??3.1 數(shù)據(jù)鏈路層概述

?3.1.1 概述

鏈路是從一個結(jié)點到相鄰結(jié)點的一段物理線路，數(shù)據(jù)鏈路則是在鏈路的基礎(chǔ)上增加了一些必要的硬件（如網(wǎng)絡(luò)適配器）和軟件（如協(xié)議的實現(xiàn)）

網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)、路由器等都必須實現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層

局域網(wǎng)中的主機(jī)、交換機(jī)等都必須實現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層

從層次上來看數(shù)據(jù)的流動

僅從數(shù)據(jù)鏈路層觀察幀的流動

主機(jī)H1 到主機(jī)H2 所經(jīng)過的網(wǎng)絡(luò)可以是多種不同類型的

注意：不同的鏈路層可能采用不同的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議

數(shù)據(jù)鏈路層使用的信道

數(shù)據(jù)鏈路層屬于計算機(jī)網(wǎng)路的低層。數(shù)據(jù)鏈路層使用的信道主要有以下兩種類型：

• 點對點信道

• 廣播信道

局域網(wǎng)屬于數(shù)據(jù)鏈路層

局域網(wǎng)雖然是個網(wǎng)絡(luò)。但我們并不把局域網(wǎng)放在網(wǎng)絡(luò)層中討論。這是因為在網(wǎng)絡(luò)層要討論的是多個網(wǎng)絡(luò)互連的問題，是討論分組怎么從一個網(wǎng)絡(luò)，通過路由器，轉(zhuǎn)發(fā)到另一個網(wǎng)絡(luò)。

而在同一個局域網(wǎng)中，分組怎么從一臺主機(jī)傳送到另一臺主機(jī)，但并不經(jīng)過路由器轉(zhuǎn)發(fā)。從整個互聯(lián)網(wǎng)來看，局域網(wǎng)仍屬于數(shù)據(jù)鏈路層的范圍

?3.1.2 三個重要問題

數(shù)據(jù)鏈路層傳送的協(xié)議數(shù)據(jù)單元是幀

封裝成幀 (framing) 就是在一段數(shù)據(jù)的前后分別添加首部和尾部，然后就構(gòu)成了一個幀。

首部和尾部的一個重要作用就是進(jìn)行幀定界。

差錯控制

在傳輸過程中可能會產(chǎn)生比特差錯：1 可能會變成 0， 而 0 也可能變成 1。

可靠傳輸

接收方主機(jī)收到有誤碼的幀后，是不會接受該幀的，會將它丟棄

如果數(shù)據(jù)鏈路層向其上層提供的是不可靠服務(wù)，那么丟棄就丟棄了，不會再有更多措施

如果數(shù)據(jù)鏈路層向其上層提供的是可靠服務(wù)，那就還需要其他措施，來確保接收方主機(jī)還可以重新收到被丟棄的這個幀的正確副本

以上三個問題都是使用點對點信道的數(shù)據(jù)鏈路層來舉例的

如果使用廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層除了包含上面三個問題外，還有一些問題要解決

如圖所示，主機(jī)A，B，C，D，E通過一根總線進(jìn)行互連，主機(jī)A要給主機(jī)C發(fā)送數(shù)據(jù)，代表幀的信號會通過總線傳輸?shù)娇偩€上的其他各主機(jī)，那么主機(jī)B，D，E如何知道所收到的幀不是發(fā)送給她們的，主機(jī)C如何知道發(fā)送的幀是發(fā)送給自己的

可以用編址（地址）的來解決

將幀的目的地址添加在幀中一起傳輸

還有數(shù)據(jù)碰撞問題

隨著技術(shù)的發(fā)展，交換技術(shù)的成熟，

在 有線（局域網(wǎng)）領(lǐng)域 使用點對點鏈路和鏈路層交換機(jī)的交換式局域網(wǎng)取代了共享式局域網(wǎng)

在無線局域網(wǎng)中仍然使用的是共享信道技術(shù)

??3.2 封裝成幀

?3.2.1 介紹

封裝成幀是指數(shù)據(jù)鏈路層給上層交付的協(xié)議數(shù)據(jù)單元添加幀頭和幀尾使之成為幀

• 幀頭和幀尾中包含有重要的控制信息
  
  發(fā)送方的數(shù)據(jù)鏈路層將上層交付下來的協(xié)議數(shù)據(jù)單元封裝成幀后，還要通過物理層，將構(gòu)成幀的各比特，轉(zhuǎn)換成電信號交給傳輸媒體，那么接收方的數(shù)據(jù)鏈路層如何從物理層交付的比特流中提取出一個個的幀？

答：需要幀頭和幀尾來做幀定界

但并不是每一種數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的幀都包含有幀定界標(biāo)志，例如下面例子

前導(dǎo)碼

• 前同步碼：作用是使接收方的時鐘同步
• 幀開始定界符：表明其后面緊跟著的就是MAC幀

另外以太網(wǎng)還規(guī)定了幀間間隔為96比特時間，因此，MAC幀不需要幀結(jié)束定界符（因為不是連續(xù)的）

?3.2.2 透明傳輸

透明指某一個實際存在的事物看起來卻好像不存在一樣。

透明傳輸是指數(shù)據(jù)鏈路層對上層交付的傳輸數(shù)據(jù)沒有任何限制，好像數(shù)據(jù)鏈路層不存在一樣

透明傳輸是不做任何干擾或修改傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，保持?jǐn)?shù)據(jù)的原樣傳輸。在數(shù)據(jù)鏈路層，數(shù)據(jù)通常被分割成一個一個的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行傳輸。透明傳輸確保這些數(shù)據(jù)幀的內(nèi)容在傳輸過程中不會被修改或損壞，而且傳輸?shù)姆绞綄ι蠈訁f(xié)議是透明的，上層協(xié)議不需要知道傳輸?shù)募?xì)節(jié)。

透明傳輸?shù)暮锰幨谴_保了數(shù)據(jù)的可靠性和一致性，使得不同的計算機(jī)或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以互相通信，而不受底層傳輸細(xì)節(jié)的影響。這種傳輸方式在網(wǎng)絡(luò)通信中非常重要，保證了數(shù)據(jù)的有效傳輸和正確處理。

幀界定標(biāo)志也就是個特定數(shù)據(jù)值，如果在上層交付的協(xié)議數(shù)據(jù)單元中， 恰好也包含這個特定數(shù)值，接收方就不能正確接收

