第03章數(shù)據(jù)鏈路層課件

1、第3章 數(shù)據(jù)鏈路層怎樣實現(xiàn)相鄰結(jié)點之間的數(shù)據(jù)傳輸？3.1 相鄰結(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸機制數(shù)據(jù)鏈路層3.2 怎樣實現(xiàn)點對點的數(shù)據(jù)傳輸點對點協(xié)議 PPP3.3 怎樣實現(xiàn)多個相鄰結(jié)點的數(shù)據(jù)共享局域網(wǎng)3.4 舉例：怎樣實現(xiàn)局域網(wǎng)以太網(wǎng)技術(shù)3.5 怎樣實現(xiàn)更多結(jié)點的數(shù)據(jù)共享擴展的局域網(wǎng)3.6 局域網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展高速以太網(wǎng)3.7 怎樣更便捷的聯(lián)網(wǎng)無線局域網(wǎng)23 33.1 數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念和功能鏈路鏈路(link)就是從一個結(jié)點到相鄰結(jié)點的一段物理線路，中間沒有任何其他的交換結(jié)點。數(shù)據(jù)鏈路數(shù)據(jù)鏈路(data link)則是另一個概念。這是因為當需要在一條線路上傳送數(shù)據(jù)時，除了必須有一條物理線路外，還必須有一些必要

2、通信協(xié)議來控制這些數(shù)據(jù)的傳輸。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。也有人將它們分別稱為物理鏈路和邏輯鏈路。4 4（1）鏈路管理 數(shù)據(jù)鏈路的建立、維持和釋放就叫做鏈路管理。（2）幀同步（3）透明傳輸（4）差錯控制（5）流量控制(flow control)（6）尋址3.1.1 數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能53.1.2 差錯檢測n在傳輸過程中可能會產(chǎn)生比特差錯比特差錯：1 可能會變成 0 而 0 也可能變成 1。n在一段時間內(nèi)，傳輸錯誤的比特占所傳輸比特總數(shù)的比率稱為誤碼率誤碼率 BER (Bit Error Rate)。n為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，在計算機網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)時，必須采用各種差

3、錯檢測措施。 n在數(shù)據(jù)鏈路層傳送的幀中，廣泛使用了循環(huán)冗余檢驗循環(huán)冗余檢驗 CRC 的檢錯技術(shù)。6循環(huán)冗余檢驗的原理 n在發(fā)送端，先把數(shù)據(jù)劃分為組。假定每組 k 個比特。 n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 位冗余碼冗余碼一起發(fā)送。n冗余碼的計算方法： n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。n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，也就是所求的冗余

4、碼。 7冗余碼的計算舉例 n現(xiàn)在 k = 6, M = 101001。n設(shè) n = 3, 除數(shù) P = 1101，n被除數(shù)是 2nM = 101001000。 n模 2 運算的結(jié)果是：商 Q = 110101， 余數(shù) R = 001。n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。 8 110101 Q (商) P (除數(shù)) 1101 101001000 2nM (被除數(shù)) 1101 1110 1101 0111 0000 1110 1101 0110 0000 1100 1101 001 R (余數(shù))，作為

5、 FCS 9幀檢驗序列 FCS n在數(shù)據(jù)后面添加上的冗余碼稱為幀檢驗序列幀檢驗序列 FCS (Frame Check Sequence)。n循環(huán)冗余檢驗 CRC 和幀檢驗序列 FCS并不等同。nCRC 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。nFCS 可以用 CRC 這種方法得出，但 CRC 并非用來獲得 FCS 的唯一方法。 10接收端對收到的每一幀進行 CRC 檢驗 接收端對收到的每一幀進行 CRC 檢驗后，可能出現(xiàn)兩種情況： (1) 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。n這種檢測方

6、法并不能確定究竟是哪一個或哪幾個比特出現(xiàn)了差錯。n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。 113.1.3 數(shù)據(jù)鏈路層的可靠傳輸 n“可靠傳輸”就是要做到：數(shù)據(jù)鏈路層的發(fā)送端發(fā)送什么，在對應的接收端就收到什么。n傳輸差錯可分為兩大類：n比特差錯n幀丟失或幀重復12121. 停止等待協(xié)議停止等待(stop-and-wait)協(xié)議是最簡單但也是最基本的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議。131314信道利用率信道利用率 停止等待協(xié)議的優(yōu)點是簡單，但缺點是信道利用率太低。 TDRTTATD + RTT + TAB分組確認tt分組確認ADDTTTURTT15152. 連續(xù)A

