第五讲数据链路层学习教案

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1、会计学1第五第五(d w)讲数据链路层讲数据链路层第一页，共140页。applicationtransportnetworklinkphysicalnetworklinkphysicalMMMMHtHtHnHtHnHlMHtHnHlframe物理链路数据链路协议网络接口卡数据数据(shj)链路链路/逻辑链路逻辑链路 = （物理）链路（物理）链路 + 数据数据(shj)链路层协链路层协议议第1页/共140页第二页，共140页。数据数据(shj)链路层的上层是网络层，数据链路层的上层是网络层，数据(shj)链路层将借助于物理层为网络层提链路层将借助于物理层为网络层提供服务供服务数据链路层的协议数据

2、链路层的协议(xiy)数据单元（数据单元（PDU）是帧是帧第2页/共140页第三页，共140页。信协议第3页/共140页第四页，共140页。applicationtransportnetworklinkphysicalnetworklinkphysicalMMMMMHtHtHnHtHnHlHtHnHlframe物理链路数据链数据链路协议路协议网络接口卡网络接口卡第4页/共140页第五页，共140页。共享链路多用于局域网中，如以太网。共享链路多用于局域网中，如以太网。 共享链路的问题：如何防止冲突共享链路的问题：如何防止冲突解决方案：解决方案：信道分割信道分割(fng)（时分、频分、波分、（时分

3、、频分、波分、码分）码分）随机访问（允许冲突，冲突后设法解决随机访问（允许冲突，冲突后设法解决）轮流访问（每个站点轮流访问链路）轮流访问（每个站点轮流访问链路）第5页/共140页第六页，共140页。第6页/共140页第七页，共140页。保证直接相连保证直接相连(xin lin)的两台主机的可靠性传输的两台主机的可靠性传输第7页/共140页第八页，共140页。第8页/共140页第九页，共140页。第9页/共140页第十页，共140页。帧的组成必须保证能识别一个完整的帧，并保证一旦帧的组成必须保证能识别一个完整的帧，并保证一旦出现传输差错而导致前一个帧丢失出现传输差错而导致前一个帧丢失(dis)时

4、，也必须时，也必须能识别后一个帧，即具有帧再同步能力能识别后一个帧，即具有帧再同步能力第10页/共140页第十一页，共140页。带填充位的首尾标志法带填充位的首尾标志法 ：采用统一：采用统一的帧格式，以特定的帧格式，以特定(tdng)的位序的位序列进行帧同步和定界列进行帧同步和定界适用于面向比特的链路控制协议适用于面向比特的链路控制协议（应用最广泛）（应用最广泛）第11页/共140页第十二页，共140页。一旦帧长度计数被误读，将无法再同步，所以一旦帧长度计数被误读，将无法再同步，所以(suy)(suy)不不能采用能采用 第第1帧帧第第2帧帧帧长度计数错帧长度计数错帧长度计数帧长度计数第第1帧帧

5、第第4帧帧第第3帧帧第第2帧帧5123456789801234568789012351234767898012345687890123字符计数成帧法字符计数成帧法第12页/共140页第十三页，共140页。FLAG HeaderPayload field Trailer FLAG这是一种面向字符这是一种面向字符(z f)的帧格式，所传输的数据都是字符的帧格式，所传输的数据都是字符(z f)（ASCII或或EBCDIC字符字符(z f)），但帧中不允许出现帧界符），但帧中不允许出现帧界符标志，在面向字符标志，在面向字符(z f)的串型通信中常使用这种格式的串型通信中常使用这种格式(PPP)接收方一

6、旦丢失了一个接收方一旦丢失了一个FLAG，只要继续搜索下一个，只要继续搜索下一个FLAG，就，就可重新确定帧边界，即具有再同步能力可重新确定帧边界，即具有再同步能力由由Flag标志的一个帧标志的一个帧第13页/共140页第十四页，共140页。41 33 7E 5C 4B 0C41 33 1B 5C 4B 0C41 33 1B 7E 5C 4B 0C41 33 1B 1B 5C 4B 0C41 33 1B 7E 5C 4B 0C41 33 1B 1B 5C 4B 0C41 33 1B 1B 1B 7E 5C 4B 0C41 33 1B 1B 1B 1B 5C 4B 0C第14页/共140页第十五