（看下面的圖，因為幀界定標(biāo)志就是個特定數(shù)據(jù)值，如果數(shù)據(jù)中剛好有這個數(shù)值，那么在接收方接收到該中間數(shù)據(jù)的時候就判斷其不是數(shù)據(jù)，而是定界符，那么就會放棄接收后方的數(shù)據(jù)，這樣子不合理）

所以數(shù)據(jù)鏈路層應(yīng)該對上層交付的數(shù)據(jù)有限制，其內(nèi)容不能包含幀定界符的值

解決透明傳輸問題

• 解決方法：面向字節(jié)的物理鏈路使用字節(jié)填充 (byte stuffing) 或字符填充 (character stuffing)，面向比特的物理鏈路使用比特填充的方法實現(xiàn)透明傳輸

• 發(fā)送端的數(shù)據(jù)鏈路層在數(shù)據(jù)中出現(xiàn)控制字符“SOH”或“EOT”的前面插入一個轉(zhuǎn)義字符“ESC”(其十六進(jìn)制編碼是1B)。

• 接收端的數(shù)據(jù)鏈路層在將數(shù)據(jù)送往網(wǎng)絡(luò)層之前刪除插入的轉(zhuǎn)義字符。

• 如果轉(zhuǎn)義字符也出現(xiàn)在數(shù)據(jù)當(dāng)中，那么應(yīng)在轉(zhuǎn)義字符前面插入一個轉(zhuǎn)義字符 ESC。當(dāng)接收端收到連續(xù)的兩個轉(zhuǎn)義字符時，就刪除其中前面的一個。

• 如果是面向比特的物理鏈路，那么采用的方法就是在數(shù)據(jù)中存在的 ’楨定界符‘?dāng)?shù)據(jù)中第五個1后插入一個0來拆解楨定界符數(shù)據(jù)的樣式，如果接收方接收到五個一的數(shù)據(jù)，就會刪除其后面?zhèn)鬏斍皩懭氲?字符，這樣子可以確保楨定界符的非誤判和傳輸數(shù)據(jù)的一致性

?3.2.3 幀的數(shù)據(jù)部分長度

?3.2.4 總結(jié)

??3.3 差錯檢測

?3.3.1 介紹

?3.3.2 奇偶校驗

?3.3.3 循環(huán)冗余校驗CRC(Cyclic Redundancy Check)

例題

?3.3.4 總結(jié)

循環(huán)冗余校驗 CRC 是一種檢錯方法，而幀校驗序列 FCS 是添加在數(shù)據(jù)后面的冗余碼

??3.4 可靠傳輸

?3.4.1 基本概念

比特差錯

其他傳輸差錯

分組丟失
路由器輸入隊列快滿了，主動丟棄收到的分組

分組失序
數(shù)據(jù)并未按照發(fā)送順序依次到達(dá)接收端

分組重復(fù)
由于某些原因，有些分組在網(wǎng)絡(luò)中滯留了，沒有及時到達(dá)接收端，這可能會造成發(fā)送端對該分組的重發(fā)，重發(fā)的分組到達(dá)接收端，但一段時間后，滯留在網(wǎng)絡(luò)的分組也到達(dá)了接收端，這就造成分組重復(fù)的傳輸差錯

這三種可靠傳輸實現(xiàn)機(jī)制的基本原理并不僅限于數(shù)據(jù)鏈路層，可以應(yīng)用到計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的各層協(xié)議中

?3.4.2 停止-等待協(xié)議

停止-等待協(xié)議可能遇到的四個問題

確認(rèn)與否認(rèn)

超時重傳

確認(rèn)丟失

既然數(shù)據(jù)分組需要編號，確認(rèn)分組是否需要編號？

要。如下圖所示

確認(rèn)遲到

注意，圖中最下面那個數(shù)據(jù)分組與之前序號為0的那個數(shù)據(jù)分組不是同一個數(shù)據(jù)分組

注意事項

停止-等待協(xié)議的信道利用率
假設(shè)收發(fā)雙方之間是一條直通的信道

• TD：是發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)分組所耗費的發(fā)送時延

• RTT：是收發(fā)雙方之間的往返時間

• TA：是接收方發(fā)送確認(rèn)分組所耗費的發(fā)送時延

TA一般都遠(yuǎn)小于TD，可以忽略，當(dāng)RTT遠(yuǎn)大于TD時，信道利用率會非常低

像停止-等待協(xié)議這樣通過確認(rèn)和重傳機(jī)制實現(xiàn)的可靠傳輸協(xié)議，常稱為自動請求重傳協(xié)議ARQ(Automatic Repeat reQuest)，意思是重傳的請求是自動進(jìn)行，因為不需要接收方顯式地請求，發(fā)送方重傳某個發(fā)送的分組

?3.4.3 回退N幀協(xié)議GBN

為什么用回退N幀協(xié)議

在相同的時間內(nèi)，使用停止-等待協(xié)議的發(fā)送方只能發(fā)送一個數(shù)據(jù)分組，而采用流水線傳輸?shù)陌l(fā)送方，可以發(fā)送多個數(shù)據(jù)分組

回退N幀協(xié)議在流水線傳輸?shù)幕A(chǔ)上，利用發(fā)送窗口來限制發(fā)送方可連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)分組的個數(shù)

無差錯情況流程

發(fā)送方將序號落在發(fā)送窗口內(nèi)的0~4號數(shù)據(jù)分組，依次連續(xù)發(fā)送出去

他們經(jīng)過互聯(lián)網(wǎng)傳輸正確到達(dá)接收方，就是沒有亂序和誤碼，接收方按序接收它們，每接收一個，接收窗口就向前滑動一個位置，并給發(fā)送方發(fā)送針對所接收分組的確認(rèn)分組，在通過互聯(lián)網(wǎng)的傳輸正確到達(dá)了發(fā)送方

發(fā)送方每接收一個、發(fā)送窗口就向前滑動一個位置，這樣就有新的序號落入發(fā)送窗口，發(fā)送方可以將收到確認(rèn)的數(shù)據(jù)分組從緩存中刪除了，而接收方可以擇機(jī)將已接收的數(shù)據(jù)分組交付上層處理

發(fā)送端將會連續(xù)發(fā)送多個數(shù)據(jù)幀，這些數(shù)據(jù)幀按照順序編號。接收端會以同樣的順序依次接收這些數(shù)據(jù)幀。當(dāng)接收到一個數(shù)據(jù)幀后，接收端會發(fā)送一個確認(rèn)幀給發(fā)送端，確認(rèn)幀攜帶的是期望接收的下一個數(shù)據(jù)幀的序號。

累計確認(rèn)

