CH3 數(shù)據(jù)鏈路層

1、信息科學(xué)與工程學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院J2011.22011.2計(jì)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(diǎn)對點(diǎn)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(diǎn)對點(diǎn)協(xié)議 PPP3.2.1 PPP 協(xié)議的特點(diǎn)3.2.2 PPP 協(xié)議的幀格式3.2.3 PPP 協(xié)議的工作狀態(tài)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)的信道利用率 3.4.3 以太網(wǎng)的 MAC 層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 100BASE-T 以太網(wǎng) 3.6.2 吉比特以太網(wǎng) 3.6.3 10 吉比特以太網(wǎng) 3.6.4 使用高速以太網(wǎng)進(jìn)行寬帶接入3.7 其他類型的高速局域網(wǎng)接口n數(shù)據(jù)鏈路層的概念和要素n點(diǎn)對點(diǎn)信道數(shù)據(jù)鏈路層特性n多點(diǎn)信道數(shù)據(jù)鏈路層特性n以太網(wǎng)MAC層協(xié)議的適應(yīng)性擴(kuò)展n無線局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層特性n以太網(wǎng)組網(wǎng)應(yīng)用數(shù)據(jù)鏈路層的作用位置IP 數(shù)據(jù)報(bào)1010 0110幀取出幀幀IP 數(shù)據(jù)報(bào)1010 0110幀裝入結(jié)點(diǎn) A數(shù)據(jù)鏈路-數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議的作用位置322223網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)程數(shù)據(jù)鏈路進(jìn)程信道數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層信道結(jié)點(diǎn) B數(shù)據(jù)鏈路 ：基于物理線路(信

3、道)的服務(wù)，按數(shù)據(jù)鏈路層工作協(xié)議，為源機(jī)網(wǎng)絡(luò)層來的數(shù)據(jù)可靠地傳輸?shù)较噜徆?jié)點(diǎn)的目標(biāo)機(jī)網(wǎng)絡(luò)層的提供必要的收發(fā)傳輸服務(wù)。這種建立起來的數(shù)據(jù)收發(fā)關(guān)系就叫作數(shù)據(jù)鏈路。 數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議：為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路控制、管理及數(shù)據(jù)鏈路上可靠數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ芏贫ǖ囊唤M消息及其格式和作用規(guī)程。 數(shù)據(jù)鏈路進(jìn)程：鏈路層功能實(shí)體-軟件和（或）硬件。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)主機(jī) H1 向向 H2 發(fā)送數(shù)據(jù)：發(fā)送數(shù)據(jù)：在沿路徑傳送的每一跳設(shè)備（主機(jī)或路由器）上將數(shù)據(jù)報(bào)按與下一跳相同的鏈路層協(xié)議與下一跳設(shè)備協(xié)同完成幀的封裝、（基于物理層）收發(fā)和解封幀，然后將

4、數(shù)據(jù)報(bào)重新用再下一段的鏈路層協(xié)議繼續(xù)傳遞。鏈路層應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層應(yīng)用層運(yùn)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R1R2R3H1H2觀察數(shù)據(jù)鏈路層實(shí)體間觀察數(shù)據(jù)鏈路層實(shí)體間幀幀的流動的流動PPP數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議議以太網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議以太網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議HDLC數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議以太網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議以太網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層：為網(wǎng)絡(luò)層結(jié)點(diǎn)（主機(jī)/路由器等）等相鄰結(jié)點(diǎn)之間提供通過公共或本地 信道進(jìn)行（可靠、有效）數(shù)據(jù)幀（位流組）傳輸服務(wù)(支持)。數(shù)據(jù)鏈路層的功能數(shù)據(jù)鏈路層向網(wǎng)絡(luò)層提供的功能特性：n數(shù)據(jù)鏈路管理：數(shù)據(jù)鏈路的建立、維護(hù)

5、與釋放等。包括協(xié)調(diào)收發(fā)權(quán)限、方式、時機(jī)、速率等。n數(shù)據(jù)幀傳輸：控制在數(shù)據(jù)鏈路上的數(shù)據(jù)（幀）傳輸。包括：l 封裝(成幀-構(gòu)建數(shù)據(jù)鏈路層服務(wù)數(shù)據(jù)單元)；l 幀同步。界定DPDU的始/終邊界；l 尋址。多點(diǎn)連接情況下為每個鏈路層實(shí)體分配的一個唯一數(shù) 值，標(biāo)/識站點(diǎn)（收/發(fā)結(jié)點(diǎn)）；l 差錯檢驗(yàn)與控制;l 流量控制； 等功能。 n透明性：數(shù)據(jù)鏈路層使網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議收/發(fā)數(shù)據(jù)報(bào)無需知道通信將使用何種信道。n獨(dú)立性：出現(xiàn)新的物理通信技術(shù)或介質(zhì)時，網(wǎng)絡(luò)層無需做出相應(yīng)調(diào)整。支持各層物理通信協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)的創(chuàng)新和發(fā)展。幀(Fram) :鏈路層協(xié)議數(shù)據(jù)單元、傳送單位的統(tǒng)稱。數(shù)據(jù)鏈路層的功能1. 封裝成幀n封裝成幀(fr

6、aming)： 將上層(網(wǎng)絡(luò)層)交下來的數(shù)據(jù)包按照所采用協(xié)議分別添加首部和尾部協(xié)議控制信息，構(gòu)成了一個幀。 幀結(jié)束幀首部幀的數(shù)據(jù)部分幀尾部數(shù)據(jù)鏈路層的幀長幀開始IP 數(shù)據(jù)報(bào)幀首幀尾數(shù)據(jù)報(bào)2. 幀同步（定界）SOH幀的首部、尾部和數(shù)據(jù)部分幀幀結(jié)束符SOH的ASCII碼是01HEOTEOT的ASCII碼是04Hn幀同步：產(chǎn)生和識別幀界，界定幀的開始和結(jié)束位置n控制字符產(chǎn)生和識別幀界示例：幀開始符n定界方法：字符計(jì)數(shù)幀定界法 控制字符幀定界法 物理層編碼違規(guī)幀定界法3. 透明傳輸SOHEOT出現(xiàn)了“EOT”被接收端當(dāng)作無效幀而丟棄被接收端誤認(rèn)為是一個幀數(shù)據(jù)部分EOT完整的幀透明傳輸:是指不管所傳數(shù)據(jù)

7、是怎樣的比特組合，都應(yīng)當(dāng)能夠在鏈路上傳送。當(dāng)所傳數(shù)據(jù)中的比特組合恰巧與某一個控制信息完全一樣時，就必須采取適當(dāng)?shù)拇胧?，使收方不會將這樣的數(shù)據(jù)誤認(rèn)為是某種控制信息。這樣才能保證數(shù)據(jù)鏈路層的傳輸是透明的。敘述:透明傳輸與封裝有怎樣的同意性？解決透明傳輸?shù)姆椒╪字節(jié)填充(byte stuffing)或字符填充(character stuffing)技術(shù)： 用一些特定的字符來定界一幀的起始與終止，為了不使數(shù)據(jù)信息位中與特定字符相同的字符被誤判為幀的首尾定界符，可以在數(shù)據(jù)幀中填充一個轉(zhuǎn)義控制字符。 SOHSOHEOTSOHESCESC EOTESC SOHESC ESCESC SOH原始數(shù)據(jù)EOTEOT