7、页，共140页。这是一种面向二进制位的帧格式，把所有需传输的数据（不论是字符或表示一个浮点这是一种面向二进制位的帧格式，把所有需传输的数据（不论是字符或表示一个浮点数的二进制位串，还是一个数的二进制位串，还是一个MP3的文件）一字排开，并以特殊的文件）一字排开，并以特殊(tsh)的位模式的位模式01111110作为帧标志，即一个帧的开始（同时标志前一个帧的结束）作为帧标志，即一个帧的开始（同时标志前一个帧的结束） 如果由于干扰，一个帧标志没有被正确接收，则继续扫描接收串，一旦扫描到如果由于干扰，一个帧标志没有被正确接收，则继续扫描接收串，一旦扫描到01111110，即新的一帧从此开始，即具有再

8、同步能力，即新的一帧从此开始，即具有再同步能力 第15页/共140页第十六页，共140页。填充填充(tinchng)位位 帧首帧首011111100111110110111110001111110帧尾帧尾数据数据(shj)传输帧传输帧第16页/共140页第十七页，共140页。如何保证数据帧的正常传输，将通过三种手段如何保证数据帧的正常传输，将通过三种手段(shudun)处理三种可能出现的情况处理三种可能出现的情况 ：*避免避免(bmin)帧错误的保证：帧帧错误的保证：帧的校验的校验*避免避免(bmin)帧丢失的保证：超帧丢失的保证：超时和重发时和重发*避免避免(bmin)帧重复的保证：帧帧重复

9、的保证：帧有序号有序号第17页/共140页第十八页，共140页。ECC = 错误校验码Data = 受错误检验码保护的数据, 可能包括帧头部 错误校验码：奇偶校验码或CRC码差错恢复:出错(ch cu)后让发送方重新发送DataDataECCDataECC数据中的所有位数据中的所有位都正确码？都正确码？ DataYN发现错误发现错误可能会发生错误的链路可能会发生错误的链路第18页/共140页第十九页，共140页。第19页/共140页第二十页，共140页。循环循环(xnhun)冗余校验冗余校验 (CRC, Cyclic Redundancy Check)第20页/共140页第二十一页，共140页

10、。 T(x) = xrM(x) + xrM(x) MOD2 G(x) 第21页/共140页第二十二页，共140页。1) =x13+x12+x10+x8+x7+x5+x4第22页/共140页第二十三页，共140页。待校验待校验(xio yn)数据：数据：1101 0110 11 G(x) = x4+x+1 , 即即10011 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 01 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1

11、1 1 0余数余数传送传送(chun sn)序列序列T(x)=1101 0110 11 1110第23页/共140页第二十四页，共140页。第24页/共140页第二十五页，共140页。第25页/共140页第二十六页，共140页。n滑动窗口协议第26页/共140页第二十七页，共140页。第27页/共140页第二十八页，共140页。如发生了某个事件，此过程将返回参数如发生了某个事件，此过程将返回参数(cnsh)event， event有两个取值：有两个取值：checksum_err（CRC错）错）frame_arrival（正确收（正确收到）到）第28页/共140页第二十九页，共140页。一种理想

12、一种理想(lxing)的环境，理想的环境，理想(lxing)的协的协议，假定：议，假定：第29页/共140页第三十页，共140页。void sender1(void) frame s; packet buffer; while (true) from_network_layer(&buffer);s.info=buffer;to_physical_layer(&s); 第30页/共140页第三十一页，共140页。void receiver1(void) frame r; event_type event; while (true) wait_for_event(&event); from_ph

13、ysical_layer(&r); to_network_layer(&r.info);第31页/共140页第三十二页，共140页。data iACKdata i+1对收到的帧进行对收到的帧进行(jnxng)应应答答发出发出(fch)一帧一帧等待等待ACK发送方发送方接收方接收方发出下一帧发出下一帧收到一帧收到一帧收到下一帧收到下一帧停等停等ARQ的流量控制的流量控制送交上层送交上层收到收到ACK第32页/共140页第三十三页，共140页。从物理层取数据(may be blocked);去掉帧头和帧尾;数据部分送交网络层;构造响应帧，送到物理层发送; end loop; 停等协议停等协议(xi

