第05讲 使用广播信道的以太网.ppt

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1、计算机网络（第 5 版）第第 3 章章 数据链路层数据链路层课件制作人：谢希仁3.3 使用广播信道的数据链路层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的数据链路层 3.3.2 CSMA/CD 协议协议3.4 使用广播信道的以太网使用广播信道的以太网 3.4.1 使用集线器的星形拓扑使用集线器的星形拓扑 3.4.2 以太网的信道利用率以太网的信道利用率 3.4.3 以太网的以太网的 MAC 层层第 3 章 数据链路层课件制作人：常革新课前提问课前提问1.局域网有那些特点？哪些种拓扑结构？局域网有那些特点？哪些种拓扑结构？2.共享信道有哪两种介质访问控制技术？共享信道有哪两种

2、介质访问控制技术？3.试解释试解释CSMA/CD协议？协议？4.以太网的争用期是多少？以太网的争用期是多少？5.扩展局域网需要哪些设备？扩展局域网需要哪些设备？第 3 章 数据链路层课件制作人：常革新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 n局域网最主要的特点：局域网最主要的特点：网络为一个单位所拥有，且地理范围和站网络为一个单位所拥有，且地理范围和站点数目均有限。点数目均有限。n局域网具有的主要优点：局域网具有的主要优点：（1）能能方方便便地地共共享享信信道道、共共享享外外部部设设备备、主主机机以以及软件、数据。从一个站点可访问全网。及软件、数据。从一个站点可访问全网

3、。（2）便便于于系系统统的的扩扩展展和和逐逐渐渐地地演演变变，各各设设备备的的位位置可灵活调整和改变。置可灵活调整和改变。（3）提高了系统的可靠性、可用性和残存性。）提高了系统的可靠性、可用性和残存性。课件制作人：常革新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 n局域网最主要的特点：局域网最主要的特点：网络为一个单位所拥有，且地理范围和站网络为一个单位所拥有，且地理范围和站点数目均有限。点数目均有限。n局域网的技术要素：局域网的技术要素：（1）网络拓扑结构）网络拓扑结构（2）介质访问控制方法）介质访问控制方法课件制作人：常革新局域网的拓扑结构 匹配电阻总线网集线器星形网树

4、形网 干线耦合器环形网共享媒体课件制作人：常革新n静态划分信道静态划分信道n频分复用、时分复用、波分复用和码分复用频分复用、时分复用、波分复用和码分复用 n动态媒体接入控制（多点接入）动态媒体接入控制（多点接入）n随机接入随机接入随机接入的特点是所有的用户可随机接入的特点是所有的用户可随机地发送信息。如以太网的随机地发送信息。如以太网的CSMA/CD。n受控接入受控接入受控接入的特点是用户不能随机受控接入的特点是用户不能随机地发送信息而必须服从一定的控制。如令牌地发送信息而必须服从一定的控制。如令牌环网的环网的Token Ring。共享媒体技术 课件制作人：常革新B向 D发送数据 C D A

5、E匹配电阻（用来吸收总线上传播的信号）匹配电阻不接受不接受不接受接受B只有 D 接受B 发送的数据n最初的以太网是将许多计算机都连接到一根总线最初的以太网是将许多计算机都连接到一根总线上。当初认为这样的连接方法既简单又可靠，因上。当初认为这样的连接方法既简单又可靠，因为总线上没有有源器件。为总线上没有有源器件。总线拓扑的以太网 课件制作人：常革新n最初的以太网是将许多计算机都连接到一根总线最初的以太网是将许多计算机都连接到一根总线上。当初认为这样的连接方法既简单又可靠，因上。当初认为这样的连接方法既简单又可靠，因为总线上没有有源器件。为总线上没有有源器件。n总线的特点总线的特点n当当一一台台计

6、计算算机机发发送送数数据据时时，总总线线上上的的所所有有计计算算机机都都能能检测到这个数据。这种通信方式是检测到这个数据。这种通信方式是广播通信广播通信。n仅仅当当数数据据帧帧中中的的目目的的地地址址与与计计算算机机的的地地址址一一致致时时，该该计计算算机机才才能能接接收收这这个个数数据据帧帧。计计算算机机对对不不是是发发送送给给自自己的数据帧，则一律不接收。己的数据帧，则一律不接收。n具有广播特性的总线上实现了一对一的通信。具有广播特性的总线上实现了一对一的通信。总线拓扑的以太网 课件制作人：常革新CSMA/CD 协议nCSMA/CD 表示表示 载波监听多点接入载波监听多点接入/碰撞检测碰撞

