第三章数据链路层下

1、1教学内容：教学内容：3.5 ppp协议协议3.6 以太网以太网 第3章 数据链路层2广域网概述 广域网简称wan，是在一个广泛范围内建立的计算机通信网 广域网是一种跨地区的数据通讯网络，使用电信运营商提供的设备作为信息传输平台 广域网主要用来将距离较远的局域网彼此连接起来局域网局域网局域网3广域网连接主要技术广域网连接主要技术 点到点连接点到点连接 通过分组交换方式的连接通过分组交换方式的连接packet switching4典型的典型的wlan封装协议封装协议5page5ppp在tcp/ip协议栈中的位置iptcpudphttpftptftpsnmpethernetpppfrbit6ppp

2、协议简介ppp协议是在协议是在slip的基础上发展起来的的基础上发展起来的ppp协议是数据链路层协议，位于第二层协议是数据链路层协议，位于第二层物理层可以是同步电路或异步电路物理层可以是同步电路或异步电路接入服务器接入服务器ppp 封装pstn网7ppp的组成ppp协议主要由链路控制协议（协议主要由链路控制协议（lcp）、网）、网络控制协议族（络控制协议族（ncps）和用于网络安全方面）和用于网络安全方面的验证协议族（的验证协议族（pap和和chap）组成。）组成。ppptcp/ipnovell ipxppp 用ncp 提供对多种网络协议的支持lcp用于创建和维护链路8ppp协议栈物理层链路层

3、网络层物理介质（同步 / 异步） 验证；其他选项 lcp ipcp ipxcp 其他 ncp 网络控制协议 ip ipx 其他网络协议9page91.协议概述与数据封装协议概述与数据封装2.链路控制协议（链路控制协议（lcp）3.ppp的认证协议的认证协议4.网络层控制协议（网络层控制协议（ncp）10page10ppp数据帧protocol（2 bytes）informationpadding（可选）protocol举例0 x0021ip数据包padding（可选）0 xc021lcppadding（可选）0 x8021ip控制协议（ipcp）padding（可选）最大总长度称为mru11高

4、级数据链路控制高级数据链路控制hdlc 面向比特面向比特 透明传输零比特填充法透明传输零比特填充法 运行于同步串行线路运行于同步串行线路地址地址标志标志控制控制信息信息帧校验帧校验标志标志12page12串行链路上发送串行链路上发送ppp数据帧数据帧flag01111110address11111111control00000011ppp数据帧数据帧fcs16 bitsflag01111110遵循遵循hdlc标准标准遵循遵循hdlc标准标准protocol（2 bytes）informationpadding（可选）（可选）13透明传输问题透明传输问题 当当 ppp 用在用在异步传输异步传输时

5、，就使用一种时，就使用一种特特殊字符填充法殊字符填充法。 当当 ppp 用在用在同步传输同步传输链路时，协议规定链路时，协议规定采用硬件来完成比特填充采用硬件来完成比特填充零比特填零比特填充充。 14差错检测差错检测uppp不提供使用序号和确认的可不提供使用序号和确认的可靠传输。靠传输。u使用帧检验序列使用帧检验序列 fcs 来保证无差来保证无差错接受。错接受。15page151.协议概述与数据封装协议概述与数据封装2.链路控制协议（链路控制协议（lcp）3.ppp的认证协议的认证协议4.网络层控制协议（网络层控制协议（ncp）16page16lcp协商的常用链路参数协商的常用链路参数参数名称

6、参数名称功能描述功能描述协商规则协商规则默认值默认值最大接收单元最大接收单元mruppp数据帧中数据帧中information字段和字段和padding字段的总字段的总长度长度使用两端设置的较小使用两端设置的较小的值的值1500认证协议认证协议认证对端使用的认证协议认证对端使用的认证协议被认证方必须支持认被认证方必须支持认证方使用的认证协议证方使用的认证协议并正确配置，否则协并正确配置，否则协商不成功商不成功不认证不认证魔术字魔术字magic-number魔术字为一个随机产生的魔术字为一个随机产生的数字，用于检测链路环路，数字，用于检测链路环路，如果收到的如果收到的lcp报文中的报文中的魔术字

7、和本地产生的魔术魔术字和本地产生的魔术字相同，则认为链路有环字相同，则认为链路有环路路一端支持而另一端不一端支持而另一端不支持，表示链路无环支持，表示链路无环路，认为协商成功；路，认为协商成功；两端都支持则使用检两端都支持则使用检测机制检测环路测机制检测环路启用启用17page17lcp链路层协商使用的报文总结链路层协商使用的报文总结报文类型报文类型功能描述功能描述configure-request包含发送者试图与对端建立连接时，包含发送者试图与对端建立连接时，使用的参数列表使用的参数列表configure-ack表示完全接受对端发送的表示完全接受对端发送的configure-request的

8、参数取值的参数取值configure-nak表示对端发送的表示对端发送的configure-request中的参数取值在本地不合法中的参数取值在本地不合法configure-reject表示对端发送的表示对端发送的configure-request中的参数本地不能识别中的参数本地不能识别18page18lcp链路参数协商过程协商成链路参数协商过程协商成功功s1/0s1/0/30/30rtbrtapppconfigure-requestconfigure-ack19ppp协商过程协商过程confreqconfack我的配置中：我的配置中：我的最大接收我的最大接收单

