 w 無效的 MAC 幀： n數(shù)據(jù)字段的長度與長度字段的值不一致； n幀的長度不是整數(shù)個字節(jié)； n用收到的幀檢驗序列 FCS 查出有差錯； n數(shù)據(jù)字段的長度不在 46 1500 字節(jié)之間。 n有效的 MAC 幀長度為 64 1518 字節(jié)之間。 n對于檢查出的無效 MAC 幀就簡單地丟棄。以 太網(wǎng)不負責(zé)重傳丟棄的幀。 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 3.3.3 快速以太網(wǎng) w 100BASE-T被稱為快速以太網(wǎng)，其標準是802.3u?；诩?線器在雙絞線上傳送100Mb/s基帶信號的星形拓撲以太網(wǎng)， 仍然使

45、用CSMA/CD協(xié)議。 w 100Base-T保持了10 Base-T的最短幀長及幀格式不變，定 義了三種不同的物理層標準：100Base-TX、100Base-FX和 100Base-T4 。 w 100Base-T4：4對3類或5類UTP線，3對線傳送數(shù)據(jù)，每對 線數(shù)據(jù)傳輸率33.3Mb/s，另一對線用作沖突檢測。 w 100Base-TX：2對5類UTP雙絞線或1類STP雙絞線。 w 100Base-FX：一對多模光纖，或使用單模光纖距離可達2 公里。 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 3.3.4 千兆位以太網(wǎng) w 千兆位以太網(wǎng)的物理層有以下兩個標準： （1）1000Bas

46、e-X，802.3z標準（基于光纖通道的物理層） w 1000Base-SX：用多模光纖，距離300550米。 w 1000Base-LX：用單模光纖距離3km或多模光纖距離 300500m。 w 1000Base-CX：屏蔽雙絞線STP，距離25米。 （2）1000Base-T，802.3ab標準 w 1000Base-T：用4對5類UTP，距離25100米。 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 3.3.4 千兆位以太網(wǎng) w 千兆位以太網(wǎng)引入了載波擴展和分組突發(fā)傳輸技術(shù)。 w 載波擴展就是適當(dāng)增加幀的長度，即千兆位以太網(wǎng)對用戶 的最小幀長度要求仍然為64字節(jié)時，實際傳輸?shù)膸L度是

47、 512字節(jié)，當(dāng)發(fā)送幀長不足512字節(jié)時，就用一些特殊字符 填充在幀的后面，使其長度達到512字節(jié)，以保證在數(shù)據(jù) 發(fā)送期間站點能夠檢測到?jīng)_突并采取相應(yīng)的措施。 w 分組突發(fā)傳輸技術(shù)，是讓載波擴展只用于突發(fā)數(shù)據(jù)幀的第 1幀。就是當(dāng)很多短幀要發(fā)送時，第一個短幀要用載波擴 展的方法進行填充，但隨后的短幀則可以一個接一個地發(fā) 送，它們之間只需留有必要的幀間最小間隔即可。 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 3.3.5 萬兆位以太網(wǎng) w 萬兆位以太網(wǎng)正式標準于2002年6月完成，即IEEE802.3ae。 萬兆位以太網(wǎng)又稱10吉比特以太網(wǎng)。 w 萬兆位以太網(wǎng)的主要有以下特點： w MAC子層

48、的幀格式與10Mb/s、100Mb/s和1Gb/s以太網(wǎng)的幀 格式完全相同。 w 由于數(shù)據(jù)率很高，萬兆位以太網(wǎng)的傳輸媒體不再使用銅線 而只使用光纖。 w 萬兆位以太網(wǎng)只工作在全雙工方式，因此不存在爭用問題， 也就不使用CSMA/CD協(xié)議。 w 萬兆位以太網(wǎng)定義了兩種不同的物理層： （1）局域網(wǎng)物理層LAN PHY。 （2）廣域網(wǎng)物理層WAN PHY。 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 3.4 以太網(wǎng)設(shè)備與相關(guān)技術(shù) w 3.4.1 中繼器和集線器 w 3.4.2 網(wǎng)橋與生成樹算法 w 3.4.3 交換式以太網(wǎng)和交換機 w 3.4.4 虛擬局域網(wǎng)VLAN 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ)