累計確認(rèn)就是指，接收端只發(fā)送確認(rèn)幀攜帶的是其期望接收的下一個數(shù)據(jù)幀的序號，而不是每收到一個數(shù)據(jù)幀就發(fā)送一個確認(rèn)幀。當(dāng)發(fā)送端收到確認(rèn)幀后，它會知道該確認(rèn)幀之前的所有數(shù)據(jù)幀都已經(jīng)被接收端正確接收并且被確認(rèn)。

具體表現(xiàn)上，發(fā)送端會維護(hù)一個滑動窗口，窗口的大小為N。發(fā)送端會連續(xù)發(fā)送窗口內(nèi)的數(shù)據(jù)幀，每發(fā)送一個數(shù)據(jù)幀，發(fā)送端會啟動一個計時器。如果發(fā)送端在計時器超時之前收到了期望的確認(rèn)幀，它會將滑動窗口向前滑動一位，并重置計時器。如果發(fā)送端收到了超時的確認(rèn)幀或者沒有收到確認(rèn)幀，它會重新發(fā)送窗口內(nèi)的所有數(shù)據(jù)幀。這樣，發(fā)送端就保證了數(shù)據(jù)的可靠傳輸。

累計確認(rèn)

優(yōu)點:

• 即使確認(rèn)分組丟失，發(fā)送方也可能不必重傳
• 減小接收方的開銷
• 減小對網(wǎng)絡(luò)資源的占用

缺點：

• 不能向發(fā)送方及時反映出接收方已經(jīng)正確接收的數(shù)據(jù)分組信息

有差錯情況
在傳輸數(shù)據(jù)分組時，5號數(shù)據(jù)分組出現(xiàn)誤碼，接收方通過數(shù)據(jù)分組中的檢錯碼發(fā)現(xiàn)了錯誤

于是丟棄該分組（出問題的分組），而后續(xù)到達(dá)的這剩下四個分組與接收窗口的序號不匹配

接收同樣也不能接收它們，將它們丟棄，并對之前按序接收的最后一個數(shù)據(jù)分組進(jìn)行確認(rèn)，發(fā)送ACK4，每丟棄一個數(shù)據(jù)分組，就發(fā)送一個ACK4

當(dāng)收到重復(fù)的ACK4時，就知道之前所發(fā)送的數(shù)據(jù)分組出現(xiàn)了差錯，于是可以不等超時計時器超時就立刻開始重傳，具體收到幾個重復(fù)確認(rèn)就立刻重傳，根據(jù)具體實現(xiàn)決定

如果收到這4個重復(fù)的確認(rèn)并不會觸發(fā)發(fā)送立刻重傳，一段時間后。超時計時器超時，也會將發(fā)送窗口內(nèi)以發(fā)送過的這些數(shù)據(jù)分組全部重傳

若WT超過取值范圍，例如WT=8，會出現(xiàn)什么情況？


總結(jié)

• 回退N幀協(xié)議在流水線傳輸?shù)幕A(chǔ)上利用發(fā)送窗口來限制發(fā)送方連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)分組的數(shù)量，是一種連續(xù)ARQ協(xié)議

• 在協(xié)議的工作過程中發(fā)送窗口和接收窗口不斷向前滑動，因此這類協(xié)議又稱為滑動窗口協(xié)議

• 由于回退N幀協(xié)議的特性，當(dāng)通信線路質(zhì)量不好時，其信道利用率并不比停止-等待協(xié)議高

?3.4.4選擇重傳協(xié)議SR

在SR協(xié)議中，發(fā)送端會將數(shù)據(jù)幀按順序編號并發(fā)送，接收端會以同樣的順序接收這些數(shù)據(jù)幀。與GBN協(xié)議不同的是，接收端會分別確認(rèn)每一個接收到的數(shù)據(jù)幀。每次接收端收到一個數(shù)據(jù)幀后，它會發(fā)送一個確認(rèn)幀給發(fā)送端，確認(rèn)幀中攜帶的是該數(shù)據(jù)幀的序號。

具體表現(xiàn)上，發(fā)送端會維護(hù)一個發(fā)送窗口和一個接收窗口。發(fā)送窗口內(nèi)的數(shù)據(jù)幀已發(fā)送但未收到確認(rèn)，接收窗口內(nèi)的數(shù)據(jù)幀已接收但未被上層應(yīng)用程序處理。發(fā)送端會周期性地發(fā)送窗口內(nèi)未收到確認(rèn)的數(shù)據(jù)幀，并啟動計時器。

當(dāng)接收到一個數(shù)據(jù)幀后，接收端會確認(rèn)該數(shù)據(jù)幀，并將其交付給上層應(yīng)用程序。如果接收端發(fā)現(xiàn)有缺失的數(shù)據(jù)幀，則會發(fā)送一個選擇性的確認(rèn)幀給發(fā)送端，攜帶的是期望接收的下一個數(shù)據(jù)幀的序號。發(fā)送端在收到選擇性確認(rèn)幀后，只會對該確認(rèn)幀確認(rèn)的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行重傳，而不是重傳窗口內(nèi)的所有數(shù)據(jù)幀。

接收端會將接收到的重復(fù)數(shù)據(jù)幀丟棄，不發(fā)送確認(rèn)幀。發(fā)送端在收到確認(rèn)幀后，會將已確認(rèn)的數(shù)據(jù)幀從發(fā)送窗口中刪除，并滑動窗口以允許發(fā)送新的數(shù)據(jù)幀。

選擇重傳協(xié)議通過選擇性的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)幀的重傳，僅重傳丟失的數(shù)據(jù)幀，從而提高了協(xié)議的效率。它可以減少發(fā)送端的重傳負(fù)擔(dān)，并允許接收端以亂序接收的方式處理數(shù)據(jù)幀。但是相對于GBN協(xié)議，SR協(xié)議在發(fā)送端和接收端都需要維護(hù)更多的狀態(tài)和邏輯判斷。

綜上所述，選擇重傳協(xié)議（SR）通過選擇性的重傳機(jī)制實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴０l(fā)送端維護(hù)發(fā)送窗口和接收窗口，按序發(fā)送數(shù)據(jù)幀，并根據(jù)接收端的確認(rèn)情況進(jìn)行選擇性的重傳或滑動操作。接收端以選擇性的方式確認(rèn)接收到的數(shù)據(jù)幀，并處理亂序接收的情況。這樣，SR協(xié)議可以提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)男屎涂煽啃浴?/p>

??3.5 點對點協(xié)議PPP

• 點對點協(xié)議PPP（Point-to-Point Protocol）是目前使用最廣泛的點對點數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議

