1、數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念第第 4 4.1 數據鏈路層的基本概念數據鏈路層的基本概念4.3 傳統以太網傳統以太網4.4 使用廣播信道的以太網使用廣播信道的以太網4.7 高速以太網高速以太網4.9 無線網絡和移動網絡無線網絡和移動網絡 數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念4.1 數據鏈路層的基本概念數據鏈路層使用的信道主要有以下兩種類型：n點對點信道。這種信道使用一對一的點對點通信方式。n廣播信道。這種信道使用一對多的廣播通信方式，因此過程比較復雜。廣播信道上連接的主機很多，因此必須使用專用的共享信道協議來協調這些主機的數據發送。 數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念

2、信道的種類 點到點（point-to-point）信道兩臺主機（或轉發結點）之間存在一條獨享的物理信道可能存在帶寬浪費，但控制簡單廣播（broadcasting）信道所有主機共享一條信道，通信數據以廣播形式發送帶寬利用率高，但需要進行信道訪問控制常用于局域網中：總線型、環型 .數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念數據鏈路層的簡化模型局域網廣域網主機 H1主機 H2路由器 R1路由器 R2路由器 R3電話網局域網主機 H1 向 H2 發送數據鏈路層應用層運輸層網絡層物理層鏈路層應用層運輸層網絡層物理層鏈路層網絡層物理層鏈路層網絡層物理層鏈路層網絡層物理層R1R2R3H1H2從層次上來看數據

3、的流動數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念數據鏈路層的簡單模型( 續）局域網廣域網主機 H1主機 H2路由器 R1路由器 R2路由器 R3電話網局域網主機 H1 向 H2 發送數據鏈路層應用層運輸層網絡層物理層鏈路層應用層運輸層網絡層物理層鏈路層網絡層物理層鏈路層網絡層物理層鏈路層網絡層物理層R1R2R3H1H2僅從數據鏈路層觀察幀的流動數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念鏈路(link)是一條無源的點到點的物理線路段，中間沒有任何其他的交換結點。（物理鏈路）一條鏈路只是一條通路的一個組成部分。數據鏈路(data link) 除了物理線路外，還必須有通信協議來控制這些數據的傳輸。若

4、把實現這些協議的硬件和軟件加到鏈路上，就構成了數據鏈路。4.1.1 數據鏈路和幀 數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念現在最常用的方法是使用適配器（即網卡）來實現這些協議的硬件和軟件。一般的適配器都包括了數據鏈路層和物理層這兩層的功能。數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念IP 數據報1010 0110幀取出數據鏈路層網絡層鏈路結點 A結點 B物理層數據鏈路層結點 A結點 B幀(a)(b)發送幀接收鏈路IP 數據報1010 0110幀裝入數據鏈路層傳送的是幀數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念數據鏈路層像個數字管道 常常在兩個對等的數據鏈路層之間畫出一個數字管道，而在這條數字管

5、道上傳輸的數據單位是幀幀。早期的數據通信協議曾叫作通信規程(procedure)。因此在數據鏈路層，規程和協議是同義語。 結點結點幀幀數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念數據鏈路層的主要功能(1) 鏈路管理 (2) 幀定界 (3) 流量控制(4) 差錯控制 (5) 將數據和控制信息區分開 (6) 透明傳輸 (7) 尋址 數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念(1) 封裝成幀(2) 透明傳輸(3) 差錯控制 4.1.2 三個基本問題數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念1. 封裝成幀封裝成幀(framing)就是在一段數據的前后分別添加首部和尾部，然后就構成了一個幀。確定幀的界限。

6、首部和尾部的一個重要作用就是進行幀定界。 幀結束幀首部IP 數據報幀的數據部分幀尾部 MTU數據鏈路層的幀長開始發送幀開始數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念用控制字符進行幀定界的方法舉例 SOH裝在幀中的數據部分幀幀開始符幀結束符發送在前EOT注意：注意：SOH和和EOT分別表示一個控制字符，并非分別表示一個控制字符，并非三個英文字符三個英文字符數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念2. 透明傳輸透明傳輸是指不管所傳數據是什么樣的比特組合，都應當能夠在鏈路上傳送。當所傳數據中的比特組合恰巧與某一個控制信息完全一樣時，就必須采取適當的措施，使接收方不會將這樣的數據誤認為是某種控制信息

7、。這樣才能保證數據鏈路層的傳輸是透明的。數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念2. 透明傳輸SOHEOT出現了“EOT”被接收端當作無效幀而丟棄被接收端誤認為是一個幀數據部分EOT完整的幀發送在前數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念解決透明傳輸問題發送端的數據鏈路層在數據中出現控制字符“SOH”或“EOT”的前面插入一個轉義字符“ESC”(其十六進制編碼是 1B)。字節填充(byte stuffing)或字符填充(character stuffing)接收端的數據鏈路層在將數據送往網絡層之前刪除插入的轉義字符。如果轉義字符也出現數據當中，那么應在轉義字符前面插入一個轉義字符。當接收端

8、收到連續的兩個轉義字符時，就刪除其中前面的一個。 數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念SOHSOHEOTSOHESCESCEOTESCSOHESCESCESCSOH原始數據EOTEOT經過字節填充后發送的數據字節填充字節填充字節填充字節填充發送在前幀開始符幀結束符用字節填充法解決透明傳輸的問題 SOH數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念3. 差錯檢測在傳輸過程中可能會產生比特差錯：1 可能會變成 0 而 0 也可能變成 1。在一段時間內，傳輸錯誤的比特占所傳輸比特總數的比率稱為誤碼率 BER (Bit Error Rate)。誤碼率與信噪比有很大的關系。為了保證數據傳輸的可靠性，在