14、y)的算法描述的算法描述第33页/共140页第三十四页，共140页。void sender2(void) frame s; packet buffer; event_type event; while (true) from_network_layer(&buffer); s.info=buffer; to_physical_layer(&s); wait_for_event(&event); 第34页/共140页第三十五页，共140页。void receiver2(void) frame r,s; event_type event; while (true) wait_for_event(&

15、event); from_physical_layer(&r); to_network_layer(&r.info); to_physical_layer(&s); 第35页/共140页第三十六页，共140页。frame 0NAKFrame 0ACKFrame 1frame 1ACKFrame 0ACKFrame 0ACK发送发送(f sn)方方接收接收(jishu)方方超时超时超时超时帧丢失帧丢失 重发重发f(1)ACK丢失丢失 重发重发f(0)，接收方丢弃重复帧接收方丢弃重复帧数据帧出错数据帧出错数据帧丢失数据帧丢失响应帧丢失响应帧丢失帧出错帧出错 重发重发f(0)停等停等ARQ的差错处理

16、的差错处理第36页/共140页第三十七页，共140页。加入差错处理加入差错处理(chl)后的停等协议的算法描述后的停等协议的算法描述第37页/共140页第三十八页，共140页。void sender3(void) next_frame_to_send=0; from_network_layer(&buffer); while (true) s.info=buffer; s.seq=next_frame_to_send; to_physical_layer(&s)；start_timer(s.seq)； wait_for_event(&event); if (event=frame_arriva

17、l) from_physical_layer(&s); if (s.ack=next_frame_to_send) stop_timer(s.ack); from_network_layer(&buffer); inc(next_frame_to_send); 第38页/共140页第三十九页，共140页。void receiver3(void) frame_expected=0; while (true) wait_for_event(&event); if (event=frame_arrival) from_physical_layer(&r); if (r.seq=frame_expec

18、ted) to_network_layer(&r.info); inc(frame_expected); s.ack = 1 - fram_expected; to_physical_layer(&s); 第39页/共140页第四十页，共140页。停等停等ARQ协议协议(xiy)的局限性的局限性第40页/共140页第四十一页，共140页。TDRTTATD + RTT + TAB分组确认(qurn)tt分组确认(qurn)ADDTTTURTT试计算：若以试计算：若以64kbit/s的速率在卫星信道上发送的速率在卫星信道上发送125k字节的数据。字节的数据。使用停等使用停等ARQ协议协议(xiy)

19、时信道的效率为多少？时信道的效率为多少？第41页/共140页第四十二页，共140页。(qfn)数据帧和确认帧n采用捎带确认（piggybacking）进一步提高信道效率第42页/共140页第四十三页，共140页。序号来避免帧的重复第43页/共140页第四十四页，共140页。续接收帧的个数续接收帧的个数第44页/共140页第四十五页，共140页。-发送方若收到对其中发送方若收到对其中(qzhng)某一帧的否认帧，则从该帧开某一帧的否认帧，则从该帧开始的后续帧全部重发始的后续帧全部重发回退重传回退重传-若超时，则重发所有未确认帧若超时，则重发所有未确认帧7、8两帧被丢弃两帧被丢弃frame 1发送

20、方发送方接收方接收方出错出错frame 2frame 3ACK 4frame 4frame 5frame 6frame 7frame 8ACK 9frame 7frame 6frame 8超时，重传超时，重传6、7、8帧帧tout连续连续ARQ协议协议(xiy)的差错处理的差错处理第45页/共140页第四十六页，共140页。第46页/共140页第四十七页，共140页。第47页/共140页第四十八页，共140页。优点：优点：连续发送提高连续发送提高(t go)了信道利用率和通信吞吐量了信道利用率和通信吞吐量缺点：缺点： 回退重传导致某些已正确接收的帧的重传，因此当信道错误率较高时，传输效率会急剧