7、检测。n“多点接入多点接入”表示许多计算机以多点接入的方表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。式连接在一根总线上。n“载波监听载波监听”是指每一个站在发送数据之前先是指每一个站在发送数据之前先要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数要检测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，以免发生据，如果有，则暂时不要发送数据，以免发生碰撞。碰撞。n“碰撞检测碰撞检测”就是计算机边发送数据边检测信就是计算机边发送数据边检测信道上是否有道上是否有“碰撞碰撞”发生。发生。课件制作人：常革新CSMA/CD 协议n实际上实际上“碰撞检测碰撞检测”就是计算机边发送数据边检就是计算

8、机边发送数据边检测信道上信号的电压值的变化。测信道上信号的电压值的变化。n当几个站同时在总线上发送数据时，总线上的当几个站同时在总线上发送数据时，总线上的信号电压摆动值将会增大（互相叠加）。信号电压摆动值将会增大（互相叠加）。n当一个站检测到的信号电压摆动值超过一定的当一个站检测到的信号电压摆动值超过一定的门限值时，就认为总线上至少有两个站同时在门限值时，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。发送数据，表明产生了碰撞。n所谓所谓“碰撞碰撞”就是发生了冲突。因此就是发生了冲突。因此“碰撞检碰撞检测测”也称为也称为“冲突检测冲突检测”。课件制作人：常革新CSMA/CD 协议n“碰

9、撞检测碰撞检测”就是计算机边发送数据边检测信道就是计算机边发送数据边检测信道上是否有上是否有“碰撞碰撞”发生。发生。n在发生碰撞时，总线上传输的信号产生了严重的在发生碰撞时，总线上传输的信号产生了严重的失真，无法从中恢复出有用的信息来。失真，无法从中恢复出有用的信息来。n每一个正在发送数据的站，一旦发现总线上出现每一个正在发送数据的站，一旦发现总线上出现了碰撞，就要立即停止发送，免得继续浪费网络了碰撞，就要立即停止发送，免得继续浪费网络资源，然后等待一段随机时间后再次发送。资源，然后等待一段随机时间后再次发送。课件制作人：常革新CSMA/CD 协议n在有了在有了“载波监听载波监听”的信道上为什

10、么还会发生的信道上为什么还会发生“碰撞碰撞”呢？这是由于电磁波在总线上的有限传播呢？这是由于电磁波在总线上的有限传播速率的影响。速率的影响。n当某个站监听到总线是空闲时，也可能总线并非真正当某个站监听到总线是空闲时，也可能总线并非真正是空闲的。是空闲的。nA A向向B B发出的信息要经过一定的时间后才能传送到发出的信息要经过一定的时间后才能传送到B B。nB B若在若在A A发送的信息到达发送的信息到达B B之前发送自己的帧之前发送自己的帧(因为这时因为这时B B的载波监听检测不到的载波监听检测不到A A所发送的信息所发送的信息)，则必然要在，则必然要在某个时间和某个时间和A A发送的帧发生碰

11、撞。发送的帧发生碰撞。n碰撞的结果是两个帧都变得无用。碰撞的结果是两个帧都变得无用。课件制作人：常革新CSMA/CD 协议n在有了在有了“载波监听载波监听”的信道上为什么还会发生的信道上为什么还会发生“碰撞碰撞”呢？这是由于电磁波在总线上的有限传播呢？这是由于电磁波在总线上的有限传播速率的影响。速率的影响。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单程端到端传播时延记为 传播时延对载波监听的影响课件制作人：常革新1 kmABt碰撞t=B 检测到信道空闲发送数据t=/2发生碰撞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=A

12、BABAB t=0 A 检测到信道空闲发送数据ABt=0t=B 检测到发生碰撞停止发送STOPt=2 A 检测到发生碰撞STOPAB单程端到端传播时延记为 课件制作人：常革新CSMA/CD 协议n强化碰撞强化碰撞n当发送数据的站一旦发现发生了碰撞时：立即当发送数据的站一旦发现发生了碰撞时：立即停止发送数据；再继续发送若干比特的停止发送数据；再继续发送若干比特的人为干人为干扰信号扰信号，以便让所有用户都知道现在已经发生，以便让所有用户都知道现在已经发生了碰撞。了碰撞。课件制作人：常革新CSMA/CD 协议n强化碰撞强化碰撞ABtB 发送数据开始冲突信道占用时间数据帧干扰信号 TJTB A 发送数