9、元：单元：1500字字节节收到对方的配置收到对方的配置信息如果都能认信息如果都能认可回可回confack，状态变为状态变为acksent收到收到confack后后状态转为状态转为ackrecv就用就用1500字字节的节的mru20page20lcp链路参数协商过程参数协链路参数协商过程参数协商不成功商不成功s1/0s1/0/30/30rtbrtapppconfigure-requestconfigure-nakconfigure-request（修改参数取值）（修改参数取值）21ppp协商过程confreqconfnak我的配置中：希望用pap验证你收到对方的配

10、置信息对认识的但认为不理想的内容回confnak用chap好吗22page22lcp链路参数协商过程参数不链路参数协商过程参数不能识别能识别s1/0s1/0/30/30rtbrtapppconfigure-requestconfigure-rejectconfigure-request（删除某些参数）（删除某些参数）23page23lcp关闭连接关闭连接s1/0s1/0/30/30rtbrtapppterminate-requestterminate-ack24page24lcp检测链路状态检测链路状态s1/0s1/010.1.1

11、.1/30/30rtbrtapppecho-requestecho-reply25page25目目 录录1.协议概述与数据封装协议概述与数据封装2.链路控制协议（链路控制协议（lcp）3.ppp的认证协议的认证协议4.网络层控制协议（网络层控制协议（ncp）26pap 验证验证pap是两次握手验证协议，口令以明是两次握手验证协议，口令以明文传送，被验证方首先发起验证请求。文传送，被验证方首先发起验证请求。被验证方被验证方主验证方主验证方用户名密码用户名密码通过通过/拒绝拒绝27chap 验证验证chap是三次握手验证协议，不发送是三次握手验证协议，不发送口令，主验证方首先发起验

12、证请求，口令，主验证方首先发起验证请求，安全性比安全性比pap高。高。被验证方被验证方主验证方主验证方主机主机名名加密后报文加密后报文通过通过/拒绝拒绝主机主机名名随机报文随机报文28page28目目 录录1.协议概述与数据封装协议概述与数据封装2.链路控制协议（链路控制协议（lcp）3.ppp的认证协议的认证协议4.网络层控制协议（网络层控制协议（ncp）29page29常用常用ncp概述概述协议名称协议名称用途用途ipcp用于协商控制用于协商控制ip参数，使参数，使ppp可用于传输可用于传输ip数据包数据包mplscpmplscp用于协商控制用于协商控制mplscpmplscp协议协议参数

13、，使参数，使ppp可用于传输可用于传输mplscpmplscp数据包数据包30page30使用使用ipcp协商协商ip地址静态配置地址静态配置s0s0/30/30rtbrtapppconfigure-request（）configure-ackconfigure-request（）configure-ack31page31使用使用ipcp协商协商ip地址动态协商地址动态协商s0s0请求分配请求分配/30rtbrtapppconfigure-request（）configure-nak（

14、）configure-request（）configure-ackconfigure-request（）configure-ack32ppp 协议的工作过程协议的工作过程 当用户拨号接入当用户拨号接入 isp 时，路由器的调制时，路由器的调制解调器对拨号做出确认，并建立一条物解调器对拨号做出确认，并建立一条物理连接。理连接。pc 机向路由器发送一系列的机向路由器发送一系列的 lcp 分组分组如验证信息。如验证信息。这些分组及其响应选择一些这些分组及其响应选择一些 ppp 参数，参数，和进行网络层配置，和进行网络层配置，ncp 给新接入的给新接入的 pc机分配一个

15、临时的机分配一个临时的 ip 地址，使地址，使 pc 机成为因特网上的一个主机。机成为因特网上的一个主机。通信完毕时，通信完毕时，ncp 释放网络层连接，收释放网络层连接，收回原来分配出去的回原来分配出去的 ip 地址。地址。接着，接着，lcp 释放数据链路层连接。最后释放数据链路层连接。最后释放的是物理层的连接。释放的是物理层的连接。 33pppoe(以太网上的ppp)pdsl中常用的协议中常用的协议p以太网与拨号网络之以太网与拨号网络之间的中继协议间的中继协议34page34总总 结结 ppp有几个协议组件？有几个协议组件？ lcp链路层参数协商所使用的报文有几种？链路层参数协商所使用的报

16、文有几种？ chap认证方式需要交互几次报文？认证方式需要交互几次报文？ ipcp协商的参数主要是什么？协商的参数主要是什么？35教学内容：教学内容：3.5 ppp协议协议3.6 以太网以太网 第3章 数据链路层36使用使用广播信道广播信道的数据链路层的数据链路层1、广播信道的特点？、广播信道的特点？2、在局域网、在局域网(以太网以太网)的链路层中三个基本的链路层中三个基本问题是如何解决的？问题是如何解决的？ （封装、透明传输、封装、透明传输、差错检测差错检测）mac帧、同步定界符、帧、同步定界符、crcp问题问题1 1：373.3.1 局域网局域网的数据链路层的数据链路层 局域网最主要的特点

17、是：网络为一个单位所拥局域网最主要的特点是：网络为一个单位所拥有，且地理范围和站点数目均有限。有，且地理范围和站点数目均有限。 目前最常用的局域网络目前最常用的局域网络以太网以太网(ethernet) 38（1）局域网的拓扑）局域网的拓扑 广播信道广播信道匹配电阻集线器干线耦合器总线网星形网树形网 环形网39局域网使用的传输媒体局域网使用的传输媒体 双绞线双绞线 局域网的主流媒体局域网的主流媒体 光纤光纤 数据率很高时数据率很高时40（2）媒体共享技术）媒体共享技术广播信道广播信道 静态划分信道静态划分信道 频分复用频分复用 时分复用时分复用 波分复用波分复用 码分复用码分复用 动态媒体接入控

