計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)(第6版)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)(第6版)第3章數(shù)據(jù)鏈路層(續(xù))ACD第3章數(shù)據(jù)鏈路層(續(xù)).1100BASE-T以太網(wǎng)212局域網(wǎng)從層次上來(lái)看數(shù)據(jù)的流動(dòng)從層次上來(lái)看數(shù)據(jù)的流動(dòng)R2R3R1122僅從數(shù)據(jù)鏈路層觀(guān)察幀的流動(dòng)僅從數(shù)據(jù)鏈路層觀(guān)察幀的流動(dòng)R2R3R13.1使用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道的數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路(datalink)除了物理線(xiàn)路外，還必須有通信協(xié)議來(lái)控制這些數(shù)據(jù)的傳輸。若把實(shí)現(xiàn)這些協(xié)議的硬件和軟件加到鏈路上，就構(gòu)成了現(xiàn)在最常用的方法是使用適配器(即網(wǎng)卡)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層傳送的是數(shù)據(jù)鏈路層傳送的是幀幀鏈路幀幀封裝成幀(framing)就是在一段數(shù)據(jù)的前后分別添加首部和尾部，然后就構(gòu)成了一個(gè)幀。確定幀的界限。首部和尾部的一個(gè)重要作用就是進(jìn)行幀定界。MTUHH幀出現(xiàn)了“EOT”數(shù)據(jù)部分SOHEOTEOT解決透明傳輸問(wèn)題發(fā)送端的數(shù)據(jù)鏈路層在數(shù)據(jù)中出現(xiàn)控制字符字節(jié)填充(bytestuffing)或字符填充(characterstuffing)：：接收端的數(shù)據(jù)鏈路層在將數(shù)據(jù)送往網(wǎng)的轉(zhuǎn)義字符。如果轉(zhuǎn)義字符也出現(xiàn)數(shù)據(jù)當(dāng)中，那么應(yīng)在轉(zhuǎn)義字符前面插入一個(gè)轉(zhuǎn)義字符。當(dāng)接收端收到連續(xù)的兩個(gè)轉(zhuǎn)義字符時(shí)，就刪除其中前面的一個(gè)。幀原始數(shù)據(jù)SOHESCEOTESCSOHESCESCESCSOHEOT在傳輸過(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生比特差錯(cuò)：1可能會(huì)在一段時(shí)間內(nèi)，傳輸錯(cuò)誤的比特占所傳輸比特為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，在?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，必須采用各種差錯(cuò)檢測(cè)措施。k=6)。我們?cè)贛的后面再添加供差錯(cuò)檢得到的(k+n)位的數(shù)除以事先選定好的長(zhǎng)度為(n+1)CRCFCS加在數(shù)據(jù)后面的冗余碼。(1)若得出的余數(shù)R=0，則判定這個(gè)幀沒(méi)有差錯(cuò)，就接受(accept)。但這種檢測(cè)方法并不能確定究竟是哪一個(gè)或哪只要經(jīng)過(guò)嚴(yán)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(cè)不到的差錯(cuò)的概率就很小僅用循環(huán)冗余檢驗(yàn)CRC差錯(cuò)檢測(cè)技術(shù)只能做到無(wú)差錯(cuò)接受(accept)。“無(wú)差錯(cuò)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(guò)程中沒(méi)有產(chǎn)生差錯(cuò)”。也就是說(shuō)：“凡是接收端數(shù)據(jù)鏈路層接受的幀都沒(méi)有傳輸差錯(cuò)”(有差錯(cuò)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。3.2.1PPP協(xié)議的特點(diǎn)用用戶(hù)已向因特網(wǎng)管理機(jī)構(gòu)封裝成幀透明性網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議鏈路差錯(cuò)檢測(cè)檢測(cè)連接狀態(tài)最大傳送單元網(wǎng)絡(luò)層地址協(xié)商數(shù)據(jù)壓縮協(xié)商PPP協(xié)議有三個(gè)組成部分PPP格式E制表示是01111110)。