9、計算機網絡傳輸數據時，必須采用各種差錯檢測措施。 數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念循環冗余檢驗的原理 在數據鏈路層傳送的幀中，廣泛使用了循環冗余檢驗 CRC 的檢錯技術。在發送端，先把數據劃分為組。假定每組 k 個比特。 假設待傳送的一組數據 M = 101001（現在 k = 6）。我們在 M 的后面再添加供差錯檢測用的 n 位冗余碼一起發送。 數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念冗余碼的計算 用二進制的模 2 運算進行 2n 乘 M 的運算，這相當于在 M 后面添加 n 個 0。得到的 (k + n) 位的數除以事先選定好的長度為 (n + 1) 位的除數 P，得出商是 Q

10、 而余數是 R，余數 R 比除數 P 少1 位，即 R 是 n 位。 數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念冗余碼的計算舉例 現在 k = 6, M = 101001。設 n = 3, 除數 P = 1101，被除數是 2nM = 101001000。 模 2 運算的結果是：商 Q = 110101， 余數 R = 001。把余數 R 作為冗余碼添加在數據 M 的后面發送出去。發送的數據是：2nM + R 即：101001001，共 (k + n) 位。 數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念 110101 Q (商) P (除數) 1101 101001000 2nM (被除數) 1

11、101 1110 1101 0111 0000 1110 1101 0110 0000 1100 1101 001 R (余數)，作為 FCS 循環冗余檢驗的原理說明 數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念幀檢驗序列 FCS 在數據后面添加上的冗余碼稱為幀檢驗序列 FCS (Frame Check Sequence)。循環冗余檢驗 CRC 和幀檢驗序列 FCS并不等同。CRC 是一種常用的檢錯方法，而 FCS 是添加在數據后面的冗余碼。FCS 可以用 CRC 這種方法得出，但 CRC 并非用來獲得 FCS 的唯一方法。 數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念接收端對收到的每一幀進行 C

12、RC 檢驗 (1) 若得出的余數 R = 0，則判定這個幀沒有差錯，就接受(accept)。(2) 若余數 R 0，則判定這個幀有差錯，就丟棄。但這種檢測方法并不能確定究竟是哪一個或哪幾個比特出現了差錯。只要經過嚴格的挑選，并使用位數足夠多的除數 P，那么出現檢測不到的差錯的概率就很小很小。 數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念應當注意 僅用循環冗余檢驗 CRC 差錯檢測技術只能做到無差錯接受(accept)。“無差錯接受”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 的概率認為這些幀在傳輸過程中沒有產生差錯”。也就是說：“凡是接收端數據鏈路層接受的幀都沒有傳輸差錯

13、”（有差錯的幀就丟棄而不接受）。要做到“可靠傳輸”（即發送什么就收到什么）就必須再加上確認和重傳機制。 數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念可靠傳輸 n雖然物理層在傳輸比特時會出現差錯，但由于數據鏈路層的停止等待協議采用了有效的檢錯重傳機制，數據鏈路層對上面的網絡層就可以提供可靠傳輸的服務。 數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念實用的停止等待協議時間ABDATA0送主機ACKDATA1送主機ACK(a) 正常情況ABDATA0DATA0送主機ACK(c) 數據幀丟失重傳tout丟失 ！ABDATA0送主機ACKDATA0丟棄ACK(d) 確認幀丟失重傳tout丟失 ！ABDATA0

14、NAKDATA0送主機ACK(b) 數據幀出錯重傳出錯四種情況數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念自動重傳請求（auto repeat request）通過接收方請求發送方重傳出錯的數據報文來恢復出錯的報文，是通信中用于處理信道所帶來差錯的方法之一；另外一個方法是信道糾錯編碼。 數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念停止等待協議 ARQ 的優缺點 n優點：比較簡單 。n缺點：通信信道的利用率不高，也就是說，信道還遠遠沒有被數據比特填滿。n為了克服這一缺點，就產生了另外兩種協議，即連續 ARQ 和選擇重傳 ARQ。數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念連續 ARQ 協議的工作原理

15、在發送完一個數據幀后，不是停下來等待確認幀，而是可以連續再發送若干個數據幀。如果這時收到了接收端發來的確認幀，那么還可以接著發送數據幀。由于減少了等待時間，整個通信的吞吐量就提高了。 數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念連續 ARQ 協議的工作原理 DATA0DATA1DATA2DATA3DATA4DATA5重傳 DATA2重傳 DATA3ACK1ACK2ACK1 確認 DATA0ACK2 確認 DATA1DATA2 出錯，丟棄DATA3 不按序，丟棄，重傳 ACK2DATA4 不按序，丟棄，重傳 ACK2DATA5 不按序，丟棄，重傳 ACK2ACK3ACK3 確認 DATA2ACK4