18、制（动态媒体接入控制（多点接入多点接入） 随机接入随机接入碰撞检测碰撞检测 受控接入受控接入 如令牌或轮询如令牌或轮询 41（3）以太网）以太网两个标准两个标准 dix ethernet v2 是世界上第一个以太网是世界上第一个以太网的规约的规约1982。（梅特卡夫、包交换网络形式、（梅特卡夫、包交换网络形式、csma/cd） ieee 的的 802.3 标准标准1983。 严格说来，严格说来，“以太网以太网”应当是指符合应当是指符合 dix ethernet v2 标准的局域网。标准的局域网。 二者只有很小的差别，因此可以将二者只有很小的差别，因此可以将 802.3 局域网简称为局域网简称为

19、“以太网以太网”。42ieee802系列标准43（4）两个子层）两个子层 为了适应多种局域网标准，为了适应多种局域网标准，802 委员会将局委员会将局域网的数据链路层拆成两个子层：域网的数据链路层拆成两个子层： 逻辑链路控制逻辑链路控制 llc (logical link control)子子层层 媒体接入控制媒体接入控制 mac (medium access control)子层。子层。n实际上，一般不考虑实际上，一般不考虑 llc 子层子层443.4.1以太网概述以太网概述局域网对局域网对 llc 子层是透明的子层是透明的 局 域 网网络层物理层站点 1网络层物理层逻辑链路控制llcllc

20、媒体接入控制macmac数据链路层站点 245以后一般不考虑以后一般不考虑 llc 子层子层 由于由于 tcp/ip 体系经常使用的局域网是体系经常使用的局域网是 dix ethernet v2 而不是而不是 802.3 标准中标准中的几种局域网，因此现在的几种局域网，因此现在 802 委员会委员会制定的逻辑链路控制子层制定的逻辑链路控制子层 llc（即（即 802.2 标准）的作用已经不大了。标准）的作用已经不大了。 很多厂商生产的适配器上就仅装有很多厂商生产的适配器上就仅装有 mac 协议而没有协议而没有 llc 协议。协议。 46（5）适配器的作用）适配器的作用 网络接口板又称为网络接口

21、板又称为通信适配器通信适配器(adapter)或或网络接口卡网络接口卡 nic (network interface card)，或，或“网卡网卡”。 47 适配器的重要功能：适配器的重要功能：进行串行进行串行/ /并行转换。并行转换。对数据进行缓存，速率匹配。对数据进行缓存，速率匹配。安装设备驱动程序，通过操作系统与存储器等设备协调工作。安装设备驱动程序，通过操作系统与存储器等设备协调工作。实现以太网协议。实现以太网协议。硬件地址至局域网适配器（网卡）串行通信cpu 和存储器生成发送的数据处理收到的数据把帧发送到局域网从局域网接收帧计算机ip 地址bus并行通信48rj-45接口接口 tra

22、nsformer（隔离变压器）（隔离变压器） phy芯片芯片 mac芯片芯片 eeprom bootrom插槽插槽 wol接头接头 晶振晶振 电压转换芯片电压转换芯片 led指示灯指示灯49 mac 地址地址48 位位 前前三个字节三个字节ieee 的的注册管理机构注册管理机构 ra 分配给厂家。分配给厂家。 如：如：00-00-0c (hex) cisco systems, inc. ； 00-01-02 (hex) 3com corporation； 00-18-82 (hex) huawei technologies co. 后后三个字节三个字节由厂家自行指派，称为由厂家自行指派，称为扩

23、展扩展标识符标识符，必须保证生产出的适配器没有重复，必须保证生产出的适配器没有重复地址。地址。（6）mac 层的硬件地址层的硬件地址 n“mac地址地址”=适配器地址适配器地址=硬件地址硬件地址=物理地址物理地址50（6） mac 层的硬件地址层的硬件地址 在局域网中，在局域网中，硬件地址硬件地址又称为又称为物理地址物理地址，或，或 mac 地址地址。 513.4.2 csma/cd协议协议 最早的以太网是将许多计算机都连接到一根总线上。最早的以太网是将许多计算机都连接到一根总线上。 总线的特点：总线的特点：当一台计算机发送数据时，总线上的所有计算当一台计算机发送数据时，总线上的所有计算机都能

24、检测到这个数据。这是机都能检测到这个数据。这是广播通信广播通信方式。方式。 如何实现一对一通信：如何实现一对一通信： 每一台计算机拥有一个与其他计算机都不同的地址。在发送每一台计算机拥有一个与其他计算机都不同的地址。在发送数据帧时，在帧的首部写明接收站的地址。数据帧时，在帧的首部写明接收站的地址。 当数据帧中的目的地址与收到数据帧的计算机的地址一致时，当数据帧中的目的地址与收到数据帧的计算机的地址一致时，该计算机才能接收这个数据帧，适配器对不是发给自己的数该计算机才能接收这个数据帧，适配器对不是发给自己的数据帧就丢弃。据帧就丢弃。52一对一通信一对一通信 c d a e匹配电阻（用来吸收总线上

