第3章 数据链路层3.28

1、,第3章 数据链路层,3.1 使用点对点通信的数据链路层 3.2 点对点协议PPP 3.3 使用广播信道的数据链路层 3.4 使用广播信道的以太网 3.5 扩展的以太网 3.6 高速以太网 3.7 其他类型的高速局域网或接口,数据链路层,数据链路层最基本的服务：将源计算机网络层传下来的数据可靠地传输到相邻结点的目标计算机的网络层。 为达到这一目的，数据链路层必须具备一系列相应的功能： 如何将IP数据报组合成帧； 控制帧在物理信道上的传输，例如怎样处理传输差错。,3.1 使用点对点信道的数据链路层,3.1.1 数据链路和帧 链路(link)：一个结点到相邻结点的物理线路，中间没有任何其他的交换结

2、点。 数据链路(data link)：除了物理链路外，还必须有通信协议来控制这些数据的传输。若把实现这些协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路。 现在最常用的方法是使用适配器（网卡）来实现这些协议的硬件和软件。 一般的适配器都包括了数据链路层和物理层这两层的功能。 帧：数据链路层的协议数据单元（PDU：Protocol Data Unit）。,数据链路层属于计算机网络的低层，使用的信道主要有以下两种类型： 点对点信道：这种信道使用一对一的点对点通信方式。 广播信道：这种信道使用一对多的广播通信方式，过程比较复杂。广播信道上连接的主机很多，因此必须使用专用的共享信道协议来协调这些主机的数据

3、发送。,数据链路层的简单模型,主机 H1 向 H2 发送数据,局域网,广域网,主机 H1,主机 H2,路由器 R1,路由器 R2,路由器 R3,电话网,局域网,从层次上来看数据的流动,仅从数据链路层观察帧的流动,链路层,应用层,运输层,网络层,物理层,链路层,应用层,运输层,网络层,物理层,链路层,网络层,物理层,链路层,网络层,物理层,链路层,网络层,物理层,R1,R2,R3,H1,H2,3 网络层,2 数据链路层,1 物理层,IP数据报（分组）,帧,比特,PDU（protocol data unit）,思考： 因特网上传送的数据单元是？,数据链路层传送的是帧,数据链路层通信时的主要步骤：

4、（1）把网络层传下来的IP数据报添加首部和尾部封装成帧。 （2）把封装好的帧传给物理层，然后再通过物理链路发送给结点B。 （3）结点B收到的帧如果无差错，解封装，上传给网络层，否则丢弃。,IP 数据报,1010 0110,帧,取出,链路层,网络层,链路,结点 A,结点 B,物理层,IP 数据报,1010 0110,帧,装入,回 顾,1. 链路？数据链路？ 2.五层体系结构的低三层所对应的PDU分别是? 补充： 5层体系结构的英文名称 Application Transport Network DataLink Physical,3.1.2 三个基本问题 数据链路层协议有许多：如PPP协议、CS

5、MA/CD协议等，但有3个问题是共同的： (1) 封装成帧 (2) 透明传输 (3) 差错控制 回顾 协议：控制对等实体之间通信的规则。 协议三要素：语义、语法、同步。,1. 封装成帧,封装成帧(framing)：在一段数据的前后分别添加首部和尾部，就构成了一个帧。 首部和尾部的一个重要作用就是进行帧定界。 MTU (Maximum Transfer Unit) ：帧的数据部分的长度上限。,帧结束,帧首部,IP 数据报,帧的数据部分,帧尾部, MTU,数据链路层的帧长,开始 发送,帧开始,用控制字符进行帧定界的方法,SOH（Start Of Header）： 二进制 00000001 EOT（