• PPP協(xié)議是因特網(wǎng)工程任務(wù)組IEIF在1992年制定的。經(jīng)過1993年和1994年的修訂，現(xiàn)在的PPP協(xié)議已成為因特網(wǎng)的正式標(biāo)準(zhǔn)[RFC1661，RFC1662]

• 數(shù)據(jù)鏈路層使用的一種協(xié)議，它的特點是：簡單；只檢測差錯，而不是糾正差錯；不使用序號，也不進(jìn)行流量控制；可同時支持多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議
  

• PPPoE 是為寬帶上網(wǎng)的主機(jī)使用的鏈路層協(xié)議
  

?3.5.1 幀格式

必須規(guī)定特殊的字符作為幀定界符

?3.5.2 透明傳輸

必須保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐该餍?/p>

實現(xiàn)透明傳輸?shù)姆椒?/p>

• 面向字節(jié)的異步鏈路：字節(jié)填充法（插入“轉(zhuǎn)義字符”）
  
• 面向比特的同步鏈路：比特填充法（插入“比特0”）
  
  

?3.5.3 差錯校驗

能夠?qū)邮斩耸盏降膸M(jìn)行檢測，并立即丟棄有差錯的幀。

?3.5.4 工作狀態(tài)

• 當(dāng)用戶撥號接入 ISP 時，路由器的調(diào)制解調(diào)器對撥號做出確認(rèn)，并建立一條物理連接。

• PC 機(jī)向路由器發(fā)送一系列的 LCP 分組（封裝成多個 PPP 幀）。

• 這些分組及其響應(yīng)選擇一些 PPP 參數(shù)，并進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)層配置，NCP 給新接入的 PC 機(jī)

• 分配一個臨時的 IP 地址，使 PC 機(jī)成為因特網(wǎng)上的一個主機(jī)。

• 通信完畢時，NCP 釋放網(wǎng)絡(luò)層連接，收回原來分配出去的 IP 地址。接著，LCP 釋放數(shù)據(jù)鏈路層連接。最后釋放的是物理層的連接。
  

可見，PPP 協(xié)議已不是純粹的數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議，它還包含了物理層和網(wǎng)絡(luò)層的內(nèi)容。

??3.6 媒體接入控制（介質(zhì)訪問控制）— 廣播信道

媒體接入控制（介質(zhì)訪問控制）使用一對多的廣播通信方式

Medium Access Control翻譯成媒體接入控制，有些翻譯成介質(zhì)訪問控制

• 局域網(wǎng)最主要的特點是：

  • 網(wǎng)絡(luò)為一個單位所擁有；

  • 地理范圍和站點數(shù)目均有限。

• 局域網(wǎng)具有如下主要優(yōu)點：

  • 具有廣播功能，從一個站點可很方便地訪問全網(wǎng)。局域網(wǎng)上的主機(jī)可共享連接在局域網(wǎng)上的各種硬件和軟件資源。

  • 便于系統(tǒng)的擴(kuò)展和逐漸地演變，各設(shè)備的位置可靈活調(diào)整和改變。

  • 提高了系統(tǒng)的可靠性、可用性和殘存性。
    
    
    數(shù)據(jù)鏈路層的兩個子層

為了使數(shù)據(jù)鏈路層能更好地適應(yīng)多種局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，IEEE 802 委員會就將局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層拆成兩個子層：

1. 邏輯鏈路控制 LLC (Logical Link Control)子層；

2. 媒體接入控制 MAC (Medium Access Control)子層。

與接入到傳輸媒體有關(guān)的內(nèi)容都放在 MAC子層，而 LLC 子層則與傳輸媒體無關(guān)。 不管采用何種協(xié)議的局域網(wǎng)，對 LLC 子層來說都是透明的。

?3.6.1 基本概念

為什么要媒體接入控制（介質(zhì)訪問控制）？

共享信道帶來的問題

若多個設(shè)備在共享信道上同時發(fā)送數(shù)據(jù)，則會造成彼此干擾，導(dǎo)致發(fā)送失敗。

隨著技術(shù)的發(fā)展，交換技術(shù)的成熟和成本的降低，具有更高性能的使用點對點鏈路和鏈路層交換機(jī)的交換式局域網(wǎng)在有線領(lǐng)域已完全取代了共享式局域網(wǎng)，但由于無線信道的廣播天性，無線局域網(wǎng)仍然使用的是共享媒體技術(shù)

?3.6.2 靜態(tài)劃分信道

信道復(fù)用

頻分復(fù)用FDM (Frequency Division Multiplexing)

• 將整個帶寬分為多份，用戶在分配到一定的頻帶后，在通信過程中自始至終都占用這個頻帶。

• 頻分復(fù)用的所有用戶在同樣的時間占用不同的帶寬資源（請注意，這里的“帶寬”是頻率帶寬而不是數(shù)據(jù)的發(fā)送速率）。

時分復(fù)用TDM (Time Division Multiplexing)

• 時分復(fù)用則是將時間劃分為一段段等長的時分復(fù)用幀（TDM幀）。每一個時分復(fù)用的用戶在每一個 TDM 幀中占用固定序號的時隙，有點類似java語言中的任務(wù)調(diào)度器為線程分發(fā)的時間片來運行原理。

• 每一個用戶所占用的時隙是周期性地出現(xiàn)（其周期就是TDM幀的長度）的。

• TDM 信號也稱為等時 (isochronous) 信號。

• 時分復(fù)用的所有用戶在不同的時間占用同樣的頻帶寬度。
  

波分復(fù)用 WDM(Wavelength Division Multiplexing)

波分復(fù)用就是光的頻分復(fù)用，使用一根光纖來同時傳輸多個光載波信號

光信號傳輸一段距離后悔衰減，所以要用摻鉺光纖放大器放大光信號

碼分復(fù)用 CDM (Code Division Multiplexing)

?3.6.3 動態(tài)接入控制

?3.6.4 隨機(jī)接入（CSMA/CA協(xié)議）

總線局域網(wǎng)使用協(xié)議：CSMA/CD

基本概念

最初的以太網(wǎng)是將許多計算機(jī)都連接到一根總線上。易于實現(xiàn)廣播通信。當(dāng)初認(rèn)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。

以太網(wǎng)（Ethernet）是一種計算機(jī)局域網(wǎng)技術(shù)。IEEE組織的IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)制定了以太網(wǎng)（Ethernet）的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

以太網(wǎng)采用無連接的工作方式，對發(fā)送的數(shù)據(jù)幀不進(jìn)行編號，也不要求對方發(fā)回確認(rèn)。目的站收到有差錯幀就把它丟棄，其他什么也不做