16、 確認 DATA3ACK4重傳 DATA5重傳 DATA4超時重傳時間ABtout送交主機送交主機?ACK2ACK2ACK2數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念因特網采取區別對待的方法：通信質量較好的有線傳輸鏈路，數據鏈路層協議都不使用確認和重傳機制，既不要求數據鏈路層向上提供可靠傳輸的服務（由上層完成）通信質量較差的無線傳輸鏈路，使用確認和重傳機制，數據鏈路層向上提供可靠傳輸的服務。提高了通信效率。數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念 4.1.3 PPP 協議的特點 現在全世界使用得最多的數據鏈路層協議是點對點協議 PPP (Point-to-Point Protocol)。用戶

17、使用撥號電話線接入因特網時，一般都是使用 PPP 協議。 數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念用戶到 ISP 的鏈路使用 PPP 協議 用戶至因特網已向因特網管理機構申請到一批 IP 地址ISP接入網PPP 協議數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念1. PPP 協議應滿足的需求 簡單這是首要的要求封裝成幀 透明性 多種網絡層協議 多種類型鏈路 差錯檢測 檢測連接狀態 最大傳送單元 網絡層地址協商 數據壓縮協商 數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念2. PPP 協議不需要的功能糾錯 流量控制 序號 多點線路 半雙工或單工鏈路 數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念3. PP

18、P 協議的組成 1992 年制訂了 PPP 協議。經過 1993 年和 1994 年的修訂，現在的 PPP 協議已成為因特網的正式標準RFC 1661。 PPP 協議有三個組成部分 一個將 IP 數據報封裝到串行鏈路的方法。鏈路控制協議 LCP (Link Control Protocol)。網絡控制協議 NCP (Network Control Protocol)。 數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念PPPoE：以太網上的 PPP （point to point protocol over Ethernet） 在在 以太網上承載以太網上承載PPP協議（點到點連接協議），協議（點到點連

19、接協議），它利用以太網將大量主機組成網絡，通過一個遠它利用以太網將大量主機組成網絡，通過一個遠端接入設備連入因特網，并對接入的每一個主機端接入設備連入因特網，并對接入的每一個主機實現控制。實現控制。計費功能，極高的性能價格比使計費功能，極高的性能價格比使PPPoE在包括小在包括小區組網建設等一系列應用中廣泛采用，目前流行區組網建設等一系列應用中廣泛采用，目前流行的寬帶接入方式的寬帶接入方式ADSL 就使用了就使用了PPPoE協議。協議。數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念PPPOE的創建n右擊網絡鄰居-屬性-創建一個新的連接n連接到Internet-手動設置我的連接n用要求用戶名密碼的寬

20、帶連接n輸入ISP名稱n輸入賬號數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念4.1 數據鏈路層的基本概念數據鏈路層的基本概念4.2 局域網概述局域網概述4.3 傳統以太網傳統以太網4.4 使用廣播信道的以太網使用廣播信道的以太網4.5 擴展的局域網擴展的局域網4.6 虛擬局域網虛擬局域網4.7 高速以太網高速以太網4.8其他種類的高速局域網其他種類的高速局域網4.9 無線網絡和移動網絡無線網絡和移動網絡 第第 4 章章 數據鏈路層（局域網數據鏈路層（局域網）數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念4.2 局域網概述4.2.1局域網最主要的特點網絡為一個

21、單位所擁有網絡為一個單位所擁有;地理范圍和站點數目均有限地理范圍和站點數目均有限;高傳輸速率，低誤碼率，高質量。高傳輸速率，低誤碼率，高質量。 數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念4.2.2局域網主要優點能方便地共享昂貴的外部設備、主機以及軟件、數據。從一個站點可訪問全網。便于系統的擴展和逐漸地演變，各設備的位置可靈活調整和改變。提高了系統的可靠性、可用性。數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念4.2.3局域網的技術三要素拓撲結構拓撲結構傳輸介質傳輸介質介質訪問控制方法介質訪問控制方法數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念1 、局域網的拓撲 匹配電阻集線器干線耦合器總線網星形網環

22、形網數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念2、局域網的傳輸介質 n雙絞線（局域網的主流媒體）n同軸電纜（早期使用）n光纖數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念媒體共享技術靜態劃分信道頻分復用時分復用波分復用碼分復用 動態媒體接入控制（多點接入）隨機接入受控接入 ，如多點線路探詢(polling)，或輪詢。 3、局域網的介質訪問控制方法 數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念4.1 數據鏈路層的基本概念數據鏈路層的基本概念4.2 局域網概述局域網概述4.3 傳統以太網傳統以太網4.4 使用廣播信道的以太網使用廣播信道的以太網4.5 擴展的局域網擴展的局域網4.6 虛擬局域網虛擬局域網

23、4.7 其他種類的高速局域網其他種類的高速局域網4.8 高速以太網高速以太網4.9 無線網絡無線網絡 第第 4 章章 數據鏈路層（局域網數據鏈路層（局域網）數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念施樂公司帕洛阿爾托研究中心（PARC）1975年研制。PARC是許多現代計算機技術的誕生地，他們的創造性的研發成果包括：個人電腦、激光打印機、鼠標、以太網；圖形用戶界面、Smalltalk、頁面描述語言Interpress（PostScript的先驅）、圖標和下拉菜單、所見即所得文本編輯器、語音壓縮技術等。4.3 傳統以太網(Ethernet)數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念基帶總線局域網