7、RQ協(xié)議 連續(xù)ARQ協(xié)議的工作原理就是在發(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。如果這時收到了接收端發(fā)來的確認幀，那么還可以接著發(fā)送數(shù)據(jù)幀。由于減少了等待時間，整個通信的吞吐量就提高了。16161717要注意兩點：（1）接收端只按序接收數(shù)據(jù)幀。（2）結(jié)點A在每發(fā)送完每一個數(shù)據(jù)幀時都要設(shè)置超時計時器。1818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。發(fā)送窗口是用來對發(fā)送端進行流量控制的。滑動窗口的概念1919 發(fā)送窗口的規(guī)則歸納如下：（1）發(fā)送窗口內(nèi)的幀是允許發(fā)送的幀，而不考慮有沒有收到確認。發(fā)送窗口右側(cè)所有的幀都是

8、不允許發(fā)送的幀。（2）每發(fā)送完一個幀，允許發(fā)送的幀數(shù)就減1。但發(fā)送窗口的位置不變。（3）如果所允許發(fā)送的幀都發(fā)送完了，但還沒有收到任何確認，那么就不能再發(fā)送任何幀了。 （4）每收到對一個幀的確認，發(fā)送窗口就向前(即向右方)滑動一個幀的位置。20202121接收窗口的規(guī)則很簡單，歸納如下：（1）只有當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。222223233. 選擇重傳ARQ協(xié)議為進一步提高信道的利用率，可設(shè)法只重傳出現(xiàn)差錯的數(shù)據(jù)幀或者是計時器超時的數(shù)據(jù)幀。這就是選擇重傳A

9、RQ協(xié)議。它需要接收端具有相當容量的緩存空間。243.2 點對點協(xié)議 PPP3.2.1 PPP 協(xié)議的特點n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-Point Protocol)。n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。 1）簡單這是首要的要求 2）透明性 3）多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議和鏈路類型 4）檢測連接狀態(tài) 5）最大傳送單元 6）網(wǎng)絡(luò)層地址協(xié)商 253.2.2 PPP 協(xié)議的組成 PPP 協(xié)議有三個組成部分 n一個將 IP 數(shù)據(jù)報封裝到串行鏈路的方法。n鏈路控制協(xié)議 LCP (Link Control Protocol)。n網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議

10、NCP (Network Control Protocol)。 26PPP 協(xié)議的幀格式 PPP 有一個 2 個字節(jié)的協(xié)議字段n當協(xié)議字段為 0 x0021 時，PPP 幀的信息字段就是IP 數(shù)據(jù)報。n若為 0 xC021, 則信息字段是 PPP 鏈路控制數(shù)據(jù)。n若為 0 x8021，則表示這是網(wǎng)絡(luò)控制數(shù)據(jù)。 IP 數(shù)據(jù)報1211字節(jié)12不超過 1500 字節(jié)PPP 幀先發(fā)送7EFF03FACFCSF7E協(xié)議信 息 部 分首部尾部27字符填充 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。用在異步傳輸時，使用一種特殊的字符填充法。 n將信息字段中出現(xiàn)的每一個 0 x7E 字節(jié)

11、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)一個 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若信息字段中出現(xiàn) ASCII 碼的控制字符（即數(shù)值小于 0 x20 的字符），則在該字符前面要加入一個 0 x7D 字節(jié)，同時將該字符的編碼加以改變。 28零比特填充 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)

12、 1 后的一個 0 刪除.290 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 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0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3030313.3 局域網(wǎng)概述n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。 n局域網(wǎng)具有如下的一些主

13、要優(yōu)點：n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)上的主機可共享連接在局域網(wǎng)上的各種硬件和軟件資源。 n便于系統(tǒng)的擴展和逐漸地演變。n提高了系統(tǒng)的可靠性、可用性和殘存性。32局域網(wǎng)的拓撲局域網(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)33媒體共享技術(shù)媒體共享技術(shù)n靜態(tài)劃分信道n頻分復用n時分復用n波分復用n碼分復用 n動態(tài)媒體接入控制（多點接入）n隨機接入n受控接入 ，如多點線路探詢(polling)，或輪詢。 34 3.4 使用廣播信道的以太網(wǎng)3.4.1 以太網(wǎng)概述以太網(wǎng)概述1. 以太網(wǎng)的兩個標準nDIX Ethernet V2。nIEEE 的 802.3 標準。