13、据A 检测到冲突课件制作人：常革新使用CSMA/CD的以太网n重要特征重要特征n使用使用 CSMA/CD 协议的以太网不能进行全协议的以太网不能进行全双工通信而只能进行双向交替通信（半双工双工通信而只能进行双向交替通信（半双工通信）。通信）。n每个站在发送数据之后的一小段时间内，存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。在着遭遇碰撞的可能性。n这种这种发送的不确定性发送的不确定性使整个以太网的平均通使整个以太网的平均通信量远小于以太网的最高数据率。信量远小于以太网的最高数据率。课件制作人：常革新以太网的争用期n争用期争用期n最先发送数据帧的站，在发送数据帧后至多经最先发送数

14、据帧的站，在发送数据帧后至多经过时间过时间 2 （两倍的端到端往返时延）（两倍的端到端往返时延）就可知就可知道发送的数据帧是否遭受了碰撞。道发送的数据帧是否遭受了碰撞。n以太网的端到端往返时延以太网的端到端往返时延 2 称为称为争用期争用期，或，或碰撞窗口碰撞窗口。n经过争用期这段时间还没有检测到碰撞，才能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。肯定这次发送不会发生碰撞。课件制作人：常革新以太网的争用期n以太网的争用期以太网的争用期n以太网取以太网取 51.2 s 为争用期的长度。为争用期的长度。n对于对于 10 Mb/s 以太网，在争用期内可发送以太网，在争用期内可

15、发送512 bit，即，即 64 字节。字节。n以太网在发送数据时，若前以太网在发送数据时，若前 64 字节没有发生字节没有发生冲突，则后续的数据就不会发生冲突。冲突，则后续的数据就不会发生冲突。n以太网规定了最短有效帧长为以太网规定了最短有效帧长为 64 字节，凡长字节，凡长度小于度小于 64 字节的帧都是由于冲突而异常中止字节的帧都是由于冲突而异常中止的的无效帧无效帧。课件制作人：常革新二进制指数类型退避算法n发生碰撞的站在停止发送数据后，要推迟（退避）发生碰撞的站在停止发送数据后，要推迟（退避）一个随机时间才能再发送数据。以太网采用一种一个随机时间才能再发送数据。以太网采用一种“二进制指

16、数类型退避算法二进制指数类型退避算法”n确定基本退避时间，一般是取为争用期确定基本退避时间，一般是取为争用期 2。n定义重传次数定义重传次数 k，k 10，即，即 k=Min重传次数重传次数,10n从整数集合从整数集合0,1,(2k 1)中随机地取出一个数，中随机地取出一个数，记为记为 r。重传所需的时延就是。重传所需的时延就是 r 倍的基本退避时间。倍的基本退避时间。n当重传达当重传达 16 次仍不能成功时即丢弃该帧，并向高层次仍不能成功时即丢弃该帧，并向高层报告。报告。课件制作人：常革新以太网的信道利用率n以太网的信道被占用的情况：以太网的信道被占用的情况：n争用期长度为争用期长度为 2，

17、即端到端传播时延的两倍。，即端到端传播时延的两倍。检测到碰撞后不发送干扰信号。检测到碰撞后不发送干扰信号。n帧长为帧长为 L(bit)，数据发送速率为数据发送速率为 C(b/s)，因因而帧的发送时间为而帧的发送时间为 L/C=T0(s)。发 送 成 功 争用期 争用期 争用期 2 2 2T0t占用期 发生碰撞 发送一帧所需的平均时间课件制作人：常革新n在在理理想想化化的的情情况况下下，以以太太网网上上的的各各站站发发送送数数据据都都不不会会产产生生碰碰撞撞（这这显显然然已已经经不不是是CSMA/CD，而而是是需需要要使使用用一一种种特特殊殊的的调调度度方方法法），即即总总线线一一旦旦空闲就有某

18、一个站立即发送数据。空闲就有某一个站立即发送数据。n发发送送一一帧帧占占用用线线路路的的时时间间是是 T0+，而而帧帧本本身身的的发发送送时时间间是是 T0。于于是是我我们们可可计计算算出出理理想想情情况况下下的极限信道利用率的极限信道利用率 Smax为：为：信道利用率的最大值 Smax 课件制作人：常革新以太网的信道利用率n参数：参数：=/T0以太网的发送时延与单程端到端时延以太网的发送时延与单程端到端时延 和和帧帧的发送时间的发送时间 T0有关：有关：n在在T0 确定时，确定时，0，表示一发生碰撞就立即表示一发生碰撞就立即可以检测出来，并立即停止发送，因而信道可以检测出来，并立即停止发送，