多址接入MA
表示許多主機(jī)以多點接入的方式連接在一根總線上。

載波監(jiān)聽CS
是指每一個站在發(fā)送數(shù)據(jù)之前先要檢測一下總線上是否有其他計算機(jī)在發(fā)送數(shù)據(jù)，如果有，則暫時不要發(fā)送數(shù)據(jù)，以免發(fā)生碰撞。

總線上并沒有什么“載波”。因此， “載波監(jiān)聽”就是用電子技術(shù)檢測總線上有沒有其他計算機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)信號。

碰撞檢測CD

• “碰撞檢測”就是計算機(jī)邊發(fā)送數(shù)據(jù)邊檢測信道上的信號電壓大小。

• 當(dāng)幾個站同時在總線上發(fā)送數(shù)據(jù)時，總線上的信號電壓擺動值將會增大（互相疊加）。

• 當(dāng)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(rèn)為總線上至少有兩個站同時在發(fā)送數(shù)據(jù)，表明產(chǎn)生了碰撞。

• 所謂“碰撞”就是發(fā)生了沖突。因此“碰撞檢測”也稱為“沖突檢測”。

• 在發(fā)生碰撞時，總線上傳輸?shù)男盘柈a(chǎn)生了嚴(yán)重的失真，無法從中恢復(fù)出有用的信息來。

• 每一個正在發(fā)送數(shù)據(jù)的站，一旦發(fā)現(xiàn)總線上出現(xiàn)了碰撞，就要立即停止發(fā)送，免得繼續(xù)浪費網(wǎng)絡(luò)資源，然后等待一段隨機(jī)時間后再次發(fā)送。
  
  為什么要進(jìn)行碰撞檢測？ 因為信號傳播時延對載波監(jiān)聽產(chǎn)生了影響
  
  A 需要單程傳播時延的 2 倍的時間，才能檢測到與 B 的發(fā)送產(chǎn)生了沖突

CSMA/CD 協(xié)議工作流程

CSMA/CD 協(xié)議工作——爭用期（碰撞窗口）

CSMA/CD 協(xié)議工作——最小幀長

CSMA/CD 協(xié)議工作——最大幀長

CSMA/CD 協(xié)議工作——截斷二進(jìn)制指數(shù)退避算法

CSMA/CD 協(xié)議工作——信道利用率

CSMA/CD 協(xié)議工作——幀接收流程

CSMA/CD 協(xié)議的重要特性

• 使用 CSMA/CD 協(xié)議的以太網(wǎng)不能進(jìn)行全雙工通信而只能進(jìn)行雙向交替通信（半雙工通信）。

• 每個站在發(fā)送數(shù)據(jù)之后的一小段時間內(nèi)，存在著遭遇碰撞的可能性。

• 這種發(fā)送的不確定性使整個以太網(wǎng)的平均通信量遠(yuǎn)小于以太網(wǎng)的最高數(shù)據(jù)率。

CSMA/CD協(xié)議曾經(jīng)用于各種總線結(jié)構(gòu)以太網(wǎng)和雙絞線以太網(wǎng)的早起版本中。

現(xiàn)在的以太網(wǎng)基于交換機(jī)和全雙工連接，不會有碰撞，因此沒有必要使用CSMA/CS協(xié)議

隨機(jī)接入（CSMA/CA協(xié)議）

無線局域網(wǎng)使用的協(xié)議：CSMA/CA

為什么無線局域網(wǎng)要使用CSMA/CA協(xié)議



幀間間隔IFS（InterFrame Space）

CSMA/CA協(xié)議的工作原理

源站為什么在檢測到信道空閑后還要再等待一段時間DIFS？

• 考慮到可能有其他的站有高優(yōu)先級的幀要發(fā)送。若有，就要讓高優(yōu)先級幀先發(fā)送

目的站為什么正確接收數(shù)據(jù)幀后還要等待一段時間SIFS才能發(fā)送ACK幀？

• SIFS是最短的幀間間隔，用來分隔開屬于一次對話的各幀，在這段時間內(nèi)，一個站點應(yīng)當(dāng)能夠從發(fā)送方式切換到接收方式

信道由忙轉(zhuǎn)為空閑且經(jīng)過DIFS時間后，還要退避一段隨機(jī)時間才能使用信道？

防止多個站點同時發(fā)送數(shù)據(jù)而產(chǎn)生碰撞

使用退避算法的時機(jī)

CSMA/CA協(xié)議的退避算法

退避算法的示例

CSMA/CA協(xié)議的信道預(yù)約和虛擬載波監(jiān)聽


虛擬載波監(jiān)聽機(jī)制能減少隱蔽站帶來的碰撞問題的示例

??3.7 MAC地址、IP地址以及APR協(xié)議

?3.7.1 MAC地址

• 使用點對點信道的數(shù)據(jù)鏈路層不需要使用地址
• 使用廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層必須使用地址來區(qū)分各主機(jī)

廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層必須使用地址（MAC）

MAC地址又稱為硬件地址或物理地址。請注意：不要被 “物理” 二字誤導(dǎo)認(rèn)為物理地址屬于物理層范疇，物理地址屬于數(shù)據(jù)鏈路層范疇

IEEE 802局域網(wǎng)的MAC地址格式

組織唯一標(biāo)識符OUI

• 生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的廠商，需要向IEEE的注冊管理機(jī)構(gòu)申請一個或多個OUI

網(wǎng)絡(luò)接口標(biāo)識符

• 由獲得OUI的廠商自行隨意分配

EUI-48

• 48是這個MAC地址的位數(shù)

對于使用EUI-48空間的應(yīng)用程序，IEEE的目標(biāo)壽命為100年（直到2080年），但是鼓勵采用EUI-64作為替代

關(guān)于無效的 MAC 幀

• 數(shù)據(jù)字段的長度與長度字段的值不一致；

• 幀的長度不是整數(shù)個字節(jié)；

• 用收到的幀檢驗序列 FCS 查出有差錯；

• 數(shù)據(jù)字段的長度不在 46 ~ 1500 字節(jié)之間。

• 有效的 MAC 幀長度為 64 ~ 1518 字節(jié)之間。

對于檢查出的無效 MAC 幀就簡單地丟棄。以太網(wǎng)不負(fù)責(zé)重傳丟棄的幀。

IEEE 802局域網(wǎng)的MAC地址發(fā)送順序

單播MAC地址舉例

主機(jī)B給主機(jī)C發(fā)送單播幀，主機(jī)B首先要構(gòu)建該單播幀，在幀首部中的目的地址字段填入主機(jī)C的MAC地址，源地址字段填入自己的MAC地址，再加上幀首部的其他字段、數(shù)據(jù)載荷以及幀尾部，就構(gòu)成了該單播幀