IP數(shù)據(jù)報(bào)C1FFC1FF1A1信息部分2字節(jié)12采用硬件來(lái)完成比特填充(和HDLC的做法一樣)。(即數(shù)值小于0x20的字符)，則在該字使用同步傳輸(一連串的比特連續(xù)傳送)。這時(shí)PPP協(xié)議采用零比特填充方111111000101011110100010101111010001010在數(shù)據(jù)鏈路層出現(xiàn)差錯(cuò)的概率不大時(shí)，使用比P當(dāng)用戶(hù)撥號(hào)接入ISP時(shí)，路由器的調(diào)制解調(diào)器對(duì)撥號(hào)做出確認(rèn)，并建立一條物理連接。PC機(jī)向路由器發(fā)送一系列的LCP分組(封裝成多個(gè)PPP幀)。這些分組及其響應(yīng)選擇一些PPP參數(shù)，和進(jìn)行層連接。最后釋放的是物理層的連接。鏈路靜止設(shè)備之間無(wú)鏈路鑒別失敗鑒別LCP域網(wǎng)上的各種硬件逐漸地演變，各設(shè)備的位置可靈頻分復(fù)用波分復(fù)用碼分復(fù)用動(dòng)態(tài)媒體接入控制(多點(diǎn)接入)產(chǎn)品(以太網(wǎng))的規(guī)約。數(shù)據(jù)鏈路層的兩個(gè)子層邏輯鏈路控制LLC(LogicalLinkControl)子層MACMediumAccessControl)網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層在計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)安裝設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。PU CSMA/CD協(xié)議最初的以太網(wǎng)是將許多計(jì)算機(jī)都連接到一根總匹配電阻(用來(lái)吸收總線(xiàn)上傳播的信號(hào))匹配電阻ACA不接受不接受不接受接受不接受不接受不接受接受一個(gè)工作的計(jì)算機(jī)都能檢測(cè)到B發(fā)其他所有的計(jì)算機(jī)(A,C和E)都檢測(cè)到不是發(fā)送給它們的數(shù)據(jù)幀，因此就丟棄這個(gè)數(shù)據(jù)幀具有廣播特性的總線(xiàn)上實(shí)現(xiàn)了一對(duì)一的通信。接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)生差曼徹斯特(Manchester)編碼比特流1000100111載波監(jiān)聽(tīng)多點(diǎn)接入/碰撞檢測(cè)CSMA/CDAccesswithCollisionDetection?！岸帱c(diǎn)接入”表示許多計(jì)算機(jī)從多個(gè)點(diǎn)連接到“載波監(jiān)聽(tīng)”是指每一個(gè)站在發(fā)送數(shù)據(jù)之前先要檢測(cè)一下總線(xiàn)上是否有其他計(jì)算機(jī)在發(fā)送數(shù)據(jù)，如果有，則暫時(shí)不要發(fā)送數(shù)據(jù)，以免發(fā)生聽(tīng)”就是用電子技術(shù)檢測(cè)總線(xiàn)上有沒(méi)有其他計(jì)“碰撞檢測(cè)”就是計(jì)算機(jī)邊發(fā)送數(shù)據(jù)邊檢測(cè)信道當(dāng)幾個(gè)站同時(shí)在總線(xiàn)上發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，總線(xiàn)上的信號(hào)電壓擺動(dòng)值將會(huì)增大(互相疊加)。當(dāng)一個(gè)站檢測(cè)到的信號(hào)電壓擺動(dòng)值超過(guò)一定的門(mén)限值時(shí)，就認(rèn)為總線(xiàn)上至少有兩個(gè)站同時(shí)在所謂“碰撞”就是發(fā)生了沖突。因此“碰撞檢AtBTBBAAAAAAAAAAA雙工通信而只能進(jìn)行雙向交替通信(半雙工通信)。