計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 數(shù)據(jù)鏈路層

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈路層第一頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日第3章數(shù)據(jù)鏈路層3.1使用點(diǎn)對(duì)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(gè)基本問(wèn)題3.2點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議PPP 3.2.1PPP協(xié)議的特點(diǎn) 3.2.2PPP協(xié)議的幀格式 3.2.3PPP協(xié)議的工作狀態(tài)第二頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日第3章數(shù)據(jù)鏈路層（續(xù)）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 3.3.2CSMA/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)?.4.2以太網(wǎng)的信道利用率3.4.3以太網(wǎng)的MAC層第三頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日第3章數(shù)據(jù)鏈路層（續(xù)）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)3.6.1100BASE-T以太網(wǎng)3.6.2吉比特以太網(wǎng)3.6.310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)接口第四頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層使用的信道主要有以下兩種類型：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道。這種信道使用一對(duì)一的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信方式。廣播信道。這種信道使用一對(duì)多的廣播通信方式，因此過(guò)程比較復(fù)雜。廣播信道上連接的主機(jī)很多，因此必須使用專用的共享信道協(xié)議來(lái)協(xié)調(diào)這些主機(jī)的數(shù)據(jù)發(fā)第五頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日數(shù)據(jù)鏈路層的簡(jiǎn)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)

H1

向

H2

發(fā)送數(shù)據(jù)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從層次上來(lái)看數(shù)據(jù)的流動(dòng)第六頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日數(shù)據(jù)鏈路層的簡(jiǎn)單模型(續(xù)）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)

H1

向

H2

發(fā)送數(shù)據(jù)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僅從數(shù)據(jù)鏈路層觀察幀的流動(dòng)第七頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日3.1使用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道的數(shù)據(jù)鏈路層

3.1.1數(shù)據(jù)鏈路和幀

鏈路(link)是一條無(wú)源的點(diǎn)到點(diǎn)的物理線路段，中間沒(méi)有任何其他的交換結(jié)點(diǎn)。一條鏈路只是一條通路的一個(gè)組成部分。數(shù)據(jù)鏈路(datalink)除了物理線路外，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)成了數(shù)據(jù)鏈路?，F(xiàn)在最常用的方法是使用適配器（即網(wǎng)卡）來(lái)實(shí)現(xiàn)這些協(xié)議的硬件和軟件。一般的適配器都包括了數(shù)據(jù)鏈路層和物理層這兩層的功能。

第八頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日IP數(shù)據(jù)報(bào)1010……0110幀取出數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層鏈路結(jié)點(diǎn)A結(jié)點(diǎn)B物理層數(shù)據(jù)鏈路層結(jié)點(diǎn)A結(jié)點(diǎn)B幀(a)(b)發(fā)送幀接收鏈路IP數(shù)據(jù)報(bào)1010……0110幀裝入數(shù)據(jù)鏈路層傳送的是幀第九頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日數(shù)據(jù)鏈路層像個(gè)數(shù)字管道常常在兩個(gè)對(duì)等的數(shù)據(jù)鏈路層之間畫(huà)出一個(gè)數(shù)字管道，而在這條數(shù)字管道上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)單位是幀。早期的數(shù)據(jù)通信協(xié)議曾叫作通信規(guī)程(procedure)。因此在數(shù)據(jù)鏈路層，規(guī)程和協(xié)議是同義語(yǔ)。結(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn)幀幀第十頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日3.1.2三個(gè)基本問(wèn)題(1)封裝成幀(2)透明傳輸(3)差錯(cuò)控制第十一頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日1.封裝成幀封裝成幀(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。