49、教 程 （第3版） 3.4.1 中繼器和集線器 1、中繼器 w 中繼器的作用是連接兩根電纜，當(dāng)它檢測到一根電纜中有 信號傳來時，便將信號放大并轉(zhuǎn)發(fā)到另一根電纜，這樣一 個中繼器就把一個以太網(wǎng)的有效連接距離擴大一倍。 w 中繼器連接的兩根以太網(wǎng)電纜稱為網(wǎng)段。 w 中繼器是工作在物理層的設(shè)備。它沒有物理地址。 w 中繼器的缺點是會在網(wǎng)段之間傳送無效的信號，使得在一 個網(wǎng)段中發(fā)生的沖突或干擾被擴散到其他的網(wǎng)段。 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 3.4.1 中繼器和集線器 2、集線器 w 集線器是一個多端口中繼器，它接收相連設(shè)備的信號并完 整轉(zhuǎn)發(fā)出去。 w 在以太網(wǎng)中，集線器通常是支持

50、星形或混合形拓撲結(jié)構(gòu)的。 必須遵守5-4-3-2-1規(guī)則，即只能連接5個網(wǎng)段，使用4個集 線器，只能有3個網(wǎng)段可以連接計算機，2指的是一個網(wǎng)段 只能有兩個節(jié)點，且其中一個節(jié)點必須是計算機。 w 集線器是工作在物理層的設(shè)備，它的每個端口都具有發(fā)送 和接收數(shù)據(jù)的功能。當(dāng)集線器的某個端口接收到信號，就 簡單地將該信號向所有端口轉(zhuǎn)發(fā)。 w 集線器有多種類型：獨立式集線器、堆疊式集線器、模 塊式集線器、智能型集線器。 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 3.4.2 網(wǎng)橋與生成樹算法 w 網(wǎng)橋也稱橋接器，是工作在鏈路層，用于連接兩個局域網(wǎng)， 擴展網(wǎng)絡(luò)的距離。一般情況下，被連接的局域網(wǎng)具有相同

51、的邏輯鏈路控制規(guī)程LLC，但在介質(zhì)訪問控制協(xié)議MAC上可 以不同。 w 網(wǎng)橋根據(jù)MAC地址對收到的幀進行轉(zhuǎn)發(fā)，網(wǎng)橋具有過濾幀 的功能。 w 當(dāng)一幀網(wǎng)橋從某個端口到達時，網(wǎng)橋?qū)⒔邮者M來的幀存在 緩存，通過查找地址映射表完成尋址，若此幀未出現(xiàn)差錯， 且要發(fā)往的目的站MAC地址屬于另一個網(wǎng)段，則將收到的 幀送到對應(yīng)的端口轉(zhuǎn)發(fā)出去。否則就丟棄此幀。 w 在同一網(wǎng)段中通信的幀及有差錯的幀或無效信息，不會被 網(wǎng)橋轉(zhuǎn)發(fā)到另一個網(wǎng)段去。 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 3.4.2 網(wǎng)橋與生成樹算法 w 網(wǎng)橋幀過濾功能是阻止某些幀通過網(wǎng)橋。幀過濾有3種類 型：目的地址過濾、源地址過濾和協(xié)議過濾。

52、 w 目的地址過濾指的是當(dāng)網(wǎng)橋接收到一個幀后，首先確定其 源地址和目的地址，如果源地址和目的地址處在同一個局 域網(wǎng)中，就簡單地將其丟棄，否則就將其轉(zhuǎn)發(fā)到另一個局 域網(wǎng)上。 w 源地址過濾是指網(wǎng)橋拒絕某一特定地址（站點）發(fā)出的幀。 w 協(xié)議過濾是指網(wǎng)橋能用幀中的協(xié)議信息來決定是轉(zhuǎn)發(fā)還是 濾掉該幀。 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 3.4.2 網(wǎng)橋與生成樹算法 1、透明網(wǎng)橋 w 透明網(wǎng)橋的基本思想是：網(wǎng)橋自動了解每個端口所接網(wǎng)段 的機器地址（MAC地址），形成一個地址映射表，網(wǎng)橋每 次轉(zhuǎn)發(fā)幀時，先查地址映射表表，如查到，則向相應(yīng)端口 轉(zhuǎn)發(fā)，如查不到，則向除接收端口之外的所有端口轉(zhuǎn)發(fā)