24、。傳統以太網是最早流行的10Mbps的以太網。使用CSMA/CD(載波監聽多路訪問及沖突檢測技術)技術。主要有兩種傳輸介質，那就是雙絞線和光纖。隨著技術的發展，逐步出現了交換以太網，百兆以太網，千兆以太網以致萬兆以太網。4.3 傳統以太網(Ethernet)數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念4.3.1以太網的工作原理以太網的工作原理 n1. 兩個標準 nDIX Ethernet V2 是世界上第一個局域網產品（以太網）的規約。nIEEE 的 802.3 標準。nDIX Ethernet V2 標準與 IEEE 的 802.3 標準只有很小的差別，因此可以將 802.3 局域網簡稱為“以

25、太網”。n嚴格說來，“以太網”應當是指符合 DIX Ethernet V2 標準的局域網。 4.3 傳統以太網數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念2、IEEE802協議 IEEE是英文是英文Institute of Electrical and Electronics Engineers的簡稱，其中文譯名是的簡稱，其中文譯名是電氣和電子工程師協會。該協會的總部設在美國，電氣和電子工程師協會。該協會的總部設在美國，主要開發數據通信標準及其他標準。主要開發數據通信標準及其他標準。IEEE802委員會負責起草局域網草案，并送交美國國家標委員會負責起草局域網草案，并送交美國國家標準協會（準協會（

26、ANSI）批準和在美國國內標準化。）批準和在美國國內標準化。 NoImage數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念IEEE 802規范定義了網卡如何訪問傳輸介規范定義了網卡如何訪問傳輸介質（如光纜、雙絞線、無線等），以及如何質（如光纜、雙絞線、無線等），以及如何在傳輸介質上傳輸數據的方法，還定義了傳在傳輸介質上傳輸數據的方法，還定義了傳輸信息的網絡設備之間連接建立、維護和拆輸信息的網絡設備之間連接建立、維護和拆除的途徑。除的途徑。遵循遵循IEEE 802標準的產品包括網卡、橋接標準的產品包括網卡、橋接器、路由器以及其他一些用來建立局域網絡器、路由器以及其他一些用來建立局域網絡的組件。的組件

27、。 數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念IEEE802.12-100VG-AnyLAN訪問控制方法與物理層規范IEEE 802.14 協調混合光纖同軸(HFC)網絡的前端和用戶站點間數據通信的協議。IEEE 802.15無線個人網技術標準，其代表技術是zigbee。IEEE 802.16：寬帶無線 MAN 標準 WiMAXIEEE 802.17：彈性分組環（RPR）工作組IEEE 802.18：寬帶無線局域網技術咨詢組（Radio Regulatory）IEEE 802.19：多重虛擬局域網共存技術咨詢組IEEE 802.20：移動寬帶無線接入（MBWA）工作組數據鏈路層（局域網）-數據

28、鏈路層的基本概念3. 兩個子層兩個子層 IEEE802對對OSI模型進行了改造，將數據模型進行了改造，將數據鏈路層分成兩個子層，分別是邏輯鏈路控鏈路層分成兩個子層，分別是邏輯鏈路控制子層和介質訪問控制子層。制子層和介質訪問控制子層。 介質訪問控制介質訪問控制MAC子層主要負責處理子層主要負責處理LAN中中各站對通信介質的爭用問題。各站對通信介質的爭用問題。邏輯鏈路控制邏輯鏈路控制LLC子層屏蔽各種子層屏蔽各種MAC子層的子層的具體實現細節，具有統一的具體實現細節，具有統一的LLC界面，從而界面，從而向網絡層提供一致的服務。向網絡層提供一致的服務。 數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念n邏

29、輯鏈路控制邏輯鏈路控制 LLC (Logical Link Control)子層子層n媒體接入控制媒體接入控制 MAC (Medium Access Control)子層。子層。 與接入到傳輸媒體有關的內容都放在與接入到傳輸媒體有關的內容都放在 MAC子層子層，而，而 LLC 子層則與傳輸媒體無關，不管采用何子層則與傳輸媒體無關，不管采用何種協議的局域網對種協議的局域網對 LLC 子層來說都是透明的子層來說都是透明的 。數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念局 域 網網絡層物理層站點 1網絡層物理層邏輯鏈路控制LLCLLC媒體接入控制MACMAC數據鏈路層站點 2數據鏈路層（局域網）-數據

30、鏈路層的基本概念數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念以后一般不考慮 LLC 子層 由于 TCP/IP 體系經常使用的局域網是 DIX Ethernet V2 而不是 802.3 標準中的幾種局域網，因此現在 802 委員會制定的邏輯鏈路控制子層 LLC（即 802.2 標準）的作用已經不大了。很多廠商生產的適配器上就僅裝有 MAC 協議而沒有 LLC 協議。 數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念4.網卡的作用 網絡接口板又稱為通信適配器網絡接口板又稱為通信適配器(adapter)或網絡或網絡接口卡接口卡 NIC (Network Interface Card)，或，或“網卡網卡”。

31、 網卡的重要功能：網卡的重要功能：進行串行進行串行/ /并行轉換。并行轉換。對數據進行緩存。對數據進行緩存。在計算機的操作系統安裝設備驅動程序。在計算機的操作系統安裝設備驅動程序。實現以太網協議。實現以太網協議。 數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念計算機通過網卡和局域網進行通信 CPU高速緩存存儲器I/O 總線計算機至局域網網絡接口卡（網卡）串行通信并行通信數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念計算機通過適配器和局域網進行通信 硬件地址至局域網適配器（網卡）串行通信CPU 和存儲器生成發送的數據處理收到的數據把幀發送到局域網從局域網接收幀計算機IP 地址并行通信數據鏈路層（局域網）