幀結(jié)束幀首部IP數(shù)據(jù)報(bào)幀的數(shù)據(jù)部分幀尾部MTU數(shù)據(jù)鏈路層的幀長(zhǎng)開(kāi)始發(fā)送幀開(kāi)始第十二頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日用控制字符進(jìn)行幀定界的方法舉例SOH裝在幀中的數(shù)據(jù)部分幀幀開(kāi)始符幀結(jié)束符發(fā)送在前EOT第十三頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日2.透明傳輸SOHEOT出現(xiàn)了“EOT”被接收端當(dāng)作無(wú)效幀而丟棄被接收端誤認(rèn)為是一個(gè)幀數(shù)據(jù)部分EOT完整的幀發(fā)送在前第十四頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日解決透明傳輸問(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“SOH”或“EOT”的前面插入一個(gè)轉(zhuǎn)義字符“ESC”(其十六進(jìn)制編碼是1B)。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)絡(luò)層之前刪除插入的轉(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)。第十五頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日SOHSOHEOTSOHESCESCEOTESCSOHESCESCESCSOH原始數(shù)據(jù)EOTEOT經(jīng)過(guò)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)填充發(fā)送在前幀開(kāi)始符幀結(jié)束符用字節(jié)填充法解決透明傳輸?shù)膯?wèn)題SOH第十六頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日3.差錯(cuò)檢測(cè)在傳輸過(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生比特差錯(cuò)：1可能會(huì)變成0而0也可能變成1。在一段時(shí)間內(nèi)，傳輸錯(cuò)誤的比特占所傳輸比特總數(shù)的比率稱為誤碼率BER(BitErrorRate)。誤碼率與信噪比有很大的關(guān)系。為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕谟?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。第十七頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日循環(huán)冗余檢驗(yàn)的原理在數(shù)據(jù)鏈路層傳送的幀中，廣泛使用了循環(huán)冗余檢驗(yàn)CRC的檢錯(cuò)技術(shù)。在發(fā)送端，先把數(shù)據(jù)劃分為組。假定每組k個(gè)比特。假設(shè)待傳送的一組數(shù)據(jù)M=101001（現(xiàn)在k=6）。我們?cè)贛的后面再添加供差錯(cuò)檢測(cè)用的n位冗余碼一起發(fā)送。第十八頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日冗余碼的計(jì)算用二進(jìn)制的模

2

運(yùn)算進(jìn)行2n乘M的運(yùn)算，這相當(dāng)于在M后面添加n個(gè)0。得到的(k+n)位的數(shù)除以事先選定好的長(zhǎng)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。第十九頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日冗余碼的計(jì)算舉例現(xiàn)在k=6,M=101001。設(shè)n=3,除數(shù)

P=1101，被除數(shù)是2nM=101001000。模2運(yùn)算的結(jié)果是：商

Q=110101，

余數(shù)

R=001。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。第二十頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日

110101

←

Q

(商)P(除數(shù))→

1101101001000

←

2nM(被除數(shù))

1101

1110

1101

0111

0000

1110

1101

0110

0000

1100

1101

001←R(余數(shù))，作為FCS

循環(huán)冗余檢驗(yàn)的原理說(shuō)明第二十一頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日幀檢驗(yàn)序列FCS在數(shù)據(jù)后面添加上的冗余碼稱為幀檢驗(yàn)序列FCS(FrameCheckSequence)。循環(huán)冗余檢驗(yàn)CRC和幀檢驗(yàn)序列FCS并不等同。CRC是一種常用的檢錯(cuò)方法，而FCS是添加在數(shù)據(jù)后面的冗余碼。FCS可以用CRC這種方法得出，但CRC并非用來(lái)獲得FCS的唯一方法。

第二十二頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日接收端對(duì)收到的每一幀進(jìn)行CRC檢驗(yàn)(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)。(2)若余數(shù)R

0，則判定這個(gè)幀有差錯(cuò)，就丟棄。但這種檢測(cè)方法并不能確定究竟是哪一個(gè)或哪幾個(gè)比特出現(xiàn)了差錯(cuò)。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)的概率就很小很小。第二十三頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日應(yīng)當(dāng)注意僅用循環(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)?！盁o(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。第二十四頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日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

局域網(wǎng)最主要的特點(diǎn)是：網(wǎng)絡(luò)為一個(gè)單位所擁有，且地理范圍和站點(diǎn)數(shù)目均有限。局域網(wǎng)具有如下的一些主要優(yōu)點(diǎn)：具有廣播功能，從一個(gè)站點(diǎn)可很方便地訪問(wèn)全網(wǎng)。局域網(wǎng)上的主機(jī)可共享連接在局域網(wǎng)上的各種硬件和軟件資源。