8、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)填充幀開始符幀結(jié)束符SOHn位填充(bit stuffing) 技術(shù)： 用一個特定長度的bit碼串來定界一幀的起始與終止。為了不使數(shù)據(jù)信息位中與特定bit碼串字符相同的碼串被誤判為幀的首尾定界符，需要對數(shù)據(jù)幀進(jìn)行位填充處理。4. 差錯檢驗(yàn)與控制n傳輸差錯：通過通信信道后發(fā)生幀損壞、丟失和重復(fù)問題。n差錯檢驗(yàn)：通過某種機(jī)制發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信過程中的差錯的方法和機(jī)制。 例：在幀的尾部添加的稱為幀檢驗(yàn)序列 FCS (Frame Check Sequence) 差錯檢測冗余碼編碼方法：奇偶校驗(yàn)碼、校驗(yàn)和碼、循環(huán)冗余碼等n差錯控制：把差錯限制在盡可能小的允許

9、范圍內(nèi)的技術(shù)和方法。n差錯控制的基本方式：n反饋糾錯（ARQ-自動請求重傳）：信源采用某種能發(fā)現(xiàn)一定程度傳輸差錯的編碼方法對所傳信息進(jìn)行校驗(yàn)碼計(jì)算，并將校驗(yàn)碼一并傳輸。在接收端則根據(jù)編碼方法將收到的信息進(jìn)行校驗(yàn)計(jì)算，檢測出有錯碼時，即向發(fā)信端發(fā)出詢問，要求重發(fā)。信源收到詢問，立即重發(fā)已發(fā)生傳輸差錯的信息，直到正確收到為止。n前向糾錯（FEC）：信源采用某種在解碼時能糾正一定程度傳輸差錯的的編碼方法，使接收端在收到信息中不僅能發(fā)現(xiàn)錯碼，還能夠糾正錯碼。n混合糾錯：少量糾錯在接收端自動糾正，差錯較嚴(yán)重，超出自行糾正能力時，就向信源發(fā)出詢問信號，要求重發(fā)。n無差錯接受，有差錯丟棄：接收端檢測出無錯碼

10、時接受，否則丟棄信息5.流量控制n流量：接收方收到的來自發(fā)送方的數(shù)據(jù)。n流量控制：防止高速發(fā)送數(shù)據(jù)把低速接收“淹沒”。即，使用某種反饋機(jī)制，使發(fā)方了解收方的當(dāng)前處理能力，限制發(fā)送方發(fā)送速度使發(fā)送速率不能超過接收方處理速率的一種機(jī)制。例：停 等式流量控制源實(shí)體發(fā)送一個PDU，目標(biāo)實(shí)體收到后發(fā)回一個對該P(yáng)DU的確認(rèn)，表示同意接受下一個PDU；源實(shí)體必須等待收到確認(rèn)后才能發(fā)送下一個PDU；信道類型與數(shù)據(jù)鏈路n點(diǎn)對點(diǎn)信道：常是WAN結(jié)點(diǎn)間的通信通道 建立的信道以點(diǎn)到點(diǎn)的方式端接兩個通信實(shí)體，可進(jìn)行進(jìn)行一對一的通信，一對一的通信，基于點(diǎn)對點(diǎn)信道的數(shù)據(jù)鏈路有其功能特性。n 廣播信道： 常是LAN結(jié)點(diǎn)間的通

11、信通道 以多點(diǎn)接入/多路接入方式連接多個通信實(shí)體，可進(jìn)行一對一和一對多(多播)通信的信道?；趶V播信道的數(shù)據(jù)鏈路有其功能特性。使用共享信道鏈路層協(xié)議來使用共享信道鏈路層協(xié)議來協(xié)調(diào)協(xié)調(diào)/控制這些主機(jī)在信道上控制這些主機(jī)在信道上的數(shù)據(jù)收發(fā)的數(shù)據(jù)收發(fā)3.2 點(diǎn)對點(diǎn)協(xié)議 PPP 3.2.1 PPP 協(xié)議的特點(diǎn) n PPP已成為因特網(wǎng)的正式標(biāo)準(zhǔn)，例： RFC 1661:The Point-to-Point Protocol (PPP) RFC 1661:The Point-to-Point Protocol (PPP) RFC 1662:PPP in HDLC-like Framing RFC 1662

12、:PPP in HDLC-like Framing RFC 1663:PPP Reliable Transmission RFC 1663:PPP Reliable Transmission RFC 1332: The PPP Internet Protocol Control Protocol (IPCP) RFC 1332: The PPP Internet Protocol Control Protocol (IPCP)等等鏈路層對等實(shí)體nPPP是主機(jī)、路由器等通過DDN、ISDN、 PSTN、xDSL 、SDH、微波點(diǎn)到點(diǎn)鏈路 、衛(wèi)星點(diǎn)到點(diǎn)鏈路等物理層異步或同步信道異步或同步信道建立數(shù)

13、據(jù)鏈路的典型解決方案，通用性較高?？梢灾С侄喾N網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。RFC “請求注解”，(Request For Comments) 始于1969年的關(guān)于Internet的各種意見、觀點(diǎn)、會議紀(jì)要以及各種Internet的概念、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等技術(shù)資料匯編PPP 協(xié)議的三個主要組件及其功能n用于點(diǎn)對點(diǎn)鏈路上封裝數(shù)據(jù)報(bào)成幀的協(xié)議，幀格式以HDLC為基礎(chǔ)，做了少量的改動 。n用于啟動、檢測、協(xié)商配置和關(guān)閉數(shù)據(jù)鏈路連接的鏈路控制協(xié)議 (LCP)。n用于建立和配置各種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的一組網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議 (NCP)3.2.2 PPP 協(xié)議的幀格式2111字節(jié)字節(jié)12/4150

14、0 字節(jié)字節(jié)7EFF03標(biāo)志F地址A控制CFCS標(biāo)志7E協(xié)議數(shù)據(jù)凈荷首部尾部PPP幀格式幀格式n標(biāo)志字段(域) F = 0 x7E ，(7E)16 =(01111110)2，幀定界符。n地址字段(域) A 只置為 0 xFF。標(biāo)準(zhǔn)廣播地址，PPP不單獨(dú)分配地址。n控制字段(域) C 通常置為 0 x03。表明為無編號幀格式，不采用幀序號和確認(rèn)機(jī)制(差錯控制僅為無差錯接收盡力傳輸）。PPP 幀格式的協(xié)議字段(域) nPPP 協(xié)議字段(域),指示數(shù)據(jù)凈荷字段的分組類型n首位以0開始的是針對網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議分組。 例如：當(dāng)協(xié)議字段為 0 x0021 時，PPP 幀的數(shù)據(jù)字段就是IP 數(shù)據(jù)報(bào)。n首位以1開始