53、或 擴散。 w 透明網(wǎng)橋記錄接受幀的源地址與端口的映射，通過查看轉(zhuǎn) 發(fā)幀的源地址就可以知道通過哪個端口可以訪問某個站點。 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 3.4.2 網(wǎng)橋與生成樹算法 w 為了提高擴展局域網(wǎng)的可靠性，可以在局域網(wǎng)之間設(shè)置并 行的兩個或多個網(wǎng)橋，但這樣配置引起一個幀在網(wǎng)絡(luò)中不 停地兜圈，從而使網(wǎng)絡(luò)無法正常工作。 F F1 F2 A 局域網(wǎng)1 局域網(wǎng)2 網(wǎng)橋2 網(wǎng)橋1 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 3.4.2 網(wǎng)橋與生成樹算法 w 生成樹算法生成樹算法 w 解決的方法是讓網(wǎng)橋相互通信，并用一棵覆蓋到每個局域 網(wǎng)的生成樹覆蓋實際的拓撲結(jié)構(gòu)。找出原來的

54、網(wǎng)絡(luò)拓撲的 一個子集，在此子集中整個連通的網(wǎng)絡(luò)中不存在回路，在 任何兩個站點之間只有一條通路。一旦生成樹確定了，網(wǎng) 橋就會將某些接口斷開，以確保從原來的拓撲得出一個生 成樹。生成樹算法選擇一個網(wǎng)橋作為支撐樹的根（例如， 選擇一個最小序號的網(wǎng)橋），然后以最短通路為依據(jù)，找 到樹上的每一個站點。 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 3.4.2 網(wǎng)橋與生成樹算法 2、源路徑網(wǎng)橋 w 其核心思想是發(fā)送站知道目的站的位置，并將路徑中間所 經(jīng)過的網(wǎng)橋地址包含在幀頭中一并發(fā)出，路徑中的網(wǎng)橋依 照幀頭中的下一站網(wǎng)橋地址將幀一一轉(zhuǎn)發(fā)，直到將幀傳送 到目的地。 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第

55、3版） 3.4.3 交換式以太網(wǎng)和交換機 1、交換式以太網(wǎng) w 傳統(tǒng)的共享式局域網(wǎng)中，各站點去競爭并共享網(wǎng)絡(luò)帶寬。 當(dāng)用戶增多時，分到每個用戶的帶寬就會相應(yīng)減少。在 10Mb/s的網(wǎng)絡(luò)中，如果有L個用戶，則每個用戶占有的平 均帶寬只有10Mb/s的L分之一。 w 交換式以太網(wǎng)的核心是一個以太網(wǎng)交換機。交換機的主要 特點是：每個端口直接與主機相連，當(dāng)計算機要通信時， 交換機能同時連通許多對的端口，使每一對相互通信的主 機都能像獨占通信媒體那樣，進行無沖突的傳輸數(shù)據(jù)，通 信完成后就斷開連接。 w 在使用交換機時，如果每個端口為10Mb/s，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

56、體的帶 寬，因此對有N對端口的交換機，系統(tǒng)總帶寬可達 N10Mb/s。 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 3.4.3 交換式以太網(wǎng)和交換機 2、交換機 w 交換機是屬于OSI第二層的設(shè)備。也被稱為是多端口的網(wǎng) 橋，其中每個端口構(gòu)成一個獨立的局域網(wǎng)網(wǎng)段，交換機中 有一個端口提供到主干網(wǎng)的高速上行鏈路。它還能夠解析 出MAC地址信息。交換機的所有端口都共享同一指定的帶 寬。連接到交換機上的設(shè)備都可以享有它們自己的專用信 道。 w 與網(wǎng)橋一樣，交換機可以識別幀中的MAC地址，根據(jù) MAC地址進行轉(zhuǎn)發(fā)，并將MAC地址與對應(yīng)的端口記錄在 自己內(nèi)部的地址映射表中。 w 從以太網(wǎng)的觀點來看，每一個專用信道都代表了一個沖突 檢測域。沖突檢測域是一種從邏輯或物理意義上劃分的以 太網(wǎng)網(wǎng)段。在一個段內(nèi)，所有的設(shè)備都要檢測和處理數(shù)據(jù) 傳輸沖突。 計 算 機 網(wǎng) 絡(luò) 基 礎(chǔ) 教 程 （第3版） 3.4.3 交換式以太網(wǎng)和交換機 w 局域網(wǎng)交換機有三種數(shù)據(jù)交換方式：直通交換；存儲轉(zhuǎn)發(fā) 交換；無碎片直通交換。 w 直通交換模式：在接受數(shù)據(jù)幀的同時就立即按幀頭中的目 的地址，把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到目的端口。只檢查數(shù)據(jù)的幀頭（通 常只檢查14個字節(jié)）。 w 存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換模式：把整個數(shù)據(jù)幀讀入內(nèi)存并檢查其正確 性。濾掉不正確的幀，確認幀正確后，取出目的地址，把 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到目的端口