25、传播的信号）匹配电阻不接受不接受不接受接受b只有 d 接受b 发送的数据主机主机b要和主机要和主机d通信通信533.4.2 csma/cd协议协议 为了通信的简便以太网采取了两种重要的为了通信的简便以太网采取了两种重要的措施措施 :1.采用较为灵活的采用较为灵活的无连接无连接的工作方式，即不必先的工作方式，即不必先建立连接就可以直接发送数据。建立连接就可以直接发送数据。 以太网对发送以太网对发送的数据帧的数据帧不进行编号，也不要求对方发回确认。不进行编号，也不要求对方发回确认。 这样做的理由是局域网信道的质量很好，因信道质这样做的理由是局域网信道的质量很好，因信道质量产生差错的概率是很小的。量

26、产生差错的概率是很小的。 54以太网提供的服务以太网提供的服务 以太网提供的服务是不可靠的交付，即尽最大努以太网提供的服务是不可靠的交付，即尽最大努力的交付。力的交付。 有有检错的功能检错的功能，当目的站收到有差错的数据帧时当目的站收到有差错的数据帧时就丢弃此帧，其他什么也不做。差错的纠正由高就丢弃此帧，其他什么也不做。差错的纠正由高层来决定。层来决定。 如果高层发现丢失了一些数据而进行重传，但以如果高层发现丢失了一些数据而进行重传，但以太网并不知道这是一个重传的帧，而是当作一个太网并不知道这是一个重传的帧，而是当作一个新的数据帧来发送。新的数据帧来发送。553.4.2 csma/cd协议协议

27、2.以太网发送的数据都使用曼彻斯特以太网发送的数据都使用曼彻斯特(manchester)编码编码 基带数字信号曼彻斯特编码 码元1111100000出现电平转换缺点：所占用的带宽比原始的基带信号增加了一倍，缺点：所占用的带宽比原始的基带信号增加了一倍，因为每秒传送的码元数加倍了。因为每秒传送的码元数加倍了。563.4.2 csma/cd协议协议 如何协调总线上各计算机的工作？如何协调总线上各计算机的工作？ 总线上只要有一台计算机在发送数据，总总线上只要有一台计算机在发送数据，总线上的传输资源就被占用。线上的传输资源就被占用。 在同一时间只能允许一台计算机发送信息在同一时间只能允许一台计算机发送

28、信息，否则各计算机之间就会互相干扰，结果大否则各计算机之间就会互相干扰，结果大家的数据都无法正常发送数据。家的数据都无法正常发送数据。 以太网的协调方法是使用一种特殊的协议以太网的协调方法是使用一种特殊的协议csma/cd，它是，它是载波监听多点接入载波监听多点接入/碰撞检测碰撞检测。573.4.2 csma/cd协议协议 csma/cd 表示表示 carrier sense multiple access with collision detection，载波监听多点接入载波监听多点接入/碰碰撞检测。撞检测。 “多点接入多点接入”：说明这是总线型网络，：说明这是总线型网络，许多计算机许多计算

29、机以多点接入的方式连接在一根总线上。以多点接入的方式连接在一根总线上。 “载波监听载波监听”是指每一个站在发送数据之前先要检是指每一个站在发送数据之前先要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据，如果测一下总线上是否有其他计算机在发送数据，如果有，则暂时不要发送数据，以免发生碰撞。有，则暂时不要发送数据，以免发生碰撞。 总线上并没有什么总线上并没有什么“载波载波”。因此，。因此， “载波监听载波监听”就是用就是用电子技术检测总线上有没有其他计算机发送的数据信号。电子技术检测总线上有没有其他计算机发送的数据信号。 583.4.2 csma/cd协议协议 “碰撞检测碰撞检测”就是计算机边发送数据边

30、检测信道上的就是计算机边发送数据边检测信道上的信号电信号电压压的变化情况，以判断自己在发送数据时其他站是否也在发的变化情况，以判断自己在发送数据时其他站是否也在发送数据。送数据。 当几个站同时在总线上发送数据时，总线上的信号电压摆动当几个站同时在总线上发送数据时，总线上的信号电压摆动值将会增大（互相叠加）。值将会增大（互相叠加）。 当一个站检测到的信号电压摆动值超过一定的门限值时，就当一个站检测到的信号电压摆动值超过一定的门限值时，就认为总线上至少有两个站同时在发送数据，表明产生了碰撞。认为总线上至少有两个站同时在发送数据，表明产生了碰撞。 所谓所谓“碰撞碰撞”就是发生了冲突。因此就是发生了冲

31、突。因此“碰撞检测碰撞检测”也称为也称为“冲突检测冲突检测”。59检测到碰撞后检测到碰撞后 在发生碰撞时，总线上传输的信号产生了严重在发生碰撞时，总线上传输的信号产生了严重的失真，无法从中恢复出有用的信息来。的失真，无法从中恢复出有用的信息来。 每一个正在发送数据的站，一旦发现总线上出每一个正在发送数据的站，一旦发现总线上出现了碰撞，就要立即停止发送，免得继续浪费现了碰撞，就要立即停止发送，免得继续浪费网络资源，然后等待一段随机时间后再次发送。网络资源，然后等待一段随机时间后再次发送。603.4.2 csma/cd协议协议 当某个站监听到总线是空闲时，也可能总线并非真当某个站监听到总线是空闲时