21、回退重传导致某些已正确接收的帧的重传，因此当信道错误率较高时，传输效率会急剧下降。下降。发送方需要有很大的缓冲区来保存未被确认的帧，要为每一个未确认的帧都设置一个超发送方需要有很大的缓冲区来保存未被确认的帧，要为每一个未确认的帧都设置一个超时计数器，因此占用资源较多。时计数器，因此占用资源较多。改进：改进：只重传出错的帧只重传出错的帧选择重传选择重传ARQGo-back-N ARQ协议协议(xiy)的优缺点的优缺点第48页/共140页第四十九页，共140页。frame 1发送方发送方接收方接收方出错出错frame 2frame 3ACK 4frame 4frame 5frame 6frame

22、7frame 8NAK 6ACK11frame 9frame 6frame 10只重传帧只重传帧6WR2n/2第49页/共140页第五十页，共140页。frame 1发送方发送方接收方接收方出错出错frame 2frame 3ACK 4frame 4frame 5frame 6frame 7frame 8NAK 6ACK11frame 9frame 6frame 10只重传帧只重传帧6第50页/共140页第五十一页，共140页。n最终修改为最终修改为LAPB(链路接入规程链路接入规程-平衡型平衡型)n其它变种其它变种LAPD(用于用于ISDN)、LAPF (用于用于FR)等等第51页/共140

23、页第五十二页，共140页。nHDLC是面向“位”的协议，用位填充来保证数据的透明性每遇到5个1就插入1个0n使用3位序列号的滑动窗口。任何时候，最多只能有7个未被确认的帧。HDLC可适用可适用(shyng)于两种配置的链路于两种配置的链路第52页/共140页第五十三页，共140页。标志标志F地址地址A控制控制C信息信息Info帧校验序列帧校验序列FCS标志标志F第53页/共140页第五十四页，共140页。0N(S)P/FN(R)10SP/FN(R)11MP/FM第54页/共140页第五十五页，共140页。S字段字段帧名称帧名称功能功能适用协议适用协议0 0RR(Receive Ready)接收

24、准备就绪准备接收下一帧确认N(R)-1及前面的各帧连续ARQ01RNR(Receive Not Ready)接收未就绪暂停接收下一帧确认N(R)-1及前面的各帧连续ARQ10REJ(Reject)拒绝否认N(R)及后面的各帧确认N(R)-1及前面的各帧连续ARQ1 1SREJ(Selective Reject)选择拒绝否认N(R)帧确认N(R)-1及前面的各帧选择重传ARQ第55页/共140页第五十六页，共140页。其中的路由器之间是一根其中的路由器之间是一根(y n)(y n)点对点的数据传输信点对点的数据传输信道道 InternetRRSPCPCPCPCRSPCPCPCPCR第56页/共1

25、40页第五十七页，共140页。InternetRSWPCPCServerISPAccess ServerPSTNPCPCMM家庭用户通过拨号与远程家庭用户通过拨号与远程ISP联接联接(lin ji)后，采用点对点方式通信后，采用点对点方式通信 第57页/共140页第五十八页，共140页。第58页/共140页第五十九页，共140页。第59页/共140页第六十页，共140页。n网络(wnglu)控制协议（NCP）簇，支持各种网络(wnglu)层协议第60页/共140页第六十一页，共140页。1111/2可变2/41标志01111110地址11111111控制00000011协议有效载荷校验和标志0

26、1111110标志域：固定为标志域：固定为01111110，与，与HDLC类同类同 地址域：固定为地址域：固定为11111111 控制控制(kngzh)域：缺省为域：缺省为00000011，即无序号帧，即无序号帧（即毋需确认）（即毋需确认）协议域：不同的协议不同的代码协议域：不同的协议不同的代码 载荷域：可变长，缺省最长载荷域：可变长，缺省最长1500字节字节 校验和：缺省为校验和：缺省为2字节，也可定义为字节，也可定义为4字节，字节，仅是头部的校验和仅是头部的校验和 由于地址域和控制域基本固定，所以在由于地址域和控制域基本固定，所以在LCP中省略中省略第61页/共140页第六十二页，共140