便于系統(tǒng)的擴(kuò)展和逐漸地演變，各設(shè)備的位置可靈活調(diào)整和改變。提高了系統(tǒng)的可靠性、可用性和殘存性。第二十五頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日局域網(wǎng)的拓?fù)淦ヅ潆娮杓€器干線耦合器總線網(wǎng)星形網(wǎng)樹(shù)形網(wǎng)環(huán)形網(wǎng)第二十六頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日媒體共享技術(shù)靜態(tài)劃分信道頻分復(fù)用時(shí)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）隨機(jī)接入受控接入，如多點(diǎn)線路探詢(polling)，或輪詢。

第二十七頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日

以太網(wǎng)的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)

DIXEthernetV2是世界上第一個(gè)局域網(wǎng)產(chǎn)品（以太網(wǎng)）的規(guī)約。IEEE的802.3標(biāo)準(zhǔn)。DIXEthernetV2標(biāo)準(zhǔn)與IEEE的802.3標(biāo)準(zhǔn)只有很小的差別，因此可以將802.3局域網(wǎng)簡(jiǎn)稱為“以太網(wǎng)”。嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，“以太網(wǎng)”應(yīng)當(dāng)是指符合DIXEthernetV2標(biāo)準(zhǔn)的局域網(wǎng)第二十八頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日數(shù)據(jù)鏈路層的兩個(gè)子層為了使數(shù)據(jù)鏈路層能更好地適應(yīng)多種局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，802委員會(huì)就將局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層拆成兩個(gè)子層：邏輯鏈路控制LLC(LogicalLinkControl)子層媒體接入控制MAC(MediumAccessControl)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(wú)關(guān)，不管采用何種協(xié)議的局域網(wǎng)對(duì)LLC子層來(lái)說(shuō)都是透明的第二十九頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日局域網(wǎng)對(duì)LLC子層

是透明的局域網(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)2LLC子層看不見(jiàn)下面的局域網(wǎng)第三十頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日以后一般不考慮LLC子層由于TCP/IP體系經(jīng)常使用的局域網(wǎng)是DIXEthernetV2而不是802.3標(biāo)準(zhǔn)中的幾種局域網(wǎng)，因此現(xiàn)在802委員會(huì)制定的邏輯鏈路控制子層LLC（即802.2標(biāo)準(zhǔn)）的作用已經(jīng)不大了。很多廠商生產(chǎn)的適配器上就僅裝有MAC協(xié)議而沒(méi)有LLC協(xié)議。第三十一頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日2.適配器的作用網(wǎng)絡(luò)接口板又稱為通信適配器(adapter)或網(wǎng)絡(luò)接口卡NIC(NetworkInterfaceCard)，或“網(wǎng)卡”。適配器的重要功能：進(jìn)行串行/并行轉(zhuǎn)換。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存。在計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)安裝設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)協(xié)議。

第三十二頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日計(jì)算機(jī)通過(guò)適配器

和局域網(wǎng)進(jìn)行通信硬件地址至局域網(wǎng)適配器（網(wǎng)卡）串行通信CPU和存儲(chǔ)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(jì)算機(jī)IP地址并行通信第三十三頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日最初的以太網(wǎng)是將許多計(jì)算機(jī)都連接到一根總線上。當(dāng)初認(rèn)為這樣的連接方法既簡(jiǎn)單又可靠，因?yàn)榭偩€上沒(méi)有有源器件。3.3.2CSMA/CD協(xié)議B向

D發(fā)送數(shù)據(jù)CDAE匹配電阻（用來(lái)吸收總線上傳播的信號(hào)）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)第三十四頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日以太網(wǎng)的廣播方式發(fā)送總線上的每一個(gè)工作的計(jì)算機(jī)都能檢測(cè)到B發(fā)送的數(shù)據(jù)信號(hào)。由于只有計(jì)算機(jī)D的地址與數(shù)據(jù)幀首部寫(xiě)入的地址一致，因此只有D才接收這個(gè)數(shù)據(jù)幀。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)幀而不能夠收下來(lái)。具有廣播特性的總線上實(shí)現(xiàn)了一對(duì)一的通信。第三十五頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日為了通信的簡(jiǎn)便

以太網(wǎng)采取了兩種重要的措施采用較為靈活的無(wú)連接的工作方式，即不必先建立連接就可以直接發(fā)送數(shù)據(jù)。以太網(wǎng)對(duì)發(fā)送的數(shù)據(jù)幀不進(jìn)行編號(hào)，也不要求對(duì)方發(fā)回確認(rèn)。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)生差錯(cuò)的概率是很小的。

