第5章数据链路层(3)

1、5.7 广域网广域网广域网（广域网（WAN）并没有严格的定义。通常是指覆盖）并没有严格的定义。通常是指覆盖范围很广范围很广(远远超过一个城市的范围远远超过一个城市的范围)的长距离网络，的长距离网络，一般都是由电信公司所拥有。一般都是由电信公司所拥有。 5.7.1 广域网的基本概念广域网的基本概念广域网（广域网（WAN）通常覆盖很大的物理范围，它能连接多个城）通常覆盖很大的物理范围，它能连接多个城市或国家并能提供远距离通信，相距较远的局域网通过路由器市或国家并能提供远距离通信，相距较远的局域网通过路由器与广域网相连组成了一个范围很广的互联网。广域网一般使用与广域网相连组成了一个范围很广的互联网。

2、广域网一般使用结点交换机连接各主机，交换机一般采用点到点之间的专用线结点交换机连接各主机，交换机一般采用点到点之间的专用线路连接。路连接。广域网一般最多包括广域网一般最多包括OSI参考模型的下三层参考模型的下三层，网络层提供的服，网络层提供的服务有虚电路和数据报服务，数据链路层协议有务有虚电路和数据报服务，数据链路层协议有PPP、HDLC和和帧中继等，帧中继等，PPP协议占有绝对优势。协议占有绝对优势。常用的广域网有公用电话交换网常用的广域网有公用电话交换网PSTN、分组交换网、分组交换网X.25、帧、帧中继中继FR和异步传输模式和异步传输模式ATM等。等。 北京化工大学北方学院信息院北京化工

3、大学北方学院信息院 http:/5.7.2点对点点对点PPP协议协议 北京化工大学北方学院信息院北京化工大学北方学院信息院 http:/用户拨号入网的示意图 路由器调制解调器调制解调器因特网服务提供者(ISP)用户家庭拨号电话线 使用 TCP/IP 的 PPP 连接使用 TCP/IP 的 客户进程路由选择 进程至因特网PC 机北京化工大学北方学院信息院北京化工大学北方学院信息院 http:/5.7.2 点对点点对点PPP协议协议 PPPPPP的特性的特性 北京化工大学北方学院信息院北京化工大学北方学院信息院 http:/PPP协议有三个组成部分 一个将 IP 数据报封装到串行链路的方法。 链路

4、控制协议 LCP (Link Control Protocol)。 网络控制协议 NCP (Network Control Protocol)。 PPPPPP的组成的组成 5.7.2 点对点点对点PPP协议协议 北京化工大学北方学院信息院北京化工大学北方学院信息院 http:/PPPPPP的组成的组成 5.7.2 点对点点对点PPP协议协议 北京化工大学北方学院信息院北京化工大学北方学院信息院 http:/PPP 有一个 2 个字节的协议字段。 当协议字段为 0 x0021 时，PPP 帧的信息字段就是IP 数据报。 若为 0 xC021, 则信息字段是 PPP 链路控制数据。 若为 0 x8

5、021，则表示这是网络控制数据。 IP 数据报1211字节12不超过 1500 字节PPP 帧先发送7EFF03FACFCSF7E协议信 息 部 分首部尾部1. PPP1. PPP的帧格式的帧格式 5.7.2 点对点点对点PPP协议协议 标志字段标志字段 F = 0 x7E （符号（符号“0 x”表示后表示后面的字符是用十六进面的字符是用十六进制表示。十六进制的制表示。十六进制的 7E 的二进制表示是的二进制表示是 01111110）地址字段地址字段 A 只置为只置为 0 xFF。地址字段实际。地址字段实际上并不起作用上并不起作用控制字段控制字段 C 通常置为通常置为 0 x03透明传输问题

6、当当 PPP 用在同步传输链路时，协议规定采用用在同步传输链路时，协议规定采用硬件来完成比特填充（和硬件来完成比特填充（和 HDLC 的做法一的做法一样）。样）。 当当 PPP 用在异步传输时，就使用一种特殊的用在异步传输时，就使用一种特殊的字符填充法字符填充法。 字符填充 将信息字段中出现的每一个将信息字段中出现的每一个 0 x7E 字节转变成为字节转变成为 2 字节序列字节序列(0 x7D, 0 x5E)。 若信息字段中出现一个若信息字段中出现一个 0 x7D 的字节的字节, 则将其转则将其转变成为变成为 2 字节序列字节序列(0 x7D, 0 x5D)。若信息字段中出现若信息字段中出现

7、ASCII 码的控制字符（即数码的控制字符（即数值小于值小于 0 x20 的字符），则在该字符前面要加入的字符），则在该字符前面要加入一个一个 0 x7D 字节，同时将该字符的编码加以改变。字节，同时将该字符的编码加以改变。 零比特填充 PPP 协议用在协议用在 SONET/SDH 链路时，是使用链路时，是使用同步传输（一连串的比特连续传送）。这时同步传输（一连串的比特连续传送）。这时 PPP 协议采用零比特填充方法来实现透明传协议采用零比特填充方法来实现透明传输。输。在发送端，只要发现有在发送端，只要发现有 5 个连续个连续 1，则立即填，则立即填入一个入一个 0。接收端对帧中的比特流进行扫

8、描。接收端对帧中的比特流进行扫描。每当发现每当发现 5 个连续个连续1时，就把这时，就把这 5 个连续个连续 1 后后的一个的一个 0 删除，删除，0 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信息字段中出现了和信息字段中出现了和标志字段标志字段 F 完全一样完全一样的的 8 比特组合比特组合发送端在发送端在 5 个连个连 1 之后之后填入填入 0 比特再发送出去比特再发送出去在接收端把在接收端把 5 个连个连 1之后的之后的 0 比特