6、End Of Transmission）：二进制 00000100 帧定界符的作用： 当数据在传输中发生中断，由于使用了帧定界符，因此只有首部SOH，没有结束符EOT。接收端就知道收到的数据是个不完整的帧，必须丢弃。,SOH,装在帧中的数据部分,帧,帧开始符,帧结束符,发送在前,EOT,帧首部,帧尾部,2. 透明传输,SOH,EOT,出现了“EOT”,当作无效帧，丢弃,误认为是一个帧,数据部分,EOT,完整的帧,在发 送前,当传送的帧是文本文件时，其数据部分不会出现像SOH、EOT这样的控制字符，因此是透明传输； 当数据部分是非ASC码的文本文件时（如：二进制代码的计算机程序），如果数据中的某

7、个字节的二进制代码恰好和SOH、EOT这种控制字符一样：,用字节填充法解决透明传输的问题,SOH,SOH,EOT,SOH,ESC,ESC,EOT,ESC,SOH,ESC,ESC,ESC,SOH,原始数据,EOT,EOT,经过字节填充后发送的数据,字节填充,字节填充,字节填充,字节填充,在发 送前,帧开始符,帧结束符,SOH,解决方法： 发送端的数据链路层在数据中出现控制字符“SOH”、“EOT”之前插入转义字符“ESC”（escape）:00011011。 接收端的数据链路层先删除这些转义字符，然后再将数据送往网络层。,3. 差错检测,比特差错：比特在传输过程中可能会产生差错：1 可能会变成

8、0， 而 0 也可能变成 1。 误码率 BER (Bit Error Rate)：在一段时间内，传输错误的比特占传输比特总数的比率。 为了降低误码率，目前在数据链路上广泛使用循环冗余检验CRC（Cyclic Redundancy Check ）的检错技术。,循环冗余检验的原理,检错方法：循环冗余检验CRC（Cyclic Redundancy Check） 在发送端，先把数据划分为组。 假设待传送的一组数据 M = 101001（每组 k = 6个比特），在 M 的后面再添加供差错检测用的 n 位冗余码一起发送。 冗余码的计算方法 用二进制的模2运算进行 2n 乘M 的运算：即在 M 后面添加

9、n 个 0。 被除数 2n M ：k 位 除数 P ：n+1位 商 Q : 余数 R ：n位,例：, 数据M = 101001， k = 6 除数 P = 1101， n+1 = 4，n = 3 被除数 2nM = 101001000 模 2 运算的结果是：商 Q = 110101， 余数 R = 001。,110101 Q (商) P (除数) 1101 101001000 2nM (被除数) 1101 1110 1101 0111 0000 1110 1101 0110 0000 1100 1101 001 R (余数)，作为 FCS,运算规则 商：够4位商1；不够4位商0 减法：异或运算

10、，不进位 余数：n位,帧检验序列 (Frame Check Sequence)：为了检错而添加的冗余码,结 论 接收端对收到的每一帧进行 CRC 检验后， (1) 若得出的余数 R = 0，则判定这个帧没有差错，就接受(accept)。 (2) 若余数 R 0，则判定这个帧有差错，丢弃。（这种检测方法并不能确定究竟是哪一个或哪几个比特出现了差错）。 通常除数P写成关于X的多项式：P(X),传输差错分类：,1.比特差错 循环冗余检验CRC 2.帧丢失、帧重复、帧失序 循环冗余检验CRC帧编号、确认、重传机制 现在数据链路层的协议都不使用确认和重传机制，即不要求数据链路层向上提供可靠传输的服务。如

11、果在数据链路层出现了差错并且需要改正，就由第5章运输层的TCP协议来完成。,作业： 3-07 已知：要发送的数据：1101011011 P(X)=X4+X+1 求：冗余码,3.2 点对点协议 PPP,3.2.1 PPP (Point-to-Point Protocol)协议的特点 用户到 ISP 的链路使用 PPP 协议,用 户,至因特网,已向因特网管理机构 申请到一批 IP 地址,ISP,接入网,PPP 协议,1. PPP 协议应满足的需求,简单：不需要纠错，不需要序号，不需要流量控制； 封装成帧：要有帧定界符； 透明性：当数据中碰巧出现和帧定界符一样的比特组合时，要采取有效的措施来解决；