32、-數據鏈路層的基本概念最初的以太網是將許多計算機都連接到一根總線上。當初認為這樣的連接方法既簡單又可靠，因為總線上沒有有源器件。B向 D發送數據 C D A E匹配電阻（用來吸收總線上傳播的信號）匹配電阻不接受不接受不接受接受B只有 D 接受B 發送的數據4.3.2載波監聽多點接入載波監聽多點接入/碰撞檢測碰撞檢測CSMA/CD數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念以太網的廣播方式發送 總線上的每一個工作的計算機都能檢測到 B 發送的數據信號。 由于只有計算機 D 的地址與數據幀首部寫入的地址一致，因此只有 D 才接收這個數據幀。 其他所有的計算機（A, C 和 E）都檢測到不是發送給它們

33、的數據幀，因此就丟棄這個數據幀而不能夠收下來。具有廣播特性的總線上實現了一對一的通信。 數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念為了通信的簡便以太網采取了兩種重要的措施 (1)采用較為靈活的無連接的工作方式，即不必先建立連接就可以直接發送數據。 以太網對發送的數據幀不進行編號，也不要求對方發回確認。這樣做的理由是局域網信道的質量很好，因信道質量產生差錯的概率是很小的。數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念以太網提供的服務以太網提供的服務 以太網提供的服務是不可靠的交付，即盡最大以太網提供的服務是不可靠的交付，即盡最大努力的交付。努力的交付。當目的站收到有差錯的數據幀時就丟棄此幀，當目的站

34、收到有差錯的數據幀時就丟棄此幀，其他什么也不做。差錯的糾正由高層來決定。其他什么也不做。差錯的糾正由高層來決定。如果高層發現丟失了一些數據而進行重傳，但如果高層發現丟失了一些數據而進行重傳，但以太網并不知道這是一個重傳的幀，而是當作以太網并不知道這是一個重傳的幀，而是當作一個新的數據幀來發送。一個新的數據幀來發送。 數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念(2)以太網發送的數據都使用曼徹斯特(Manchester)編碼 基帶數字信號曼徹斯特編碼 碼元1111100000出現電平轉換便于同步數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念CSMA/CD 表示表示 Carrier Sense Mult

35、iple Access with Collision Detection?！岸帱c接入多點接入”表示許多計算機以多點接入的方式連表示許多計算機以多點接入的方式連接在一根總線上。接在一根總線上。“載波監聽載波監聽”是指每一個站在發送數據之前先要檢是指每一個站在發送數據之前先要檢測一下總線上是否有其他計算機在發送數據，如果測一下總線上是否有其他計算機在發送數據，如果有，則暫時不要發送數據，以免發生碰撞。有，則暫時不要發送數據，以免發生碰撞。 “載波監聽載波監聽”就是用電子技術檢測總線上有沒有其就是用電子技術檢測總線上有沒有其他計算機發送的數據信號。他計算機發送的數據信號。 載波監聽多點接入/碰撞檢測

36、 CSMA/CD數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念碰撞檢測“碰撞檢測碰撞檢測”就是計算機邊發送數據邊檢測信道就是計算機邊發送數據邊檢測信道上的信號電壓大小。上的信號電壓大小。當幾個站同時在總線上發送數據時，總線上的當幾個站同時在總線上發送數據時，總線上的信號電壓擺動值將會增大（互相疊加）。信號電壓擺動值將會增大（互相疊加）。當一個站檢測到的信號電壓擺動值超過一定的當一個站檢測到的信號電壓擺動值超過一定的門限值時，就認為總線上至少有兩個站同時在門限值時，就認為總線上至少有兩個站同時在發送數據，表明產生了碰撞。發送數據，表明產生了碰撞。所謂所謂“碰撞碰撞”就是發生了沖突。因此就是發生了沖突

37、。因此“碰撞檢碰撞檢測測”也稱為也稱為“沖突檢測沖突檢測”。數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念檢測到碰撞后在發生碰撞時，總線上傳輸的信號產生了嚴重在發生碰撞時，總線上傳輸的信號產生了嚴重的失真，無法從中恢復出有用的信息來。的失真，無法從中恢復出有用的信息來。每一個正在發送數據的站，一旦發現總線上出每一個正在發送數據的站，一旦發現總線上出現了碰撞，就要立即停止發送，免得繼續浪費現了碰撞，就要立即停止發送，免得繼續浪費網絡資源，然后等待一段隨機時間后再次發送。網絡資源，然后等待一段隨機時間后再次發送。數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念載波監聽多點接入/碰撞檢測 CSMA/CD先聽后

38、發，邊聽邊發；一旦沖突，立即停發；等待時機，然后再發。數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念重要特性使用使用 CSMA/CD 協議的以太網不能進行全雙工協議的以太網不能進行全雙工通信而只能進行雙向交替通信（半雙工通信）。通信而只能進行雙向交替通信（半雙工通信）。每個站在發送數據之后的一小段時間內，存在著每個站在發送數據之后的一小段時間內，存在著遭遇碰撞的可能性。遭遇碰撞的可能性。 這種發送的不確定性使整個以太網的平均通信量這種發送的不確定性使整個以太網的平均通信量遠小于以太網的最高數據率。遠小于以太網的最高數據率。 數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念幀間最小間隔為 9.6 s，相當