第三十六頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日以太網(wǎng)提供的服務(wù)以太網(wǎng)提供的服務(wù)是不可靠的交付，即盡最大努力的交付。當(dāng)目的站收到有差錯(cuò)的數(shù)據(jù)幀時(shí)就丟棄此幀，其他什么也不做。差錯(cuò)的糾正由高層來(lái)決定。如果高層發(fā)現(xiàn)丟失了一些數(shù)據(jù)而進(jìn)行重傳，但以太網(wǎng)并不知道這是一個(gè)重傳的幀，而是當(dāng)作一個(gè)新的數(shù)據(jù)幀來(lái)發(fā)送。第三十七頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日以太網(wǎng)發(fā)送的數(shù)據(jù)都使用

曼徹斯特(Manchester)編碼基帶數(shù)字信號(hào)曼徹斯特編碼碼元1111100000出現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換第三十八頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日載波監(jiān)聽(tīng)多點(diǎn)接入/碰撞檢測(cè)CSMA/CDCSMA/CD表示CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection?！岸帱c(diǎn)接入”表示許多計(jì)算機(jī)以多點(diǎn)接入的方式連接在一根總線上。“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)生碰撞?？偩€上并沒(méi)有什么“載波”。因此，“載波監(jiān)聽(tīng)”就是用電子技術(shù)檢測(cè)總線上有沒(méi)有其他計(jì)算機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)信號(hào)。第三十九頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日碰撞檢測(cè)“碰撞檢測(cè)”就是計(jì)算機(jī)邊發(fā)送數(shù)據(jù)邊檢測(cè)信道上的信號(hào)電壓大小。當(dāng)幾個(gè)站同時(shí)在總線上發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，總線上的信號(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)為總線上至少有兩個(gè)站同時(shí)在發(fā)送數(shù)據(jù)，表明產(chǎn)生了碰撞。所謂“碰撞”就是發(fā)生了沖突。因此“碰撞檢測(cè)”也稱為“沖突檢測(cè)”。第四十頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日檢測(cè)到碰撞后在發(fā)生碰撞時(shí)，總線上傳輸?shù)男盘?hào)產(chǎn)生了嚴(yán)重的失真，無(wú)法從中恢復(fù)出有用的信息來(lái)。每一個(gè)正在發(fā)送數(shù)據(jù)的站，一旦發(fā)現(xiàn)總線上出現(xiàn)了碰撞，就要立即停止發(fā)送，免得繼續(xù)浪費(fèi)網(wǎng)絡(luò)資源，然后等待一段隨機(jī)時(shí)間后再次發(fā)送。第四十一頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日電磁波在總線上的

有限傳播速率的影響當(dāng)某個(gè)站監(jiān)聽(tīng)到總線是空閑時(shí)，也可能總線并非真正是空閑的。A向B發(fā)出的信息，要經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間后才能傳送到B。B若在A發(fā)送的信息到達(dá)B之前發(fā)送自己的幀(因?yàn)檫@時(shí)B的載波監(jiān)聽(tīng)檢測(cè)不到A所發(fā)送的信息)，則必然要在某個(gè)時(shí)間和A發(fā)送的幀發(fā)生碰撞。碰撞的結(jié)果是兩個(gè)幀都變得無(wú)用。第四十二頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日1kmABt碰撞t=2

A檢測(cè)到發(fā)生碰撞t=

B發(fā)送數(shù)據(jù)B檢測(cè)到發(fā)生碰撞t=t=0單程端到端傳播時(shí)延記為

傳播時(shí)延對(duì)載波監(jiān)聽(tīng)的影響第四十三頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日1kmABt碰撞t=

B檢測(cè)到信道空閑發(fā)送數(shù)據(jù)t=

/2發(fā)生碰撞t=2

A檢測(cè)到發(fā)生碰撞t=

B發(fā)送數(shù)據(jù)B檢測(cè)到發(fā)生碰撞t=ABABABt=0A檢測(cè)到信道空閑發(fā)送數(shù)據(jù)ABt=0t=B檢測(cè)到發(fā)生碰撞停止發(fā)送STOPt=2