發(fā)生碰撞的站在停止發(fā)送數(shù)據(jù)后，要推遲(退避)發(fā)生碰撞的站在停止發(fā)送數(shù)據(jù)后，要推遲(退避)從整數(shù)集合[0,1,…,(2k1)]中隨機(jī)地取出一個(gè)數(shù)，記對(duì)于10Mb/s以太網(wǎng)，在爭(zhēng)用期內(nèi)可發(fā)送再繼續(xù)發(fā)送若干比特的人為干擾信號(hào)(jammingsignal)，以便讓所有用戶(hù)都知道現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)生t人為干擾信號(hào)tTJAB也能夠檢測(cè)到?jīng)_突，并立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)幀，接3.4.1使用集線(xiàn)器的星形拓?fù)浼€(xiàn)器集線(xiàn)器信道利用率0一個(gè)幀從開(kāi)始發(fā)送，經(jīng)可能發(fā)生的碰撞后，將再重傳數(shù)次，到發(fā)送成功且信道轉(zhuǎn)為空閑(即再經(jīng)過(guò)時(shí)間使得信道上無(wú)信號(hào)在傳播)時(shí)為止，是發(fā)送發(fā)生碰撞發(fā)生碰撞占用期爭(zhēng)用期爭(zhēng)用期…爭(zhēng)用期發(fā)送成功tTτ0TT0要提高以太網(wǎng)的信道利用率，就必須減小T與T0之比。在以太網(wǎng)中定義了參數(shù)a，它是以太網(wǎng)單程端到端時(shí)延T與幀的發(fā)送時(shí)間T之比：0T0并立即停止發(fā)送，因而信道利用率很高。?a越大，表明爭(zhēng)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T的值會(huì)太小，使a值0在理想化的情況下，以太網(wǎng)上的各站發(fā)送數(shù)據(jù)都不會(huì)產(chǎn)生碰撞(這顯然已經(jīng)不是CSMA/CD，而是需要使用一種特殊的調(diào)度方法)，即總線(xiàn)一旦送數(shù)據(jù)。發(fā)送一幀占用線(xiàn)路的時(shí)間是T0+T，而幀本身的發(fā)送時(shí)間是T。于是我們可計(jì)算出理想情況下的0極限信道利用率S為：maxT1S=0=0或MAC地址(48位)。如果是發(fā)往本站的幀則收下，然后再進(jìn)行其他否則就將此幀丟棄，不再進(jìn)行其他的處理。單播(unicast)幀(一對(duì)一)廣播(broadcast)幀(一對(duì)全體)多播(multicast)幀(一對(duì)多)DIXEthernetV2標(biāo)準(zhǔn)IEEE的802.3標(biāo)準(zhǔn)字節(jié)66246~1500MAC幀目的地址源地址類(lèi)型數(shù)據(jù)插入8字節(jié)以太網(wǎng)MAC幀7字節(jié)1字節(jié)10101010101010…101010101010101010114以太網(wǎng)V2的MAC幀格式字節(jié)662數(shù)據(jù)4MAC層MAC幀物理層以太網(wǎng)V2的MAC幀格式字節(jié)662數(shù)據(jù)4MAC層MAC幀物理層以太網(wǎng)V2的MAC幀格式字節(jié)662數(shù)據(jù)4MAC層MAC幀物理層以太網(wǎng)V2的MAC幀格式字節(jié)662數(shù)據(jù)4MAC層MAC幀物理層以太網(wǎng)V2的MAC6624MAC層MAC層物理層MAC物理層以太網(wǎng)V2的MACAC數(shù)據(jù)MAC幀字節(jié)662源地址類(lèi)型插入7字節(jié)1字節(jié)4前同步碼MAC層物理層MAC幀就簡(jiǎn)單地丟棄。以一個(gè)站在檢測(cè)到總線(xiàn)開(kāi)始空閑后，還要等待9.6s才能再次發(fā)送數(shù)據(jù)。這樣做是為了使剛剛收到數(shù)據(jù)幀的站的接收緩存來(lái)得及清理，做好接收下一幀的準(zhǔn)備。3.5擴(kuò)展的局域網(wǎng)3.5.1在物理層擴(kuò)展局域網(wǎng)集線(xiàn)器光纖用多個(gè)集線(xiàn)器可連成更大的局域網(wǎng)某大學(xué)有三個(gè)系，各自有一個(gè)局域網(wǎng)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)如果不同的碰撞域使用不同的數(shù)據(jù)率，那么就不能在數(shù)據(jù)鏈路層擴(kuò)展局域網(wǎng)是使用網(wǎng)橋。并不是向所有的接口轉(zhuǎn)發(fā)此幀，而是先檢查此到哪一個(gè)接口(一個(gè)大班隨機(jī)分成兩個(gè)大的A1B1C1E2F2ABCDEF率(如10Mb/s和100Mb/s以太網(wǎng))的局域網(wǎng)。網(wǎng)橋1網(wǎng)橋2ABCDEF的缺點(diǎn)在MAC子層并沒(méi)有流量控制功能。網(wǎng)橋只適合于用戶(hù)數(shù)不太多(不超過(guò)幾百個(gè))和通信量不太大的局域網(wǎng)，否則有時(shí)還會(huì)因傳播過(guò)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(fēng)暴。