27、页。n关闭链路第62页/共140页第六十三页，共140页。第63页/共140页第六十四页，共140页。第64页/共140页第六十五页，共140页。第65页/共140页第六十六页，共140页。静止静止终止终止打开打开线路检测到线路检测到完成完成线路丢弃掉线路丢弃掉两边认可选两边认可选项项NCP配置配置失败失败失败失败身份认证成身份认证成功功身份认证身份认证建立建立网络网络第66页/共140页第六十七页，共140页。第67页/共140页第六十八页，共140页。第68页/共140页第六十九页，共140页。第69页/共140页第七十页，共140页。局 域 网网络层物理层站点 1网络层物理层逻辑链路控制

28、LLCLLC媒体接入控制MACMAC站点 2第70页/共140页第七十一页，共140页。CSMA）nCSMA协议的冲突和冲突检测第71页/共140页第七十二页，共140页。第72页/共140页第七十三页，共140页。第73页/共140页第七十四页，共140页。第74页/共140页第七十五页，共140页。1 kmABt碰撞t = 2 - A 检测到发生碰撞 t = - B 发送数据B 检测到发生碰撞 t = t = 0单程(dnchng)端到端传播时延记为 CSMA协议(xiy)的冲突和冲突检测传播时延对载波(zib)监听的影响 如两个或多个准备发送的站都检测到信道空闲而同时如两个或多个准备发送

29、的站都检测到信道空闲而同时发送将发生冲突发送将发生冲突第75页/共140页第七十六页，共140页。t = B 检测到信道(xn do)空闲发送数据t = / 2发生(fshng)碰撞ABABAB t = 0 A 检测到信道(xn do)空闲发送数据ABt = B 检测到发生碰撞停止发送STOPt = 2 - A 检测到发生碰撞STOPAB第76页/共140页第七十七页，共140页。并逐个比特比较第77页/共140页第七十八页，共140页。CSMA/CD的概念模型：的概念模型：CSMA/CD有三种状态：竞争有三种状态：竞争(jngzhng)、传输或空闲、传输或空闲帧帧帧帧帧帧t0传输周期传输周期

30、竞争周期竞争周期空闲周期空闲周期时间时间帧帧竞争时隙竞争时隙一旦冲突，则一旦冲突，则放弃并随机延放弃并随机延时时第78页/共140页第七十九页，共140页。第79页/共140页第八十页，共140页。第80页/共140页第八十一页，共140页。最先发送数据帧的站，在发送数据帧后至多经过时间 2 （两倍的端到端往返(wngfn)时延）就可知道发送的数据帧是否遭受了碰撞。以太网的端到端往返(wngfn)时延 2 称为争用期，或碰撞窗口。经过争用期这段时间还没有检测到碰撞，才能肯定这次发送不会发生碰撞。 第81页/共140页第八十二页，共140页。发生碰撞的站在停止发送数据后，要推迟（退避）一个随机时

31、间才能再发送数据。确定基本退避时间，一般是取为争用期 2。定义(dngy)重传次数 k ，k 10，即 k = Min重传次数, 10从整数集合0,1, (2k 1)中随机地取出一个数，记为 r。重传所需的时延就是 r 倍的基本退避时间。当重传达 16 次仍不能成功时即丢弃该帧，并向高层报告。 第82页/共140页第八十三页，共140页。以太网取 51.2 s 为争用期的长度。对于 10 Mb/s 以太网，在争用期内可发送512 bit，即 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(hux)的数据就不会发生冲突。 第83页/共140页第八十四页，共140页。如果发生

32、冲突，就一定(ydng)是在发送的前 64 字节之内。 由于一检测到冲突就立即中止发送，这时已经发送出去的数据一定(ydng)小于 64 字节。 以太网规定了最短有效帧长为 64 字节，凡长度小于 64 字节的帧都是由于冲突而异常中止的无效帧。 第84页/共140页第八十五页，共140页。当发送数据的站一旦发现发生了碰撞(pn zhun)时：立即停止发送数据；再继续发送若干比特的人为干扰信号(jamming signal)，以便让所有用户都知道现在已经发生了碰撞(pn zhun)。 第85页/共140页第八十六页，共140页。数据帧干扰信号 TJABTBt B 发送数据A 检测(jin c)到