32、，也可能总线并非真正是空闲的。正是空闲的。 因为电磁波在总线上的有限传播速率的影响。因为电磁波在总线上的有限传播速率的影响。 a 向向 b 发出的信息，要经过一定的时间后才能传送发出的信息，要经过一定的时间后才能传送到到 b。 b 若在若在 a 发送的信息到达发送的信息到达 b 之前发送自己的帧之前发送自己的帧(因因为这时为这时 b 的载波监听检测不到的载波监听检测不到 a 所发送的信息所发送的信息)，则必然要在某个时间和则必然要在某个时间和 a 发送的帧发生碰撞。发送的帧发生碰撞。 碰撞的结果是两个帧都变得无用碰撞的结果是两个帧都变得无用。 61传播时延对载波监听的影响 1 kmabt碰撞t

33、 = 2 a 检测到发生碰撞 t = b 发送数据b 检测到发生碰撞 t = t = 0单程端到端传播时延记为 621 kmabt碰撞t = b 检测到信道空闲发送数据t = / 2发生碰撞t = 2 a 检测到发生碰撞 t = b 发送数据b 检测到发生碰撞 t = ababab t = 0 a 检测到信道空闲发送数据abt = 0t = b 检测到发生碰撞停止发送stopt = 2 a 检测到发生碰撞stopab单程端到端传播时延记为 63重要特性重要特性 使用使用 csma/cd 协议的以太网不能进行全双协议的以太网不能进行全双工通信而只能进行双向交替通信（半双工通工通信而只能进行双向交

34、替通信（半双工通信）。信）。 每个站在发送数据之后的一小段时间内，存每个站在发送数据之后的一小段时间内，存在着遭遇碰撞的可能性。在着遭遇碰撞的可能性。 这种这种发送的不确定性发送的不确定性使整个以太网的平均通使整个以太网的平均通信量远小于以太网的最高数据率。信量远小于以太网的最高数据率。64争用期争用期 最先发送数据帧的站，在发送数据帧后至多最先发送数据帧的站，在发送数据帧后至多经过时间经过时间 2 （两倍的端到端往返时延）（两倍的端到端往返时延）就就可知道发送的数据帧是否遭受了碰撞可知道发送的数据帧是否遭受了碰撞。 以太网的端到端往返时延以太网的端到端往返时延 2 称为称为争用期争用期，或或

35、碰撞窗口碰撞窗口。 经过争用期这段时间还没有检测到碰撞，才经过争用期这段时间还没有检测到碰撞，才能肯定这次发送不会发生碰撞。能肯定这次发送不会发生碰撞。65争用期的长度争用期的长度 以太网取以太网取 51.2 s 为争用期的长度。为争用期的长度。 对于对于 10 mb/s 以太网，在争用期内可发以太网，在争用期内可发送送512 bit，即，即 64 字节。字节。 以太网在发送数据时，若前以太网在发送数据时，若前 64 字节没有字节没有发生冲突，则后续的数据就不会发生冲发生冲突，则后续的数据就不会发生冲突。突。66最短有效帧长最短有效帧长 如果发生冲突，就一定是在发送的前如果发生冲突，就一定是在

36、发送的前 64 字节之内。字节之内。 由于一检测到冲突就立即中止发送，由于一检测到冲突就立即中止发送，这时已经发送出去的数据一定小于这时已经发送出去的数据一定小于 64 字节。字节。 以太网规定了最短有效帧长为以太网规定了最短有效帧长为 64 字节，字节，凡长度小于凡长度小于 64 字节的帧都是由于冲突字节的帧都是由于冲突而异常中止的而异常中止的无效帧无效帧。 67截断二进制指数退避算法截断二进制指数退避算法 (truncated binary exponential type) 发生碰撞的站在停止发送数据后，要推迟（退避）一个发生碰撞的站在停止发送数据后，要推迟（退避）一个随随机时间机时间才

37、能再发送数据。才能再发送数据。 确定基本退避时间，一般是取为争用期确定基本退避时间，一般是取为争用期 2 。 重传应退后的时间就是重传应退后的时间就是 r 倍的争用期，倍的争用期， r是从整数集合是从整数集合0,1, (2k 1)中随机取出的一个数。中随机取出的一个数。 定义参数定义参数k ，k 10，即，即 k = min重传次数重传次数, 10 (3-2) 当重传达当重传达 16 次仍不能成功时即丢弃该帧，并向高层报次仍不能成功时即丢弃该帧，并向高层报告。告。68截断二进制指数退避算法截断二进制指数退避算法 举例举例 如果第一次发生碰撞：如果第一次发生碰撞： n = 1 k = min1,

38、10 = 1 r = 0, 1 延迟时间延迟时间 = 0, 51.2 us 其中任取一值其中任取一值69截断二进制指数退避算法截断二进制指数退避算法 举例举例 如果第二次发生碰撞：如果第二次发生碰撞： n = 2 k = min2,10 = 2 r = 0, 1, 2, 3 延迟时间延迟时间 = 0, 51.2 us, 102.4 us, 153.6 us 其中任取一值其中任取一值70截断二进制指数退避算法截断二进制指数退避算法 举例举例 如果第三次发生碰撞：如果第三次发生碰撞： n = 3 k = min3,10 = 3 r = 0, 1, 2, 3,4,5,6,7 延迟时间延迟时间 = 0