19、因而信道利用率很高利用率很高；反之，；反之，越大，越大，值越大，值越大，表明表明争用期所占的比例增大，每发生一次碰撞就争用期所占的比例增大，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降浪费许多信道资源，使得信道利用率明显降低。低。课件制作人：常革新以太网的信道利用率n参数：参数：=/T0以太网的发送时延与单程端到端时延以太网的发送时延与单程端到端时延 和和帧帧的发送时间的发送时间 T0有关有关。n当数据率一定时，以太网的连线的长度受到限制，当数据率一定时，以太网的连线的长度受到限制，否则否则 的数值会太大。的数值会太大。n以太网的帧长不能太短，否则以太网的帧长不能太短，否则 T0 的

20、值会太小，的值会太小，使使 值太大。值太大。课件制作人：常革新星形拓扑的以太网n传统以太网最初是使用粗同轴电缆，后来演进到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。便宜和更灵活的双绞线。n这种以太网采用星这种以太网采用星形拓扑，在星形形拓扑，在星形的中心则增加了的中心则增加了一种可靠性非常一种可靠性非常高的设备，叫做高的设备，叫做集线器集线器(hub)(hub)集线器站点两对双绞线RJ-45 插头课件制作人：常革新星形拓扑的以太网n集线器的特点：集线器的特点：使用电子器件来模拟实际电缆线的

21、工作，因使用电子器件来模拟实际电缆线的工作，因此整个系统仍然像一个传统的以太网那样运行。此整个系统仍然像一个传统的以太网那样运行。使用集线器的以太网在使用集线器的以太网在逻辑上逻辑上仍是一个总线仍是一个总线网，各工作站使用的还是网，各工作站使用的还是 CSMA/CD 协议，并协议，并共享逻辑上的总线。共享逻辑上的总线。集线器很像一个多集线器很像一个多接口的转发器，工作接口的转发器，工作在物理层。在物理层。集线器网卡工作站网卡工作站网卡工作站双绞线课件制作人：常革新星形拓扑的以太网n10BASE-T 的通信距离稍短，每个站到集线器的的通信距离稍短，每个站到集线器的距离不超过距离不超过 100 m

22、。n这种这种 10 Mb/s 速率的无屏蔽双绞线星形网的出现，速率的无屏蔽双绞线星形网的出现，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。n10BASE-T 双绞线以太网的出现，是局域网发展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。域网中的统治地位奠定了牢固的基础。课件制作人：常革新令牌环网的拓扑结构 令令牌牌环环(Token(Token Ring)Ring)网网的的拓拓扑扑结结构构是是环环形形网网，各各站站点点通通过过多多站站访访问问单单元元(MAU)(MAU)与与环环

23、连连接接，MAUMAU的的两两个个末末端端端端口口分分别别称称为为入入环环和和出出环环端端口口。在在使使用用屏屏蔽蔽双双绞绞线线条条件件下下的的一一个个网网络络上上最最多多可可连接连接260260个工作站。个工作站。MAUMAUMAUMAUMAUMAUMAUMAUMAUMAUMAUMAUMAUMAUMAUMAU课件制作人：常革新令牌环的工作原理 只有持有令牌的结点才能发送数据。令牌是一只有持有令牌的结点才能发送数据。令牌是一只有持有令牌的结点才能发送数据。令牌是一只有持有令牌的结点才能发送数据。令牌是一种特殊的种特殊的种特殊的种特殊的MACMACMACMAC控制帧，有忙控制帧，有忙控制帧，有忙

24、控制帧，有忙/闲两种标志。当环正闲两种标志。当环正闲两种标志。当环正闲两种标志。当环正常工作时，令牌总是沿着物理环单向逐站传送，常工作时，令牌总是沿着物理环单向逐站传送，常工作时，令牌总是沿着物理环单向逐站传送，常工作时，令牌总是沿着物理环单向逐站传送，某一结点要发送数据时，必须等待空闲的令牌环某一结点要发送数据时，必须等待空闲的令牌环某一结点要发送数据时，必须等待空闲的令牌环某一结点要发送数据时，必须等待空闲的令牌环的到来。这时，将令牌置为忙，然后传送数据，的到来。这时，将令牌置为忙，然后传送数据，的到来。这时，将令牌置为忙，然后传送数据，的到来。这时，将令牌置为忙，然后传送数据，网中个站都