15、的是針對鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)商/控制協(xié)議分組。 例如：當(dāng)協(xié)議字段為 0 xC021,PPP 幀的數(shù)據(jù)凈荷凈荷字段是 PPP 鏈路控制協(xié)議 （LCP）數(shù)據(jù)。 若協(xié)議字段為 0 x8021,PPP 幀的數(shù)據(jù)凈荷凈荷字段是PPP網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議（NCP）數(shù)據(jù)。PPP的透明傳輸問題 PPP 用在異步傳輸鏈路時，使用字符/字節(jié)填充n將數(shù)據(jù)字段中出現(xiàn)的0 x7E 字節(jié)轉(zhuǎn)變成為 2 字節(jié)序列(0 x7D, 0 x5E)。 n若信息字段中出現(xiàn)0 x7D 的字節(jié), 則將其轉(zhuǎn)變成為 2 字節(jié)序列(0 x7D, 0 x5D)。n控制字符轉(zhuǎn)義。例： 0 x03 0 x7D 0 x23等nPPP 是面向字節(jié)的，所有的 PPP

16、 幀的長度都是整數(shù)字節(jié)。0 x7E0 x7E0 x7E0 x7D0 x7E, 0 x5E0 x7D0 x5D0 x7D0 x5E0 x7D0 x5D原始數(shù)據(jù)0 x7E0 x7E經(jīng)過字節(jié)填充后發(fā)送的數(shù)據(jù)經(jīng)過字節(jié)填充后發(fā)送的數(shù)據(jù)字節(jié)填充幀開始符幀結(jié)束符0 x7D0 x7DPPP的透明傳輸問題PPP 用在同步傳輸鏈路時采用零比特填充nPPP 協(xié)議用在 SONET/SDH 鏈路時，是使用同步傳輸nPPP 協(xié)議采用零比特填充方法來實(shí)現(xiàn)透明傳輸在發(fā)送端：0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 00 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 00 1 0 0 1

17、 1 1 1 1 0 1 0 0 0 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 PPP差錯控制 nPPP 協(xié)議使用無序號幀和確認(rèn)機(jī)制，因?yàn)椋簄在數(shù)據(jù)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。n在因特網(wǎng)環(huán)境下，PPP 的信息字段放入的數(shù)據(jù)是 IP 數(shù)據(jù)報(bào)。數(shù)據(jù)鏈路層的可靠傳輸并不能夠保證網(wǎng)絡(luò)層的傳輸也是可靠的。n幀檢驗(yàn)序列 FCS 字段以CRC編碼支持錯誤檢測。nPPP實(shí)現(xiàn)無差

18、錯接受，盡力傳輸。3.2.3 PPP數(shù)據(jù)鏈路狀態(tài)PPP 會話的三個階段會話的三個階段n第 1 階段：鏈路建立和配置協(xié)商。 在 PPP 交換任何網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)報(bào)（例如 IP）之前，LCP 必須先打開鏈接(啟動會話）并協(xié)商配置選項(xiàng)。n第 2 階段：鏈路認(rèn)證、鏈路質(zhì)量確認(rèn)等（可選）。 LCP進(jìn)一步驗(yàn)證鏈接的許可性和測試鏈路，以確定鏈路是否可以啟用網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。n第 3 階段：網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議配置協(xié)商 。 在 LCP 完成鏈接的許可性驗(yàn)證和質(zhì)量測試后，相關(guān)的 NCP 可以獨(dú)立配置網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，還可以隨時啟動或關(guān)閉這些協(xié)議。PPP數(shù)據(jù)鏈路(主要)狀態(tài)設(shè)備之間無可用鏈路鏈路未建立/未啟用鏈路建立鑒別網(wǎng)絡(luò)層協(xié)商鏈路打開鏈

19、路終止物理鏈路啟用建立LCP 鏈路建立建立已鑒別的 LCP 鏈路建立建立已鑒別的 LCP 鏈路上的NCP 鏈路物理層連接建立LCP 配置協(xié)商成功成功鑒別成功或無需鑒別NCP 配置協(xié)商成功成功鏈路故障或關(guān)閉請求物理鏈路終止鑒別失敗LCP 配置協(xié)商失敗PPP數(shù)據(jù)鏈路運(yùn)行PPP數(shù)據(jù)鏈路(主要)狀態(tài)UP/物理層鏈路建立/啟用Link Dead/down物理鏈路未就緒 Link Establish鏈路建立(協(xié)商)OPENED/LCP選項(xiàng)協(xié)商成功FAIL/LCP選選項(xiàng)協(xié)商失敗項(xiàng)協(xié)商失敗 Authenticate身份驗(yàn)證 Terminate數(shù)據(jù)鏈路數(shù)據(jù)鏈路終止SUCCESS/NONE驗(yàn)證成功/無需鑒別FAI

20、L/驗(yàn)證驗(yàn)證失敗失敗 NetworkNCP配置網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議配置完成配置完成 Link Open數(shù)據(jù)鏈路啟用CLOSING/鏈路故障鏈路故障或使用完畢請求關(guān)閉或使用完畢請求關(guān)閉DOWN/物理層鏈路撤銷/禁用PPP數(shù)據(jù)鏈路狀態(tài)圖數(shù)據(jù)鏈路狀態(tài)圖LCP數(shù)據(jù)幀格式標(biāo)識標(biāo)識 LCP 數(shù)據(jù)包類型數(shù)據(jù)包類型請求與回復(fù)匹配依請求與回復(fù)匹配依據(jù)據(jù)0 xC0211字字節(jié)節(jié)1字字節(jié)節(jié)2字字節(jié)節(jié)代碼LCP分組類型描 述1Configure-Configure-RequestRequest在打開或重置PPP連接時發(fā)送該消息。Configure-Request包含一系一系列列用于修改默認(rèn)選項(xiàng)值的LCP選項(xiàng)2Configure

21、-AckConfigure-Ack 最近收到的Configure-Request中所有LCP選項(xiàng)值都可識別和接受時發(fā)送該消息。PPP對等體收到Configure-Acks時，LCP協(xié)商便完成了3Configure-NakConfigure-Nak當(dāng)所有LCP選項(xiàng)都可識別，但有些選項(xiàng)的值不可接受時發(fā)送該消息。Configure-Nak包含其值不可接受的選項(xiàng)及其可接受的值4Configure-Configure-RejectReject當(dāng)LCP選項(xiàng)無法識別或不能接受時發(fā)送該消息。Configure-Reject包括無法識別或無法接受的選項(xiàng)。5Terminate-Terminate-RequestR

