導航3.1使用點對點信道的數據鏈路層3.2點對點協議PPP3.3使用廣播信道的數據鏈路層3.4使用廣播信道的以太網

13.4使用廣播信道的以太網Ethernet的標準化以太網在有線局域網中占統治地位在哪里實現鏈路層協議？3.4.1使用集線器的星形拓撲3.4.2以太網的信道利用率3.4.2以太網的MAC

層2Ethernet的標準化p771975美國施樂公司（Xerox）”以太”(Ether)，基帶總線局域網，2.94Mb/s1976,MetCalfe創造了CSMA/CD協議1980，DIXV1（DEC，Intel，Xerox），10Mb/s1982，DIXEthernetV21983，IEEE的802.3工作組負責Ethernet的標準化，因此，EthernetLAN也叫802.3LAN。20世紀90年代，DIXEthernetV2取得壟斷地位3以太網在有線局域網中占統治地位以太網是第一個廣泛使用的高速LAN；以太網硬件（尤其是適配器、集線器和交換機）很便宜；比令牌環LAN簡單、便宜同其他新技術相比，以太網推出了工作在相同或更高數據速率下的版本:10Mbps–10Gbps在哪里實現鏈路層協議？p78鏈路層協議的主要部分在適配器（Adapter）/網絡接口卡（NIC）中實現。實現數據鏈路層和物理層。網卡是一個半自治單元，連接到主機的總線上。僅當適配器通過協議站向上傳遞一個網絡層數據報時，才中斷父節點。當節點通過協議站向下給適配器傳遞一個網絡層數據報時，把通過該鏈路傳輸數據報的任務完全委派給適配器。controllerphysicaltransmissioncpumemoryhostbus(e.g.,PCI)networkadaptercardhostschematicapplicationtransportnetworklinklinkphysical計算機通過適配器

和局域網進行通信的模型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63.4.1使用集線器的星形拓撲7集線器兩對雙絞線站點RJ-45插頭星形網10BASE-T的特點10BASE-T的含義？每個站需要用兩對雙絞線，分別用于發送和接收。集線器(hub)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提高了。每個站到集線器的距離不超過100m。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。10BASE-T為以太網在局域網中的統治地位奠定了牢固的基礎。8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，因此整個系統仍然像一個傳統的以太網那樣運行。集線器本質上是一個物理層設備，它作用于單個bit而不是Frame，不對幀進行緩存。集線器很像一個多接口的轉發器Hub從一個接口接收bit,對其再生和放大，再以相同的速率發送到所有其他接口。Hub沒有實現CSMA/CD要靠主機中的網絡適配器來檢測沖突。Hub可以收集信息，提供一定的網絡管理功能。比如，將一個故障站點斷開連接。9具有三個接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10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。2、使用曼徹斯特(Manchester)編碼(對10BASE-T)。p8011

基帶數字信號曼徹斯特編碼

碼元1111100000出現電平轉換注：曼徹斯特編碼是物理層的功能。3.4.2以太網的

MAC

層1.MAC

層的硬件地址節點（主機和路由器）的適配器具有鏈路層地址，稱為MAC地址；由于MAC地址已經被固化在適配器的ROM中，因此也稱為硬件地址。MAC地址長度為6字節。IEEE的注冊管理機構

RA（RegistrationAuthority）負責向廠家分配地址字段的前三個字節(即高位24位)。其正式名稱為組織唯一標識符OUI（OrganizationUniqueIdentifier），通常也叫公司標識符（compony_id）。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（extendedIdentifier），必須保證生產出的適配器沒有重復地址。1213適配器的過濾功能適配器從網絡上每收到一個MAC幀，首先用硬件檢查MAC幀中的目的MAC地址.如果是發往本站的幀則收下，然后再進行其他的處理。否則就將此幀丟棄，不再進行其他的處理。“發往本站的幀”包括以下三種幀：單播(unicast)幀（一對一）廣播(broadcast)幀（一對全體）廣播地址：FF-FF-FF-FF-FF-FF多播(multicast)幀（一對多）142.MAC