9、删除比特删除会被误认为是标志字段会被误认为是标志字段 F 发送端填入发送端填入 0 比特比特接收端删除填入的接收端删除填入的 0 比特比特零比特填充零比特填充北京化工大学北方学院信息院北京化工大学北方学院信息院 http:/当用户拨号接入当用户拨号接入 ISP ISP 时，路由器的调制解调器对拨号做出确认，时，路由器的调制解调器对拨号做出确认，并建立一条物理连接。并建立一条物理连接。PC PC 机向路由器发送一系列的机向路由器发送一系列的 LCP LCP 分组（封装成多个分组（封装成多个 PPP PPP 帧），帧），这些这些LCPLCP包主要用于协商所用的包主要用于协商所用的PPPPPP参数以

10、及网络层协议。参数以及网络层协议。通信双方通过通信双方通过LCPLCP包来配置网络层，包来配置网络层，NCP NCP 给新接入的给新接入的 PCPC机分配一机分配一个临时的个临时的 IP IP 地址，使地址，使 PC 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 NCP 释放网络层连接，收回原来分配出去的释放网络层连接，收回原来分配出去的 IP IP 地地址。址。发送发送LCPLCP包，包， 释放数据链路层连接。释放数据链路层连接。PCPC机挂断电话，断开与机挂断电话，断开与ISPISP服务器的物理连接。服务器的物理连接。 2 PPP2 PPP通信过

11、程通信过程 5.7.2 点对点点对点PPP协议协议 北京化工大学北方学院信息院北京化工大学北方学院信息院 http:/PPP 协议的状态图 建立失败失败NCP 配置鉴别成功通信结束载波停止检测到 载波双方协商一些选项鉴别网络打开终止静止北京化工大学北方学院信息院北京化工大学北方学院信息院 http:/ 1974年，年，IBM 公司推出了面向比特的规程公司推出了面向比特的规程SDLC (Synchronous Data Link Control)。 后来后来 ISO 把把 SDLC 修改后称为修改后称为 HDLC (High-level Data Link Control)，译为高级数据链路控制

12、，作为国，译为高级数据链路控制，作为国际标准际标准ISO 3309。 CCITT 则将则将 HDLC 再修改后称为链路接入规程再修改后称为链路接入规程 LAP (Link Access Procedure)。不久，。不久，HDLC 的新版本又把的新版本又把 LAP 修改为修改为 LAPB，“B”表示平衡型表示平衡型(Balanced)，所，所以以 LAPB 叫做链路接入规程叫做链路接入规程(平衡型平衡型)。 5.7.3 高级数据链路控制（高级数据链路控制（HDLC）协议）协议1. HDLC1. HDLC的基本知识的基本知识北京化工大学北方学院信息院北京化工大学北方学院信息院 http:/7.2

13、 高级数据链路控制（高级数据链路控制（HDLC）协议）协议1 HDLC1 HDLC的基本知识的基本知识北京化工大学北方学院信息院北京化工大学北方学院信息院 http:/7.2 高级数据链路控制（高级数据链路控制（HDLC）协议）协议1 HDLC1 HDLC的基本知识的基本知识北京化工大学北方学院信息院北京化工大学北方学院信息院 http:/7.2 高级数据链路控制（高级数据链路控制（HDLC）协议）协议北京化工大学北方学院信息院北京化工大学北方学院信息院 http:/7.2 高级数据链路控制（高级数据链路控制（HDLC）协议）协议5.7.3 HDLC协议协议 HDLC协议的帧格式如图协议的帧格

14、式如图5.25所示。所示。 图图5.25 HDLC 的帧结构的帧结构标志字段标志字段 F (Flag) 为为 6 个连续个连续 1 加上两边各一个加上两边各一个 0 共共 8 bit。在接收端只要找到标志字段就可确定一个帧的位置。在接收端只要找到标志字段就可确定一个帧的位置。 5.7.3 HDLC协议协议 零比特填充法零比特填充法。HDLC HDLC 采用零比特填充法使一帧中两个采用零比特填充法使一帧中两个 F F 字字段之间不会出现段之间不会出现 6 6 个连续个连续 1 1。 在发送端，当一串比特流数据在发送端，当一串比特流数据中有中有 5 5 个连续个连续 1 1 时，就立即填入一个时，

15、就立即填入一个 0 0。 在接收帧时，先找在接收帧时，先找到到 F F 字段以确定帧的边界。接着再对比特流进行扫描。每当发字段以确定帧的边界。接着再对比特流进行扫描。每当发现现 5 5 个连续个连续 1 1 时，就将其后的一个时，就将其后的一个 0 0 删除，以还原成原来的删除，以还原成原来的比特流。比特流。 采用零比特填充法就可传送任意组合的比特流，或者说，就可采用零比特填充法就可传送任意组合的比特流，或者说，就可实现数据链路层的透明传输。实现数据链路层的透明传输。 当连续传输两个帧时，前一个帧当连续传输两个帧时，前一个帧的结束标志字段的结束标志字段 F F 可以兼作后一帧的起始标志字段。可

16、以兼作后一帧的起始标志字段。 当暂时没当暂时没有信息传送时，可以连续发送标志字段，使收端可以一直和发端有信息传送时，可以连续发送标志字段，使收端可以一直和发端保持同步。保持同步。 信息字段信息字段InfoInfo是网络层的用户数据。是网络层的用户数据。地址字段地址字段 A A 是是 8 bit8 bit。全。全“1”1”为广播地址，全为广播地址，全“0”0”为无效地为无效地址。址。帧检验序列帧检验序列 FCS FCS 字段共字段共 16 bit16 bit。所检验的范围是从地址字段。所检验的范围是从地址字段的第一个比特起，到信息字段的最末一个比特为止。的第一个比特起，到信息字段的最末一个比特为