14、DIX Ethernet V2 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 DIX Ethernet V2 標準的局域網(wǎng)。 35數(shù)據(jù)鏈路層的兩個子層數(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：n邏輯鏈路控制 LLC (Logical Link Control)子層n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

15、傳輸媒體對 LLC 子層來說都是透明的。 局 域 網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層物理層站點 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 2362. 適配器的作用 n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”。 n適配器的重要功能：n進行串行/并行轉(zhuǎn)換。n對數(shù)據(jù)進行緩存。n把設(shè)備驅(qū)動程序安裝到計算機的操作系統(tǒng)中。n實現(xiàn)以太網(wǎng)協(xié)議。 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37n最初的以太網(wǎng)是將許多計算機都連

16、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。 3.4.2 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)38載波監(jiān)聽多點接入載波監(jiān)聽多點接入/碰撞檢測碰撞檢測 CSMA/CD CSMA/CD 表示 Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection，即載波監(jiān)聽多點接入載波監(jiān)聽多點接入/碰撞檢測碰撞檢測 。n“多點接入多點接入”表示許多計算機以多點接入的方式連接在一根總線上。n“載波監(jiān)聽載波監(jiān)聽”是指每一

17、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。 n“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。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”。 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），表明產(chǎn)生了碰撞。 391 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 傳播時延對載波監(jiān)聽的影響 401 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

18、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)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 41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。 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

19、延 2 稱為爭用爭用期期，或碰撞窗口碰撞窗口。 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。 42截斷二進制指數(shù)退避算法 (truncated binary exponential type) 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)。n確定基本退避時間，一般是取為爭用期 2。以太網(wǎng)取 51.2 s 為爭用期的長度。對于 10 Mb/s 以太網(wǎng)，在爭用期內(nèi)可發(fā)送512 bit，即 64 字節(jié)。n定義參數(shù) k ，k 10，即 k = Min重傳次數(shù), 10n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

20、的基本退避時間。n當重傳達 16 次仍不能成功時即丟棄該幀，并向高層報告。 43強化碰撞強化碰撞 n當發(fā)送數(shù)據(jù)的站一旦發(fā)現(xiàn)發(fā)生了碰撞時：n立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)；n再繼續(xù)發(fā)送32比特或48比特的人為干擾信號人為干擾信號(jamming signal)，以便讓所有用戶都知道現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)生了碰撞。 443.4.3 使用集線器的以太網(wǎng)使用集線器的以太網(wǎng)集線器兩對雙絞線站點RJ-45 插頭45集線器的一些特點集線器的一些特點 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

21、總線。 集線器就像一個多接口的轉(zhuǎn)發(fā)器，工作在物理層。 集線器網(wǎng)卡工作站網(wǎng)卡工作站網(wǎng)卡工作站雙絞線463.4.5 以太網(wǎng)的以太網(wǎng)的 MAC 層層1. MAC 層的硬件地址 在局域網(wǎng)中，硬件地址硬件地址又稱為物理地址物理地址，或 MAC 地址地址。 IEEE的登記管理委員會RA (Registration Authority)是局域網(wǎng)全球地址的法定管理機構(gòu)，它負責分配地址字段的六個字節(jié)中的前三個字節(jié)(即高位24 bit)。由這三個字節(jié)構(gòu)成一個號(即地址塊)，這個號的正式名稱是組織惟一標識符OUI (Organizationally Unique Identifier)，通常也叫做公司標識符(com

22、pany_id)。地址字段中的后三個字節(jié)(即低位24 bit)則是由廠家自行指派，稱為擴展的唯一標識符(extended unique identifier)，只要保證生產(chǎn)出的網(wǎng)卡沒有重復地址即可。 MAC地址實際上就是適配器地址或適配器標識符EUI-48。47適配器檢查適配器檢查 MAC 地址地址 n適配器從網(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.n如果是發(fā)往本站的幀則收下，然后再進行其他的處理。n否則就將此幀丟棄，不再進行其他的處理。n“發(fā)往本站的幀”包括以下三種幀： n單播(unicast)幀（一對一）n廣播(broadcast)幀（一對全體）n多播(