AABoo@oQMACRDLDLRMAC6o物理層物理層物理層物理層LAN1LAN2oo@ooo@oQ6oMAC-HQ6oPPPHPPP-T網(wǎng)橋和集線(xiàn)器(或轉(zhuǎn)發(fā)器)不同若在發(fā)送過(guò)程中出現(xiàn)碰撞，就必須停止發(fā)送目前使用得最多的網(wǎng)橋是透明網(wǎng)橋(transparent“透明”是指局域網(wǎng)上的站點(diǎn)并不知道所發(fā)送的幀將經(jīng)過(guò)哪幾個(gè)網(wǎng)橋，因?yàn)榫W(wǎng)橋?qū)Ω髡緛?lái)說(shuō)透明網(wǎng)橋是一種即插即用設(shè)備，其標(biāo)準(zhǔn)是IEEE802.1D。”這一121網(wǎng)橋22ABCDEFA→BAFB121A→BAF12在網(wǎng)橋的轉(zhuǎn)發(fā)表中寫(xiě)入的信息除了地址和接口外，還有幀進(jìn)入該網(wǎng)橋的時(shí)間。站點(diǎn)也可能會(huì)更換適配器(這就改變了站點(diǎn)的地址)。另外，以太網(wǎng)上的工作站并非總把每個(gè)幀到達(dá)網(wǎng)橋的時(shí)間登記下來(lái)，就可以在轉(zhuǎn)發(fā)表中只保留網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖钚聽(tīng)顟B(tài)信息。這樣就使得網(wǎng)橋中的轉(zhuǎn)發(fā)表能反映當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)發(fā)幀中增加一個(gè)項(xiàng)目(源地址、進(jìn)入的接口和時(shí)間)。如如沒(méi)有，則通過(guò)所有其他接口(但進(jìn)入網(wǎng)橋的接口除外)進(jìn)口，則應(yīng)丟棄這個(gè)幀(因?yàn)檫@時(shí)不需要經(jīng)過(guò)網(wǎng)橋進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā))。這是為了避免產(chǎn)生轉(zhuǎn)發(fā)的幀在網(wǎng)絡(luò)中不斷地621A@F互連在一起的網(wǎng)橋在進(jìn)行彼此通信后，就能找出原來(lái)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞囊粋€(gè)子集。在這個(gè)子集里，整個(gè)連通的網(wǎng)絡(luò)中不存在回路，即在任何兩個(gè)站之間只有一條路徑。為了避免產(chǎn)生轉(zhuǎn)發(fā)的幀在網(wǎng)絡(luò)中不斷地兜圈為了得出能夠反映網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化時(shí)的生成樹(shù)，在生成樹(shù)上的根網(wǎng)橋每隔一段時(shí)間還撲進(jìn)行更新。sourceroute詳細(xì)的路由 (相當(dāng)于偵察兵)，每個(gè)發(fā)現(xiàn)幀都記錄所經(jīng)過(guò)的路由。1990年問(wèn)世的交換式集線(xiàn)器(switchinghub)，可交換式集線(xiàn)器常稱(chēng)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(gè)接口。因此，以太網(wǎng)交換機(jī)實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)多接口的網(wǎng)橋，可見(jiàn)交以太網(wǎng)交換機(jī)的每個(gè)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(shí)連通許多對(duì)的接口，使每一對(duì)相互通信的主機(jī)都能像獨(dú)占通信媒體那樣，進(jìn)行無(wú)碰，用戶(hù)，則每個(gè)用戶(hù)占有的平均帶寬只有總帶寬(10使用以太網(wǎng)交換機(jī)時(shí)，雖然在每個(gè)接口到主機(jī)的(公用車(chē)道vs.專(zhuān)用車(chē)道，集線(xiàn)器：平交路口vs.交換機(jī)：立交橋)路由器至因特網(wǎng)一系二系三系10BASE-T利利用以太網(wǎng)交換機(jī)可以很方便地?cái)M局域網(wǎng)虛擬局域網(wǎng)VLAN是由一些局域網(wǎng)網(wǎng)段構(gòu)成的與虛擬局域網(wǎng)其實(shí)只是局域網(wǎng)給用戶(hù)提供的一種服型局域網(wǎng)。3C22A交換機(jī)3CA11233C22CA13C22CA13C22CA1虛擬限制了接收廣虛擬局域網(wǎng)協(xié)議允許在以太網(wǎng)的幀格式中插入一個(gè)4字節(jié)的標(biāo)識(shí)符，稱(chēng)為VLAN標(biāo)記(tag)，用來(lái)指明發(fā)送該幀的工作站屬于哪一個(gè)虛擬局域