12、支持多种网络层协议：在同一物理链路上同时支持多种网络层协议，如IP、IPX； 支持多种类型链路：能在多种类型的链路上运行，如串行或并行、光的或电的、同步的异步的、高速的低速的； 差错检错：只检错，丢弃有差错的帧，不纠错，是不可靠的协议； 检测连接状态：能够及时检测出链路是否处于正常工作状态； 设置最大传送单元：数据部分的最大长度，不是整个帧的总长度； 只支持全双工链路。,3. PPP 协议的组成,PPP 协议有三个组成部分： 一种将IP数据报封装到串行链路的方法，既支持异步链路也支持同步链路； 一个链路控制协议LCP (Link Control Protocol)：建立、配置、测试数据链路的连

13、接状态； 一套网络控制协议NCP (Network Control Protocol)：每一个协议支持不同体系结构的网络层协议，如IP（4）、OSI（7）、DECnet（8）和AppleTalk（6）的网络层。,3.2.2 PPP 协议的帧格式,1.字段的意义 F(flag):标志字段0 x7E,表示一个帧的开始和结束,01111110 A(address):地址字段,11111111 C(control):控制字段,00000011 协议字段：表示帧的信息部分是哪一层的,网络层或链路层 信息部分：1500字节 FCS：使用CRC的帧检验序列,IP 数据报,1,2,1,1,字节,1,2,不超过

14、 1500 字节,PPP 帧,先发送,7E,FF,03,F,A,C,FCS,F,7E,协议,信 息 部 分,首部,尾部,2.字节填充 当信息字段中出现和标志字段一样的比特（0 x7E），必须采取措施： 将信息字段中出现的每一个 0 x7E 字节转变成为 2 字节序列(0 x7D-转义字符, 0 x5E)。 若信息字段中出现一个 0 x7D 的字节, 则将其转变成为 2 字节序列(0 x7D-转义字符, 0 x5D)。,3. 零比特填充（当使用同步光纤网、同步数字系列时） 发送端，只要发现有5个连续1，则立即在后面填入一个0。 接收端，对帧中的比特流进行扫描，每当发现5个连续1时，就把这5个连续

15、1后的一个0删除。,0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0,0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 0,0 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 标志字段 F 完全一样 的 8 比特组合,发送端在5个连续1之后填入0比特再发送出去,接收端把 5 个连续1 之后的 0 比特删除,被误认为是标志字段 F,发送端填入 0 比特,接收端删除填入的 0 比特,3.2.3 PPP 协议的工作状态,PPP链路是怎样被初始化的？ 1.链路建立：当用户拨号接入ISP时（屏幕上点击“宽带连接”按钮），路由器能

16、够检测到调制解调器发出的载波信号，对拨号做出确认，并建立一条物理连接； 2.建立链路层的LCP连接：PC机向路由器发送一系列的LCP分组，然后封装成多个PPP 帧，以便建立LCP连接； 3.建立网络层的NCP连接：这些分组及其响应选择一些PPP参数，进行网络层配置，NCP给新接入的PC机分配一个临时的IP地址，使PC机成为因特网上的一个主机； 4.链路打开：交换数据； 5.链路终止：通信完毕时，NCP释放网络层连接，收回原来分配出去的IP 地址；接着LCP释放数据链路层连接；最后释放物理层的连接。,设备之间无链路,链路静止,链路建立,鉴别,网络层协议,链路打开,链路终止,物理链路,LCP 链路