A檢測(cè)到發(fā)生碰撞STOPAB單程端到端傳播時(shí)延記為

第四十四頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日重要特性使用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)行雙向交替通信（半雙工通信）。每個(gè)站在發(fā)送數(shù)據(jù)之后的一小段時(shí)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(gè)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。第四十五頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日爭(zhēng)用期最先發(fā)送數(shù)據(jù)幀的站，在發(fā)送數(shù)據(jù)幀后至多經(jīng)過(guò)時(shí)間2（兩倍的端到端往返時(shí)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(shí)延2稱為爭(zhēng)用期，或碰撞窗口。經(jīng)過(guò)爭(zhēng)用期這段時(shí)間還沒(méi)有檢測(cè)到碰撞，才能肯定這次發(fā)送不會(huì)發(fā)生碰撞。第四十六頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日二進(jìn)制指數(shù)類型退避算法(truncatedbinaryexponentialtype)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(gè)隨機(jī)時(shí)間才能再發(fā)送數(shù)據(jù)。確定基本退避時(shí)間，一般是取為爭(zhēng)用期2。定義重傳次數(shù)k，k10，即

k=Min[重傳次數(shù),10]從整數(shù)集合[0,1,…,(2k

1)]中隨機(jī)地取出一個(gè)數(shù)，記為r。重傳所需的時(shí)延就是r倍的基本退避時(shí)間。當(dāng)重傳達(dá)16次仍不能成功時(shí)即丟棄該幀，并向高層報(bào)告。

第四十七頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日爭(zhēng)用期的長(zhǎng)度以太網(wǎng)取51.2s為爭(zhēng)用期的長(zhǎng)度。對(duì)于10Mb/s以太網(wǎng)，在爭(zhēng)用期內(nèi)可發(fā)送512bit，即64字節(jié)。以太網(wǎng)在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，若前64字節(jié)沒(méi)有發(fā)生沖突，則后續(xù)的數(shù)據(jù)就不會(huì)發(fā)生沖突。第四十八頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日最短有效幀長(zhǎng)如果發(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(cè)到?jīng)_突就立即中止發(fā)送，這時(shí)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(zhǎng)為64字節(jié)，凡長(zhǎng)度小于64字節(jié)的幀都是由于沖突而異常中止的無(wú)效幀。第四十九頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日強(qiáng)化碰撞當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)的站一旦發(fā)現(xiàn)發(fā)生了碰撞時(shí)：立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)；再繼續(xù)發(fā)送若干比特的人為干擾信號(hào)(jammingsignal)，以便讓所有用戶都知道現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)生了碰撞。

第五十頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日數(shù)據(jù)幀干擾信號(hào)TJ人為干擾信號(hào)ABTBtB發(fā)送數(shù)據(jù)A檢測(cè)到?jīng)_突開(kāi)始沖突信道占用時(shí)間A發(fā)送數(shù)據(jù)B也能夠檢測(cè)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(hào)。這里為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，只畫(huà)出A發(fā)送干擾信號(hào)的情況。第五十一頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日3.4.3以太網(wǎng)的

MAC

層

1.MAC

層的硬件地址

在局域網(wǎng)中，硬件地址又稱為物理地址，或MAC地址。802

標(biāo)準(zhǔn)所說(shuō)的“地址”嚴(yán)格地講應(yīng)當(dāng)是每一個(gè)站的“名字”或標(biāo)識(shí)符。但鑒于大家都早已習(xí)慣了將這種48位的“名字”稱為“地址”，所以本書(shū)也采用這種習(xí)慣用法，盡管這種說(shuō)法并不太嚴(yán)格。第五十二頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日48位的MAC地址IEEE的注冊(cè)管理機(jī)構(gòu)RA負(fù)責(zé)向廠家分配地址字段的前三個(gè)字節(jié)(即高位24位)。地址字段中的后三個(gè)字節(jié)(即低位24位)由廠家自行指派，稱為擴(kuò)展標(biāo)識(shí)符，必須保證生產(chǎn)出的適配器沒(méi)有重復(fù)地址。一個(gè)地址塊可以生成224個(gè)不同的地址。這種48位地址稱為MAC-48，它的通用名稱是EUI-48。“MAC地址”實(shí)際上就是適配器地址或適配器標(biāo)識(shí)符EUI-48。第五十三頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日適配器檢查MAC地址適配器從網(wǎng)絡(luò)上每收到一個(gè)MAC幀就首先用硬件檢查MAC幀中的MAC地址.如果是發(fā)往本站的幀則收下，然后再進(jìn)行其他的處理。否則就將此幀丟棄，不再進(jìn)行其他的處理?！鞍l(fā)往本站的幀”包括以下三種幀：?jiǎn)尾?unicast)幀（一對(duì)一）廣播(broadcast)幀（一對(duì)全體）多播(multicast)幀（一對(duì)多）第五十四頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日2.MAC

