第五章數(shù)據(jù)鏈路層

第6講:數(shù)據(jù)鏈路層本講目標(biāo):

了解數(shù)據(jù)鏈路層服務(wù)原理:錯(cuò)誤檢測(cè),校正共享廣播信道鏈路層編址可靠數(shù)據(jù)傳輸,流量控制:done!各類鏈路層技術(shù)的實(shí)現(xiàn)和實(shí)例概述:鏈路層的服務(wù)錯(cuò)誤檢測(cè),校正多點(diǎn)訪問技術(shù)和LAN鏈路層尋址,ARP特定的鏈路層技術(shù):以太網(wǎng)集線器,網(wǎng)橋,交換機(jī)鏈路層:工作環(huán)境鏈路層:工作環(huán)境兩個(gè)物理上連接的設(shè)備:主機(jī)-路由器,路由器-路由器,主機(jī)-主機(jī)數(shù)據(jù)單元:frame（幀）applicationtransportnetworklinkphysicalnetworklinkphysicalMMMMHtHtHnHtHnHlMHtHnHlframe物理鏈路數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議接口卡鏈路層的服務(wù)成幀,鏈路訪問:

將分組封裝入幀,加上幀頭,幀尾如果是共享介質(zhì)，則需實(shí)現(xiàn)信道的訪問,‘物理地址’放在幀首用來確定信源、信宿

不同于IP地址!在兩臺(tái)物理上連接的設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)可靠傳遞:

可靠傳遞是什么概念，回顧一下學(xué)過的知識(shí)!不太用在誤碼率低的場(chǎng)合(光纖,某些雙絞線)無線鏈路:誤碼率相當(dāng)高Q:為什么在鏈路層和端到端之間都要做可靠性的校驗(yàn)?鏈路層的服務(wù)(續(xù))流量控制:

保持收發(fā)雙方的同步錯(cuò)誤檢測(cè):

信號(hào)衰減和噪聲會(huì)導(dǎo)致出錯(cuò).接收端檢測(cè)到錯(cuò)誤時(shí):給發(fā)送端信號(hào)要求重發(fā)或丟棄出錯(cuò)幀

錯(cuò)誤校正:

接受端檢測(cè)多個(gè)位錯(cuò)并加以校正而無需要求發(fā)送端重發(fā)鏈路層:實(shí)現(xiàn)通過“adapter（網(wǎng)卡或適配器）”實(shí)現(xiàn)e.g.,PCMCIA卡,以太網(wǎng)卡一般適配器都含有:RAM,DSP芯片,主機(jī)的總線接口,和鏈路接口applicationtransportnetworklinkphysicalnetworklinkphysicalMMMMHtHtHnHtHnHlMHtHnHlframephys.linkdatalinkprotocoladaptercard錯(cuò)誤檢測(cè)EDC=錯(cuò)誤檢測(cè)校正（ErrorDetectionandCorrection(冗余數(shù)據(jù))）位D=由檢驗(yàn)位保護(hù)的數(shù)據(jù),可包括首部字段

錯(cuò)誤檢測(cè)不可能達(dá)到100%可靠!

協(xié)議算法可能會(huì)忽略了某些錯(cuò)誤,但比例極小

較大的EDC字段可以產(chǎn)生較好的檢錯(cuò)和糾錯(cuò)效果奇偶校驗(yàn)單比特校驗(yàn):檢測(cè)一位錯(cuò)誤兩維單比特校驗(yàn):檢測(cè)和校正單比特錯(cuò)誤00因特網(wǎng)校驗(yàn)和發(fā)送端:把數(shù)據(jù)段的內(nèi)容看成一系列16-bit的整數(shù)校驗(yàn)和:對(duì)內(nèi)容進(jìn)行累加(1’scomplementsum)

發(fā)送端將校驗(yàn)和放入U(xiǎn)DP的checksum字段接收端:對(duì)接收到的數(shù)據(jù)段進(jìn)行校驗(yàn)和計(jì)算檢查計(jì)算所得的校驗(yàn)和與接收到值的是否相等:NO–出錯(cuò)了YES–沒查出錯(cuò)誤.但有可能存在錯(cuò)誤?….目的:

檢測(cè)數(shù)據(jù)段在傳輸過程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤(注意:僅用在傳輸層)校驗(yàn)計(jì)算:循環(huán)校驗(yàn)碼把數(shù)據(jù)比特串,D,看成二進(jìn)制數(shù)據(jù)選擇一個(gè)r+1bit型(generator),G