17、,已鉴别的 LCP 链路,已鉴别的 LCP 链路 和 NCP 链路,物理层连接建立,LCP 配置协商,鉴别成功或无需鉴别,NCP 配置协商,链路故障或 关闭请求,LCP 链路 终止,鉴别失败,LCP 配置 协商失败,回 顾,1.在数据链路层，用方法解决透明传输；用技术解决比特差错检测，冗余码的计算方法。 2.数据链路层的两种典型协议：和。 3.数据链路层的PPP协议，其工作状态分为步，分别是：、链路打开、链路终止。,3.3 使用广播信道的数据链路层,3.3.1 局域网的数据链路层 局域网工作的层次跨越了数据链路层和物理层 局域网主要优点： 网络为一个单位所拥有，且地理范围和站点数均有限； 具有

18、广播功能，从一个站点可以很方便地访问全网； 局域网上的主机可共享连接在局域网上的各种硬件和软件资源； 便于系统的扩展和逐渐演变，各设备的位置可灵活调整和改变； 系统的可靠性(reliability)、可用性(availability)和生存性(survivability)比较高 。,局域网的拓扑,匹配电阻： 吸收电磁波 能量，避免 产生有害的 电磁波反射,集线器、交换机,干线耦合器,总线网,星形网,树形网,环形网,共享信道要着重考虑的一个问题是，如何让众多用户能够合理而方便的共享通信媒体资源。在技术上有两种方法： （1）静态划分信道：代价高，不适合局域网使用； 频分复用 时分复用 波分复用 码

19、分复用 （2）动态媒体接入控制（多点接入：Multiple Access）： 信道并非固定分配给用户 随机接入：以太网 受控接入：分散控制的令牌环网； 集中控制的多点线路探询(polling)。,1. 以太网的两个标准,DEC(美国数字设备公司)、Intel、Xerox(施乐公司)公司提出的DIX Ethernet V2是世界上第一个以太网的规约，数据率为10Mb/s。 IEEE 802委员会制定的IEEE 802.3 标准。 DIX Ethernet V2 与 IEEE 的 802.3 标准只有很小的差别，因此可以将 802.3局域网简称为“以太网”。,为了使数据链路层能更好地适应多种局域网

20、标准，如令牌环网、令牌总线网等，802 委员会就将局域网的数据链路层拆成两个子层： 逻辑链路控制 LLC (Logical Link Control)子层 媒体接入控制 MAC (Medium Access Control)子层 与接入到传输媒体有关的内容都放在MAC子层； 而LLC子层则与传输媒体无关，不管采用何种协议的局域网，对LLC子层来说都是透明的。,局域网对 LLC 子层是透明的,局 域 网,物理层,站点 1,物理层,数据 链路层,站点 2,LLC 子层看不见 下面的局域网,但随着因特网的发展，LLC子层的作用已经消失。,2. 适配器的作用,计算机与外界局域网的连接要通过通信适配器(

21、adapter)，适配器是在主机箱内插入的一块网络接口卡，又称为“网卡”。 适配器的重要功能： 1.进行串/并行转换：适配器和局域网/适配器和计算机 2.对数据进行缓存：网络上的数据率和计算机总线上的不同 3.实现以太网协议,计算机通过适配器和局域网进行通信,硬件地址,至局域网,适配器 （网卡）的ROM中,双绞线 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,I/O总线 并行通信,适配器接收和发送各种帧时不使用计算机的CPU,3.3.2 CSMA/CD 协议,1. 为了通信简便，以太网采取了两种重要的措施： 灵活的无连接的工

22、作方式，即不必先建立连接就可以直接发送数据。 以太网对发送的数据帧不进行编号，也不要求对方发回确认。因为局域网信道的质量很好，产生差错的概率很小。 2.以太网提供的服务 以太网提供的服务是不可靠的； 当目的站收到有差错的数据帧时就丢弃，有差错的帧是否需要重传由高层来决定。,3. 以太网发送的数据都使用曼彻斯特(Manchester)编码 这样就保证了在每一个码元的正中间出现一次电压的转换，而接收端就利用这种电压的转换很方便地把位同步信号提取出来。,基带数字信号,曼彻斯特编码,码元,1,1,1,1,1,0,0,0,0,0,出现电平转换,4. 载波监听多点接入/碰撞检测 CSMA/CD,为了在同一