33、冲突开始冲突信道占用时间A 发送数据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(zhl)为了简单起见，只画出 A 发送干扰信号的情况。第86页/共140页第八十七页，共140页。传统以太网最初是使用粗同轴电缆，后来演进到使用比较便宜的细同轴电缆，最后发展为使用更便宜和更灵活的双绞线。这种以太网采用星形拓扑，在星形的中心则增加了一种可靠性非常高的设备(shbi)，叫做集线器(hub) 第87页/共140页第八十八页，共140页。集线器两对双绞线站点RJ-45 插头(chtu)第88页/共140页第八十九页，共140页。不用电缆而使用无屏蔽双绞线。每个站需要用两对双绞线，

34、分别用于发送(f sn)和接收。集线器使用了大规模集成电路芯片，因此这样的硬件设备的可靠性已大大提高了。 第89页/共140页第九十页，共140页。10BASE-T 的通信距离稍短，每个站到集线器的距离不超过 100 m。这种 10 Mb/s 速率的无屏蔽双绞线星形网的出现，既降低了成本，又提高(t go)了可靠性。 10BASE-T 双绞线以太网的出现，是局域网发展史上的一个非常重要的里程碑，它为以太网在局域网中的统治地位奠定了牢固的基础。 第90页/共140页第九十一页，共140页。集线器是使用电子器件来模拟实际电缆线的工作，因此(ync)整个系统仍然像一个传统的以太网那样运行。 使用集线

35、器的以太网在逻辑上仍是一个总线网，各工作站使用的还是 CSMA/CD 协议，并共享逻辑上的总线。 集线器很像一个多接口的转发器，工作在物理层。 第91页/共140页第九十二页，共140页。集线器网卡工作站网卡工作站网卡工作站双绞线第92页/共140页第九十三页，共140页。以太网的信道被占用的情况：争用期长度为 2，即端到端传播(chunb)时延的两倍。检测到碰撞后不发送干扰信号。帧长为 L (bit)，数据发送速率为 C (b/s)，因而帧的发送时间为 L/C = T0 (s)。 第93页/共140页第九十四页，共140页。一个帧从开始发送，经可能发生的碰撞后，将再重传数次，到发送成功且信道

36、转为空闲(即再经过时间 使得(sh de)信道上无信号在传播)时为止，是发送一帧所需的平均时间。 发 送 成 功 争用期 争用期 争用期 222T0t占用(zhn yn)期 发生碰撞 发送一帧所需的平均时间第94页/共140页第九十五页，共140页。要提高以太网的信道利用率，就必须减小 与 T0 之比。在以太网中定义了参数 a，它是以太网单程(dnchng)端到端时延 与帧的发送时间 T0 之比： 0Ta(3-2) a0 表示一发生碰撞就立即可以检测出来， 并立即停止发送，因而信道利用率很高。 a 越大，表明争用期所占的比例(bl)增大，每发 生一次碰撞就浪费许多信道资源，使得信道 利用率明显

37、降低。 第95页/共140页第九十六页，共140页。当数据率一定时，以太网的连线的长度受到限制，否则(fuz) 的数值会太大。以太网的帧长不能太短，否则(fuz) T0 的值会太小，使 a 值太大。 第96页/共140页第九十七页，共140页。在理想化的情况下，以太网上的各站发送数据都不会产生碰撞（这显然(xinrn)已经不是 CSMA/CD，而是需要使用一种特殊的调度方法），即总线一旦空闲就有某一个站立即发送数据。发送一帧占用线路的时间是 T0 + ，而帧本身的发送时间是 T0。于是我们可计算出理想情况下的极限信道利用率 Smax为： aTTS1100max(3-3)第97页/共140页第九