目的:選擇r個(gè)CRC位,R,這樣<D,R>可為G整除(modulo2)接收端已知G,用G來除<D,R>.如果余數(shù)不為0:查出錯(cuò)誤!可以查出所有長(zhǎng)度不超過r+1位的突發(fā)錯(cuò)誤在實(shí)踐中被廣泛應(yīng)用(ATM,HDCL)CRC舉例如果要:D.2rXORR=nG則等于:D.2r=nGXORR也就等于:

如果要讓D.2r被G整除,則需要余數(shù)RR=remainder[]D.2rG多點(diǎn)訪問鏈路和協(xié)議有三種類型的“鏈路”:點(diǎn)對(duì)點(diǎn)(e.g.PPP,SLIP)廣播式

(共享線路或介質(zhì);e.g,以太網(wǎng),無線網(wǎng),etc.)交換式(e.g.,交換式以太網(wǎng),ATMetc)多點(diǎn)訪問協(xié)議一條共享的通信信道兩個(gè)或多個(gè)結(jié)點(diǎn)可同時(shí)發(fā)送信號(hào):相互干擾在某一時(shí)刻只有一個(gè)結(jié)點(diǎn)可以成功地發(fā)送信號(hào)

多點(diǎn)訪問協(xié)議:分布式的算法來決定如何共享信道,i.e.,決定工作站何時(shí)可以發(fā)送注意：有關(guān)共享通道的通信（協(xié)商）也必須在該通道自身上解決!我們希望多點(diǎn)訪問協(xié)議能夠解決什么問題:同步還是異步

了解其他站點(diǎn)的信息健壯性(e.g.如何對(duì)待信道錯(cuò)誤)性能多點(diǎn)訪問協(xié)議斷言:人類在許多場(chǎng)合都使用多點(diǎn)訪問協(xié)議classcan"guess"multipleaccessprotocolsmultiaccessprotocol1:multiaccessprotocol2:multiaccessprotocol3:multiaccessprotocol4:MAC協(xié)議:分類通道分割將信道分割成較小的“片”(時(shí)隙,頻率)將小片分給各站點(diǎn)使用隨機(jī)訪問允許沖突從沖突中“恢復(fù)”“排隊(duì)”嚴(yán)格協(xié)調(diào)訪問來避免沖突目標(biāo):

高效,公平,簡(jiǎn)單,分散控制信道分割的MAC協(xié)議:TDMATDMA:timedivisionmultipleaccess

（時(shí)分多路）“依次”訪問信道每次每個(gè)站點(diǎn)分得固定長(zhǎng)度的時(shí)隙(時(shí)長(zhǎng)=分組的單位傳輸時(shí)間)未用的時(shí)隙被閑置和浪費(fèi)例如:6個(gè)站點(diǎn)的LAN,1,3,4有分組發(fā)送,而2,5,6的時(shí)隙則被閑置

信道分割的MAC協(xié)議:FDMAFDMA:frequencydivisionmultipleaccess（頻分復(fù)用）

信道按頻譜分成若干頻段每個(gè)站點(diǎn)分得固定的頻段在頻段不用時(shí)該部分信道被閑置和浪費(fèi)例如:6各站點(diǎn)的LAN,1,3,4發(fā)送分組,而2,5,6的頻段被閑置frequencybandstime信道分割(CDMA)CDMA：CodeDivisionMultipleAccess（碼分多路）

每個(gè)用戶分得具有唯一性的“code”;ie,代碼集合的分割大部分應(yīng)用在無線通信的場(chǎng)合(cellular,satellite,etc)所有用戶共享相同的頻道,但每個(gè)用戶用自己的“碼片”序列(ie,code)對(duì)數(shù)據(jù)編碼編碼信號(hào)

=(原始數(shù)據(jù))X(碼片序列)解碼:

編碼信號(hào)的內(nèi)積和碼片序列允許多個(gè)用戶共存和發(fā)送信號(hào),且相互的干擾極小(假設(shè)信號(hào)碼呈“正交”狀)CDMA編碼/解碼CDMA:兩個(gè)用戶互擾的情況隨機(jī)訪問協(xié)議當(dāng)結(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)：使用信道全部的傳輸速率R.在諸多結(jié)點(diǎn)中不存在“預(yù)先”協(xié)商的機(jī)制可能發(fā)生兩個(gè)以上結(jié)點(diǎn)同時(shí)傳輸->“沖突”隨機(jī)訪問的MAC協(xié)議定義了:如何檢測(cè)沖突如何從沖突中恢復(fù)(e.g.,通過延遲重發(fā))隨機(jī)訪問MAC協(xié)議的實(shí)例:時(shí)隙ALOHAALOHACSMAandCSMA/CD時(shí)隙Aloha時(shí)間劃分成等長(zhǎng)的時(shí)隙(=分組單元傳送的時(shí)長(zhǎng))對(duì)待新近到達(dá)的分組結(jié)點(diǎn)要:在下一個(gè)時(shí)隙開始時(shí)傳輸

如果沖突:以p的概率再后繼的時(shí)隙重發(fā)分組，直到成功為止.(S)成功,(C)沖突,(E)空閑的時(shí)隙時(shí)隙Aloha的效率Q:

時(shí)隙的利用情況如何?A:

假設(shè)有N站點(diǎn)有數(shù)據(jù)發(fā)送每個(gè)站點(diǎn)以p的概率在時(shí)隙中傳輸數(shù)據(jù)傳輸成功的概率S為:

對(duì)單個(gè)結(jié)點(diǎn)來說:S=p(1-p)(N-1)

對(duì)N個(gè)節(jié)點(diǎn)中的任何一個(gè)：

S=概率(僅有一個(gè)站點(diǎn)傳輸?shù)?

=Np(1-p)(N-1)…選擇最佳的p當(dāng)n->infty...

=1/e=.37最佳情況:

信道的

使用率為37%!純(無時(shí)隙)ALOHA無時(shí)隙Aloha:簡(jiǎn)單,沒有同步信號(hào)需要傳輸分組時(shí):

立即發(fā)送而不必等待時(shí)隙的開始沖突的概率增加了:在t0

時(shí)刻發(fā)送的分組與在[t0-1,t0+1]時(shí)刻發(fā)送的分組沖突純Aloha(續(xù))P(給定節(jié)點(diǎn)的成功率)=P(節(jié)點(diǎn)傳輸).P(無其他節(jié)點(diǎn)在[p0-1,p0]時(shí)刻傳輸）.P(無其他節(jié)點(diǎn)在[p0-1,p0]時(shí)刻傳輸）=p.(1-p).(1-p)

P(在N結(jié)點(diǎn)中任意結(jié)點(diǎn)的成功率)=Np.(1-p).(1-p)

…選擇最佳的p當(dāng)n->infty...=1/(2e)=.18

S=throughput=“goodput”(successrate)G=offeredload=Np0.51.01.52.00.10.20.30.4PureAlohaSlottedAloha協(xié)議限制了信道吞吐

量的有效利用!CSMA:CarrierSenseMultipleAccessCSMA:

（載波檢測(cè)多路訪問）發(fā)送前偵聽:如果信道閑置:發(fā)送整個(gè)分組如果信道忙,推遲發(fā)送堅(jiān)持性CSMA:

當(dāng)信道閑置時(shí)，以p的概率立即重試(可能導(dǎo)致不穩(wěn)定)非堅(jiān)持性CSMA:

在某個(gè)隨機(jī)間隔以后再試為人處事的規(guī)則之一:不要打斷別人的發(fā)言!CSMA的沖突沖突可能發(fā)生在:由于傳播延遲兩個(gè)節(jié)點(diǎn)可能聽不到對(duì)方的發(fā)送沖突:整個(gè)分組的傳輸時(shí)間被浪費(fèi)以太網(wǎng)結(jié)點(diǎn)間的時(shí)空?qǐng)D注意:這里的沖突概率是由距離和傳播延遲來決定的CSMA/CD

(CollisionDetection，沖突檢測(cè))CSMA/CD:在沖突發(fā)生后，短時(shí)間內(nèi)可探測(cè)到立即中斷傳輸,減少信道的時(shí)間浪費(fèi)堅(jiān)持性或非堅(jiān)持性重傳沖突檢測(cè):