23、时间只有一台计算机发送信息，且计算机能正常发送信息，互不干扰，我们采用CSMA/CD协议： CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)：载波监听多点接入/碰撞检测。 “载波监听”：每一个站在发送数据之前先监听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。 “多点接入”：许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。 “碰撞检测”：计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小，如果信号电压摆动值超过一定的门限值，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，立即停止发送。

24、,思考： 既然每一个站在发送数据之前已经监听到信道为“空闲”，那么为什么还会出现数据在总线上的碰撞呢？ 电磁波在总线上总是以有限的速率传播的 当某个站监听到总线是空闲时，传输过程中总线并非一直是空闲的。,传播时延对载波监听的影响,1 km,A,B,t,t = 0,单程端到端 传播时延记为,t = B 检测到信道空闲 发送数据,t = / 2 发生碰撞,A,B,A,B,A,B,A,B,t = 0 A发送数据,截断二进制指数退避算法 (truncated binary exponential type),重传所需的时延就是 r 倍的基本退避时间： (1) 基本退避时间：争用期 2，以太网把争用期定

25、为51.2 s 对于10Mb/s以太网，争用期内可发送512bit，即512/8=64字节。以太网在发送数据时，若前 64 字节没有发生冲突，则后续的数据就不会发生冲突。 (2) r：从整数集合0,1, (2k 1)中随机地取出一个数 k：重传次数 ，k 10，即 k = Min 重传次数, 10 当重传16次仍不能成功时，丢弃该帧，并向高层报告。,人为干扰信号,A,B,t,A 检测 到冲突,信 道 占 用 时 间,B也能够检测到冲突，并立即停止发送数据帧，接着就发送干扰信号。这里为了简单起见，只画出A发送干扰信号的情况。,重要特性,半双工通信：使用 CSMA/CD 协议的以太网不能进行全双工

26、通信而只能进行双向交替通信。 不确定性：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，这一小段时间是不确定的。 争用期(碰撞窗口)：以太网端到端的往返传播时延2。经过争用期这段时间还没检测到碰撞，才能肯定这次发送不会发生碰撞。 退避时间：发生碰撞的站在停止发送数据后，不是等待信道变为空闲后立即发送数据，而是要推迟（退避）一个随机时间再发送数据。 强化碰撞：当发送数据的站一旦发生了碰撞，除立即停止发送数据外，还要再发送32或48bit的人为干扰信号，以便让所有用户都知道发生了碰撞。,3.4 使用广播信道的以太网,3.4.1 使用集线器的星形拓扑 传统以太网：粗同轴电缆细同轴电缆双绞

27、线 这种以太网采用星形拓扑，在星形的中心增加了一种可靠性非常高的设备，叫做集线器(Hub)。采用双绞线，传输速率为10Mb/s的以太网，我们称之为10BASE-T。,集线器,两对双绞线： 1、3发送；2、6接收,站点,RJ- 45 插头,集线器的主要特点：,使用集线器的以太网在物理上是一个星型网，逻辑上是总线型，各站共享逻辑上的总线，使用的还是CSMA/CD协议。 一个集线器有许多接口，就像一个多接口的转发器。 集线器工作在物理层，它的每个接口只是简单地转发比特，不进行碰撞检测。,具有三个接口的集线器,集 线 器,网卡,工作站 2,网卡,工作站 1,网卡,工作站 3,双绞线,3.4.3 以太网

28、的 MAC 层,MAC 层的硬件地址 在局域网中，硬件地址又称为物理地址，或MAC地址。 IEEE802标准为局域网规定了一种48位的全球唯一地址，是指局域网上的每一台计算机中固化在适配器的ROM中的地址。 例如，3COM公司生产的适配器的MAC地址的前三个字节是02-60-8C，后三个字节是(即低24位)则由厂家自行指派，称为扩展标识符。 如果主机或路由器安装有多个适配器，那么就有多个“地址”，更确切的说，48位的地址应该是某个接口的标识符。,补充： 查找硬件地址的命令,适配器的“过滤”功能： 适配器从网络上每收到一个MAC帧就首先用硬件检查 MAC 帧中的目的地址： 如果是发往本站的帧就收