39、于 96 bit 的發送時間。一個站在檢測到總線開始空閑后，還要等待 9.6 s 才能再次發送數據。這樣做是為了使剛剛收到數據幀的站的接收緩存來得及清理，做好接收下一幀的準備。 幀間最小間隔 數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念以太網網卡的功能 數據的封裝與解封 發送時將上一層交下來的數據加上首部和尾部，成為以太網的幀。接收時將以太網的幀剝去首部和尾部，然后送交上一層。 鏈路管理 主要是 CSMA/CD 協議的實現。 編碼與譯碼 即曼徹斯特編碼與譯碼。 數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念傳統以太網可使用的傳輸媒體有四種：傳統以太網可使用的傳輸媒體有四種：銅纜（粗纜或細纜）銅纜（粗

40、纜或細纜）銅線（雙絞線）銅線（雙絞線）光纜光纜這樣，以太網就有四種不同的物理層。這樣，以太網就有四種不同的物理層。 10BASE5粗纜10BASE2細纜10BASE-T雙絞線10BASE-F光纜以太網媒體接入控制 MAC4.3.3傳統以太網的連接方法傳統以太網的連接方法 數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念銅纜或銅線連接到以太網的示意圖 主機箱主機箱主機箱雙絞線集線器BNC T 型接頭收發器電纜網卡插入式分接頭MAUMDI保護外層外導體屏蔽層內導體收發器DB-15連接器BNC 連接器插口RJ-45插頭數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念以太網的最大作用距離 250 m750 m50

41、0 m500 m500 m50 m50 m50 m網段 1轉發器網段 2網段 3轉發器轉發器轉發器數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念4.1 數據鏈路層的基本概念數據鏈路層的基本概念4.2 局域網概述局域網概述4.3 傳統以太網傳統以太網4.4 使用廣播信道的以太網使用廣播信道的以太網4.5 擴展的局域網擴展的局域網4.6 虛擬局域網虛擬局域網4.7 高速以太網高速以太網4.8其他種類的高速局域網其他種類的高速局域網4.9 無線網絡和移動網絡無線網絡和移動網絡 第第 4 章章 數據鏈路層（局域網數據鏈路層（局域網）數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念4.4使用廣播信道的以太網傳統以

42、太網最初是使用粗同軸電纜，后來演進到使用比較便宜的細同軸電纜，最后發展為使用更便宜和更靈活的雙絞線。這種以太網采用星形拓撲，在星形的中心則增加了一種可靠性非常高的設備，叫做集線器(hub) 4.4.1 使用集線器的星形拓撲使用集線器的星形拓撲數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念星形網 10BASE-T 不用電纜而使用無屏蔽雙絞線。不用電纜而使用無屏蔽雙絞線。在星形網的中心則增加了一種可靠性非常高的設備，在星形網的中心則增加了一種可靠性非常高的設備，叫做集線器叫做集線器(hub)。 集線器使用了大規模集成電路芯片，因此這樣的硬集線器使用了大規模集成電路芯片，因此這樣的硬件設備的可靠性已大大

43、提高了。件設備的可靠性已大大提高了。 數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念使用集線器的雙絞線以太網 集線器兩對雙絞線站點RJ-45 插頭數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念以太網在局域網中的統治地位10BASE-T 的通信距離稍短，每個站到集線器的的通信距離稍短，每個站到集線器的距離不超過距離不超過 100 m。這種這種 10 Mb/s 速率的無屏蔽雙絞線星形網的出現，速率的無屏蔽雙絞線星形網的出現，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。 10BASE-T 雙絞線以太網的出現，是局域網發展雙絞線以太網的出現，是局域網發展史上的一個非常重要的里程碑，它為以太網在

44、局域史上的一個非常重要的里程碑，它為以太網在局域網中的統治地位奠定了牢固的基礎。網中的統治地位奠定了牢固的基礎。 數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念集線器的一些特點 集線器是使用電子器件來模擬實際電纜線的工作，集線器是使用電子器件來模擬實際電纜線的工作，因此整個系統仍然像一個傳統的以太網那樣運行。因此整個系統仍然像一個傳統的以太網那樣運行。 使用集線器的以太網在邏輯上仍是一個總線網，各使用集線器的以太網在邏輯上仍是一個總線網，各工作站使用的還是工作站使用的還是 CSMA/CD 協議，并共享邏輯協議，并共享邏輯上的總線。上的總線。 集線器很像一個多端口的轉發器，工作在物理層。集線器很像一

45、個多端口的轉發器，工作在物理層。 數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念具有三個端口的集線器 集線器網卡工作站網卡工作站網卡工作站雙絞線數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念堆疊式集線器數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念堆疊式集線器數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念4.4.2 以太網的以太網的 MAC 層層在局域網中，硬件地址又稱為物理地址，或在局域網中，硬件地址又稱為物理地址，或 MAC 地址。地址。802 標準所說的標準所說的“地址地址”嚴格地講應當是每一個站嚴格地講應當是每一個站的的“名字名字”或標識符?；驑俗R符。 但鑒于大家都早已習慣了將這種但鑒于大家都早已習慣