幀的格式常用的以太網MAC幀格式有兩種標準：DIXEthernetV2標準IEEE的802.3標準最常用的MAC幀是以太網V2的格式。15以太網MAC幀物理層MAC層1010101010101010101010101010101011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MAC幀以太網的MAC

幀格式16MAC幀物理層MAC層IP層目的地址源地址類型數據FCS6624字節46~1500IP數據報以太網V2的MAC幀格式目的地址字段6字節17MAC幀物理層MAC層IP層目的地址源地址類型數據FCS6624字節46~1500IP數據報以太網V2的MAC幀格式源地址字段6字節18MAC幀物理層MAC層IP層目的地址源地址類型數據FCS6624字節46~1500IP數據報以太網V2的MAC幀格式類型字段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。19eg.IP協議對應編號0x0800;Arp協議有自己的類型編號0x0806MAC幀物理層MAC層IP層目的地址源地址類型數據FCS6624字節46~1500IP數據報以太網V2的MAC幀格式數據字段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

20MAC幀物理層MAC層IP層目的地址源地址類型數據FCS6624字節46~1500IP數據報以太網V2的MAC幀格式FCS字段4

字節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。21FCS字段是MAC幀中其他比特（除前同步碼）映射而來的。MAC幀物理層MAC層IP層目的地址源地址類型數據FCS6624字節46~1500IP數據報以太網V2的MAC幀格式1010101010101010101010101010101011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(1和0交替碼)，

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，前6位是1和0交替碼，作用同前同步碼。

最后兩位是11，提醒接收端適配器后面的信息就是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22如何確定數據字段的長度？23幀間最小間隔為9.6s，相當于96bit的發送時間。一個站在檢測到總線開始空閑后，還要等待9.6s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2425導航3.1使用點對點信道的數據鏈路層3.2點對點協議PPP3.3使用廣播信道的數據鏈路層3.4使用廣播信道的以太網3.5擴展的局域網

263.5擴展的以太網p91

3.5.1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27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撞域碰撞域28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29優點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。擴大了局域網覆蓋的地理范圍。缺點碰撞域增大了，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，那么就不能用集線器將它們互連起來。

用集線器擴展局域網30在數據鏈路層擴展局域網是使用網橋。網橋是數據鏈路層設備，利用存儲轉發機制處理Frame。網橋具有過濾幀的功能。：網橋收到一個Frame后，并不是向所有的接口轉發此幀，而是先檢查此幀的目的MAC地址，然后再確定將該幀轉發到哪一個接口當Frame被轉發到一個LAN網段時，利用CSMA/CD來訪問網段的廣播信道。

3.5.2在數據鏈路層擴展局域網311.網橋的內部結構站表接口管理軟件網橋協議實體緩存接口1接口2①②③網段B網段A1112①③⑤2②④⑥2站地址接口網橋網橋④⑤⑥接口1接口21232若網橋從接口1收到①發送給⑤的幀若網橋從接口1收到①發送給②的幀IEEE802.1以太網橋體系結構一個MAC中繼實體；多個端口及相應的端口MAC實體；多個高層實體；

高層實體（網橋協議實體，網橋管理，網絡管理協議SNMP等）

MAC實體(媒體訪問有關功能)MAC服務MAC服務MAC中繼實體

MAC實體(媒體訪問有關功能)內部子層服務內部子層服務port2port1一個典型的網橋包括：端口用于連接各個獨立的LAN；每個端口相互獨立，具有不同的端口號和獨立的MAC地址；每個端口具有一個獨立的接收隊列和發送隊列。可以被關閉或阻塞，使之不能接收或發送數據MAC中繼實體負責：實現各端口之間MAC數據幀的中繼；對無需轉發的MAC幀進行過濾；完成自學習過程。端口MAC實體與MAC中繼實體通過內部子層服務（InteriorSublayerService,ISS）原語通信；端口MAC實體使用指示原語把接收到的MAC數據幀遞交給MAC中繼實體；MAC中繼實體使用請求原語請求端口MAC實體發送MAC數據幀。過濾通信量，增大吞吐量：使以太網各網段成為隔離的碰撞區。例：使用網橋帶來的好處34B2B1碰撞域碰撞域碰撞域ABCDEF擴大了物理范圍。提高了可靠性。可互連不同物理層、不同MAC子層和不同速率（如10Mb/s和100Mb/s以太網）的局域網。35