29、下，“发往本站的帧”包括以下三种帧： 单播(unicast)帧（一对一） 广播(broadcast)帧（一对全体） 多播(multicast)帧（一对多） 否则就将此帧丢弃 以太网适配器还可以设置为一种特殊的方式，即混杂方式，网络管理员就用这种方式来监视和分析以太网上的流量，有一种工具叫做“嗅探器”(Sniffer)就使用了设置为混杂方式的网络适配器。,MAC 帧,物理层,MAC 层,IP 层,目的地址字段6字节,2. MAC 帧的格式,MAC 帧,物理层,MAC 层,IP 层,源地址字段6字节,MAC 帧,物理层,MAC 层,IP 层,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，

30、 以便把收到的 MAC 帧的数据交给上一层的这个协议。,MAC 帧: 64 1518,物理层,MAC 层,IP 层,数据字段461500字节,数据字段的最小长度 = 最小长度 64 字节 18 字节的首部和尾部 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。,回 顾,1.集线器、网卡分别工作在哪一层，有哪些功能？ 2.硬件地址又称地址或MAC地址，即的中存放的地址；软件地址又称地址，即计算机中存放的地址。 3.现在的以太网普遍采用型拓扑结构，采用协议，这种协议的三个特点？产生碰撞的原因？ 4.查找硬件地址的命令,3

31、.5 扩展的以太网 3.5.1 在物理层扩展以太网 3.5.2 在数据链路层扩展以太网,3.5 扩展的以太网 3.5.1 在物理层扩展以太网 主机使用光纤和光纤调制解调器连接到集线器,以太网 集线器,光纤,光纤 调制解调器,光纤 调制解调器,几公里,三个独立的碰撞域,一系,二系,三系,碰撞域,碰撞域,碰撞域,100 m,10BASE-T,10BASE-T,10BASE-T,具有三个接口的集线器,集 线 器,网卡,工作站 2,网卡,工作站 1,网卡,工作站 3,双绞线,用多个集线器可连成更大的以太网,一系,三系,二系,主干集线器,碰撞域,一个更大的碰撞域,当二系的站1、3通信时，其他站点不能通信

32、，一发数据就会产生碰撞。,100 m,100 m,思考： 由于集线器的功能：只是简单地转发比特（收到1就转发1，收到0就转发0），那么，主机是如何判断哪个MAC帧是发给自己的呢？,网卡的“过滤”功能 P88,用集线器扩展以太网,优点： 属于不同碰撞域的计算机能够进行跨碰撞域通信； 扩大了局域网覆盖的地理范围。 缺点： 碰撞域增大了，但总的吞吐量并未提高。因为所传送的数据会通过所有的集线器进行转发，其他碰撞域的内部在这时都不能通信； 如果不同的碰撞域使用不同的数据率，用集线器将它们互连起来之后，只能工作在低速率。,一系,三系,主干集线器,碰撞域,一个更大的碰撞域,100 m,100 m,10/1

33、00 BASE-FX,10BASE-T,？,3.5.2 在数据链路层扩展以太网,在数据链路层扩展以太网使用的是网桥； 网桥工作在数据链路层； 根据 MAC 帧的目的地址对收到的帧进行转发和丢弃 ； 当网桥收到一个帧时，并不是向所有的接口转发此帧，而是先检查此帧的目的 MAC 地址，然后再确定将该帧转发到哪一个接口。,网桥的内部结构,站表,接口管理 软件,网桥协议 实体,缓存,接口 1,接口 2,A,B,C,网段 B,网段 A,1,1,1,2,A,C,E,2,B,D,F,2,地址,接口,网桥,D,E,F,接口 1,接口 2,接口1,接口2,网段(segment)：原来的每个 以太网可以称为一个网