23、multicast)幀（一對多）48以太網(wǎng) MAC 幀物理層MAC層10101010101010 10101010101010101011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2.以太網(wǎng)的 MAC 幀格式 49MAC 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)50MAC 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

24、 6 字節(jié)51MAC 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。 52MAC 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 53MAC 幀物理層MAC 層IP 層目的地址源地址類型數(shù)

25、 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 1108 時，MAC 子層可使未檢測到的差錯小于 11014。 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)。 54MAC 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10101010101010 10101010101010101011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

26、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)553.5 擴展的局域網(wǎng)擴展的局域網(wǎng)3.5.1 在物理層擴展以太網(wǎng)n某大學有三個系，各自有一個局域網(wǎng)三個獨立的碰撞域一系二系三系碰撞域碰撞域碰撞域56一系三系二系主干集線器一個更大的碰撞域碰撞域57n優(yōu)點n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。n擴大了局域網(wǎng)覆蓋的地理范圍。n缺點n碰撞域增大了，但總的吞吐量并未提高。n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

27、器將它們互連起來。 用集線器擴展以太網(wǎng)用集線器擴展以太網(wǎng) 583.5.2 在數(shù)據(jù)鏈路層擴展以太網(wǎng)在數(shù)據(jù)鏈路層擴展以太網(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 2網(wǎng)段 B網(wǎng)段 A111222站地址 接口網(wǎng)橋網(wǎng)橋接口 1接口 21259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ABCDEF60n過濾通信量。 n擴大了物理范圍。n提高了可靠性。n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 61n存儲轉(zhuǎn)發(fā)增加了時延。 n在MAC 子層并沒有流量控制功能。 n具有不同 MAC

28、子層的網(wǎng)段橋接在一起時時延更大。n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。這就是所謂的廣播風暴廣播風暴。 使用網(wǎng)橋帶來的缺點 62 1990 年問世的交換式集線器交換式集線器(switching hub)，又稱為以太網(wǎng)交換機以太網(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）?？擅黠@地提高局域網(wǎng)的性能。 以太網(wǎng)交換機工作在數(shù)據(jù)鏈路層，通常都有十幾個接口，實質(zhì)上就是一個多接口的網(wǎng)橋多接口的網(wǎng)橋。 以太網(wǎng)交換機由于使用了專用的交換結(jié)構(gòu)芯片，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

29、樣，以全雙工方式無碰撞地傳輸數(shù)據(jù)。2. 多接口網(wǎng)橋多接口網(wǎng)橋以太網(wǎng)交換機以太網(wǎng)交換機 63n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。n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 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 對接口的交換機的總?cè)萘繛?N10 Mb/s。這正是交換機的最大優(yōu)點。 獨占傳輸媒體的帶寬獨占傳輸媒體的帶寬 64用以太網(wǎng)交換機擴展以太網(wǎng)用以太網(wǎng)交換機擴展以太網(wǎng) 一系三系二系10BASE-T至因特網(wǎng)100 Mb/s100

30、Mb/s100 Mb/s萬維網(wǎng)服務(wù)器電子郵件 服務(wù)器以太網(wǎng)交換機路由器65 虛擬局域網(wǎng) VLAN 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。n這些網(wǎng)段具有某些共同的需求。n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(wù)，而并不是一種新型局域網(wǎng)。 3. 虛擬局域網(wǎng)虛擬局域網(wǎng)66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 67以太網(wǎng)交換機A4B1以太網(wǎng)交換機VLAN3

31、C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2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。68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。 69以太網(wǎng)交換機A4B1以太網(wǎng)交換機VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B

32、2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(luò)不會因傳播過多的廣播信息(即“廣播風暴”)而引起性能惡化。 70 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 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0