17、止。 控制字段控制字段 C C 共共 8 bit8 bit，是最复杂的字段。，是最复杂的字段。HDLC HDLC 的许多重要功的许多重要功能都靠控制字段来实现。能都靠控制字段来实现。 北京化工大学北方学院信息院北京化工大学北方学院信息院 http:/两种操作方式：正常响应方式和异步平衡方式两种操作方式：正常响应方式和异步平衡方式3 HDLC3 HDLC的协议操作的协议操作 7.2 高级数据链路控制（高级数据链路控制（HDLC）协议）协议数据传输数据传输UA(B,F=1)UA(B,F=1)SNRM(B,P=1)SNRM(B,P=1)DISC(B,P=1)DISC(B,P=1)UA(B,F=1)U

18、A(B,F=1)主站主站(A)(A)主站建链主站建链主站拆链主站拆链从站拆链从站拆链从站建链从站建链从站从站(B)(B)数据传输数据传输UA(B,F=1)UA(B,F=1)SNRM(B,P=1)SNRM(B,P=1)DISC(B,P=1)DISC(B,P=1)UA(B,F=1)UA(B,F=1)组合站组合站(A)(A)A A站建链站建链A A站拆链站拆链B B站拆链站拆链B B站建链站建链组合站组合站(B)(B)多点链路中数据链路的建立和拆除过程多点链路中数据链路的建立和拆除过程点到点链路中数据链路的建立和拆除过程点到点链路中数据链路的建立和拆除过程5.7.4 ATM网络基本原理网络基本原理

19、异步传输模式（异步传输模式（ATMATM）的标准最初是的标准最初是2020世纪世纪8080年代中期发展年代中期发展起来的，其目标是设计一种单一的能够适合于传输实时音频起来的，其目标是设计一种单一的能够适合于传输实时音频与视频以及文本、电子邮件和图像文件的网络技术。与视频以及文本、电子邮件和图像文件的网络技术。实际应用中，实际应用中，ATMATM主要用于电话和主要用于电话和IPIP网络，如提供链路层技网络，如提供链路层技术以连接术以连接IPIP路由器。路由器。异步传输模式异步传输模式ATMATM是建立在电路交换和分组交换基础上的一是建立在电路交换和分组交换基础上的一种种面向连接的快速分组交换技术

20、面向连接的快速分组交换技术，它是一种它是一种转换模式转换模式（即传（即传输方式），在这一模式中信息被组织成信元（输方式），在这一模式中信息被组织成信元（CellCell）。）。由于每一个用户发送的由于每一个用户发送的ATMATM信元在每一时分复用帧中的信元在每一时分复用帧中的相对位置并不是固定不变的，从这个意义上说，这种传相对位置并不是固定不变的，从这个意义上说，这种传输是异步的。输是异步的。5.7.4 ATM网络基本原理网络基本原理1.ATM1.ATM交换具有以下特点：交换具有以下特点：（1 1）采用统计时分复用（异步时分复用）采用统计时分复用（异步时分复用）（2 2）以固定长度（）以固定长

21、度（5353字节）的信元为传输单位，响应时字节）的信元为传输单位，响应时间短间短 （3 3）采用面向连接并预约传输资源的方式工作）采用面向连接并预约传输资源的方式工作（4 4）在）在ATMATM网络内部取消逐段链路的差错控制和流量控网络内部取消逐段链路的差错控制和流量控制，而将这些工作推到了网络的边缘制，而将这些工作推到了网络的边缘（5 5）ATMATM支持综合业务支持综合业务5.7.4 ATM网络基本原理网络基本原理 2. ATM2. ATM协议模型协议模型 ATM ATM 网络中的网络元素有网络中的网络元素有ATM ATM 端点端点（又称为（又称为 ATM ATM 端系端系统）和统）和AT

22、M ATM 交换机交换机 ATM ATM 端点（又称为端点（又称为 ATM ATM 端系统）通过点到点链路与端系统）通过点到点链路与 ATM ATM 交换机相连。交换机相连。 ATM ATM 交换机是一个快速分组交换机（交换容量高达数交换机是一个快速分组交换机（交换容量高达数百百 Gb/sGb/s）。）。 5.7.4 ATM网络基本原理网络基本原理 2. ATM2. ATM协议模型协议模型ATMATM协议模型和协议模型和OSIOSI模型不完全一致，它主要处理物理层和模型不完全一致，它主要处理物理层和数据链路层问题，其协议分层如下图所示，数据链路层问题，其协议分层如下图所示，ATMATM整体体系

23、结整体体系结构组织成构组织成3 3层。层。5.7.4 ATM网络基本原理网络基本原理 2. ATM2. ATM协议模型协议模型AAL层负责将不同用户不同应用的数据分割成层负责将不同用户不同应用的数据分割成 48 字节字节长的数据块交给长的数据块交给 ATM 层。层。ATM层在有效净载荷层在有效净载荷48字节基础上加上字节基础上加上 5 字节的首部字节的首部后变成后变成 53 字节的信元，首部包含字节的信元，首部包含VPI和和VCI标识。标识。ATM层的主要功能是信元的复用与分用，信元层的主要功能是信元的复用与分用，信元VPI/VCI转换，转换，信元首部的产生和提取。信元首部的产生和提取。 5.