22、equest在關(guān)閉PPP連接時可選地發(fā)送該消息6Terminate-AckTerminate-Ack響應(yīng)Terminate-Request時發(fā)送該消息7Code-RejectCode-Reject在LCP代碼未知時發(fā)送該消息。Code-Reject消息包含其代碼未知的LCP分組8Protocol-RejectProtocol-Reject當(dāng)PPP幀包含未知協(xié)議ID時發(fā)送該消息。Protocol-Reject消息包含有問題的LCP分組。PPP對等體通常發(fā)送Protocol-Reject來指出它沒有啟用PPP NCP對應(yīng)的LAN協(xié)議9Echo-RequestEcho-Request發(fā)送該消息以測試

23、PPP連接（可選）10Echo-ReplyEcho-Reply用于響應(yīng)Echo-Request。PPP Echo-Request和Echo-Reply11Discard-RequestDiscard-Request用于測試出站方向的鏈路（可選）代碼及其對應(yīng)代碼及其對應(yīng)LCP分組類型分組類型可將LCP分組分組分為三類類n第一類：Link-establishment 幀，負(fù)責(zé)建立和配置鏈路 Configure-Request Configure-Ack Configure-Nak Configure-Rejectn第二類：Link-maintenance 幀，負(fù)責(zé)管理和調(diào)試鏈路 Code-Reje

24、ct Protocol-Reject Echo-Request Echo-Reply， Discard-Request。n第三類：Link-termination 幀，負(fù)責(zé)切斷鏈路 Terminate-Request , Terminate-AckLCP 選項(xiàng)字段1字字節(jié)節(jié)1字字節(jié)節(jié)(0)LCP 選項(xiàng)字段的類型及值選項(xiàng)名選項(xiàng)類型選項(xiàng)長度描 述最大接收單元（MRU）12+2=4PPP幀的最大長度，不能超過65535字節(jié)，默默認(rèn)為認(rèn)為15001500。如果雙方都沒有修改默認(rèn)值，將如果雙方都沒有修改默認(rèn)值，將不會協(xié)商該選項(xiàng)不會協(xié)商該選項(xiàng)異步控制字符 映射（ACCM）22+4=64字節(jié)位映射表，每個位

25、與相同位置的異步鏈路控制字符對應(yīng)映射，如果位被為零，此字符不需要轉(zhuǎn)義，為1，此字符需要轉(zhuǎn)義。身份驗(yàn)證協(xié)議32+2+n(0)該字段指出了身份驗(yàn)證協(xié)議，即PAP或CHAP默認(rèn)：不啟用。默認(rèn)：不啟用。0 xc023 PAP0 xc023 PAP，0 xc223 CHAP0 xc223 CHAP質(zhì)量檢測協(xié)議42+2+n(0)該字段指出質(zhì)量檢測協(xié)議， 默認(rèn)：禁用。默認(rèn)：禁用。0 xc025 Link Quality Report0 xc025 Link Quality Report幻數(shù)52+4=6這是一個隨機(jī)數(shù)，用于區(qū)分對等體和檢測環(huán)回線路協(xié)議壓縮72+0=2該標(biāo)志指出當(dāng)2字節(jié)的協(xié)議ID的取值在0 x0

26、000和0 x00FF之間時將其壓縮為1字節(jié)地址和控制字 段壓縮82+0=2該標(biāo)志指出從PPP報(bào)頭中刪除PPP地址字段（總是0 xFF）和PPP控制字段（總是0 x03）LCP鏈路協(xié)商過程示例n用戶撥號接入 ISP 時，路由器的調(diào)制解調(diào)器對撥號做出確認(rèn)，并建立一條物理連接。nPC 機(jī)向路由器發(fā)送一系列的 LCP 分組（封裝成多個 PPP 幀）。n這些分組及其響應(yīng)選擇一些 PPP 參數(shù)，和進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)層配置，NCP 給新接入的 PC機(jī)分配一個臨時的 IP 地址，使 PC 機(jī)成為因特網(wǎng)上的一個主機(jī)。n通信完畢時，NCP 釋放網(wǎng)絡(luò)層連接，收回原來分配出去的 IP 地址。接著，LCP 釋放數(shù)據(jù)鏈路層連接。

27、最后釋放的是物理層的連接。 PPP數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議信息交換示例PPP支持的功能選項(xiàng)LCP選項(xiàng)選項(xiàng) 解釋 協(xié)議 協(xié)商 統(tǒng)一MRU,幀結(jié)構(gòu) ,協(xié)議或身份驗(yàn)證參數(shù) LCP驗(yàn)證 鏈路建立成功前要求提供正確的密碼 PAP，CHAP壓縮 在帶寬有限的鏈路提供對數(shù)據(jù)的壓縮 Predictor,Stacker,MPPC,CCP回叫 由被叫方重新呼叫原呼叫發(fā)起方 Cisco Callback，MS Callback多鏈路 支持多鏈路捆綁/負(fù)載均衡 Multilink Protocol (MP) RFC1990NCP選項(xiàng)，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)配置選項(xiàng) 解釋 協(xié)議 IP參數(shù)配置 配置IP地址、子網(wǎng)掩碼、DNS服務(wù)器地址等 IPCP

28、IPX參數(shù)配置 IPXCPPPP協(xié)議應(yīng)用（配置）示例n對于同步串行接口，默認(rèn)的封裝格式是HDLC（Cisco私有實(shí)現(xiàn)）?？梢允褂妹頴ncapsulation ppp將封裝格式改為PPP。如圖1所示。 圖1 PPP串行封裝n當(dāng)通信雙方的某一方封裝格式為HDLC，而另一方為PPP時，雙方關(guān)于封裝協(xié)議的協(xié)商將失敗。此時，此鏈路處于協(xié)議性關(guān)閉（protocol down）狀態(tài)，通信無法進(jìn)行。如圖2所示。 圖2 兩端路由器串行接口封裝格式不一致PPPOE (point-to-point protocol over ethernet)n問題：在以太網(wǎng)上，既要通過同一個用戶前置接入設(shè)備連接遠(yuǎn)程的多個用戶主

29、機(jī)，又要提供類似撥號一樣的接入控制，計(jì)費(fèi)等功能，而且要盡可能地減少用戶的配置操作。nPPPOE的目標(biāo)就是解決上述問題， 1998年后期問世的以太網(wǎng)上的PPP。在小區(qū)等接入組網(wǎng)應(yīng)用中被廣泛采用。實(shí)現(xiàn)：l把經(jīng)濟(jì)的局域網(wǎng)技術(shù)(以太網(wǎng))和點(diǎn)對點(diǎn)協(xié)議的可管理控制功能結(jié)合在一起。l網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商可利用可靠和熟悉的技術(shù)來加速部署高速互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)。l服務(wù)提供商可通過xDSL、電纜調(diào)制解調(diào)器或無線連接等方式，提供支持多用戶的寬帶接入服務(wù)時更加簡便易行。l該技術(shù)亦簡化了最終用戶在選擇這些服務(wù)時的配置操作。 多用戶的寬帶接入控制，計(jì)費(fèi)3.3 使用廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層n采用可支持多路接入的廣播信道構(gòu)網(wǎng)的主要優(yōu)點(diǎn)：n方便