46、了將這種 48 bit 的的“名字名字”稱為稱為“地址地址”1、 MAC 層的硬件地址層的硬件地址 4.4使用廣播信道的以太網數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念48 位的 MAC 地址IEEE 的注冊管理機構 RA 負責向廠家分配地址字段的前三個字節(即高位 24 位)。地址字段中的后三個字節(即低位 24 位)由廠家自行指派，稱為擴展標識符，必須保證生產出的適配器沒有重復地址。一個地址塊可以生成224個不同的地址。這種 48 位地址稱為 MAC-48，它的通用名稱是EUI-48?！癕AC地址”實際上就是適配器地址或適配器標識符EUI-48。數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念第

47、 1最高位最先發送最低位最高位最低位最后發送00110101 01111 00最低位最先發送最高位最低位最高位最后發送機構惟一標志符 OUI擴展標志符高位在前低位在前十六進制表示的 EUI-48 地址： AC-DE-48-00-00-80二進制表示的 EUI-48 地址：第 1 字節第 6 字節I/G 比特I/G 比特字節順序第 2第 3第 4第 5第 6第 1字節順序第 2第 3第 4第 5第 610101100 11011110 01001 00000802.5802.6802.3802.4802.5802.6數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念網卡上的硬件地址 路由器1A-24-F

48、6-54-1B-0E00-00-A2-A4-2C-0220-60-8C-C7-75-2A08-00-20-47-1F-E420-60-8C-11-D2-F6路由器由于同時連接到兩個網絡上，因此它有兩塊網卡和兩個硬件地址。 數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念網卡檢查 MAC 地址 網卡從網絡上每收到一個網卡從網絡上每收到一個 MAC 幀就首先用硬件幀就首先用硬件檢查檢查 MAC 幀中的幀中的 MAC 地址地址.如果是發往本站的幀則收下，然后再進行其他的如果是發往本站的幀則收下，然后再進行其他的處理。處理。否則就將此幀丟棄，不再進行其他的處理。否則就將此幀丟棄，不再進行其他的處理。“發往本

49、站的幀發往本站的幀”包括以下三種幀：包括以下三種幀： 單播單播(unicast)幀（一對一）幀（一對一）廣播廣播(broadcast)幀（一對全體）幀（一對全體）多播多播(multicast)幀（一對多）幀（一對多）數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念 在每塊網卡上都有一個全球唯一的在每塊網卡上都有一個全球唯一的MAC地址，該地址被存放在網卡上的站地地址，該地址被存放在網卡上的站地址寄存器（址寄存器（PROM）中。）中。Ipconfig /allMAC地址的查看：數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念2. MAC 幀的格式 常用的以太網MAC

50、幀格式有兩種標準 ：DIX Ethernet V2 標準IEEE 的 802.3 標準最常用的 MAC 幀是以太網 V2 的格式。數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念以太網 MAC 幀物理層MAC層110 110101011前同步碼幀開始定界符7 字節1 字節8 字節插入IP層目的地址源地址 類型數 據 FCS6624字節46 1500IP 數據報以太網的 MAC 幀格式 數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念MAC 幀物理層MAC 層IP 層以太網 V2 MAC 幀目的地址源地址類型數 據FCS6624字節46 1500IP 數據報目的地址字段 6 字節2 、MAC 幀格式幀格式

51、數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念MAC 幀物理層MAC 層IP 層以太網 V2 MAC 幀目的地址源地址類型數 據FCS6624字節46 1500IP 數據報源地址字段 6 字節數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念MAC 幀物理層MAC 層IP 層以太網 V2 MAC 幀目的地址源地址類型數 據FCS6624字節46 1500IP 數據報類型字段 2 字節類型字段用來標志上一層使用的是什么協議，以便把收到的 MAC 幀的數據上交給上一層的這個協議。 數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念MAC 幀物理層MAC 層IP 層以太網 V2 MAC 幀目的地址源地址類型數 據FCS

52、6624字節46 1500IP 數據報數據字段 46 1500 字節數據字段的正式名稱是 MAC 客戶數據字段最小長度 64 字節 18 字節的首部和尾部 = 數據字段的最小長度 數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念MAC 幀物理層MAC 層IP 層以太網 V2 MAC 幀目的地址源地址類型數 據FCS6624字節46 1500IP 數據報FCS 字段 4 字節當傳輸媒體的誤碼率為 1108 時，MAC 子層可使未檢測到的差錯小于 11014。 當數據字段的長度小于 46 字節時，應在數據字段的后面加入整數字節的填充字段，以保證以太網的 MAC 幀長不小于 64 字節。 數據鏈路層（局域

53、網）-數據鏈路層的基本概念MAC 幀物理層MAC 層IP 層以太網 V2 MAC 幀目的地址源地址類型數 據FCS6624字節46 1500IP 數據報110 110101011前同步碼幀開始定界符7 字節1 字節8 字節插入在幀的前面插入的 8 字節中的第一個字段共 7 個字節，是前同步碼，用來迅速實現 MAC 幀的比特同步。第二個字段是幀開始定界符，表示后面的信息就是MAC 幀。 為了達到比特同步，在傳輸媒體上實際傳送的要比 MAC 幀還多 8 個字節數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念數據字段的長度與長度字段的值不一致；數據字段的長度與長度字段的值不一致；幀的長度不是整數個字節；幀