主機(jī)B將該單播幀發(fā)送出去，主機(jī)A和C都會收到該單播幀

主機(jī)A的網(wǎng)卡發(fā)現(xiàn)該單播幀的目的MAC地址與自己的MAC地址不匹配，丟棄該幀

主機(jī)C的網(wǎng)卡發(fā)現(xiàn)該單播幀的目的MAC地址與自己的MAC地址匹配，接受該幀

并將該幀交給其上層處理

廣播MAC地址舉例

假設(shè)主機(jī)B要發(fā)送一個廣播幀，主機(jī)B首先要構(gòu)建該廣播幀，在幀首部中的目的地址字段填入廣播地址，也就是十六進(jìn)制的全F，源地址字段填入自己的MAC地址，再加上幀首部中的其他字段、數(shù)據(jù)載荷以及幀尾部，就構(gòu)成了該廣播幀

主機(jī)B講該廣播幀發(fā)送出去，主機(jī)A和C都會收到該廣播幀，發(fā)現(xiàn)該幀首部中的目的地址字段的內(nèi)容是廣播地址，就知道該幀是廣播幀，主機(jī)A和主機(jī)C都接受該幀，并將該幀交給上層處理

多播MAC地址舉例

假設(shè)主機(jī)A要發(fā)送多播幀給該多播地址。將該多播地址的左起第一個字節(jié)寫成8個比特，第一個字節(jié)的最低比特位是1，這就表明該地址是多播地址。

快速判斷地址是不是多播地址，就是上圖所示箭頭所指的第十六進(jìn)制數(shù)不能整除2（1,3,5,7,9,B,D,F），則該地址是多播地址

假設(shè)主機(jī)B，C和D支持多播，各用戶給自己的主機(jī)配置多播組列表如下所示

主機(jī)B屬于兩個多播組，主機(jī)C也屬于兩個多播組，而主機(jī)D不屬于任何多播組

主機(jī)A首先要構(gòu)建該多播幀，在幀首部中的目的地址字段填入該多播地址，源地址點填入自己的MAC地址，再加上幀首部中的其他字段、數(shù)據(jù)載荷以及幀尾部，就構(gòu)成了該多播幀

主機(jī)A將該多播幀發(fā)送出去，主機(jī)B、C、D都會收到該多播幀

主機(jī)B和C發(fā)現(xiàn)該多播幀的目的MAC地址在自己的多播組列表中，主機(jī)B和C都會接受該幀

主機(jī)D發(fā)現(xiàn)該多播幀的目的MAC地址不在自己得多播組列表中，則丟棄該多播幀

給主機(jī)配置多播組列表進(jìn)行私有應(yīng)用時，不得使用公有的標(biāo)準(zhǔn)多播地址

?3.7.2 IP地址

IP地址屬于網(wǎng)絡(luò)層的范疇，不屬于數(shù)據(jù)鏈路層的范疇

下面內(nèi)容講的是IP地址的使用，詳細(xì)的IP地址內(nèi)容在網(wǎng)絡(luò)層中介紹

基本概念

從網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)看IP地址與MAC地址

數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)過程中IP地址與MAC地址的變化情況
圖上各主機(jī)和路由器各接口的IP地址和MAC地址用簡單的標(biāo)識符來表示

如何從IP地址找出其對應(yīng)的MAC地址？

ARP協(xié)議

?3.7.3 ARP協(xié)議

如何從IP地址找出其對應(yīng)的MAC地址？

ARP（地址解析協(xié)議）

流程

ARP高速緩存表

當(dāng)主機(jī)B要給主機(jī)C發(fā)送數(shù)據(jù)包時，會首先在自己的ARP高速緩存表中查找主機(jī)C的IP地址所對應(yīng)的MAC地址，但未找到，因此，主機(jī)B需要發(fā)送ARP請求報文，來獲取主機(jī)C的MAC地址

ARP請求報文有具體的格式，上圖的只是簡單描述

ARP請求報文被封裝在MAC幀中發(fā)送，目的地址為廣播地址

主機(jī)B發(fā)送封裝有ARP請求報文的廣播幀，總線上的其他主機(jī)都能收到該廣播幀

收到ARP請求報文的主機(jī)A和主機(jī)C會把ARP請求報文交給上層的ARP進(jìn)程

主機(jī)A發(fā)現(xiàn)所詢問的IP地址不是自己的IP地址，因此不用理會

主機(jī)C的發(fā)現(xiàn)所詢問的IP地址是自己的IP地址，需要進(jìn)行相應(yīng)

動態(tài)與靜態(tài)的區(qū)別

ARP協(xié)議只能在一段鏈路或一個網(wǎng)絡(luò)上使用，而不能跨網(wǎng)絡(luò)使用

ARP協(xié)議的使用是逐段鏈路進(jìn)行的

總結(jié)

ARP表中的IP地址與MAC地址的對應(yīng)關(guān)系記錄，是會定期自動刪除的，因為IP地址與MAC地址的對應(yīng)關(guān)系不是永久性的

??3.8 集線器與交換機(jī)的區(qū)別

?3.8.1 集線器 - 在物理層擴(kuò)展以太網(wǎng)

概念

• 傳統(tǒng)以太網(wǎng)最初是使用粗同軸電纜，后來演進(jìn)到使用比較便宜的細(xì)同軸電纜，最后發(fā)展為使用更便宜和更靈活的雙絞線。
• 采用雙絞線的以太網(wǎng)采用星形拓?fù)?，在星形的中心則增加了一種可靠性非常高的設(shè)備，叫做集線器 (hub)。
• 集線器是也可以看做多口中繼器，每個端口都可以成為一個中繼器，中繼器是對減弱的信號進(jìn)行放大和發(fā)送的設(shè)備
• 集線器的以太網(wǎng)在邏輯上仍是個總線網(wǎng)，需要使用CSMA/CD協(xié)議來協(xié)調(diào)各主機(jī)爭用總線，只能工作在半雙工模式，收發(fā)幀不能同時進(jìn)行

集線器HUB在物理層擴(kuò)展以太網(wǎng)

使用集線器擴(kuò)展：將多個以太網(wǎng)段連成更大的、多級星形結(jié)構(gòu)的以太網(wǎng)