24、7.4 ATM网络基本原理网络基本原理 2. ATM2. ATM协议模型协议模型物理层实现信元流和比特流的转换，传输和接收比特流，物理层实现信元流和比特流的转换，传输和接收比特流，并执行并执行SONET/SDH标准。标准。SONET/SDH是一组有关光是一组有关光纤信道的同步数据传输的标准协议，基于时分多路复用纤信道的同步数据传输的标准协议，基于时分多路复用技术。在物理层，技术。在物理层，ATM的的53字节信元被异步插入到时分字节信元被异步插入到时分复用帧。复用帧。 ATM ATM 信元在信元在 ATM ATM 网络中传输时，一定是在某个特定的虚网络中传输时，一定是在某个特定的虚连接上按序传送

25、的。连接上按序传送的。 ATM ATM 信元的首部一定要有这个虚连接的标识符信元的首部一定要有这个虚连接的标识符 VPI/VCIVPI/VCI，以便惟一地标识该信元属于哪一个虚通路。以便惟一地标识该信元属于哪一个虚通路。 所有的所有的 VPI/VCI VPI/VCI 值只在每一段物理链路上具有惟一的值。值只在每一段物理链路上具有惟一的值。每经过一段链路，信元的每经过一段链路，信元的 VPI/VCI VPI/VCI 值都可能改变数值。值都可能改变数值。5.7.4 ATM网络基本原理网络基本原理端点端点A A通过通过ATMATM交换机交换信元的过程。交换机交换信元的过程。 A A和和B B是是AT

26、MATM端设备，具备三层结构；端设备，具备三层结构； X X、Y Y、Z Z是是ATMATM交换机，具有物理层和交换机，具有物理层和ATMATM两层结构。两层结构。 通过通过X X、Y Y、Z Z交换机端口的交换机端口的VPI/VCIVPI/VCI转换表，转换表，A A、B B间建立了一条虚间建立了一条虚电路。信元通过各交换机时，首部的电路。信元通过各交换机时，首部的VPI/VCIVPI/VCI发生改变。发生改变。 5.7.4 ATM网络基本原理网络基本原理5.8数据链路层设备数据链路层设备网卡网卡是计算机与局域网相互连接的唯一接口。是计算机与局域网相互连接的唯一接口。网桥和以太网交换机网桥和

27、以太网交换机是工作在数据链路层的设备。是工作在数据链路层的设备。 5.8.1网卡网卡计算机是通过网卡连接到局域网上的。计算机是通过网卡连接到局域网上的。网卡又称为网络接口卡（网卡又称为网络接口卡（Network Interface Card，NIC），也称），也称网络适配器网络适配器。网卡是计算机与局域网相互连接。网卡是计算机与局域网相互连接的唯一接口。无论是普通计算机还是高端服务器，只要连的唯一接口。无论是普通计算机还是高端服务器，只要连接到网络，就都必须拥有至少一块网卡。一台计算机也可接到网络，就都必须拥有至少一块网卡。一台计算机也可以同时安装两块或多块网卡。以同时安装两块或多块网卡。5.

28、8.1网卡网卡 网卡的功能网卡的功能 在网卡上有处理器和存储器。在网卡上有处理器和存储器。 网卡的一个功能就是实现数据的串行传输和并行传输的转换。网卡的一个功能就是实现数据的串行传输和并行传输的转换。5.8.1网卡网卡 由于网络上和计算机总线的数据率不同，网卡中由于网络上和计算机总线的数据率不同，网卡中存储器用存储器用来来进行缓存。进行缓存。网卡能够实现以太网协议网卡能够实现以太网协议。当计算机要发送当计算机要发送IP数据报到网络中，由协议栈把数据报到网络中，由协议栈把IP数据报向下数据报向下交给网卡，网卡将其封装为帧然后发送到局域网上去；交给网卡，网卡将其封装为帧然后发送到局域网上去；当网卡

29、收到有差错的帧时，就把这个帧丢弃而不必通知计算机。当网卡收到有差错的帧时，就把这个帧丢弃而不必通知计算机。当网卡收到正确的帧时，它使用中断来通知计算机并交给协议当网卡收到正确的帧时，它使用中断来通知计算机并交给协议栈中的网络层。栈中的网络层。当网卡接收和发送各种帧时使用自己的处理器，不使用计算机当网卡接收和发送各种帧时使用自己的处理器，不使用计算机的的CPU，CPU可以处理其他任务。可以处理其他任务。 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 帧帧中的中的 MAC 地址。如果是发往本站的帧则收下，然后再进行其地址。如果是发往本站的帧则收

30、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。他的处理。否则就将此帧丢弃，不再进行其他的处理。 5.8.1网卡网卡 网卡按其传输速率即带宽，可分为网卡按其传输速率即带宽，可分为10Mbps、100Mbps、1000Mbps；还有一种是；还有一种是10/100Mbps自适应网卡。自适应网卡。 10Mbps的速度太低已经不能满足当今发展趋势了，快速以的速度太低已经不能满足当今发展趋势了，快速以太网太网100Mbps的适用于现在大多数单个用户，而千兆以太的适用于现在大多数单个用户，而千兆以太网网1000mbps的适用于骨干网，而的适用于骨干网，而10/100mbps的是自适应的是自

31、适应网卡即可以同时有网卡即可以同时有10mbps和和100mbps的速率应用非常灵的速率应用非常灵活，上下兼容、左右逢源适用于网络不太稳定要求不是很活，上下兼容、左右逢源适用于网络不太稳定要求不是很高的网络。高的网络。5.8.1网卡网卡 2.查看网卡的查看网卡的MAC地址地址 在命令提示符下，输入命令在命令提示符下，输入命令“ipconfig/all”，可查看本机网，可查看本机网卡的卡的MAC地址地址 5.8.1网卡网卡3修改修改MAC地址地址 要修改要修改MAC地址，你可以通过硬件的方法实现，即利用网地址，你可以通过硬件的方法实现，即利用网卡厂家提供的修改程序来烧录网卡的卡厂家提供的修改程序