30、介質(zhì)共享。多個節(jié)點(diǎn)使用相同的介質(zhì)（或信道）相互通信。n方便資源共享。方便各種硬/軟件資源的發(fā)布、收集并獲得共享。 n組網(wǎng)靈活。 設(shè)備的數(shù)量和位置可靈活調(diào)整和改變，便于系統(tǒng)的擴(kuò)展和升級。n 廣播信道廣播信道： 常用于LAN（廣播信道訪問控制的可行性高） 以多點(diǎn)接入多點(diǎn)接入/多路接入連接多路接入連接多個通信實(shí)體進(jìn)行進(jìn)行一對多一對多(廣播廣播)通信的通信的信道。使用共享信道使用共享信道協(xié)議來協(xié)調(diào)協(xié)議來協(xié)調(diào)/控制這些主機(jī)控制這些主機(jī)在信道上的數(shù)在信道上的數(shù)據(jù)收發(fā)據(jù)收發(fā)3.3.1 局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層n局域組網(wǎng)多采用可共享媒體的多路接入結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案總線結(jié)構(gòu)星形結(jié)構(gòu)樹形結(jié)構(gòu)環(huán)形結(jié)構(gòu)n處于處于共享媒體共享媒體

31、局域網(wǎng)的各通信實(shí)體局域網(wǎng)的各通信實(shí)體，多采用廣播多采用廣播(可一發(fā)多收可一發(fā)多收)通信方式通信方式（廣播信道）廣播信道）交換信息。交換信息。n基于基于廣播信道類型廣播信道類型的局域網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層具備的局域網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層具備廣播信道訪問控制功廣播信道訪問控制功 能能特性。特性。局域網(wǎng)特點(diǎn)n局域網(wǎng)：采用某種局域網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)。n局域網(wǎng)技術(shù)：（僅能/需）支持較小地理范圍和較少站點(diǎn)數(shù)目連網(wǎng)的技術(shù)n局域網(wǎng)技術(shù)的三要素：拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、傳輸介質(zhì)、媒體訪問控制技術(shù)。n局域網(wǎng)特點(diǎn)： （1）網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)比較規(guī)則。 （2）信道質(zhì)量較好，傳輸誤碼率低。 （3）信道速率較高。 （4）支持多種通信傳輸介質(zhì)。 （5）建網(wǎng)成

32、本低，安裝、擴(kuò)充及維護(hù)方便。 （6）通常屬于某一部門、單位或企業(yè)所有。 以上特點(diǎn)即是局域網(wǎng)的設(shè)計(jì)需求，又是局域網(wǎng)的設(shè)計(jì)原則分析：為什么這三項(xiàng)是局域網(wǎng)技術(shù)的要素？局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)參考模型局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)參考模型-IEEE802參考模型nLLC 子層：為網(wǎng)絡(luò)層提供屏蔽物理層屬性（獨(dú)立/透明于網(wǎng)絡(luò)物理介質(zhì)（信道類型）和接入方式（拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)）一組（尋址、差錯控制、流量控制、鏈尋址、差錯控制、流量控制、鏈路管理等功能）路管理等功能）數(shù)據(jù)鏈路服務(wù)功能。-邏輯鏈路nMAC子層：基于網(wǎng)絡(luò)物理介質(zhì)（信道類型）和接入方式（拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)）特征的介質(zhì)（信道）訪問控制功能組。-物理層關(guān)聯(lián)性多個多個SAP包包含什么樣的含什么樣的含

33、義？含義？局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)n802.1 ：高層局域網(wǎng)協(xié)議Higher Layer LAN Protocols n802.2 ：邏輯鏈路控制Logical Link Control n802.3 ：以太網(wǎng)Ethernet （CSMA/CD）n802.4 ：令牌總線Token Bus n802.5 ：令牌環(huán)Token Ringn802.6 ：城域網(wǎng)（DQDB Distributed Queue Dual Bus 分布式隊(duì)列雙總線 ）n802.7 ：寬帶技術(shù)n802.8 ：光纖技術(shù)n802.9 ：語音與數(shù)據(jù)綜合局域網(wǎng)n802.10：局域網(wǎng)信息安全n802.11：無線局域網(wǎng)Wireless LAN n802

34、.12 ：100VG AnyLANn802.13 ：有線電視(Cable-TV) n802.14：交互式電視網(wǎng)(包括Cable Modem)n802.15：無線個人局域網(wǎng) Wireless Personal Area Network n802.16：寬帶無線接入 Broadband Wireless Access n802.17：彈性分組環(huán) Resilient Packet Ring n802.18：無線管制 Radio Regulatory TAG n802.19：共存 Coexistence TAG n802.20：移動寬帶無線接入 Mobile Broadband Wireless Ac

35、cess (MBWA) n802.21：媒質(zhì)無關(guān)切換 Media Independent Handoff IEEE 802又稱LMSC(LAN /MAN Standards Committee,局域網(wǎng)/城域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)委員會),研究局域網(wǎng)和城域網(wǎng)的物理層和MAC層中定義的服務(wù)和協(xié)議IEEE 802.1系列部分協(xié)議 nIEEE 802.1a定義局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)nIEEE 802.1b定義網(wǎng)際互聯(lián)，網(wǎng)絡(luò)管理及尋址nIEEE 802.1d定義生成樹協(xié)議nIEEE 802.1s定義多生成樹協(xié)議nIEEE 802.1w定義快速生成樹協(xié)議nIEEE 802.1q定義VLAN標(biāo)記協(xié)議nIEEE 802.1p定義優(yōu)先

36、級隊(duì)列流量優(yōu)先權(quán)控制和動態(tài)組播過濾服務(wù) ，是IEEE 802.1q的擴(kuò)充協(xié)議。nIEEE 802.1x定義局域網(wǎng)安全認(rèn)證等 LLC 子層-控制邏輯相鄰結(jié)點(diǎn)間鏈路及其幀傳輸局 域 網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層物理層站點(diǎn) 1網(wǎng)絡(luò)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(diǎn) 2網(wǎng)絡(luò)層物理層網(wǎng)絡(luò)層物理層LLCLLCMACMAC局 域 網(wǎng)MAC子層-控制多點(diǎn)接入信道(介質(zhì))的共享n兩類介質(zhì)接入/訪問控制n爭用接入/訪問n受控接入/訪問以太網(wǎng)(Ethernet)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)n DIX Ethernet V2：由Xerox公司創(chuàng)建并由Xerox,Intel和DEC公司聯(lián)合開發(fā)的基帶局域網(wǎng)規(guī)范 。nIE