在有線LAN中簡(jiǎn)便易行:檢測(cè)信號(hào)強(qiáng)度,比較收、發(fā)的信號(hào)在無線LAN比較困難:傳輸時(shí)接收器是關(guān)閉的人類社會(huì)的范例:彬彬有禮的交談?wù)逤SMA/CD沖突檢測(cè)“輪轉(zhuǎn)式”MAC協(xié)議信道分割的MAC協(xié)議:在重負(fù)荷時(shí)共享信道的效率高在輕負(fù)荷時(shí)效率低:延遲了信道訪問,當(dāng)只有一個(gè)結(jié)點(diǎn)激活時(shí)，分到的帶寬只有信道帶寬的1/N!隨機(jī)訪問MAC協(xié)議在輕負(fù)荷時(shí)有效率:單個(gè)節(jié)點(diǎn)可以充分利用信道的帶寬在重負(fù)荷下:沖突的開銷“輪轉(zhuǎn)式”協(xié)議在兩個(gè)方面尋求最佳的解決方案!“輪轉(zhuǎn)式”MAC協(xié)議輪詢（Polling）:

由主結(jié)點(diǎn)“邀請(qǐng)”從結(jié)點(diǎn)依次傳輸RequesttoSend,CleartoSend報(bào)文關(guān)注:輪詢的開銷等待時(shí)間單點(diǎn)失效(主結(jié)點(diǎn))令牌傳遞（Tokenpassing）:控制令牌依次通過各個(gè)結(jié)點(diǎn)令牌報(bào)文關(guān)注:令牌的開銷等待時(shí)間單點(diǎn)失效(token)

基于預(yù)留的協(xié)議分布式輪詢（DistributedPolling）:

將時(shí)間劃分成時(shí)隙開始時(shí)使用N個(gè)較短的預(yù)留時(shí)隙

預(yù)留時(shí)隙的時(shí)長(zhǎng)等于信道端對(duì)端的傳播延遲

需發(fā)報(bào)文的站點(diǎn)先發(fā)預(yù)留信息預(yù)留信息被所有其他站點(diǎn)接收到在預(yù)留時(shí)隙后,報(bào)文傳輸按已知的優(yōu)先順序進(jìn)行

MAC協(xié)議小結(jié)對(duì)于共享介質(zhì)可以做些什么?信道分割,按時(shí)間,頻率或編碼時(shí)分、碼分、頻分隨機(jī)分割(動(dòng)態(tài))ALOHA,S-ALOHA,CSMA,CSMA/CD載波檢測(cè):有線“易行”、無線“困難”CSMA/CD被用在以太網(wǎng)中輪轉(zhuǎn)分割從主結(jié)點(diǎn)發(fā)出輪詢,令牌傳遞（tokenpassing）LAN技術(shù)已經(jīng)提到的數(shù)據(jù)鏈路層的內(nèi)容有:服務(wù),錯(cuò)誤檢測(cè)/校正,多點(diǎn)訪問下面:討論LAN技術(shù)編址以太網(wǎng)（Ethernet）集線器、網(wǎng)橋、交換機(jī)802.11無線LAN協(xié)議PPP（點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議）ATMLAN地址和ARP32位的IP地址:

網(wǎng)絡(luò)層地址用于從目的網(wǎng)絡(luò)獲取分組(參見IP地址定義)LAN(或MAC或物理)地址:用來(在同一網(wǎng)絡(luò)中)物理上互相連接的接口之間獲取分組（或幀）

48位MAC地址(絕大部分LANs)

燒制在適配器的ROM中LAN地址和ARP每個(gè)LAN上的網(wǎng)卡都有具唯一性的LAN地址LAN地址(續(xù))MAC分配由IEEE管理制造商購買部分MAC地址空間(以保證唯一性)比方:(a)MAC地址:身份證號(hào)(b)IP地址:類似郵政地址MAC平面地址=>可以遷移可以將LAN卡從一個(gè)LAN換到另一個(gè)IP層次性地址不可遷移

取決于某個(gè)站點(diǎn)接入的網(wǎng)絡(luò)有關(guān)路由選擇的討論223.1.1.1223.1.1.2223.1.1.3223.1.1.4223.1.2.9223.1.2.2223.1.2.1223.1.3.2223.1.3.1223.1.3.27ABEA站點(diǎn)要給B站點(diǎn)發(fā)送IP分組：查找B站點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)地址,發(fā)現(xiàn)B站點(diǎn)與其在同一網(wǎng)絡(luò)中給B站點(diǎn)發(fā)送的分組是通過鏈路層的幀來傳送的