39、, 51.2 us, 102.4 us,153.6 us,204.8us,256us,307.2us,358.4us 其中任其中任取一值取一值71强化碰撞强化碰撞 当发送数据的站一旦发现发生了碰撞时：当发送数据的站一旦发现发生了碰撞时：立即停止发送数据；立即停止发送数据；再继续发送若干比特的人为干扰信号再继续发送若干比特的人为干扰信号(jamming signal)，以便让所有用户都知，以便让所有用户都知道现在已经发生了碰撞。道现在已经发生了碰撞。72数据帧干扰信号 tjabtbt b 发送数据a 检测到冲突开始冲突信道占用时间a 发送数据b 也能够检测到冲突，并立即停止发送数据帧，接着就发送

40、干扰信号。这里为了简单起见，只画出 a 发送干扰信号的情况。 人为干扰信号人为干扰信号 73帧间最小间隔帧间最小间隔 帧间最小间隔为帧间最小间隔为 9.6 s，相当于，相当于 96 bit 的发送时的发送时间。间。 一个站在检测到总线开始空闲后，还要等待一个站在检测到总线开始空闲后，还要等待 9.6 s 才能再次发送数据。才能再次发送数据。 这样做是为了使刚刚收到数据帧的站的接收缓存这样做是为了使刚刚收到数据帧的站的接收缓存来得及清理，做好接收下一帧的准备。来得及清理，做好接收下一帧的准备。 74站点装配帧并准备发站点装配帧并准备发送送侦听信道侦听信道忙忙否？否？启动发送并检测冲启动发送并检测

41、冲突突冲突否？冲突否？发送完成发送完成？发送冲突加强信发送冲突加强信号号冲突次数增冲突次数增1冲突次数冲突次数16？计算随机延迟时间计算随机延迟时间等待等待 回退时间回退时间后再次启动后再次启动发送发送发送成功发送成功发送失败发送失败ynynnyyn工作原理归结：工作原理归结： 先听后发、边先听后发、边听边发、冲突停止听边发、冲突停止、随机延迟后重发、随机延迟后重发75使用集线器的星形拓扑使用集线器的星形拓扑 传统以太网最初是使用粗同轴电缆，后来演传统以太网最初是使用粗同轴电缆，后来演进到使用比较便宜的细同轴电缆，最后发展进到使用比较便宜的细同轴电缆，最后发展为使用更便宜和更灵活的双绞线。为使

42、用更便宜和更灵活的双绞线。 这种以太网采用星形拓扑，在星形的中心则这种以太网采用星形拓扑，在星形的中心则增加了一种可靠性非常高的设备，叫做集线增加了一种可靠性非常高的设备，叫做集线器器(hub) 76使用集线器的双绞线以太网使用集线器的双绞线以太网 集线器两对双绞线站点rj-45 插头77使用集线器的星型拓扑使用集线器的星型拓扑 19901990年年ieeeieee制定出星型以太网制定出星型以太网10base-t10base-t的标准的标准802.3i802.3i。 “10”10”代表代表10 mbit/s10 mbit/s的数据传输速率。的数据传输速率。 basebase表示连接线上的信号是

43、基带信号。表示连接线上的信号是基带信号。 t t代表双绞线。代表双绞线。 ieee802.3ieee802.3制定的标准制定的标准10base-f10base-f系列，系列，f f代表光纤，代表光纤，它主要用作集线器之间的远程连接。它主要用作集线器之间的远程连接。78以太网在局域网中的统治地位以太网在局域网中的统治地位 10base-t 的通信距离稍短，每个站到集线器的的通信距离稍短，每个站到集线器的距离不超过距离不超过 100 m。 这种这种 10 mb/s 速率的无屏蔽双绞线星形网的出现，速率的无屏蔽双绞线星形网的出现，既降低了成本，又提高了可靠性。既降低了成本，又提高了可靠性。 10ba

44、se-t 双绞线以太网的出现，是局域网发展双绞线以太网的出现，是局域网发展史上的一个非常重要的里程碑，它为以太网在局史上的一个非常重要的里程碑，它为以太网在局域网中的统治地位奠定了牢固的基础。域网中的统治地位奠定了牢固的基础。 79集线器的一些特点集线器的一些特点 集线器是使用电子器件来模拟实际电缆线的工作，因此集线器是使用电子器件来模拟实际电缆线的工作，因此整个系统仍然像一个传统的以太网那样运行。整个系统仍然像一个传统的以太网那样运行。 使用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网，各站共享逻辑上使用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网，各站共享逻辑上的总线，使用的还是的总线，使用的还是csma

45、/cd协议。协议。 10base-t以太网又称为星以太网又称为星形总线或盒中总线。形总线或盒中总线。 集线器很像一个多接口的转发器，工作在物理层，某个集线器很像一个多接口的转发器，工作在物理层，某个端口收到工作站发来的比特时，不进行碰撞检测，只把端口收到工作站发来的比特时，不进行碰撞检测，只把该比特向所有其他端口转发该比特向所有其他端口转发。 集线器采用专门的芯片，进行集线器采用专门的芯片，进行自适应串音回波抵消自适应串音回波抵消。可可使接口转发出去的较强信号不致对该接口收到的较弱信使接口转发出去的较强信号不致对该接口收到的较弱信号产生干扰。每个比特在转发之前还要进行整形并重新号产生干扰。每个