37、EE 802.3 基于DIX Ethernet V2制定。n以太網(wǎng)”應(yīng)當(dāng)是指符合 DIX Ethernet V2 標(biāo)準(zhǔn)的局域網(wǎng) IEEE803協(xié)議部分系列nIEEE802.3ab:銅質(zhì)千兆位以太網(wǎng) nIEEE802.3ac:定義以太網(wǎng)幀擴(kuò)展標(biāo)記 nIEEE802.3ad:鏈接聚合nIEEE802.3ae:萬兆以太網(wǎng)nIEEE802.3ak:10GBASE-CX4,銅質(zhì)10GbE規(guī)范nIEEE802.3af:PoE nIEEE802.3u:快速以太網(wǎng)nIEEE802.3x:流量控制nIEEE802.3z:千兆以太網(wǎng)。 標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)、快速以太網(wǎng)、千兆以太網(wǎng)與萬兆以太網(wǎng)之間的差異在于物理層n最初的以太

38、網(wǎng)： 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：總線型（多點(diǎn)連接到一根總線上）。 介 質(zhì)：同軸電纜 ，基帶信號雙向傳遞。 MAC 方法： CSMA/CD。 3.3.2以太網(wǎng)MAC子層協(xié)議B向 D發(fā)送數(shù)據(jù) C D A E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)n以太網(wǎng)的廣播方式發(fā)送n總線上的每一個工作的計(jì)算機(jī)都能檢測到 B 發(fā)送的數(shù)據(jù)信號。 n由于只有計(jì)算機(jī) 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。 n其他所有的計(jì)算機(jī)（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。n具有廣播特性的總線上實(shí)現(xiàn)了一對一的通信。 MAC 幀的格式 n常用的以太網(wǎng)MAC

39、幀格式有兩種標(biāo)準(zhǔn) ：目的地址源地址類型數(shù) 據(jù)FCS6624字節(jié)46 1500目的地址 源地址長度數(shù) 據(jù)FCS6624字節(jié)46 1500nDIX Ethernet V2 標(biāo)準(zhǔn)，是TCP/IP協(xié)議棧的缺省以太網(wǎng)MAC 幀格式nIEEE 的 802.3 標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng) MAC 幀物理層MAC層10101010101010 10101010101010101011前同步碼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(bào)以太網(wǎng)的MAC幀格式:幀定界 (同步）幀開始、結(jié)束定界符插入幀結(jié)束插入幀結(jié)束定界符定界符幀開始定界符幀開始定界符SFD(Start Fr

40、ame Delimiter)幀首定界符幀首定界符為了達(dá)到比特同步，在傳輸媒為了達(dá)到比特同步，在傳輸媒體上實(shí)際傳送的要比體上實(shí)際傳送的要比 MAC 幀幀還多還多 8 個字節(jié)個字節(jié)以太網(wǎng)幀結(jié)束定界符n發(fā)送方：對10/100M以太網(wǎng)，插入的字段不同l100M/快速以太網(wǎng)，物理層物理層電路會自動在幀尾加上4B5B編碼ESD End-of-Stream Delimiter字段（長度為兩個5bits）表示幀發(fā)送結(jié)束。l10M以太網(wǎng)，物理層物理層電路會自動在幀尾加上一個特殊寬脈沖特殊寬脈沖-起始空脈沖 SOI - Start of Idle Pulse來表示鏈 路開始空閑。n接收方：l在接收正常幀數(shù)據(jù)時，不

41、會收到ESD字段或SOI脈沖。l當(dāng)接收方檢測到SOI脈沖或ESD字段時即可判斷出幀發(fā)送結(jié)束。 4B/5B編碼（信號模式組）物理層MAC層IP層目的地址源地址類型數(shù)據(jù)FCS6624字節(jié)461500IP數(shù)據(jù)報(bào)以太網(wǎng)的 MAC 幀格式的尋址設(shè)計(jì)MAC幀6字節(jié)源地址和目的地址字段，是每站（網(wǎng)絡(luò)接口、網(wǎng)卡、網(wǎng)絡(luò)適配器）的“名字”或標(biāo)識符。 又稱：硬件地址、物理地址或 MAC 地址 C D A EB00-60-2F-A5-12-58以太網(wǎng)MAC地址結(jié)構(gòu)由由IEEE 的的注冊管理機(jī)構(gòu)注冊管理機(jī)構(gòu) RA 負(fù)責(zé)分配負(fù)責(zé)分配由廠家自行指派，稱為由廠家自行指派，稱為擴(kuò)展標(biāo)識符擴(kuò)展標(biāo)識符以太網(wǎng)地址類型：多播多播(mu

42、lticast)地址地址 （一對（一對多多傳輸幀）傳輸幀）單播單播(unicast)地址地址 （一對（一對一一傳輸幀）傳輸幀）廣播廣播(broadcast)地址地址 FF-FF-FF-FF-FF-FF （一對（一對全體全體傳輸幀）傳輸幀） 單播示例多播（組播）示例組播地址組播地址廣播示例廣播地址廣播地址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)461500IP數(shù)據(jù)報(bào)查看主機(jī)的以太網(wǎng)的 MAC 源地址源地址字段源地址字段 6 字節(jié)只能是單播地址字節(jié)只能是單播地址目的地址源地址類型數(shù)據(jù)FCS6624字節(jié)461500以太網(wǎng) V2的MAC幀格式的幀類型字段2 字節(jié)類型字段 2

43、 字節(jié)類型字段用來標(biāo)識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。 目的地址源地址0800IP數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)FCS6624字節(jié)461500目的地址源地址0806ARP協(xié)議消息FCS6624字節(jié)2818PAD填充字段，使總載荷46幀類型字段值示例 0 x0000 - 0 x05DC IEEE 802.3 長度0 x0800 網(wǎng)際協(xié)議（IP）0 x0806 地址解析協(xié)議（ARP ： Address Resolution Protocol）0 x8035 動態(tài) DARP （DRARP：Dynamic RARP）反向地址解析協(xié)議0 x8037 Novell Netware

44、IPX 0 x80D5 IBM SNA Services over Ethernet 0 x8137 因特網(wǎng)包交換（IPX：Internet Packet Exchange）0 x814C 簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（SNMP：Simple Network Management Protocol）0 x86DD 網(wǎng)際協(xié)議v6 （IPv6，Internet Protocol version 6）0 x880B 點(diǎn)對點(diǎn)協(xié)議（PPP：Point-to-Point Protocol）0 x8863 以太網(wǎng)上的 PPP（發(fā)現(xiàn)階段）（PPPoE：PPP Over Ethernet ）0 x8864 以太網(wǎng)上的 PP