幀的格式常用的以太網(wǎng)MAC幀格式有兩種標(biāo)準(zhǔn)：DIXEthernetV2標(biāo)準(zhǔn)IEEE的802.3標(biāo)準(zhǔn)最常用的MAC幀是以太網(wǎng)V2的格式。第五十五頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日以太網(wǎng)MAC幀物理層MAC層前同步碼幀開(kāi)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(bào)MAC幀以太網(wǎng)的MAC

幀格式第五十六頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日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)46~1500IP數(shù)據(jù)報(bào)以太網(wǎng)V2的MAC幀格式目的地址字段6字節(jié)第五十七頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日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)46~1500IP數(shù)據(jù)報(bào)以太網(wǎng)V2的MAC幀格式源地址字段6字節(jié)第五十八頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日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)46~1500IP數(shù)據(jù)報(bào)以太網(wǎng)V2的MAC幀格式類型字段2字節(jié)類型字段用來(lái)標(biāo)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(gè)協(xié)議。第五十九頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日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)46~1500IP數(shù)據(jù)報(bào)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(zhǎng)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(zhǎng)度

第六十頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日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)46~1500IP數(shù)據(jù)報(bào)以太網(wǎng)V2的MAC幀格式FCS字段4字節(jié)當(dāng)傳輸媒體的誤碼率為1108時(shí)，MAC子層可使未檢測(cè)到的差錯(cuò)小于11014。當(dāng)數(shù)據(jù)字段的長(zhǎng)度小于46字節(jié)時(shí)，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(zhǎng)不小于64字節(jié)。第六十一頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日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)46~1500IP數(shù)據(jù)報(bào)以太網(wǎng)V2的MAC幀格式1010101010101010101010101010101011前同步碼幀開(kāi)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)中的第一個(gè)字段共7個(gè)字節(jié)，是前同步碼，用來(lái)迅速實(shí)現(xiàn)MAC幀的比特同步。第二個(gè)字段是幀開(kāi)始定界符，表示后面的信息就是MAC幀。為了達(dá)到比特同步，在傳輸媒體上實(shí)際傳送的要比MAC幀還多8個(gè)字節(jié)第六十二頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日數(shù)據(jù)字段的長(zhǎng)度與長(zhǎng)度字段的值不一致；幀的長(zhǎng)度不是整數(shù)個(gè)字節(jié)；用收到的幀檢驗(yàn)序列FCS查出有差錯(cuò)；數(shù)據(jù)字段的長(zhǎng)度不在46~1500字節(jié)之間。有效的MAC幀長(zhǎng)度為64~1518字節(jié)之間。對(duì)于檢查出的無(wú)效MAC幀就簡(jiǎn)單地丟棄。以太網(wǎng)不負(fù)責(zé)重傳丟棄的幀。無(wú)效的MAC幀第六十三頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日幀間最小間隔為9.6s，相當(dāng)于96bit的發(fā)送時(shí)間。一個(gè)站在檢測(cè)到總線開(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。幀間最小間隔第六十四頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日3.3分類的IP地址