46、比特在转发之前还要进行整形并重新定时。定时。80具有三个接口的集线器具有三个接口的集线器集线器网卡工作站网卡工作站网卡工作站双绞线abc冲突冲突81以太网的信道利用率以太网的信道利用率 以太网是总线型的网络，通信方式是广播通以太网是总线型的网络，通信方式是广播通信。信。 假定一个假定一个10mbit/s10mbit/s以太网同时有以太网同时有1010个站在工个站在工作，那么每个站所能发送数据的平均速率似作，那么每个站所能发送数据的平均速率似乎应当是总数据率的乎应当是总数据率的1/101/10。其实不然，因为。其实不然，因为多个站在以太网上同时工作就可能会发生碰多个站在以太网上同时工作就可能会发

47、生碰撞。当发生碰撞时，信道资源实际上是被浪撞。当发生碰撞时，信道资源实际上是被浪费了。费了。823.4.4 以太网的信道利用率以太网的信道利用率 以太网的信道被占用的情况：以太网的信道被占用的情况： 争用期长度为争用期长度为 2 ，即端到端传播时延的，即端到端传播时延的两倍。检测到碰撞后不发送干扰信号。两倍。检测到碰撞后不发送干扰信号。 帧长为帧长为 l (bit)，数据发送速率为数据发送速率为 c (b/s)，因而帧的发送时间为因而帧的发送时间为 l/c = t0 (s)。 833.4.4 以太网的信道利用率以太网的信道利用率 一个帧从开始发送，经可能发生的碰撞后，将再重一个帧从开始发送，经

48、可能发生的碰撞后，将再重传数次，到发送成功且信道转为空闲传数次，到发送成功且信道转为空闲(即再经过时即再经过时间间 使得信道上无信号在传播使得信道上无信号在传播)时为止，是发送一时为止，是发送一帧所需的平均时间。帧所需的平均时间。发 送 成 功 争用期 争用期 争用期 22 2 t0t占用期 发生碰撞 发送一帧所需的平均时间84 要提高以太网的信道利用率，就必须减小要提高以太网的信道利用率，就必须减小 与与 t t0 0 之比。之比。 在以太网中定义了参数在以太网中定义了参数 a a，它是以太网单程端到端，它是以太网单程端到端时延时延 与帧的发送时间与帧的发送时间 t t0 0 之比：之比：

49、(3-3) a0 表示一发生碰撞就立即可以检测出来，并立表示一发生碰撞就立即可以检测出来，并立即即 停止发送，因而信道利用率很高。停止发送，因而信道利用率很高。 a 越大，表明争用期所占的比例增大，每发生一次越大，表明争用期所占的比例增大，每发生一次碰撞就浪费许多信道资源，使得信道利用率明显降碰撞就浪费许多信道资源，使得信道利用率明显降低。低。 参数参数 a 0ta85对以太网参数的要求 当数据率一定时，以太网的连线的长度当数据率一定时，以太网的连线的长度受到限制，否则受到限制，否则 的数值会太大。的数值会太大。 以太网的帧长不能太短，否则以太网的帧长不能太短，否则 t0 的值会的值会太小，使

50、太小，使 a 值太大。值太大。86信道利用率的最大值信道利用率的最大值 smax 在在理想化理想化的情况下，以太网上的各站发送数据都不会产的情况下，以太网上的各站发送数据都不会产生碰撞（这显然已经不是生碰撞（这显然已经不是 csma/cd，而是需要使用一，而是需要使用一种特殊的调度方法），即总线一旦空闲就有某一个站立种特殊的调度方法），即总线一旦空闲就有某一个站立即发送数据。即发送数据。 发送一帧占用线路的时间是发送一帧占用线路的时间是 t0 + ，而帧本身的发送时，而帧本身的发送时间是间是 t0。于是我们可计算出理想情况下的极限信道利用。于是我们可计算出理想情况下的极限信道利用率率 smax

51、为：为： (3-4) 只有当参数只有当参数a远小于远小于1才能得到尽可能高的极限信道利用才能得到尽可能高的极限信道利用率。率。atts1100max87以太网的以太网的mac层层1.mac层的硬件地址层的硬件地址 在局域网中，在局域网中，硬件地址硬件地址又称为又称为物理地址物理地址，或，或 mac 地址地址是指固化在网络适配器的是指固化在网络适配器的rom中中的的48位全球唯一的地址。位全球唯一的地址。 802 标准所说的标准所说的“地址地址”严格地讲应当是每严格地讲应当是每一个站的一个站的“名字名字”或或标识符标识符。 硬件地址一般用硬件地址一般用12位十六进制数表示，两位位十六进制数表示，

52、两位一组，组间用连字符隔开。一组，组间用连字符隔开。 如：如：18-a9-05-36-87-81 。88网卡上的硬件地址网卡上的硬件地址 路由器路由器00-00-a2-a4-2c-0220-60-8c-c7-75-2a08-00-20-47-1f-e4 20-60-8c-11-d2-f6路由器由于同时连接到两个网络上，路由器由于同时连接到两个网络上，因此它有两块网卡和两个硬件地址。因此它有两块网卡和两个硬件地址。 1a-24-f6-54-1b-0e8948位的位的mac地址地址 硬件地址的前硬件地址的前3个字节构成的号（地址块）由生产适配个字节构成的号（地址块）由生产适配器的厂家向注册管理机构