34、段。,AE AB,网桥使各网段成为 隔离开的碰撞域,B2,B1,碰撞域,碰撞域,碰撞域,A,B,C,D,E,F,A和B正在通信，其他网段上的C和D、E和F也都可以同时通信； A和C正在通信，这两个网段上其他站点就不能通信，但E和F仍然可以通信。,10M,10M,100M,优点： 过滤通信量，增大吞吐量； 扩大了物理范围； 提高了可靠性：网络故障只影响个别网段； 可互连不同物理层、不同 MAC子层和不同速率（如10Mb/s和100Mb/s以太网）的局域网。,缺点： 接收到整个帧，先存储再转发，执行CSMA/CD算法（发生碰撞时要退避），增加了时延； MAC子层没有流量控制功能，负荷过重时，缓存空

35、间不够而发生溢出，会导致帧丢失； 如果用户数太多（超过几百个）、通信量太大会产生网络拥塞，即所谓的“广播风暴”。,1. 透明网桥,透明网桥（transparent bridge）：透明网桥是一种即插即用设备，只要把网桥接入局域网，不用人工配置转发表，网桥就能工作。 透明：以太网上的站点并不知道所发送的帧将经过哪几个网桥，因为网桥对各站来说是看不见的。,网桥通过自学习算法处理收到的帧和建立转发表，在网桥的转发表中写入的信息除了地址和接口外，还有帧进入该网桥的时间。,转发表的建立过程,地址 接口,B2,B1,A,B,C,D,E,F,1,2,1,2,地址 接口,网桥的自学习和转发帧,1.自学习：查找

36、转发表中与收到帧的源地址有无相匹配的项 如没有，就在转发表中增加一个项目（源地址、进入的接口、时间）； 如有，则把原有的项目进行更新。 2.转发帧：查找转发表中与收到帧的目的地址有无相匹配的项 如没有，则通过所有其他接口（但进入网桥的接口除外）进行转发； 如有，则按转发表中给出的接口进行转发。（若转发表中给出的接口就是该帧进入网桥的接口，则应丢弃这个帧。）,练习：,3-32 登记：在转发表中增加一个项目,B2,B1,A,B,C,E,1,2,1,2,LAN1,LAN2,D,LAN3,2. 多接口网桥以太网交换机,以太网交换机（第二层交换机）实质上就是一个多接口的网桥，工作在数据链路层。,优点：

37、以太网交换机的每个接口都工作在全双工方式； 每一对相互通信的主机都能独占信道，进行无碰撞地传输数据； 以太网交换机由于使用了专用的交换结构芯片，其交换速率较高； 实现虚拟局域网VLAN (Virtual LAN)，控制广播风暴。,用以太网交换机扩展以太网,以太网交换机,独立的碰撞域,HUB,以太网交换机实现虚拟局域网,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。 虚拟局域网 VLAN：是由一些局域网网段构成的，与物理位置无关的逻辑组。 这些网段有共同的需求； 每一个VLAN帧都有一个明确的标识符，指明发送这个帧的工作站属于哪一个VLAN。,以太网 交换机,A4,B1,

38、以太网 交换机,VLAN3,C3,B3,VLAN1,VLAN2,C1,A2,A1,A3,C2,B2,以太网 交换机,以太网 交换机,三个虚拟局域网: VLAN1、 VLAN2 和 VLAN3,当 B1 向 VLAN2 工作组内成员发送数据时， 工作站 B2 和 B3 将会收到广播的信息。,B1 发送数据时，工作站 A1、A2 和 C1 都不会收到 B1 发出的广播信息。,虚拟局域网限制了接收广播信息的工作站数，使得网络不会 因传播过多的广播信息(即“广播风暴”)而引起网络拥塞。,虚拟局域网使用的以太网帧格式,虚拟局域网协议允许在以太网的帧格式中插入一个4字节的标识符，称为VLAN标记(tag)