32、来烧录网卡的ROM，这样做虽然可，这样做虽然可行，但是风险很大、操作也复杂，难免在操作中出现错误。行，但是风险很大、操作也复杂，难免在操作中出现错误。 Windows安装的时候，会自动从网卡中读入安装的时候，会自动从网卡中读入MAC地址，把地址，把它存放在注册表中以备以后使用。当数据在网络中传输时，它存放在注册表中以备以后使用。当数据在网络中传输时，从网卡发出的数据包中要求有一个源从网卡发出的数据包中要求有一个源MAC地址，这个地址，这个MAC地址就是从注册表中读取的地址就是从注册表中读取的(并非从网卡中读取的并非从网卡中读取的)，因此只，因此只要你修改了注册表中的要你修改了注册表中的MAC地

33、址，就相当于改了网卡地址，就相当于改了网卡ROM中的中的MAC地址，两者实际效果是完全相同的。地址，两者实际效果是完全相同的。 （1）直接修改系统设置）直接修改系统设置 （2）改注册表）改注册表 5.8.2 网桥网桥 网桥是网桥是OSI参考模型中数据链路层的网络互连设备，也称为参考模型中数据链路层的网络互连设备，也称为数据链路层设备。数据链路层设备。最简单的网桥有两个端口。通最简单的网桥有两个端口。通过网桥连过网桥连接两个以太网后接两个以太网后，就成为覆盖范围更大的以太网。原来的，就成为覆盖范围更大的以太网。原来的每个以太网就称为一个网段。图每个以太网就称为一个网段。图5.37所示网桥的端口所

34、示网桥的端口1和端和端口口2连接了两个网段。连接了两个网段。5.8.2 网桥网桥 1.网桥的工作原理网桥的工作原理 网桥是通过内部的端口管理软件和网桥协议实体来完成操作网桥是通过内部的端口管理软件和网桥协议实体来完成操作的，网桥内部维护一张转发表。的，网桥内部维护一张转发表。 转发表也叫做转发数据库或路由目录。转发表也叫做转发数据库或路由目录。 网桥依靠转发表来转发帧。当收到一个帧时，就先将其暂存网桥依靠转发表来转发帧。当收到一个帧时，就先将其暂存在其缓存中；若接收到的帧出现差错，丢弃此帧；若接收到在其缓存中；若接收到的帧出现差错，丢弃此帧；若接收到的帧未出现差错，根据目标地址，查转发表，若为

35、仅在同一的帧未出现差错，根据目标地址，查转发表，若为仅在同一网段中通信的帧，不会被网桥转发到另一个网段去，否则，网段中通信的帧，不会被网桥转发到另一个网段去，否则，向对应的端口转发此帧。向对应的端口转发此帧。5.8.2 网桥网桥 网桥的功能是：网桥的功能是： 1）自学习）自学习形成网桥转发表形成网桥转发表 ； 2）过滤帧）过滤帧减轻局域网的负荷；减轻局域网的负荷； 3）转发帧）转发帧使不同的局域网互连扩大网络的物使不同的局域网互连扩大网络的物理范围。理范围。 5.8.2 网桥网桥 使用网桥具有如下的优点：使用网桥具有如下的优点： 1）过滤通信量，增大吞吐量。）过滤通信量，增大吞吐量。5.8.2

36、 网桥网桥 2）扩大物理范围，增加局域网上结点的数目。）扩大物理范围，增加局域网上结点的数目。 3）可使用不同的物理层、不同类型）可使用不同的物理层、不同类型MAC子层和不同速率的子层和不同速率的以太网。以太网。比如一个网段的物理层传输介质为同轴电缆，而另一个比如一个网段的物理层传输介质为同轴电缆，而另一个网段的物理层传输介质为非屏蔽双绞线。网段的物理层传输介质为非屏蔽双绞线。 4）提高了可靠性，性能得到改善。）提高了可靠性，性能得到改善。当网络出现故障时，一般只影响个别的网段。被网桥连当网络出现故障时，一般只影响个别的网段。被网桥连接的不同网段是同一个广播域，而每个网段又是一个独接的不同网段

37、是同一个广播域，而每个网段又是一个独立的冲突域，网桥能允许不同冲突域内的通信同时进行。立的冲突域，网桥能允许不同冲突域内的通信同时进行。因此在设计网络桥接时可以考虑将相互通讯较为频繁的因此在设计网络桥接时可以考虑将相互通讯较为频繁的主机连在同一个网段上，以提高网络性能。主机连在同一个网段上，以提高网络性能。5.8.2 网桥网桥 网桥缺点网桥缺点 比如：因为网桥要存储、转发和分析数据帧，这就增加比如：因为网桥要存储、转发和分析数据帧，这就增加了整个网络的延时。了整个网络的延时。 网桥没有流量控制功能，网络负载很重时网桥中的缓存网桥没有流量控制功能，网络负载很重时网桥中的缓存不够，会产生帧丢失的现

38、象。不够，会产生帧丢失的现象。 网桥只适合于用户数不多和通信量不太大的局域网，否网桥只适合于用户数不多和通信量不太大的局域网，否则有时会因为传播过多的广播信息而产生网络拥塞，即则有时会因为传播过多的广播信息而产生网络拥塞，即所谓的广播风暴。所谓的广播风暴。 5.8.2 网桥网桥 2.网桥网桥的类型的类型 网桥最重要的工作是构建和维护转发表。转发表中记录了不网桥最重要的工作是构建和维护转发表。转发表中记录了不同结点的物理地址与网桥转发端口的关系。没有转发表，网同结点的物理地址与网桥转发端口的关系。没有转发表，网桥没有办法确定是否需要转发，以及如何转发。网桥按照转桥没有办法确定是否需要转发，以及如