53、器的厂家向注册管理机构ra购买，购买，正式名称是正式名称是组织唯组织唯一标识符一标识符oui oui ，通常也叫做公司标识符。，通常也叫做公司标识符。 地址字段中的后地址字段中的后3 3个字节（即低位个字节（即低位2424位）则是由厂家自位）则是由厂家自行指派，称为行指派，称为扩展标识符扩展标识符, ,必须保证生产出的适配器没必须保证生产出的适配器没有重复地址。有重复地址。90ip地址地址 icannicann（the internet corporation for the internet corporation for assigned names and numbersassigned

54、 names and numbers）互联网名称与数）互联网名称与数字地址分配机构是一个非营利性的国际组织，成字地址分配机构是一个非营利性的国际组织，成立于立于19981998年年1010月，是一个集合了全球网络界商业、月，是一个集合了全球网络界商业、技术及学术各领域专家的非营利性国际组织，负技术及学术各领域专家的非营利性国际组织，负责互联网协议（责互联网协议（ipip）地址的空间分配、协议标识）地址的空间分配、协议标识符的指派、通用顶级域名（符的指派、通用顶级域名（gtldgtld）以及国家和地）以及国家和地区顶级域名（区顶级域名（cctldcctld）系统的管理、以及根服务）系统的管理、以

55、及根服务器系统的管理。器系统的管理。 ispisp ipip地址存储在电脑的存储器中，可以改变。地址存储在电脑的存储器中，可以改变。91网卡检查网卡检查 mac 地址地址 网卡从网络上每收到一个网卡从网络上每收到一个 mac 帧就首先用硬件检查帧就首先用硬件检查 mac 帧中的帧中的 mac 地址地址. 如果是发往本站的帧则收下，然后再进行其他的处理。如果是发往本站的帧则收下，然后再进行其他的处理。 否则就将此帧丢弃，不再进行其他的处理。否则就将此帧丢弃，不再进行其他的处理。 “发往本站的帧发往本站的帧”包括以下三种帧：包括以下三种帧： 单播单播(unicast)帧（一对一）帧（一对一） 广播

56、广播(broadcast)帧（一对全体）帧（一对全体）(全全1地址地址) 多播多播(multicast)帧（一对多）帧（一对多）923.4.5 以太网的以太网的mac层层2.mac 帧的格式帧的格式 常用的以太网常用的以太网mac帧格式有两种标准帧格式有两种标准 ：dix ethernet v2 标准标准ieee 的的 802.3 标准标准ieee (institute of electrical and electronics engineers )美国电气和电子美国电气和电子工程师协会工程师协会 最常用的最常用的 mac 帧是帧是以太网以太网 v2 的格式的格式。93以太网的 mac 帧格

57、式 以太网 mac 帧物理层mac层10101010101010 10101010101010101011前同步码帧开始定界符7 字节1 字节8 字节插入ip层目的地址 源地址类型数 据fcs6624字节46 1500ip 数据报mac 帧94以太网的 mac 帧格式 mac 帧物理层mac 层ip 层目的地址源地址类型数 据fcs6624字节46 1500ip 数据报目的地址字段 6 字节95以太网的 mac 帧格式 mac 帧物理层mac 层ip 层目的地址源地址类型数 据fcs6624字节46 1500ip 数据报源地址字段 6 字节96以太网以太网 v2 的的 mac 帧格式帧格式ma

58、c 帧物理层mac 层ip 层目的地址源地址类型数 据fcs6624字节46 1500ip 数据报类型字段 2 字节类型字段用来标志上一层使用的是什么协议，以便把收到的 mac 帧的数据上交给上一层的这个协议。 当类型字段的值是0 x0800时，表示上层使用的是ip数据报。 当类型字段的值是当类型字段的值是0 x8137时，表示上层使用的是时，表示上层使用的是ipx数据报。数据报。 97以太网以太网 v2 的的 mac 帧格式帧格式mac 帧物理层mac 层ip 层目的地址源地址类型数 据fcs6624字节46 1500ip 数据报数据字段 46 1500 字节数据字段的正式名称是 mac 客

59、户数据字段最小长度 64 字节 18 字节的首部和尾部 = 数据字段的最小长度 当数据字段的长度小于 46 字节时，应在数据字段的后面加入整数字节的填充字段，以保证以太网的 mac 帧长不小于 64 字节。 98以太网以太网 v2 的的 mac 帧格式帧格式mac 帧物理层mac 层ip 层目的地址源地址类型数 据fcs6624字节46 1500ip 数据报fcs 字段 4 字节当传输媒体的误码率为 110-8 时，mac 子层可使未检测到的差错小于 110-14。 99以太网以太网 v2 的的 mac 帧格式帧格式mac 帧物理层mac 层ip 层目的地址源地址类型数 据fcs6624字节4

60、6 1500ip 数据报10101010101010 10101010101010101011前同步码帧开始定界符7 字节1 字节8 字节插入在帧的前面插入的 8 字节中的第一个字段共 7 个字节，是前同步码，用来迅速实现 mac 帧的比特同步。第二个字段是帧开始定界符，表示后面的信息就是mac 帧。 为了达到比特同步，在传输媒体上实际传送的要比 mac 帧还多 8 个字节1003.4.5 以太网的以太网的mac层层 在以太网在以太网v2的的mac帧格式中，其首部并没有帧格式中，其首部并没有一个帧长度。那么一个帧长度。那么mac子层又怎样知道从接子层又怎样知道从接收到的以太网帧中取出多少字节的