38、十八页，共140页。在局域网中，硬件地址又称为物理地址，或 MAC 地址。 802 标准所说的“地址”严格地讲应当是每一个站的“名字”或标识符。 但鉴于大家都早已(zoy)习惯了将这种 48 位的“名字”称为“地址”，所以本书也采用这种习惯用法，尽管这种说法并不太严格。第98页/共140页第九十九页，共140页。IEEE 的注册管理机构 RA 负责(fz)向厂家分配地址字段的前三个字节(即高位 24 位)。地址字段中的后三个字节(即低位 24 位)由厂家自行指派，称为扩展标识符，必须保证生产出的适配器没有重复地址。一个地址块可以生成224个不同的地址。这种 48 位地址称为 MAC-48，它的

39、通用名称是EUI-48。“MAC地址”实际上就是适配器地址或适配器标识符EUI-48。第99页/共140页第一百页，共140页。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 MAC 地址.如果是发往本站的帧则收下，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。“发往本站的帧”包括以下三种(sn zhn)帧： 单播(unicast)帧（一对一）广播(broadcast)帧（一对全体）多播(multicast)帧（一对多）第100页/共140页第一百零一页，共140页。常用(chn yn)的以太网MAC帧格式有两种标准 ：DIX Ethernet V2 标准I

40、EEE 的 802.3 标准最常用(chn yn)的 MAC 帧是以太网 V2 的格式。第101页/共140页第一百零二页，共140页。以太网 MAC 帧物理层MAC层前同步(tngb)码帧开始(kish)定界符7 字节1 字节8 字节插入IP层目的地址源地址类型数 据FCS6624字节46 1500IP 数据报第102页/共140页第一百零三页，共140页。MAC 帧物理层MAC 层IP 层目的地址源地址类型数 据FCS6624字节46 1500IP 数据报目的地址(dzh)字段 6 字节第103页/共140页第一百零四页，共140页。MAC 帧物理层MAC 层IP 层目的地址源地址类型数

41、据FCS6624字节46 1500IP 数据报目的(md)地址字段 6 字节第104页/共140页第一百零五页，共140页。MAC 帧物理层MAC 层IP 层目的地址源地址类型数 据FCS6624字节46 1500IP 数据报源地址字段 6 字节(z ji)第105页/共140页第一百零六页，共140页。MAC 帧物理层MAC 层IP 层目的地址源地址类型数 据FCS6624字节46 1500IP 数据报类型(lixng)字段 2 字节类型字段用来标志上一层使用(shyng)的是什么协议，以便把收到的 MAC 帧的数据上交给上一层的这个协议。 第106页/共140页第一百零七页，共140页。M

42、AC 帧物理层MAC 层IP 层目的地址源地址类型数 据FCS6624字节46 1500IP 数据报数据字段 46 1500 字节(z ji)数据字段的正式名称是 MAC 客户(k h)数据字段最小长度 64 字节 18 字节的首部和尾部 = 数据字段的最小长度 第107页/共140页第一百零八页，共140页。MAC 帧物理层MAC 层IP 层目的地址源地址类型数 据FCS6624字节46 1500IP 数据报FCS 字段 4 字节(z ji)当传输媒体的误码率为 1108 时，MAC 子层可使未检测(jin c)到的差错小于 11014。 当数据字段的长度小于 46 字节时，应在数据字段的后

43、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。 第108页/共140页第一百零九页，共140页。MAC 帧物理层MAC 层IP 层目的地址源地址类型数 据FCS6624字节46 1500IP 数据报10101010101010 10101010101010101011前同步码帧开始定界符7 字节1 字节8 字节插入在帧的前面插入的 8 字节中的第一个字段共 7 个字节，是前同步码，用来迅速实现 MAC 帧的比特同步。第二个字段是帧开始定界符，表示(biosh)后面的信息就是MAC 帧。 为了达到比特同步，在传输媒体上实际(shj)传送的要比 MAC 帧还多 8 个字