39、何转发。网桥按照转发表的建立方法可以分为透明网桥和源路由网桥。发表的建立方法可以分为透明网桥和源路由网桥。 （1）透明网桥（）透明网桥（Transparent Bridge） （2）源路由网桥（）源路由网桥（Source route Bridge）北京化工大学北方学院信息院北京化工大学北方学院信息院 http:/（1 1）透明网桥）透明网桥 透明网桥由网桥自己来决定路由选择，局域网上的各透明网桥由网桥自己来决定路由选择，局域网上的各节点不负责路由选择，网桥对局域网上的各节点是节点不负责路由选择，网桥对局域网上的各节点是“透明透明”的。的。 使用这种网桥，不需要改动硬件和软件，无需设置地使用这种

40、网桥，不需要改动硬件和软件，无需设置地址开关，无需装入路由表或参数。只须插入电缆就可址开关，无需装入路由表或参数。只须插入电缆就可以，现有以，现有LANLAN的运行完全不受网桥的任何影响。的运行完全不受网桥的任何影响。 北京化工大学北方学院信息院北京化工大学北方学院信息院 http:/（2 2）源路由选择网桥）源路由选择网桥 源路由选择的核心思想是假定每个帧的发送者源路由选择的核心思想是假定每个帧的发送者都知道接收者是否在同一局域网（都知道接收者是否在同一局域网（LANLAN）上。当发）上。当发送一帧到另外的网段时，源机器将目的地址的高位送一帧到另外的网段时，源机器将目的地址的高位设置成设置成

41、1 1作为标记。作为标记。 另外，它还在帧头加进此帧应走的实际路径。另外，它还在帧头加进此帧应走的实际路径。5.8.3 以太网交换机以太网交换机 1990年问世的年问世的交换式集线器交换式集线器(switching hub)，可明显的提，可明显的提高局域网的性能。交换式集线器也称为高局域网的性能。交换式集线器也称为以太网交换机以太网交换机(switch)或或第二层交换机第二层交换机。 网桥的端口数很少，一般只有网桥的端口数很少，一般只有2至至4个，而交换机通常都有个，而交换机通常都有十几个端口。十几个端口。以太网交换机实质上就是一个多端口网桥以太网交换机实质上就是一个多端口网桥。 交换机能够同

42、时连通许多对端口，每一对端口都能进行无碰交换机能够同时连通许多对端口，每一对端口都能进行无碰撞的传输数据。一般都具有多种速率的端口。撞的传输数据。一般都具有多种速率的端口。5.8.3 以太网交换机以太网交换机 早在早在10Mbps以太网时代，就出现了用交换机替代集线器的以太网时代，就出现了用交换机替代集线器的交换式以太网交换式以太网，以区别于以集线器为代表的，以区别于以集线器为代表的共享式以太网共享式以太网。 交换式以太网从改变中心集线器入手改进网络的通信质量，交换式以太网从改变中心集线器入手改进网络的通信质量，采用的关键设备是采用的关键设备是交换式集线器交换式集线器（switching hu

43、b），简称），简称为为“交换器交换器”（ 也就是交换机）。也就是交换机）。 交换式集线器与传统上使用的共享式集线器区别如下。交换式集线器与传统上使用的共享式集线器区别如下。 5.8.3 以太网交换机以太网交换机 （1）“共享介质共享介质”式的传统快速以太网式的传统快速以太网 符合符合10BASE-T标准的、基于标准的、基于“共享介质共享介质”工作原理的工作原理的集线器称为集线器称为“共享式集线器共享式集线器”。它的工作原理：它的工作原理： 建立在建立在“共享介质共享介质”基础上的，相应的媒体访问控制方法是基础上的，相应的媒体访问控制方法是CSMA/CD。 这些访问控制的方法保证了各节点能够公平

44、地使用传输介质。这些访问控制的方法保证了各节点能够公平地使用传输介质。如某共享式以太网络上的数据传输速率是如某共享式以太网络上的数据传输速率是10Mbps，当，当10个个节点同时使用时，每个节点平均分配的流通量就只有节点同时使用时，每个节点平均分配的流通量就只有1Mbps。如果节点数目继续增加，网络的传输速率和质量将更进一步如果节点数目继续增加，网络的传输速率和质量将更进一步下降。一个普通的下降。一个普通的16口口100BASE-T中央共享式中央共享式hub只能提供只能提供总共总共100Mbps的数据流通量。的数据流通量。 5.8.3 以太网交换机以太网交换机 （2）“交换式交换式”快速以太网

45、快速以太网 “交换式集线器（也就是交换机）交换式集线器（也就是交换机）”是交换式快速以太是交换式快速以太网上使用的中心控制设备。网上使用的中心控制设备。在交换式快速以太网中，可以通过在交换式快速以太网中，可以通过“交换式集线器交换式集线器”为为所有节点建立所有节点建立并行的并行的、独立的独立的和和专用带宽专用带宽的连接。不管的连接。不管有多少个节点，各节点均可以得到专用的带宽，整个网有多少个节点，各节点均可以得到专用的带宽，整个网络的带宽为各个节点专用带宽之和。络的带宽为各个节点专用带宽之和。 如某交换式以太网络上，使用一个如某交换式以太网络上，使用一个16口的口的10/100Mbps的的“交