45、P（PPP 會話階段） （PPPoE，PPP Over Ethernet）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)461500IP數(shù)據(jù)報(bào)以太網(wǎng)的MAC幀格式:數(shù)據(jù)字段（凈荷）46 1500 字節(jié)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)461500IP數(shù)據(jù)報(bào)以太網(wǎng)的MAC幀格式:差錯檢測FCS 字段 4 字節(jié)(CRC)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

46、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)。 以太網(wǎng)的可靠性 n以太網(wǎng)（ DIX Ethernet V2或IEEE802.3）提供的服務(wù)是無可靠保障的交付，即盡最大努力的交付n以太網(wǎng)無差錯控制以太網(wǎng)無差錯控制n目的站收到有差錯的數(shù)據(jù)幀時就丟棄此幀。差錯的糾正可目的站收到有差錯的數(shù)據(jù)幀時就丟棄此幀。差錯的糾正可由高層來決定。由高層來決定。n以太網(wǎng)無流量控制以太網(wǎng)無流量控制 -無連接、無編號無連接、無編號n采用較為靈活的無連接的工作方式，即不必先建立連接就采用較為靈活的無連接的工作方式，即不必

47、先建立連接就可以直接發(fā)送數(shù)據(jù)?？梢灾苯影l(fā)送數(shù)據(jù)。 n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)。認(rèn)。n 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(yàn)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(fù)責(zé)重傳丟棄的幀。 3.3 以太網(wǎng)媒體訪問控制（MAC）方式nCS -載波監(jiān)聽 :每一個站點(diǎn)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(jì)算機(jī)在發(fā)送數(shù)據(jù)，如果有

48、，則暫時不要發(fā)送數(shù)據(jù)，以免發(fā)生碰撞。nMA-多點(diǎn)接入/訪問：允許多個站點(diǎn)共享媒體的。nCD -碰撞檢測：每一個站點(diǎn)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/沖突。載波監(jiān)聽多點(diǎn)接入載波監(jiān)聽多點(diǎn)接入/碰撞檢測碰撞檢測 CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access with Collision DetectionCSMA/CD基本流程CSMA/CD協(xié)議的幀發(fā)送規(guī)程CSMA/CD協(xié)議的幀接收規(guī)程n一個站在檢測到總線開始空閑后，還要等待幀間最小間隔使剛收到數(shù)據(jù)幀的站的接收緩

49、存來得及清理，做好接收下一幀的準(zhǔn)備。 幀間最小間隔影響確定的發(fā)送時機(jī)傳播時延對載波監(jiān)聽及時度的影響- 爭用期/碰闖窗口/沖突窗口1 kmABt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 爭用期：以太網(wǎng)的端到端往返時延 2 稱為爭用期，最先發(fā)送數(shù)據(jù)幀的站經(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。1 kmABt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 = ABABAB t = 0 A 檢測到信道空閑發(fā)送數(shù)據(jù)A

50、Bt = 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 爭用期的長度和最短有效幀長 確定碰撞槽時間的確定碰撞槽時間的平衡平衡考慮考慮n考慮考慮n減小因沖突帶來的恢復(fù)時間減小因沖突帶來的恢復(fù)時間（回退和重新發(fā)送時間）。（回退和重新發(fā)送時間）。n網(wǎng)絡(luò)距離必須足以支持合理網(wǎng)絡(luò)距離必須足以支持合理網(wǎng)絡(luò)大小。網(wǎng)絡(luò)大小。 10BASE5以太網(wǎng)的以太網(wǎng)的平衡折衷平衡折衷方案方案n選擇最大的網(wǎng)絡(luò)直徑（大約 2500 米）。n設(shè)置足以確保檢測到所有沖突的最最小幀長小幀長=64字節(jié)字節(jié)。 爭用期為爭用期為512bit，64B/10Mbps=51.2s

51、最小幀長最小幀長=64字節(jié)字節(jié)；爭用期為爭用期為512bit/51.2s 約定下的以太網(wǎng)約定下的以太網(wǎng)n網(wǎng)絡(luò)直徑 5-4-3-2-1原則（5個物理網(wǎng)段由4個中繼器連接，其中3個物理網(wǎng)絡(luò)用于連接站點(diǎn)，2個網(wǎng)段用于延長網(wǎng)路跨距，所有站點(diǎn)在1個沖突域中 10BASE 5（大約 2500 米） 10BASE 2（大約 1000米） 10BASE T（大約 500米）n如果發(fā)生沖突，就一定是在發(fā)送的前 64 字節(jié)之內(nèi)。n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)。 n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。10BASE 2/5的的 5-4-3-2-1原則示

52、意原則示意中繼器中繼器中繼器中繼器中繼器中繼器中繼器中繼器在一個10M網(wǎng)絡(luò)中，一共可以分為5個網(wǎng)段，其中用4個中繼器連接，允許其中3個網(wǎng)段有設(shè)備，其他2個網(wǎng)段只是傳輸距離的延長,上述將組建1個大型的沖突域 中繼器的一般使用方式中繼器的延長傳輸距離的使用方式10BASE-T的的 5-4-3-2-1原則示意原則示意集線器5：允許5個網(wǎng)段，每網(wǎng)段最大長度100 米。 4：在同一信道上允許連接4個中繼器或 集線器。3：在其中的三個網(wǎng)段上可以增加節(jié)點(diǎn)。2：在另外兩個網(wǎng)段上，除做中繼器鏈路 外，不能接任何節(jié)點(diǎn)。1：上述將組建一個大型的沖突域集線器檢測到碰撞后的處理n每一個正在發(fā)送數(shù)據(jù)的站，一旦發(fā)現(xiàn)總線上出

53、現(xiàn)了碰撞：n立即停止發(fā)送，免得繼續(xù)浪費(fèi)網(wǎng)絡(luò)資源n再繼續(xù)發(fā)送若干比特的人為32 位“堵塞”信號 (jamming signal)/干擾信號，強(qiáng)化碰撞,以便讓所有站點(diǎn)都知道現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)生了碰撞。n然后等待一段隨機(jī)時間后再次發(fā)送。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。數(shù)據(jù)幀干擾信號 TJABTBt 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)基于爭用期的二進(jìn)制指數(shù)類型退避算法 (truncated binary exponential type)n以太網(wǎng)站點(diǎn)在檢測到?jīng)_突后停止發(fā)送數(shù)據(jù)，采用該算法推遲（退避）一個隨

54、機(jī)時間才能再嘗試爭用介質(zhì)發(fā)送數(shù)據(jù)。n確定基本退避時間，為爭用期 2。n從整數(shù)集合0,1, (2k 1)中隨機(jī)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。n定義k ，k 10，即 k = Min重傳次數(shù), 10n當(dāng)重傳達(dá) 16 次仍不能成功時即丟棄該幀，并向高層報(bào)告。 第1次退避是在 0,(21-1)，2種時隙中隨機(jī)選擇一個。第2次退避是在 0,(22-1)，4種時隙中隨機(jī)選擇一個。第10次退避是在 0,(210-1)種時隙中隨機(jī)選擇一個。第11次退避是在 0,(210-1)種時隙中隨機(jī)選擇一個。3.4.2 以太網(wǎng)的信道利用率 n以太網(wǎng)信道占用的樣例： 某站發(fā)送一幀所需的平