B’sMACaddrA’sMACaddrA’sIPaddrB’sIPaddrIPpayload分組幀幀的源、宿地址分組的源、宿地址ARP:地址解析協(xié)議（AddressResolutionProtocol）每個(gè)LAN

上的IP結(jié)點(diǎn)(主機(jī),路由器)都有

ARP模塊,和表ARP表:是某些LAN結(jié)點(diǎn)的IP/MAC地址映射<IP地址;MAC地址;TTL><…………..>TTL(TimeToLive):超過TTL的地址映射會(huì)被刪除(一般為20分鐘)Q:

若已知B站點(diǎn)的IP地址，

如何確定其MAC地址?ARP協(xié)議A知道B的IP地址,需要了解B的物理地址

A廣播

ARP查詢幀,包含了B的IP地址

所有LAN的主機(jī)都收到ARP查詢

B接收到ARP幀,將其物理地址返回給AA對(duì)收到的IP/MAC地址對(duì)進(jìn)行緩存直到信息過期(超時(shí))軟狀態(tài):除非定期刷新，否則超時(shí)信息將被刪除LAN之間的路由選擇穿越:經(jīng)由R將A的數(shù)據(jù)傳輸?shù)紹在源主機(jī)的配置表中發(fā)現(xiàn)了路由器111.111.111.110在源主機(jī)的ARP表中,發(fā)現(xiàn)MAC地址E6-E9-00-17-BB-4B,etcARBA創(chuàng)建了IP分組，源地址為A,宿地址為BA使用ARP來獲取R的與111.111.111.110對(duì)應(yīng)的物理地址A創(chuàng)建了以R的物理地址為宿地址的以太網(wǎng)幀，該幀包含的A-to-B的IP分組A的數(shù)據(jù)鏈路層發(fā)送以太網(wǎng)的幀

R的數(shù)據(jù)鏈路層接收到以太網(wǎng)的幀

R從以太網(wǎng)幀中取出IP分組,知道該分組的信宿為BR使用ARP來取得B的物理層地址

R創(chuàng)建了包含了A-to-BIP分組的幀并發(fā)給BARB以太網(wǎng)（Ethernet）“統(tǒng)治”LAN的技術(shù):便宜，

￥50for100Mbs!最早被廣泛應(yīng)用的LAN技術(shù)較為簡(jiǎn)單,比tokenLANs和ATM便宜趕上了速率競(jìng)賽的步伐:10,100,1000MbpsMetcalfe’sEtheretsketch以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)發(fā)送適配器將IP分組封裝在以太網(wǎng)幀中(或其他網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議分組)Preamble（前序）:

7個(gè)10101010字節(jié)尾隨一個(gè)10101011字節(jié)

用來同步收發(fā)雙方的時(shí)鐘速率以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)(續(xù))地址:6個(gè)字節(jié),幀為某個(gè)LAN上的所有適配器接收，，但只要地址不匹配就被丟棄類型:

說明其上層協(xié)議,大部分為IP，但其他協(xié)議如NovellIPX和AppleTalk也支持CRC:

在接收端校驗(yàn),如果出錯(cuò)，則將該幀丟棄802.3/Ethernetv2幀格式PA：前同步碼

-10101010序列，用于使接收方與發(fā)送方同步SFD：幀首定界

--10101011DA：目的MAC地址；SA：源MAC地址LEN：數(shù)據(jù)長(zhǎng)度（數(shù)據(jù)部分的字節(jié)數(shù)）（0-1500B）Type：類型。高層協(xié)議標(biāo)識(shí)LLCPDU+pad--最少46字節(jié),最多1500字節(jié)

Pad：填充字段，保證幀長(zhǎng)不少于64字節(jié)(若Data域≥46字節(jié)，則無Pad)FCS：幀校驗(yàn)序列（CRC-32）866246-15004字節(jié)FCSSATypePADADataPadEthernetIEEE802.3

712/62/6246-15004字節(jié)FCSPASALENSFDDALLCPDUPad校驗(yàn)區(qū)間64-1518字節(jié)以太網(wǎng)幀的最短長(zhǎng)度問題以太網(wǎng)幀的最短長(zhǎng)度為64個(gè)字節(jié)，或者幀中的數(shù)據(jù)不得少于46個(gè)字節(jié)小于以上長(zhǎng)度的幀或數(shù)據(jù)需要在幀中加入“填充數(shù)據(jù)(pad)”按以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)最大長(zhǎng)度2.5km計(jì)算，802.3標(biāo)準(zhǔn)將長(zhǎng)度達(dá)到最大值的以太網(wǎng)兩倍往返時(shí)延取為51.2μs保證最短長(zhǎng)度的幀在發(fā)送完畢之前，必須能夠監(jiān)測(cè)到可能最晚來到的沖突信號(hào)以太網(wǎng):應(yīng)用CSMA/CDA:檢測(cè)信道,if