46、换交换式集线器式集线器”（有两个（有两个100Mbps口，其他为口，其他为10Mbps口），当口），当16个个节点同时使用时，网络的传输速率应为（节点同时使用时，网络的传输速率应为（2100）Mbps+（1410）Mbps，网络的总流通量为，网络的总流通量为340Mbps。 一个交换式的一个交换式的16口口100Mbps的交换式集线器能提供的交换式集线器能提供16100Mbps（即（即1.6Gbps）的组合数据流通量。）的组合数据流通量。 5.8.3 以太网交换机以太网交换机 （2）“交换式交换式”快速以太网快速以太网 交换式快速以太网采用与传统交换式快速以太网采用与传统10Mbps以太网相同

47、的以太网相同的MAC层的媒体访问控制方法（层的媒体访问控制方法（CSMA/CD）。）。它的帧格式、帧长度、差错检测和控制、信息管理和控它的帧格式、帧长度、差错检测和控制、信息管理和控制均与制均与10BASE-T一致。一致。交换式快速以太网能够以不同的速度运行，并能与不同交换式快速以太网能够以不同的速度运行，并能与不同的物理层接口。的物理层接口。此外，交换机的种类繁多，用户使用不同的交换机可以此外，交换机的种类繁多，用户使用不同的交换机可以组成用户需要的各种交换式快速以太网。组成用户需要的各种交换式快速以太网。5.8.3 以太网交换机以太网交换机 利用交换机可以很方便地实现虚拟局域网利用交换机可

48、以很方便地实现虚拟局域网VLAN。 虚拟局域网虚拟局域网是是以局域网交换机为基础，通过交换机软件实现以局域网交换机为基础，通过交换机软件实现根据功能、部门、应用等因素将设备或用户组成虚拟工作组根据功能、部门、应用等因素将设备或用户组成虚拟工作组或逻辑网段的技术，其最大的特点是在组成逻辑网时无须考或逻辑网段的技术，其最大的特点是在组成逻辑网时无须考虑用户或设备在网络中的物理位置。虑用户或设备在网络中的物理位置。 VLAN可以在一个交换机或者跨交换机实现。可以在一个交换机或者跨交换机实现。1996年年3月，月，IEEE 802委员会发布了委员会发布了IEEE 802.1q VLAN标准。标准。虚拟

49、局域网是由一些局域网网段构成的与物理位置虚拟局域网是由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组，而这些网段具有某些共同的需求。无关的逻辑组，而这些网段具有某些共同的需求。每一个每一个VLAN的帧都有一个明确的标识符，指明发的帧都有一个明确的标识符，指明发送这个帧的工作站是属于哪一个送这个帧的工作站是属于哪一个VLAN。利用以太网交换机可以很方便地实现虚拟局域网（利用以太网交换机可以很方便地实现虚拟局域网（VLAN）。虚拟局域网其实只是局域网给用户提供）。虚拟局域网其实只是局域网给用户提供的一种服务，而并不是一种新型局域网。的一种服务，而并不是一种新型局域网。 北京化工大学北方学院信息院北京化

50、工大学北方学院信息院 http:/5.8.3 以太网交换机以太网交换机5.8.3 以太网交换机以太网交换机 利用交换机可以很方便地实现虚拟局域网利用交换机可以很方便地实现虚拟局域网VLAN。 5.8.3 以太网交换机以太网交换机 在虚拟局域网上的每一个站都可以听到同一虚拟在虚拟局域网上的每一个站都可以听到同一虚拟局域网上的其他成员所发出的广播。局域网上的其他成员所发出的广播。如工作站如工作站B1，B2，B3同属于虚拟局域网同属于虚拟局域网VLAN2。当。当B1向工作组内成员发送数据时，向工作组内成员发送数据时，B2和和B3将会收到广播的信息（尽管它们没有将会收到广播的信息（尽管它们没有连在同一

51、交换机上），但连在同一交换机上），但A1和和C1不会收到不会收到B1发出的广播信息（尽管它们连在同一个交换机发出的广播信息（尽管它们连在同一个交换机上）。上）。5.8.3 以太网交换机以太网交换机 VLAN 的功能：的功能： 采用采用VLAN提供了一种控制网络广播的方法提供了一种控制网络广播的方法 采用采用VLAN提高了网络的安全性。提高了网络的安全性。 采用采用VLAN简化了网络管理。简化了网络管理。 5.8.3 以太网交换机以太网交换机 虚拟局域网的以太网帧格式虚拟局域网的以太网帧格式 ：在传统的以太网的帧格式：在传统的以太网的帧格式中插入一个中插入一个4字节的标识符，称为字节的标识符，称

52、为VLAN标记，用来指明标记，用来指明发送该帧的工作站属于哪一个虚拟局域网，如图发送该帧的工作站属于哪一个虚拟局域网，如图5.42所示。所示。 目的地址目的地址类型类型802.1Q802.1Q标记类型标记类型用户优先级用户优先级2 2字节字节图图5.42 5.42 虚拟局域网以太网帧格式虚拟局域网以太网帧格式数据数据以太网以太网MACMAC帧帧源地址源地址FCSFCS字节字节 6 6 4 2 466 6 4 2 46 1500 41500 4插入插入4 4字节的字节的VLANVLAN标记标记标记控制信息标记控制信息1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0

53、0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 VIDVIDCFICFI2 2字节字节VLAN标记字段的长度是标记字段的长度是4字节，插在以字节，插在以太网太网MAC帧的源地址字段和类型字段之帧的源地址字段和类型字段之间。间。VLAN标记的前两个字节总是设置为标记的前两个字节总是设置为0 x8100，称为，称为802.1Q标记类型。标记类型。当数据链路层检测到在当数据链路层检测到在MAC帧的源地址帧的源地址字段后面的类型字段的值是字段后面的类型字段的值是0 x8100时，时，就知道现在插入了就知道现在插入了4字节的字节的VLAN标记。标记。于是就检查该标记的后两个字节的内容。于是就检查该标记的