44、节第109页/共140页第一百一十页，共140页。第110页/共140页第一百一十一页，共140页。第111页/共140页第一百一十二页，共140页。以太网集线器光纤光纤调制解调器光纤调制解调器第112页/共140页第一百一十三页，共140页。某大学有三个系，各自(gz)有一个局域网三个独立(dl)的碰撞域一系二系三系碰撞域碰撞域碰撞域第113页/共140页第一百一十四页，共140页。一系三系二系主干(zhgn)集线器一个(y )更大的碰撞域碰撞域第114页/共140页第一百一十五页，共140页。第115页/共140页第一百一十六页，共140页。站表接口(ji ku)管理 软件网桥协议(xiy

45、) 实体缓存接口(ji ku) 1接口 2网段 B网段 A111222站地址接口网桥网桥接口 1接口 212第116页/共140页第一百一十七页，共140页。第117页/共140页第一百一十八页，共140页。B2B1碰撞(pn zhun)域碰撞(pn zhun)域碰撞域ABCDEF第118页/共140页第一百一十九页，共140页。第119页/共140页第一百二十页，共140页。用户(yngh)层IPMAC站 1用户(yngh)层IPMAC站 2物理层网桥 1网桥 2AB用户(yngh)数据IP-HMAC-HMAC-TDL-HDL-T 物理层DLRMAC物理层物理层DLRMAC物理层物理层LAN

46、LAN两个网桥之间还可使用一段点到点链路 网桥不改变它转发的帧的源地址第120页/共140页第一百二十一页，共140页。第121页/共140页第一百二十二页，共140页。第122页/共140页第一百二十三页，共140页。第123页/共140页第一百二十四页，共140页。地址(dzh) 接口B2B1ABCDEF1212地址(dzh) 接口B 1B AA BA 1F CF 2A BA 1F CF 2第124页/共140页第一百二十五页，共140页。第125页/共140页第一百二十六页，共140页。第126页/共140页第一百二十七页，共140页。这是为了避免产生(chnshng)转发的帧在网络中不

47、断地兜圈子。 局域网 2局域网 1网桥 2网桥 1 AF不停地兜圈子A 发出(fch)的帧F1网桥 1 转发的帧F2网桥 2 转发的帧网络资源白白消耗了第127页/共140页第一百二十八页，共140页。第128页/共140页第一百二十九页，共140页。第129页/共140页第一百三十页，共140页。第130页/共140页第一百三十一页，共140页。第131页/共140页第一百三十二页，共140页。第132页/共140页第一百三十三页，共140页。一系三系二系10BASE-T至因特网100 Mb/s100 Mb/s100 Mb/s万维网服务器电子邮件(din z yu jin) 服务器以太网交换

48、机路由器第133页/共140页第一百三十四页，共140页。第134页/共140页第一百三十五页，共140页。以太网交换机A4B1以太网交换机VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太网交换机以太网交换机三个虚拟(xn)局域网: VLAN1, VLAN2 和 VLAN3第135页/共140页第一百三十六页，共140页。以太网交换机A4B1以太网交换机VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太网交换机以太网交换机三个虚拟(xn)局域网 VLAN1, VLAN2和 VLAN3 的构成 当 B1 向 VLAN2 工作组内成员发送数据时，工作站 B2 和

49、B3 将会收到广播(gungb)的信息。第136页/共140页第一百三十七页，共140页。以太网交换机A4B1以太网交换机VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太网交换机以太网交换机三个虚拟(xn)局域网 VLAN1, VLAN2和 VLAN3 的构成 B1 发送数据时，工作站 A1, A2 和 C1都不会收到 B1 发出(fch)的广播信息。 第137页/共140页第一百三十八页，共140页。以太网交换机A4B1以太网交换机VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太网交换机以太网交换机三个虚拟(xn)局域网 VLAN1, VLAN2和 VLA

50、N3 的构成 虚拟局域网限制(xinzh)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”)而引起性能恶化。 第138页/共140页第一百三十九页，共140页。虚拟局域网协议(xiy)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)，用来指明发送该帧的工作站属于哪一个虚拟局域网。 802.3MAC 帧字节(z ji)66246 15004MAC 帧目地地址源地址长度/类型数 据FCS长度/类型 = 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CFI第139页/共140页第一百四十页，共140页。