閑置then{

發(fā)送并檢測(cè)信道;If

檢測(cè)到了其他站點(diǎn)傳輸

then{

中止傳輸并發(fā)送沖突信號(hào);更新沖突#;按指數(shù)退避算法延遲發(fā)送;gotoA}

else{幀發(fā)送結(jié)束;將沖突次數(shù)置0}}else{等待正在進(jìn)行的傳輸結(jié)束并gotoA}以太網(wǎng)的CSMA/CD(續(xù))沖突信號(hào)（JamSignal）:

保證所有其他的收發(fā)器能夠意識(shí)到發(fā)生的沖突;48bits;指數(shù)退避（ExponentialBackoff）:

Goal目的:使得重發(fā)的企圖能夠與推測(cè)出的當(dāng)前負(fù)載相適應(yīng)在重負(fù)荷下:隨機(jī)等待的時(shí)間將更長(zhǎng)些首次沖突:從{0,1}中選擇K；延遲的時(shí)長(zhǎng)為Kx512bit傳輸時(shí)間第二次沖突后:從{0,1,2,3}選擇K…在10次或更多的沖突發(fā)生后：從{0,1,2,3,4,…,1023}選擇K以太網(wǎng)技術(shù)規(guī)范舉例:10Base210:10Mb/s;Base:

基帶傳輸2:

最大電纜長(zhǎng)度在200米以下在總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中使用細(xì)同軸電纜中繼器用來連接多個(gè)網(wǎng)段(4中繼器，5個(gè)網(wǎng)段)中繼器為物理層設(shè)備：將其在一個(gè)接口上收到的位流復(fù)制到所有其他接口上發(fā)送!以太網(wǎng)技術(shù):10Base5粗同軸電纜，可靠性好，抗干擾能力強(qiáng)收發(fā)器

:發(fā)送/接收,沖突檢測(cè),電氣隔離AUI:連接件單元接口總線型拓?fù)溆糜诰W(wǎng)絡(luò)骨干連接最大段長(zhǎng)度500米每段最多站點(diǎn)數(shù)100兩站點(diǎn)間最小距離2.5米

粗纜VampiretapBNC端子收發(fā)器AUI電纜NIC網(wǎng)絡(luò)最大跨度

2.5公里

以太網(wǎng)技術(shù):10Base2細(xì)同軸電纜，可靠性稍差

BNCT型接頭連接

總線型拓?fù)溆糜谵k公室LAN細(xì)纜BNC接頭NIC每段最大長(zhǎng)度185m每段最多站點(diǎn)數(shù)30兩站點(diǎn)間最短距離

0.5m網(wǎng)絡(luò)最大跨度

925m

網(wǎng)絡(luò)最多5個(gè)段

以太網(wǎng)技術(shù):10BaseTNICHUB段最大長(zhǎng)度100m雙絞線介質(zhì)（UTP）以Hub（集線器）為中心節(jié)點(diǎn)。Hub－多端口轉(zhuǎn)發(fā)器。

拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為星形，邏輯上仍然是總線形。

轉(zhuǎn)發(fā)器/中繼器的作用：將信號(hào)放大并整形后再轉(zhuǎn)發(fā)，消除信號(hào)傳輸?shù)氖д婧退p。轉(zhuǎn)發(fā)器/中繼器/HUB——物理層設(shè)備(工作在物理層)。用于小型LAN。10BaseT/100BaseT自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)10/100Mb/s傳輸速率;后者被稱為“快速以太網(wǎng)”T:

代表雙絞線（TwistedPair）所有結(jié)點(diǎn)通過雙絞線連接到集線器（Hub）,物理上呈現(xiàn)出“星型拓?fù)洹盋SMA/CD算法在集線器（Hub）中實(shí)現(xiàn)從結(jié)點(diǎn)到集線器的最長(zhǎng)距離為100米集線器可以與發(fā)生故障的適配器斷開而不影響其他100BaseT保持以太網(wǎng)最短幀格式不變，但是一個(gè)網(wǎng)段的最大纜長(zhǎng)減小到100米需要注意：網(wǎng)卡、網(wǎng)線規(guī)格、集線器技術(shù)參數(shù)的匹配千兆以太網(wǎng)（GbitEthernet）使用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)幀格式,與10Mb/100Mb技術(shù)兼容可以應(yīng)用在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路和廣播式信道上在共享模式下,使用CSMA/CD;結(jié)點(diǎn)間的最長(zhǎng)距離為100米在最短幀的基礎(chǔ)上增加了“載波延伸”使用集線器,在這里稱為“緩沖式分配器（BufferedDistributors）”在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路中可采用1Gb/s全雙工通信方式擴(kuò)展的局域網(wǎng)：集線器（Hubs）物理層設(shè)備:本質(zhì)上是工作在位流層面上的中繼器:將接收到的位流在所有其他接口上復(fù)制發(fā)送集線器可以按照層次結(jié)構(gòu)“級(jí)聯(lián)”,把骨干（backbone

）集線器置頂端集線器(續(xù))每個(gè)被連接的LAN稱為L(zhǎng)AN網(wǎng)段（segment）集線器不隔離沖突域:任意LAN網(wǎng)段中的結(jié)點(diǎn)都可能與其他網(wǎng)段中的結(jié)點(diǎn)發(fā)生沖突集線器的優(yōu)點(diǎn):簡(jiǎn)單,廉價(jià)設(shè)備多層結(jié)構(gòu)提供了一個(gè)性能略微降低較大的互聯(lián)LAN:即使一個(gè)集線器故障，部分LAN結(jié)點(diǎn)仍可以繼續(xù)工作擴(kuò)展了結(jié)點(diǎn)間的距離(每個(gè)Hub100m)

集線器的局限單一的沖突域?qū)е铝俗畲笸掏铝坎豢赡茉黾佣鄬咏Y(jié)構(gòu)的吞吐量實(shí)際與單個(gè)網(wǎng)段相同對(duì)單個(gè)LAN中同樣的沖突域的限制也強(qiáng)加到了所有新近加入到這個(gè)互聯(lián)LAN的結(jié)點(diǎn)上不能連接不同類型的以太網(wǎng)(e.g.,10BaseT和100baseT)

擴(kuò)展的局域網(wǎng)：網(wǎng)橋(Bridge)鏈路層設(shè)備:

使用以太網(wǎng)幀工作,檢查幀的首部的信宿地址后，選擇性的進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)由于網(wǎng)橋可以緩存幀，網(wǎng)橋可以隔離碰撞域

當(dāng)在網(wǎng)段間轉(zhuǎn)發(fā)幀時(shí),網(wǎng)橋使用CSMA/CD方式訪問網(wǎng)段并進(jìn)行傳輸

擴(kuò)展的局域網(wǎng)：網(wǎng)橋(續(xù))網(wǎng)橋優(yōu)點(diǎn):隔離沖突域使得網(wǎng)絡(luò)的最大總吞吐量提高,對(duì)接入的結(jié)點(diǎn)數(shù)和地理覆蓋的范圍沒有限制由于是存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，所以可以連接不同的以太網(wǎng)透明:不需要改變主機(jī)的LAN網(wǎng)絡(luò)接口適配器網(wǎng)橋:幀的過濾,轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)橋過濾幀

同LAN網(wǎng)段內(nèi)傳輸?shù)膸晦D(zhuǎn)發(fā)到其他的LAN網(wǎng)段

轉(zhuǎn)發(fā):如何知道那個(gè)LAN網(wǎng)段在哪，如何轉(zhuǎn)發(fā)?看起來好像是路由選擇問題(只不過距離短一點(diǎn)!)主干網(wǎng)橋（BackboneBridge）不使用主干方式的互聯(lián)不推薦的兩個(gè)理由:-在ComputerSciencehub故障可能引出的問題-所有在EE和SE之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)必須通過CS網(wǎng)段網(wǎng)橋過濾網(wǎng)橋可以通過自學(xué)了解某臺(tái)主機(jī)可以從哪個(gè)接口到達(dá):維護(hù)過濾表當(dāng)幀到達(dá)時(shí),網(wǎng)橋“得知”發(fā)送方的位置:信號(hào)進(jìn)入的LAN網(wǎng)段在過濾表中記錄發(fā)送方的位置過濾表的條目:(結(jié)點(diǎn)的LAN地址,網(wǎng)橋的接口,時(shí)間戳-TimeStamp)過濾表中過期的條目會(huì)被丟棄(TTL可以為60分鐘)過濾filteringprocedure:If信宿LAN地址與接收到的幀處于同一網(wǎng)段then