54、后两个字节的内容。在后面的两个字节中，前在后面的两个字节中，前3个比特是个比特是用户优先级字段，接着的一个比特是用户优先级字段，接着的一个比特是规范格式指示符（规范格式指示符（Canonical Format Indicator，CFI），最后的），最后的12比特是比特是该虚拟局域网的标识符该虚拟局域网的标识符VID，它惟一地，它惟一地标 志 这 个 以 太 网 帧 是 属 于 哪 一 个标 志 这 个 以 太 网 帧 是 属 于 哪 一 个VLAN的。的。 5.8.3 以太网交换机以太网交换机 VLAN的实现方式可以采用静态的实现方式可以采用静态VLAN方式来实现。方式来实现。在静态在静态V

55、LAN中，由网络管理员根据交换机端口进行静中，由网络管理员根据交换机端口进行静态的态的VLAN分配，当在交换机上将其某一个端口分配给分配，当在交换机上将其某一个端口分配给一个一个VLAN时，将一直保持不变直到网络管理员改变这时，将一直保持不变直到网络管理员改变这种配置，所以又被称为种配置，所以又被称为基于端口的基于端口的VLAN。基于端口的基于端口的VLAN配置简单，网络的可监控性强。但缺配置简单，网络的可监控性强。但缺乏足够的灵活性，当用户在网络中的位置发生变化时，乏足够的灵活性，当用户在网络中的位置发生变化时，必须由网络管理员将交换机端口重新进行配置。所以静必须由网络管理员将交换机端口重新

56、进行配置。所以静态态VLAN比较适合用户或设备位置相对稳定的网络环境。比较适合用户或设备位置相对稳定的网络环境。5.8.4 配置配置VLAN Boson公司的公司的Netsim软件就创建了这样一个虚拟的环境，软件就创建了这样一个虚拟的环境，它是一款它是一款Cisco路由器、交换机的模拟程序，是目前最流路由器、交换机的模拟程序，是目前最流行、操作最接近真实环境的模拟工具。行、操作最接近真实环境的模拟工具。 我们用我们用Boson Netsim来实现来实现VLAN的配置。首先规划好网的配置。首先规划好网络的拓扑结构和试验要求：我们使用络的拓扑结构和试验要求：我们使用2台交换机，其中台交换机，其中1

57、台台是核心交换机，将其命名为是核心交换机，将其命名为Switch1，另，另1台命名为台命名为Switch2。任意选用。任意选用6台电脑，取名为台电脑，取名为PC1PC6。 其中，其中，PC1到到PC3连接到连接到Switch1的以太网端口的以太网端口1、2、3； PC4 到到PC6 连接到连接到Switch2 的以太网端口的以太网端口1、2、3。要求划分。要求划分3个个VLAN。 假设名称分别是假设名称分别是VLAN2、VLAN3、VLAN4。并且要求并且要求PC1、PC4在一个在一个VLAN；PC2、PC5为一个为一个VLAN； PC3、PC6为一个为一个VLAN。 5.8.4 配置配置VL

58、AN 1绘制试验拓扑图绘制试验拓扑图 运行运行Boson Network Designer， 绘制网络拓扑图如绘制网络拓扑图如图图5.43所示。所示。5.8.4 配置配置VLAN 2 2 VLANVLAN的配置过程的配置过程 （1) 1) 首先对工作站首先对工作站PC1 - PC6PC1 - PC6进行各参数配置。主要配置计进行各参数配置。主要配置计算机的算机的IPIP地址和默认网关。地址和默认网关。 （2 2）创建）创建VTPVTP域和设置域和设置VTPVTP操作模式操作模式 （3 3）创建）创建VLAN VLAN （4) 4) 配置中继协议和中继线路。配置中继协议和中继线路。 这是为了保证

59、管理域能够覆这是为了保证管理域能够覆盖所有的分支交换机。盖所有的分支交换机。 （5) 5) 将交换机端口划为不同的将交换机端口划为不同的VLANVLAN。本章小结本章小结 数据链路层可能提供的服务包括组帧、差错控制、流量控制、数据链路层可能提供的服务包括组帧、差错控制、流量控制、可靠传输和介质访问控制。可靠传输和介质访问控制。 在网络层分组在链路上传输前，链路层协议用数据链路层的在网络层分组在链路上传输前，链路层协议用数据链路层的帧将其封装。一个帧有数据字段和首部字段组成，网络层的分帧将其封装。一个帧有数据字段和首部字段组成，网络层的分组就插在数据字段中。数据链路层的许多协议提供检测是否存组就

60、插在数据字段中。数据链路层的许多协议提供检测是否存在差错的机制。这是通过在帧中设置差错检测冗余位，让接收在差错的机制。这是通过在帧中设置差错检测冗余位，让接收结点对收到的帧进行差错检测来完成的。链路层协议提供流量结点对收到的帧进行差错检测来完成的。链路层协议提供流量控制机制，当接收方来不及处理发送方发送的数据时，及时控控制机制，当接收方来不及处理发送方发送的数据时，及时控制发送方发送数据的速率，旨在使收发方协调一致。当数据链制发送方发送数据的速率，旨在使收发方协调一致。当数据链路层提供可靠传输服务时，它保证将网络层的分组无差错地通路层提供可靠传输服务时，它保证将网络层的分组无差错地通过数据链路