39、，用来指明发送该帧的工作站属于哪一个虚拟局域网。,MAC 帧,字节,6,6,2,46 1500,4,目地地址,源地址,长度/类型,数 据,FCS,802.1Q 标记类型 标记控制信息 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 VID,2 字节,2 字节,插入 4 字节的 VLAN 标记,4,用户优先级,规范格式指 示符：CFI,虚拟局域网VLAN标识符,补充： 集线器、网桥、交换机的区别,1.集线器与网桥 （1）集线器工作在物理层，而网桥工作在数据链路层； （2）集线器转发所有的帧，而网桥丢弃有差错的帧，只转发未出错、且目的站属于另一网段的帧或广播帧； （3）集线器不能增

40、大吞吐量，网桥能够增大整个碰撞域的吞吐量； （4）集线器不支持不同速率的局域网，网桥可以连接不同MAC子层、不同速率的局域网。,2.网桥与交换机 （1）它们都工作在数据链路层； （2）网桥一般只有2-4个端口，而以太网交换机通常有十几个端口； （3）网桥的端口一般连接到一个网段，而交换机的每个端口都直接与主机、集线器或服务器相连； （4）网桥允许每个网段上的计算机同时通信，交换机允许多对计算机间同时通信； （5）网桥没有流量控制功能，交换机具备简单的通信量管理功能； （6）网桥采用存储转发方式进行转发，而交换机还可采用直通方式转发； （7）交换机采用了专用的芯片，转发速度比网桥快。,3.6 高

41、速以太网,3.6.1 100BASE-T 以太网 高速以太网：又称为快速以太网(Fast Ethernet)，速率达到或超过100 Mb/s 的以太网。 使用IEEE 802.3规定的帧格式。 三种不同的物理层标准: 100BASE-TX：使用2对非屏蔽 UTP5类线或STP屏蔽双绞线 100BASE-FX：使用2对光纤 100BASE-T4：使用4对非屏蔽UTP3类线或5类线,3.6.2 吉比特以太网 吉比特以太网：又称千兆以太网，可以在1 Gb/s 下全双工和半双工两种方式工作 使用 802.3 协议规定的帧格式 吉比特以太网的物理层： 1000BASE-X 基于光纤通道的物理层 1000

42、BASE-SX SX表示短波长 1000BASE-LX LX表示长波长 1000BASE-CX CX表示铜线，使用两对短距离的屏蔽双绞线 1000BASE-T 使用4对UTP 5类线,3.6.3 10 吉比特以太网 10吉比特以太网与10 Mb/s，100Mb/s和1Gb/s以太网的帧格式完全相同。 10吉比特以太网不再使用铜线，而只使用光纤作为传输媒体。 10吉比特以太网只工作在全双工方式，因此没有争用问题，也不使用CSMA/CD协议。,以太网从 10 Mb/s 到10 Gb/s 的演进,以太网从 10 Mb/s 到 10 Gb/s 的演进证明了： 可扩展（从 10 Mb/s 到 10 Gb

43、/s）。 灵活（多种传输媒体、全/半双工、共享/交换） 易于安装 稳健性好,知识点,第一章 1. 计算机网络的概念、组成与功能； 2. 计算机网络的分类； 3. 计算机网络分层结构； 4. 计算机网络协议、接口、服务等概念。,第二章 1.信道、信号、带宽、码元、波特、速率、信源与信宿、编码与调制、电路交换、报文交换与分组交换 ； 2.信道复用技术：频分复用、时分复用、波分复用、码分复用的概念和基本原理； 3.传输介质：双绞线、同轴电缆、光纤与无线传输介质； 4.物理层设备：中继器、集线器工作原理。,第三章,1.数据帧的封装、差错检测； 2.局域网的基本概念与体系结构、以太网与IEEE 802.3 ； 3.PPP协议、CSMA/CD协议； 4. 网卡的功能