優(yōu)點

1. 使原來屬于不同碰撞域的以太網(wǎng)上的計算機(jī)能夠進(jìn)行跨碰撞域的通信。
2. 擴(kuò)大了以太網(wǎng)覆蓋的地理范圍。

缺點

1. 碰撞域增大了，但總的吞吐量并未提高。
2. 如果不同的碰撞域使用不同的數(shù)據(jù)率，那么就不能用集線器將它們互連起來。

碰撞域

• 碰撞域（collision domain）又稱為沖突域，是指網(wǎng)絡(luò)中一個站點發(fā)出的幀會與其他站點發(fā)出的幀產(chǎn)生碰撞或沖突的那部分網(wǎng)絡(luò)。

• 碰撞域越大，發(fā)生碰撞的概率越高。

?3.8.2 以太網(wǎng)交換機(jī) - 在數(shù)據(jù)鏈路層擴(kuò)展以太網(wǎng)

概念

• 擴(kuò)展以太網(wǎng)更常用的方法是在數(shù)據(jù)鏈路層進(jìn)行。

• 早期使用網(wǎng)橋，現(xiàn)在使用以太網(wǎng)交換機(jī)。
  

網(wǎng)橋

• 網(wǎng)橋工作在數(shù)據(jù)鏈路層。
• 它根據(jù) MAC 幀的目的地址對收到的幀進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)和過濾。
• 當(dāng)網(wǎng)橋收到一個幀時，并不是向所有的接口轉(zhuǎn)發(fā)此幀，而是先檢查此幀的目的MAC 地址，然后再確定將該幀轉(zhuǎn)發(fā)到哪一個接口，或把它丟棄。

交換機(jī)

• 1990 年問世的交換式集線器 (switching hub) 可明顯地提高以太網(wǎng)的性能。
• 交換式集線器常稱為以太網(wǎng)交換機(jī) (switch) 或第二層交換機(jī) (L2 switch)，強(qiáng)調(diào)這種交換機(jī)工作在數(shù)據(jù)鏈路層。
• 以太網(wǎng)交換機(jī)實質(zhì)上就是一個多接口的網(wǎng)橋

集線器HUB與交換機(jī)SWITCH區(qū)別

使用集線器互連而成的共享總線式以太網(wǎng)上的某個主機(jī)，要給另一個主機(jī)發(fā)送單播幀，該單播幀會通過共享總線傳輸?shù)?strong>總線上的其他各個主機(jī)

使用交換機(jī)互連而成的交換式以太網(wǎng)上的某個主機(jī)，要給另一個主機(jī)發(fā)送單播幀，該單播幀進(jìn)入交換機(jī)后，交換機(jī)會將該單播幀轉(zhuǎn)發(fā)給目的主機(jī)，而不是網(wǎng)絡(luò)中的其他各個主機(jī)

這個例子的前提條件是忽略ARP過程，并假設(shè)交換機(jī)的幀交換表已經(jīng)學(xué)習(xí)或配置好了

以太網(wǎng)交換機(jī)的交換方式

• 存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式

把整個數(shù)據(jù)幀先緩存后再進(jìn)行處理。

• 直通 (cut-through) 方式

接收數(shù)據(jù)幀的同時就立即按數(shù)據(jù)幀的目的 MAC 地址決定該幀的轉(zhuǎn)發(fā)接口，因而提高了幀的轉(zhuǎn)發(fā)速度。
缺點是它不檢查差錯就直接將幀轉(zhuǎn)發(fā)出去，因此有可能也將一些無效幀轉(zhuǎn)發(fā)給其他的站。

這個例子的前提條件是忽略ARP過程，并假設(shè)交換機(jī)的幀交換表已經(jīng)學(xué)習(xí)或配置好了

對比集線器和交換機(jī)

多臺主機(jī)同時給另一臺主機(jī)發(fā)送單播幀

集線器以太網(wǎng)：會產(chǎn)生碰撞，遭遇碰撞的幀會傳播到總線上的各主機(jī)

交換機(jī)以太網(wǎng)：會將它們緩存起來，然后逐個轉(zhuǎn)發(fā)給目的主機(jī)，不會產(chǎn)生碰撞

這個例子的前提條件是忽略ARP過程，并假設(shè)交換機(jī)的幀交換表已經(jīng)學(xué)習(xí)或配置好了

集線器擴(kuò)展以太網(wǎng)和交換機(jī)擴(kuò)展以太網(wǎng)區(qū)別

單播

廣播

多個單播


廣播域（broadcast domain）：指這樣一部分網(wǎng)絡(luò)，其中任何一臺設(shè)備發(fā)出的廣播通信都能被該部分網(wǎng)絡(luò)中的所有其他設(shè)備所接收。

?3.8.3 總結(jié)

工作在數(shù)據(jù)鏈路層的以太網(wǎng)交換機(jī)，其性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過工作在物理層的集線器，而且價格并不貴，這就使得集線器逐漸被市場淘汰

??3.9 以太網(wǎng)交換機(jī)自學(xué)習(xí)和轉(zhuǎn)發(fā)幀的過程

?3.9.1 概念

?3.9.2 自學(xué)習(xí)和轉(zhuǎn)發(fā)幀的例子

以下例子假設(shè)各主機(jī)知道網(wǎng)絡(luò)中其他各主機(jī)的MAC地址（無需進(jìn)行ARP）

1. A 先向 B 發(fā)送一幀。該幀從接口 1 進(jìn)入到交換機(jī)
2. 交換機(jī)收到幀后，先查找（圖中左邊）交換表。沒有查到應(yīng)從哪個接口轉(zhuǎn)發(fā)這個幀給 B
3. 交換機(jī)把這個幀的源地址 A 和接口 1 寫入（圖中左邊）交換表中
4. 交換機(jī)向除接口 1 以外的所有的接口廣播這個幀
5. 接口 4到接口 2，先查找（圖中右邊）交換表。沒有查到應(yīng)從哪個接口轉(zhuǎn)發(fā)這個幀給 B
6. 交換機(jī)把這個幀的源地址 A 和接口 1 寫入（圖中右邊）交換表中
7. 除B主機(jī)之外與該幀的目的地址不相符，將丟棄該幀
8. 主機(jī)B發(fā)現(xiàn)是給自己的幀，接受該幀