使用點到點連路實現兩個遠程LAN的連接36LANLANt1t2t3t4t5t6UserDataMAC_HUserDataMAC_Tt1,t7:t2,t3,t5,t6:

PPP_HMAC_HUserDataMAC_TPPP_Tt4:

DLMacPhyPhyRMacDLPhyPhyRt7存儲轉發增加了時延需要先存儲、查找轉發表后再轉發，轉發前還要執行CSMA/CD算法！集線器在轉發幀時，不對傳輸媒體進行檢測。具有不同MAC子層的網段橋接在一起時時延更大。在MAC子層并沒有流量控制功能，導致丟幀網橋只適合于用戶數不太多(不超過幾百個)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37目前使用得最多的網橋是透明網橋(transparentbridge)，其標準是IEEE802.1D。“透明”是指局域網上的站點并不知道所發送的幀將經過哪幾個網橋，因為網橋對各站來說是看不見的。透明網橋是一種即插即用設備即只要把網橋連入局域網，不用人工配置轉發表，網橋就能工作。2.透明網橋38地址接口轉發表的建立過程舉例B2B1ABCDEF1212地址接口…………B1B→AA→BA1F→CF2A→BA1F→CF239若從A發出的幀從接口x進入了某網橋，那么從這個接口出發沿相反方向一定可把一個幀傳送到A。網橋每收到一個幀，就記下其源地址和進入網橋的接口，作為轉發表中的一個項目。在建立轉發表時是把幀首部中的源地址寫在“地址”這一欄的下面。在轉發幀時，則是根據收到的幀首部中的目的地址來轉發的。這時就把在“地址”欄下面已經記下的源地址當作目的地址，而把記下的進入接口當作轉發接口。網橋按照以下自學習算法

處理收到的幀和建立轉發表40在網橋的轉發表中寫入的信息除了地址和接口外，還有幀進入該網橋的時間。這是因為以太網的拓撲可能經常會發生變化，站點也可能會更換適配器（這就改變了站點的地址）。另外，以太網上的工作站并非總是接通電源的。把每個幀到達網橋的時間登記下來，就可以在轉發表中只保留網絡拓撲的最新狀態信息。當站點發送新的幀時，用新的到達時間更新原表項的時間。如果超過一定時間，該站點沒有發送數據，就把其對應表項刪除。保持一個較小的MAC表長度，節省查表時間網橋在轉發表中登記以下三個信息41網橋的自學習和轉發幀的一般步驟歸納網橋收到一幀后先進行自學習。查找轉發表中與收到幀的源地址有無相匹配的項目。如沒有，就在轉發表中增加一個項目〈源地址，進入的接口，時間〉。如有，則把原有的項目進行更新。轉發幀。查找轉發表中與收到幀的目的地址有無相匹配的項目。如沒有，則通過所有其他接口（但進入網橋的接口除外）進行轉發。如有，則按轉發表中給出的接口進行轉發。若轉發表中給出的接口就是該幀進入網橋的接口，則應丟棄這個幀（因為這時不需要經過網橋進行轉發）。42例網橋中的轉發表是用自學習方法建立的。如果有的站點總是不發送數據而僅僅接收數據，那么轉發表中是否就沒有與之對應的表項？如果向這個站點發送數據幀，那么網橋能夠把數據幀正確發送到目的地址嗎？STP的產生是為了解決網橋的環路問題：為了保證可靠性，在主干或重要地方設置冗余鏈路或冗余網橋作為備份；或其他原因引起的環路問題；環路會導致這轉發的幀在網絡中不斷地兜圈子，造成網絡的癱瘓。。生成樹協議(spanning

tree

protocol)