33、0 0 0 0 0 VID 2 字節(jié)2 字節(jié)插入 4 字節(jié)的 VLAN 標記4用戶優(yōu)先級CFI713.6 高速以太網(wǎng) 3.6.1 100BASE-T以太網(wǎng)（IEEE 802.3u）100BASE-T是在雙絞線上傳送100 Mbit/s基帶信號的星型拓撲以太網(wǎng)，仍使用IEEE 802.3的CSMA/CD協(xié)議，它又稱為快速以太網(wǎng)(Fast Ethernet)。72三種不同的物理層標準三種不同的物理層標準 n100BASE-TXn使用 2 對 UTP 5 類線或屏蔽雙絞線 STP。 n100BASE-FX n使用 2 根光纖。 n100BASE-T4n使用 4 對 UTP 3 類線或 5 類線。 7

34、33.6.2 吉比特以太網(wǎng)吉比特以太網(wǎng) IEEE在1997年通過了吉比特以太網(wǎng)的標準802.3z，它在1998年成為了正式標準。由于吉比特以太網(wǎng)仍使用CSMA/CD協(xié)議并與現(xiàn)有的以太網(wǎng)兼容，這就使得在局域網(wǎng)的范圍ATM更加缺乏競爭力。n允許在 1 Gb/s 下全雙工和半雙工兩種方式工作。n使用 802.3 協(xié)議規(guī)定的幀格式。n在半雙工方式下使用 CSMA/CD 協(xié)議（全雙工方式不需要使用 CSMA/CD 協(xié)議）。n與 10BASE-T 和 100BASE-T 技術(shù)向后兼容。74吉比特以太網(wǎng)的物理層吉比特以太網(wǎng)的物理層 n1000BASE-X 基于光纖通道的物理層：n1000BASE-SX SX

35、表示短波長n1000BASE-LX LX表示長波長n1000BASE-CX CX表示銅線n1000BASE-T n使用 4對 5 類線 UTP 75吉比特以太網(wǎng)的配置舉例 1 Gb/s 鏈路吉比特交換集線器百兆比特或吉比特集線器100 Mb/s 鏈路中央服務(wù)器763.6.3 10 吉比特和吉比特和100吉比特以太網(wǎng)吉比特以太網(wǎng)n10 吉比特以太網(wǎng)與 10 Mb/s，100 Mb/s 和 1 Gb/s 以太網(wǎng)的幀格式完全相同。n10 吉比特以太網(wǎng)還保留了 802.3 標準規(guī)定的以太網(wǎng)最小和最大幀長，便于升級。n10 吉比特以太網(wǎng)不再使用銅線而只使用光纖作為傳輸媒體。n10 吉比特以太網(wǎng)只工作在全

36、雙工方式，因此沒有爭用問題，也不使用 CSMA/CD 協(xié)議。 77以太網(wǎng)從 10 Mb/s 到10 Gb/s 的演進 以太網(wǎng)從 10 Mb/s 到 10 Gb/s 的演進證明了以太網(wǎng)是：n可擴展的（從 10 Mb/s 到 10 Gb/s）。n靈活的（多種傳輸媒體、全/半雙工、共享/交換）。n易于安裝。n穩(wěn)健性好。 783.6.4 使用以太網(wǎng)進行寬帶接入使用以太網(wǎng)進行寬帶接入 以太網(wǎng)已成功地把速率提高到 1 10 Gb/s ，所覆蓋的地理范圍也擴展到了城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)，因此現(xiàn)在人們正在嘗試使用以太網(wǎng)進行寬帶接入。以太網(wǎng)接入的重要特點是它可提供雙向的寬帶通信，并且可根據(jù)用戶對帶寬的需求靈活地進行帶寬升級。 采用以太網(wǎng)接入可實現(xiàn)端到端的以太網(wǎng)傳輸，中間不需要再進行幀格式的轉(zhuǎn)換。這就提高了數(shù)據(jù)的傳輸效率和降低了傳輸?shù)某杀尽?79以太網(wǎng)接入舉例：光纖到大樓 FTTB 100 M10 M10 M100 M吉比特以太網(wǎng)光結(jié)點匯接點1 Gb/s1 Gb/s高速匯接點 GigaPoP803.7 無線局域網(wǎng)無線局域網(wǎng)3.7.1 無線局域網(wǎng)的組成無線局域網(wǎng)的組成1. 有固定基礎(chǔ)設(shè)施的無線局域網(wǎng)AP1AP2812. 移動自組網(wǎng)絡(luò)又稱自組網(wǎng)絡(luò)(ad hoc network) 自組