55、均時間，Tav=n2+ T0+ 其中： 2 =爭用期 。 n2：重傳n次所需的時間 T0 幀發(fā)送時間=L (bit)幀長/C (b/s)數(shù)據(jù)發(fā)送速率 。此設(shè)：檢測到碰撞后不發(fā)送干擾信號。 ：發(fā)送成功且信道轉(zhuǎn)為空閑所需的時間發(fā)送成功爭用期 爭用期爭用期 2 2 2T0t占用期發(fā)生碰撞發(fā)送一幀所需的平均時間n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)行半雙工通信。n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。 n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。 提高信道利用率的方法n減小 與 T0 之比：l a0 表示一發(fā)生碰撞就立即可以檢測出

56、來，并立即停止發(fā)送，因而信道利用率高。l 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(fèi)許多信道資源，使得信道利用率明顯降低。 所以：需平衡以太網(wǎng)參數(shù)l 以太網(wǎng)的幀長不能太短，否則 T0 的值會太小，使 a 值太大l 以太網(wǎng)的連線不能太長，否則 的數(shù)值會太大。n信道利用率的最大值 Smax l理想化情況：以太網(wǎng)上的各站發(fā)送數(shù)據(jù)都不會產(chǎn)生碰撞，即總線一旦空閑就有某一個站立即發(fā)送數(shù)據(jù)。l發(fā)極限信道利用率 Smax為： aTTS1100max0Tan以太網(wǎng)的信道利用率（又稱為歸一化吞吐量）為 :3.4 以太網(wǎng)的由來和演變n1970 年提出用于夏威夷群島之間共享無線電頻率發(fā)送信息的叫做 Al

57、ohanet 的數(shù)字無線電網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃。nAlohanet 要求所有電臺都遵循一個協(xié)議規(guī)定，即CSMA，且未經(jīng)確認(rèn)的發(fā)送在短時間等待后需要重新發(fā)送。n以太網(wǎng)將這種方式共用介質(zhì)的技術(shù)應(yīng)用到有線技術(shù)領(lǐng)域。傳統(tǒng)以太網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和介質(zhì)n總線拓?fù)湟蕴W(wǎng) 使用同軸電纜直接連接計(jì)算機(jī)。 傳輸介質(zhì) 粗同軸電纜網(wǎng) (10BASE 5) 細(xì)同軸電纜網(wǎng) (10BASE 2)n星形拓?fù)湟蕴W(wǎng) 使用集線器(hub)連接計(jì)算機(jī)。 傳輸介質(zhì) 雙絞線(10BASE T)3.4.1 使用集線器的星形拓?fù)浼€器兩對雙絞線站點(diǎn)RJ-45 插頭星型星型總線總線n集線集線器器-多接口轉(zhuǎn)發(fā)器，多接口轉(zhuǎn)發(fā)器， 工作在物理層。工作在物理層。 物

58、理拓?fù)洌何锢硗負(fù)洌盒切托切蚽集線器連接的各工作站仍使用集線器連接的各工作站仍使用CSMA/CD協(xié)議控制信道的共享。協(xié)議控制信道的共享。 邏輯上的總線邏輯上的總線。 邏輯拓?fù)洌哼壿嬐負(fù)洌嚎偩€型總線型具有三個接口的集線器原理圖 集線器網(wǎng)卡工作站網(wǎng)卡工作站網(wǎng)卡工作站雙絞線 基帶數(shù)字信號曼徹斯特編碼 位元1111100000出現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換10M以太網(wǎng)的編碼方式以太網(wǎng)的編碼方式-曼徹斯特曼徹斯特(Manchester)3.5 局域網(wǎng)的擴(kuò)展3.5.1 在物理層擴(kuò)展局域網(wǎng)n使用光纖和光纖調(diào)制解調(diào)器(光電收發(fā)器)連接到集線器 集線器光纖光纖調(diào)制解調(diào)器光纖調(diào)制解調(diào)器n用多個集線器可連成更大的局域網(wǎng)一系二系三系碰撞

59、域碰撞域碰撞域主干集線器由原來多個小碰撞域形成一個大碰撞域n優(yōu)點(diǎn)：擴(kuò)大了局域網(wǎng)覆蓋的地理范圍。n缺點(diǎn)n碰撞域增大總的吞吐量可能降低，站點(diǎn)規(guī)模受阻。n集線器不能互連不同的數(shù)據(jù)率的碰撞域網(wǎng)段 Cn在數(shù)據(jù)鏈路層擴(kuò)展局域網(wǎng)是使用網(wǎng)橋。n網(wǎng)橋根據(jù) MAC 幀的目的地址對收到的幀進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。n如果目標(biāo)LAN與源LAN相同，則丟棄該幀。n如果目標(biāo)LAN與源LAN不同，則轉(zhuǎn)發(fā)該幀。n如果目標(biāo)LAN與，則擴(kuò)散(泛洪flooding)轉(zhuǎn)發(fā)該幀。3.5.2 在數(shù)據(jù)鏈路層擴(kuò)展局域網(wǎng) 網(wǎng)段 B網(wǎng)段 A網(wǎng)橋123 網(wǎng)橋工作原理：基于轉(zhuǎn)發(fā)表的存儲轉(zhuǎn)發(fā)站表接口管理 軟件網(wǎng)橋協(xié)議 實(shí)體緩存接口 1接口 2網(wǎng)段 B網(wǎng)段 A1112

60、22站地址 接口網(wǎng)橋網(wǎng)橋接口 1接口 212網(wǎng)橋網(wǎng)橋基本基本工作原理：工作原理：l接口工作在混雜模式接口工作在混雜模式(接收所有幀接收所有幀)l收到一幀，按目的地址查轉(zhuǎn)發(fā)表收到一幀，按目的地址查轉(zhuǎn)發(fā)表lIf 幀幀來自表中匹配項(xiàng)同接口來自表中匹配項(xiàng)同接口then 丟棄丟棄 else轉(zhuǎn)發(fā)轉(zhuǎn)發(fā)n網(wǎng)橋?qū)W習(xí)(逆向?qū)W習(xí)法-backward learning)進(jìn)入幀該網(wǎng)橋的接口、時間和幀的源地址。并將其寫入轉(zhuǎn)發(fā)表。n“透明”是指局域網(wǎng)上的站點(diǎn)不知道網(wǎng)橋的存在。自學(xué)習(xí)方法建立轉(zhuǎn)發(fā)表： 透明網(wǎng)橋地址 接口B2B1ABCDEF1212地址 接口B 1B AA BA 1F CF 2A BA 1F CF 2網(wǎng)橋工作機(jī)