丟棄該幀；else

{

查詢過濾表

if

發(fā)現(xiàn)了信宿的條目then

按條目所指的接口進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā);else

泛洪（flood）;/*在除了接收該幀的接口以外的所有接口上進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)*/}

網(wǎng)橋自學(xué)過程:舉例假設(shè)C給D發(fā)送幀，D再用幀對(duì)C進(jìn)行應(yīng)答C發(fā)送幀,網(wǎng)橋沒有D的資料,因此在兩個(gè)LAN進(jìn)行泛洪

網(wǎng)橋注意C是在1#端口位處上部的LAN將該幀忽略LAND接收到了該幀網(wǎng)橋的自學(xué)過程:舉例D產(chǎn)生了給C的應(yīng)答,并發(fā)送

網(wǎng)橋注意到了D發(fā)出的幀網(wǎng)橋查出D處在2#接口上網(wǎng)橋已知C在1#接口上,所以有選擇的

通過1#接口轉(zhuǎn)發(fā)忽略同網(wǎng)段通信的幀自學(xué)源地址轉(zhuǎn)發(fā)異網(wǎng)段的幀廣播未知幀網(wǎng)橋工作原理小結(jié)網(wǎng)橋支撐樹(SpanningTree)為增強(qiáng)可靠性,一般希望有一些冗余,比如在信源、信宿間設(shè)立具有可替換的路徑如果同時(shí)有了多條路經(jīng)，就有可能產(chǎn)生循環(huán)–網(wǎng)橋會(huì)產(chǎn)生成倍的幀并永遠(yuǎn)轉(zhuǎn)發(fā)下去解決辦法:將網(wǎng)橋組織成為生成樹，其具體做法是把將部分網(wǎng)橋的部分接口暫時(shí)加以封鎖Disabled多端口網(wǎng)橋：以太網(wǎng)交換機(jī)使用LAN地址在鏈路層轉(zhuǎn)發(fā)、過濾幀(frame)交換:可同時(shí)實(shí)現(xiàn)A-to-B和A’-to-B’的數(shù)據(jù)傳輸,不會(huì)產(chǎn)生沖突接口數(shù)量較多一般情況:各個(gè)主機(jī),呈星狀同交換機(jī)連接是以太網(wǎng)（Ethernet）,但不會(huì)沖突!以太網(wǎng)交換機(jī)直通交換（cut-throughswitching）:

在幀頭地址確認(rèn)后，幀被從輸入直接導(dǎo)向輸出端口，而不必等到整個(gè)幀接收完畢后在轉(zhuǎn)發(fā)可以減少等待時(shí)間可以將共享/專用的10/100/1000Mb/s接口集于一身以太網(wǎng)交換機(jī)(續(xù))DedicatedShared交換機(jī)的用法(以100/10Mbps網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)為例)：

(1)

端口下接站點(diǎn)：站點(diǎn)獨(dú)占10Mb/s帶寬

(2)

端口下接網(wǎng)段：網(wǎng)段中所有站點(diǎn)共享10Mb/s帶寬

(3)上行端口：連接主要共享資源-服務(wù)器100Mb/s共享10M獨(dú)享10M共享10M獨(dú)享100M網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)SwitchHUBHUB虛擬局域網(wǎng)VLAN什么是VLAN？

VLAN是一個(gè)廣播域，是由一些局域網(wǎng)網(wǎng)段構(gòu)成的與物理位置無關(guān)的邏輯組為什么要使用VLAN？

便于進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的管理

增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)安全性

抑制廣播數(shù)據(jù)的泛濫

減少了處理用戶站點(diǎn)移動(dòng)所帶來的開銷一個(gè)VLAN就好像是一個(gè)孤立的網(wǎng)段，VLAN間不能直接通信，實(shí)現(xiàn)VLAN間互聯(lián)必須借助于路由器。VLAN建立在網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)基礎(chǔ)上兩個(gè)分離的廣播域HUBHUBHUBHUBSwitch