1.IP地址及其表示方法

我們把整個(gè)因特網(wǎng)看成為一個(gè)單一的、抽象的網(wǎng)絡(luò)。IP地址就是給每個(gè)連接在因特網(wǎng)上的主機(jī)（或路由器）分配一個(gè)在全世界范圍是唯一的32位的標(biāo)識(shí)符。IP地址現(xiàn)在由因特網(wǎng)名字與號(hào)碼指派公司ICANN(InternetCorporationforAssignedNamesandNumbers)進(jìn)行分配第六十五頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日IP地址的編址方法分類的IP地址。這是最基本的編址方法，在1981年就通過(guò)了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。子網(wǎng)的劃分。這是對(duì)最基本的編址方法的改進(jìn)，其標(biāo)準(zhǔn)[RFC950]在1985年通過(guò)。構(gòu)成超網(wǎng)。這是比較新的無(wú)分類編址方法。1993年提出后很快就得到推廣應(yīng)用。第六十六頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日分類IP地址每一類地址都由兩個(gè)固定長(zhǎng)度的字段組成，其中一個(gè)字段是網(wǎng)絡(luò)號(hào)net-id，它標(biāo)志主機(jī)（或路由器）所連接到的網(wǎng)絡(luò)，而另一個(gè)字段則是主機(jī)號(hào)host-id，它標(biāo)志該主機(jī)（或路由器）。兩級(jí)的IP地址可以記為：IP地址::={<網(wǎng)絡(luò)號(hào)>,<主機(jī)號(hào)>}(4-1)::=代表“定義為”第六十七頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日net-id24位host-id24位net-id16位net-id8位IP地址中的網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段和主機(jī)號(hào)字段0A類地址host-id16位B類地址C類地址011host-id8位D類地址1

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0多播地址E類地址保留為今后使用1

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101第六十八頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日net-id24位host-id24位net-id16位net-id8位IP地址中的網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段和主機(jī)號(hào)字段0A類地址host-id16位B類地址C類地址011host-id8位D類地址1

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0多播地址E類地址保留為今后使用1

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101A類地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段net-id為1字節(jié)第六十九頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日net-id24位host-id24位net-id16位net-id8位IP地址中的網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段和主機(jī)號(hào)字段0A類地址host-id16位B類地址C類地址011host-id8位D類地址1

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0多播地址E類地址保留為今后使用1

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01B類地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段net-id為2字節(jié)第七十頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日net-id24位host-id24位net-id16位net-id8位IP地址中的網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段和主機(jī)號(hào)字段0A類地址host-id16位B類地址C類地址011host-id8位D類地址1

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0多播地址E類地址保留為今后使用1

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101C類地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段net-id為3字節(jié)第七十一頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日net-id24bithost-id24位net-id16位net-id8位IP地址中的網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段和主機(jī)號(hào)字段0A類地址host-id16位B類地址C類地址011host-id8位D類地址1

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0多播地址E類地址保留為今后使用1

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101A類地址的主機(jī)號(hào)字段host-id為3字節(jié)第七十二頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日net-id24位host-id24位net-id16位net-id8位IP地址中的網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段和主機(jī)號(hào)字段0A類地址host-id16位B類地址C類地址011host-id8位D類地址1

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0多播地址E類地址保留為今后使用1

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101B類地址的主機(jī)號(hào)字段host-id為2字節(jié)第七十三頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日net-id24位host-id24位net-id16位net-id8位IP地址中的網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段和主機(jī)號(hào)字段0A類地址host-id16位B類地址C類地址011host-id8位D類地址1

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0多播地址E類地址保留為今后使用1

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101C類地址的主機(jī)號(hào)字段host-id為1字節(jié)第七十四頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日net-id24位host-id24位net-id16bitnet-id8位IP地址中的網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段和主機(jī)號(hào)字段0A類地址host-id16位B類地址C類地址011host-id8位D類地址1

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101D類地址是多播地址

第七十五頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日net-id24位host-id24位net-id16bitnet-id8位IP地址中的網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段和主機(jī)號(hào)字段0A類地址host-id16位B類地址C類地址011host-id8位D類地址1

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101E類地址保留為今后使用

第七十六頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日點(diǎn)分十進(jìn)制記法10000000000010110000001100011111機(jī)器中存放的IP地址是32位二進(jìn)制代碼10000000000010110000001100011111每隔8位插入一個(gè)空格能夠提高可讀性采用點(diǎn)分十進(jìn)制記法則進(jìn)一步提高可讀性128.11.3.31128

11331將每8位的二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)第七十七頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日2.常用的三種類別的IP地址IP地址的使用范圍