54、的長度不是整數個字節；用收到的幀檢驗序列用收到的幀檢驗序列 FCS 查出有差錯；查出有差錯；數據字段的長度不在數據字段的長度不在 46 1500 字節之間。字節之間。有效的有效的 MAC 幀長度為幀長度為 64 1518 字節之間。字節之間。對于檢查出的無效對于檢查出的無效 MAC 幀就簡單地丟棄。以太幀就簡單地丟棄。以太網不負責重傳丟棄的幀。網不負責重傳丟棄的幀。 無效的 MAC 幀 數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念4.1 數據鏈路層的基本概念數據鏈路層的基本概念4.2 局域網概述局域網概述4.3 傳統以太網傳統以太網4.4 使用廣播信道的以太網使用廣播信道的以太網4.5 擴展的局

55、域網擴展的局域網4.6 虛擬局域網虛擬局域網4.7 高速以太網高速以太網4.8其他種類的高速局域網其他種類的高速局域網4.9無線網絡和移動網絡無線網絡和移動網絡 第第 4 章章 數據鏈路層（局域網數據鏈路層（局域網）數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念4.5 擴展的局域網4.5.1 在物理層擴展局域網在物理層擴展局域網主機使用光纖和一對光纖調制解調器連接到集線器 以太網集線器光纖光纖調制解調器光纖調制解調器這種擴展的以太網在網絡層看來仍然是一個網絡。數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念某大學有三個系，各自有一個局域網用多個集線器可連成更大的局域網三個獨立的碰撞域一系二系三系碰撞域碰

56、撞域碰撞域數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念用集線器組成更大的局域網都在一個碰撞域中一系三系二系主干集線器一個更大的碰撞域碰撞域數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念優點優點使原來屬于不同碰撞域的局域網上的計算機能夠進使原來屬于不同碰撞域的局域網上的計算機能夠進行跨碰撞域的通信。行跨碰撞域的通信。擴大了局域網覆蓋的地理范圍。擴大了局域網覆蓋的地理范圍。缺點缺點碰撞域增大了，但總的吞吐量并未提高。碰撞域增大了，但總的吞吐量并未提高。如果不同的碰撞域使用不同的數據率，那么就不能如果不同的碰撞域使用不同的數據率，那么就不能用集線器將它們互連起來用集線器將它們互連起來。 用集線器擴展局域網

57、 數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念在數據鏈路層擴展局域網是使用網橋。在數據鏈路層擴展局域網是使用網橋。網橋工作在數據鏈路層，它根據網橋工作在數據鏈路層，它根據 MAC 幀的目幀的目的地址對收到的幀進行轉發。的地址對收到的幀進行轉發。網橋具有過濾幀的功能。當網橋收到一個幀時，網橋具有過濾幀的功能。當網橋收到一個幀時，并不是向所有的端口轉發此幀，而是先檢查此并不是向所有的端口轉發此幀，而是先檢查此幀的目的幀的目的 MAC 地址，然后再確定將該幀轉發地址，然后再確定將該幀轉發到哪一個端口到哪一個端口 4.5.2在數據鏈路層擴展局域網在數據鏈路層擴展局域網 數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的

58、基本概念 1、網橋的內部結構 站表端口管理 軟件網橋協議 實體端口 1端口 2緩存 網段 B網段 A1112 2 2站地址端口網橋網橋 數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念網橋使各網段成為隔離開的碰撞域 B2B1碰撞域碰撞域碰撞域ABCDEF數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念過濾通信量。過濾通信量。 擴大了物理范圍。擴大了物理范圍。提高了可靠性。提高了可靠性。可互連不同物理層、不同可互連不同物理層、不同 MAC 子層和不同速率子層和不同速率（如（如10 Mb/s 和和 100 Mb/s 以太網）的局域網。以太網）的局域網。 使用網橋帶來的好處 數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基

59、本概念存儲轉發增加了時延。存儲轉發增加了時延。 在在MAC 子層并沒有流量控制功能。子層并沒有流量控制功能。 具有不同具有不同 MAC 子層的網段橋接在一起時時延更大。子層的網段橋接在一起時時延更大。網橋只適合于用戶數不太多網橋只適合于用戶數不太多(不超過幾百個不超過幾百個)和通信量和通信量不太大的局域網，否則有時還會因傳播過多的廣播不太大的局域網，否則有時還會因傳播過多的廣播信息而產生網絡擁塞。這就是所謂的廣播風暴。信息而產生網絡擁塞。這就是所謂的廣播風暴。使用網橋帶來的缺點 數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念用戶層IPMACA用戶層IPMACB物理層網橋 1網橋 2用戶數據IP-H

60、MAC-HMAC-TPPP-HPPP-T 物理層DLRMAC物理層物理層DLRMAC物理層物理層LAN1LAN2兩個網橋之間還可使用一段點到點鏈路 網橋不改變它轉發的幀的源地址數據鏈路層（局域網）-數據鏈路層的基本概念集線器在轉發幀時，不對傳輸媒體進行檢測。集線器在轉發幀時，不對傳輸媒體進行檢測。網橋在轉發幀之前必須執行網橋在轉發幀之前必須執行 CSMA/CD 算法。算法。若在發送過程中出現碰撞，就必須停止發送和進行若在發送過程中出現碰撞，就必須停止發送和進行退避。退避。在這一點上網橋的接口很像一個網卡。但網橋卻沒在這一點上網橋的接口很像一個網卡。但網橋卻沒有網卡。有網卡。網橋和集線器（或轉發