局域網2局域網1網橋2網橋1

AF不停地兜圈子F1網橋1轉發的幀F2網橋2轉發的幀網絡資源白白消耗了44每個網橋運行STP協議，主要功能如下：自動發現并建立一個樹型拓撲，使得任意兩個站點之間無數據環路；STP協議將阻塞某些端口，使之不能接收或發送數據，以免形成數據環路。自動發現故障并恢復，自動更新網絡活動拓撲——即連通所有網段的最優樹型結構——表示網絡中數據流通路所形成的邏輯結構。生成樹的作用45課后練習：簡單了解STP、RSTP、及鏈路聚合協議。參考書：《局域網與城域網》雷維禮等人民郵電出版社；或其他有相關內容的參考書閱讀仲紅老師實驗教材第八章。46其標準是IEEE802.5。源路由(sourceroute)網橋在發送幀時將詳細的路由信息放在幀的首部中。源站以廣播方式向欲通信的目的站發送一個發現幀，每個發現幀都記錄所經過的路由。發現幀到達目的站時就沿各自的路由返回源站。源站在得知這些路由后，從所有可能的路由中選擇出一個最佳路由。凡從該源站向該目的站發送的幀的首部，都必須攜帶源站所確定的這一路由信息。3.源路由網橋47生成樹算法與源路由的比較生成樹優點：不需額外邏輯不必修改MAC幀格式缺點：限制采用冗余網橋冗余網橋無法共擔通信負載48

源路由優點：允許在每個“源-目標”對中挑選最佳路由允許所有網橋參與幀的轉發，從而均衡負載缺點：需要額外邏輯在每個MAC幀中增加額外的位，加重LAN通信負擔路由發現算法太消耗資源以太網交換機的特點以太網交換機的每個接口都直接與主機相連，工作在全雙工方式。交換機能同時連通許多對的接口，使每一對相互通信的主機都能像獨占通信媒體那樣，進行無碰撞地傳輸數據。由于使用了專用的交換結構芯片，其交換速率就較高。4.多接口網橋——以太網交換機4950switchAA’BB’CC’如圖，A向A'發送數據、B向B'發送數據，C向C'發送數據

如果每臺主機具有一塊10Mb/s的適配器，則在3個并行數據傳輸過程中的匯總吞吐量為30Mb/s。如果A和A'具有100Mb/s的適配器，則在3個并行數據傳輸過程中的匯總吞吐量為120Mb/s。用以太網交換機擴展局域網一系三系二系10BASE-T至因特網100Mb/s100Mb/s100Mb/s萬維網服務器電子郵件服務器以太網交換機路由器51引入VLAN的原因：廣播風暴和安全隱患；將一個交換式LAN邏輯上劃分為多個廣播域虛擬局域網

VLAN是由一些局域網網段構成的與物理位置無關的邏輯組。這些網段具有某些共同的需求。每一個VLAN的幀都有一個明確的標識符，指明發送這個幀的工作站是屬于哪一個VLAN。5.虛擬局域網52以太網交換機A4B1以太網交換機VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太網交換機以太網交換機三個虛擬局域網:VLAN1,VLAN2和VLAN353以太網交換機A4B1以太網交換機VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太網交換機以太網交換機三個虛擬局域網VLAN1,VLAN2和VLAN3

的構成當B1

向VLAN2

工作組內成員發送數據時，工作站B2和B3將會收到廣播的信息。54以太網交換機A4B1以太網交換機VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太網交換機以太網交換機三個虛擬局域網VLAN1,VLAN2和VLAN3

的構成B1發送數據時，工作站A1,A2和C1都不會收到B1發出的廣播信息。55以太網交換機A4B1以太網交換機VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太網交換機以太網交換機三個虛擬局域網VLAN1,VLAN2和VLAN3

的構成虛擬局域網限制了接收廣播信息的工作站數，使得網絡不會因傳播過多的廣播信息(即“廣播風暴”)而引起性能惡化。56虛擬局域網協議允許在以太網的幀格式中插入一個4字節的標識符，稱為VLAN標記(tag)，用來指明發送該幀的工作站屬于哪一個虛擬局域網。虛擬局域網使用的以太網幀格式802.3MAC幀字節66246~15004MAC幀目地地址源地址長度/類型數據FCS長度/類型=802.1Q標記類型標記控制信息

1000000100000000VID(12bit)2字節:0x81002字節插入4字節的VLAN標記4用戶優先級（3位）CFI（1位）57導航3.1使用點對點信道的數據鏈路層3.2點對點協議PPP3.3使用廣播信道的數據鏈路層3.4使用廣播信道的以太網3.5擴展的局域網3.6