網(wǎng)絡(luò)最大第一個(gè)最后一個(gè)每個(gè)網(wǎng)絡(luò)類別網(wǎng)絡(luò)數(shù)可用的可用的中最大的網(wǎng)絡(luò)號(hào)網(wǎng)絡(luò)號(hào)主機(jī)數(shù)A126(27–2)112616,777,214B16,383(214

1)128.1191.25565,534C2,097,151(2211)192.0.1223.255.255254第七十八頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日3.4IP地址與硬件地址TCP報(bào)文IP數(shù)據(jù)報(bào)MAC幀應(yīng)用層數(shù)據(jù)首部首部尾部首部鏈路層及以下使用硬件地址硬件地址網(wǎng)絡(luò)層及以上使用IP地址IP地址第七十九頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日HA1HA5HA4HA3HA6主機(jī)H1主機(jī)H2路由器R1硬件地址路由器R2HA2IP1IP2局域網(wǎng)局域網(wǎng)局域網(wǎng)通信的路徑H1→經(jīng)過(guò)R1轉(zhuǎn)發(fā)→再經(jīng)過(guò)R2轉(zhuǎn)發(fā)→H2查找路由表查找路由表第八十頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日HA1HA5HA4HA3HA6主機(jī)H1主機(jī)H2路由器R1硬件地址路由器R2HA2IP1IP2局域網(wǎng)局域網(wǎng)局域網(wǎng)IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主機(jī)H1主機(jī)H2路由器R1IP層上的互聯(lián)網(wǎng)MAC幀IP2IP4IP3IP5路由器R2IP1→IP2IP1→IP2IP1→IP2從HA1到HA3從HA4到HA5從HA6到HA2MAC幀MAC幀IP數(shù)據(jù)報(bào)從協(xié)議棧的層次上看數(shù)據(jù)的流動(dòng)第八十一頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日HA1HA5HA4HA3HA6主機(jī)H1主機(jī)H2路由器R1硬件地址路由器R2HA2IP1IP2局域網(wǎng)局域網(wǎng)局域網(wǎng)IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主機(jī)H1主機(jī)H2路由器R1IP層上的互聯(lián)網(wǎng)MAC幀IP2IP4IP3IP5路由器R2IP1→IP2IP1→IP2IP1→IP2從HA1到HA3從HA4到HA5從HA6到HA2MAC幀MAC幀IP數(shù)據(jù)報(bào)從虛擬的IP層上看IP數(shù)據(jù)報(bào)的流動(dòng)第八十二頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主機(jī)H1主機(jī)H2路由器R1IP層上的互聯(lián)網(wǎng)MAC幀IP2IP4IP3IP5路由器R2IP1→IP2IP1→IP2IP1→IP2從HA1到HA3從HA4到HA5從HA6到HA2MAC幀MAC幀IP數(shù)據(jù)報(bào)在IP層抽象的互聯(lián)網(wǎng)上只能看到IP數(shù)據(jù)報(bào)圖中的IP1→IP2表示從源地址IP1到目的地址IP2

兩個(gè)路由器的IP地址并不出現(xiàn)在IP數(shù)據(jù)報(bào)的首部中第八十三頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主機(jī)H1主機(jī)H2路由器R1IP層上的互聯(lián)網(wǎng)MAC幀IP2IP4IP3IP5路由器R2IP1→IP2IP1→IP2IP1→IP2從HA1到HA3從HA4到HA5從HA6到HA2MAC幀MAC幀IP數(shù)據(jù)報(bào)路由器只根據(jù)目的站的IP地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)進(jìn)行路由選擇第八十四頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主機(jī)H1主機(jī)H2路由器R1IP層上的互聯(lián)網(wǎng)IP2IP4IP3IP5路由器R2IP1→IP2IP1→IP2IP1→IP2MAC幀從HA1到HA3從HA4到HA5從HA6到HA2MAC幀MAC幀IP數(shù)據(jù)報(bào)在具體的物理網(wǎng)絡(luò)的鏈路層只能看見(jiàn)MAC幀而看不見(jiàn)IP數(shù)據(jù)報(bào)第八十五頁(yè)，共九十五頁(yè)，2022年，8月28日IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主機(jī)H1主機(jī)H2路由器R1IP層上的互聯(lián)網(wǎng)IP2IP4IP3IP5路由器R2IP1→IP2IP1→IP2IP