1. B 向 A 發(fā)送一幀。該幀從接口 3 進(jìn)入到交換機(jī)
2. 交換機(jī)收到幀后，先查找（圖中左邊）交換表。發(fā)現(xiàn)（圖中左邊）交換表中的 MAC 地址有 A，表明要發(fā)送給A的幀應(yīng)從接口1轉(zhuǎn)發(fā)出去。于是就把這個幀傳送到接口 1 轉(zhuǎn)發(fā)給 A。
3. 主機(jī) A 發(fā)現(xiàn)目的地址是它，就接受該幀
4. 交換機(jī)把這個幀的源地址 B 和接口 3 寫入（圖中左邊）交換表中

1. E 向 A發(fā)送一幀
2. 交換機(jī)收到幀后，先查找（圖中右邊）交換表。發(fā)現(xiàn)（圖中右邊）交換表中的 MAC 地址有 A，表明要發(fā)送給A的幀應(yīng)從接口2轉(zhuǎn)發(fā)出去。于是就把這個幀傳送到接口 2 轉(zhuǎn)發(fā)給 接口 4。
3. 交換機(jī)把這個幀的源地址 E 和接口 3 寫入（圖中右邊）交換表中
4. 接口 4 到 左邊的交換機(jī)，先查找（圖中左邊）交換表。發(fā)現(xiàn)（圖中左邊）交換表中的 MAC 地址有 A，表明要發(fā)送給A的幀應(yīng)從接口1轉(zhuǎn)發(fā)出去。于是就把這個幀傳送到接口 1 轉(zhuǎn)發(fā)給 A。
5. 交換機(jī)把這個幀的源地址 E 和接口 4 寫入（圖中左邊）交換表中
6. 主機(jī) A 發(fā)現(xiàn)目的地址是它，就接受該幀

主機(jī) A、主機(jī) G、交換機(jī) 1的接口 1就共享同一條總線（相當(dāng)于總線式網(wǎng)絡(luò)，可以想象成用集線器連接了）

1. 主機(jī) G 發(fā)送給 主機(jī) A 一個幀
2. 主機(jī) A 和 交換機(jī)接口 1都能接收到
3. 主機(jī) A 的網(wǎng)卡收到后，根據(jù)幀的目的MAC地址A，就知道是發(fā)送給自己的幀，就接受該幀
4. 交換機(jī) 1收到該幀后，首先進(jìn)行登記工作
5. 然后交換機(jī) 1對該幀進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，該幀的MAC地址是A，在（圖中左邊）交換表查找MAC 地址有 A
6. MAC 地址為 A的接口號是1，但是該幀正是從接口 1 進(jìn)入交換機(jī)的，交換機(jī)不會再從該接口 1 講幀轉(zhuǎn)發(fā)出去，因為這是沒有必要，于是丟棄該幀

隨著網(wǎng)絡(luò)中各主機(jī)都發(fā)送了幀后，網(wǎng)絡(luò)中的各交換機(jī)就可以學(xué)習(xí)到各主機(jī)的MAC地址，以及它們與自己各接口的對應(yīng)關(guān)系

考慮到可能有時要在交換機(jī)的接口更換主機(jī)，或者主機(jī)要更換其網(wǎng)絡(luò)適配器，這就需要更改交換表中的項目。為此，在交換表中每個項目都設(shè)有一定的有效時間。過期的項目就自動被刪除。

以太網(wǎng)交換機(jī)的這種自學(xué)習(xí)方法使得以太網(wǎng)交換機(jī)能夠即插即用，不必人工進(jìn)行配置，因此非常方便

?3.9.3 總結(jié)

交換機(jī)自學(xué)習(xí)和轉(zhuǎn)發(fā)幀的步驟歸納

??3.10 以太網(wǎng)交換機(jī)的生成樹協(xié)議STP

?如何提高以太網(wǎng)的可靠性

• IEEE 802.1D 標(biāo)準(zhǔn)制定了一個生成樹協(xié)議 STP (Spanning Tree Protocol)。
• 其要點是：不改變網(wǎng)絡(luò)的實際拓?fù)?，但在邏輯上則切斷某些鏈路，使得從一臺主機(jī)到所有其他主機(jī)的路徑是無環(huán)路的樹狀結(jié)構(gòu)，從而消除了兜圈子現(xiàn)象。
  

??3.11 虛擬局域網(wǎng)VLAN

?3.11.1 為什么要虛擬局域網(wǎng)VLAN

廣播風(fēng)暴

分割廣播域的方法

為了分割廣播域，所以虛擬局域網(wǎng)VLAN技術(shù)應(yīng)運而生

?3.11.2 概念

• 利用以太網(wǎng)交換機(jī)可以很方便地實現(xiàn)虛擬局域網(wǎng) VLAN (Virtual LAN)。
• IEEE 802.1Q 對虛擬局域網(wǎng) VLAN 的定義： 虛擬局域網(wǎng) VLAN 是由一些局域網(wǎng)網(wǎng)段構(gòu)成的與物理位置無關(guān)的邏輯組，而這些網(wǎng)段具有某些共同的需求。每一個 VLAN
  的幀都有一個明確的標(biāo)識符，指明發(fā)送這個幀的計算機(jī)是屬于哪一個 VLAN。
• 同一個VLAN內(nèi)部可以廣播通信，不同VLAN不可以廣播通信
• 虛擬局域網(wǎng)其實只是局域網(wǎng)給用戶提供的一種服務(wù)，而并不是一種新型局域網(wǎng)。
• 由于虛擬局域網(wǎng)是用戶和網(wǎng)絡(luò)資源的邏輯組合，因此可按照需要將有關(guān)設(shè)備和資源非常方便地重新組合，使用戶從不同的服務(wù)器或數(shù)據(jù)庫中存取所需的資源。

?3.11.3 虛擬局域網(wǎng)VLAN的實現(xiàn)機(jī)制

虛擬局域網(wǎng)VLAN技術(shù)是在交換機(jī)上實現(xiàn)的，需要交換機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能

• 能夠處理帶有VLAN標(biāo)記的幀——IEEE 802.1 Q幀

• 交換機(jī)的各端口可以支持不同的端口類型，不同端口類型的端口對幀的處理方式有所不同
  
  
  Access端口

交換機(jī)與用戶計算機(jī)之間的互連

Truck端口

交換機(jī)之間或交換機(jī)與路由器之間的互連

小例題

華為交換機(jī)私有的Hybrid端口類型

?3.11.4 總結(jié)

虛擬局域網(wǎng)優(yōu)點

虛擬局域網(wǎng)（VLAN）技術(shù)具有以下主要優(yōu)點：文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-799917.html

1. 改善了性能
2. 簡化了管理
3. 降低了成本
4. 改善了安全性

到了這里，關(guān)于計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（湖科大）第三章 數(shù)據(jù)鏈路層的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請在右上角搜索TOY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！