25、会依次收到数据帧。当目标站正确收网中个站都会依次收到数据帧。当目标站正确收网中个站都会依次收到数据帧。当目标站正确收网中个站都会依次收到数据帧。当目标站正确收到数据后，给出确认标志。当发送站收到自己发到数据后，给出确认标志。当发送站收到自己发到数据后，给出确认标志。当发送站收到自己发到数据后，给出确认标志。当发送站收到自己发出的数据帧时，将令牌置回闲，转向下一结点。出的数据帧时，将令牌置回闲，转向下一结点。出的数据帧时，将令牌置回闲，转向下一结点。出的数据帧时，将令牌置回闲，转向下一结点。持有令牌方发送帧码位非目标结点让码位通过目标结点复制码位并让其通过非目标结点数据帧通过MAUMAUMAUM

26、AUMAUMAUMAUMAUMAUMAUMAUMAUMAUMAUMAUMAU接收帧码位令牌发往下一结点课件制作人：常革新令牌环的特点n网网中中结结点点两两次次获获得得令令牌牌之之间间的的最最大大间间隔隔时时间间是是确确定定的的，因因此此适适用用于于对对数数据据传传输输实实时时性性要要求求较较高的应用环境，如过程控制领域。高的应用环境，如过程控制领域。n在在网网络络通通信信负负荷荷较较重重时时表表现现出出很很好好的的吞吞吐吐率率与与较较低低的的传传输输延延迟迟，因因此此适适用用于于通通信信负负荷荷较较重重的的应用环境。应用环境。n令令牌牌环环的的维维护护工工作作非非常常复复杂杂，有有环环的的初初

27、始始化化、结结点点的的加加入入和和撤撤出出、环环的的恢恢复复和和优优先先级级等等。所所以实现起来较困难。以实现起来较困难。课件制作人：常革新令牌总线(Token Bus)技术1.拓扑结构拓扑结构n总总线线型型拓拓扑扑物物理理拓拓扑扑为为总总线线型型拓拓扑扑，而而逻逻辑拓扑为令牌环拓扑。辑拓扑为令牌环拓扑。2.工作原理工作原理n仍仍由由令令牌牌控控制制发发送送数数据据。令令牌牌的的传传递递是是由由高高地地址址向向底底地地址址传传递递，从从而而在在总总线线上上形形成成一一个个逻逻辑辑环环。总线课件制作人：常革新3.5 扩展的局域网n3.5.1 在物理层扩展局域网在物理层扩展局域网n3.5.2 在数

28、据链路层扩展局域网在数据链路层扩展局域网课件制作人：常革新3.5.1 在物理层扩展局域网n主机使用光纤和一对光纤调制解调器连接主机使用光纤和一对光纤调制解调器连接到集线器，实现远距离连接。到集线器，实现远距离连接。以太网集线器光纤光纤调制解调器光纤调制解调器课件制作人：常革新n某大学有三个系，各自有一个局域网某大学有三个系，各自有一个局域网3.5.1 在物理层扩展局域网三个独立的碰撞域一系二系三系碰撞域碰撞域碰撞域用主干集线器可连成更大的局域网用主干集线器可连成更大的局域网主干集线器更大的碰撞域课件制作人：常革新n用集线器扩展局域网的优点用集线器扩展局域网的优点n使原来属于不同碰撞域的局域网上

29、的计算机使原来属于不同碰撞域的局域网上的计算机能够进行跨碰撞域的通信。能够进行跨碰撞域的通信。n扩大了局域网覆盖的地理范围。扩大了局域网覆盖的地理范围。n用集线器扩展局域网的缺点用集线器扩展局域网的缺点n碰撞域增大了，但总的吞吐量并未提高。碰撞域增大了，但总的吞吐量并未提高。n如果不同的碰撞域使用不同的数据率，那么如果不同的碰撞域使用不同的数据率，那么就不能用集线器将它们互连起来。就不能用集线器将它们互连起来。3.5.1 在物理层扩展局域网课件制作人：常革新n在数据链路层扩展局域网是使用在数据链路层扩展局域网是使用网桥网桥。n网桥工作在数据链路层，它根据网桥工作在数据链路层，它根据 MAC 帧

30、的目帧的目的地址对收到的帧进行转发。的地址对收到的帧进行转发。n网桥具有过滤帧的功能。当网桥收到一个帧时，网桥具有过滤帧的功能。当网桥收到一个帧时，并不是向所有的接口转发此帧，而是先检查此并不是向所有的接口转发此帧，而是先检查此帧的目的帧的目的 MAC 地址，然后再确定将该帧转发地址，然后再确定将该帧转发到哪一个接口到哪一个接口 3.5.2 在数据链路层扩展局域网 课件制作人：常革新n网桥的内部结构网桥的内部结构3.5.2 在数据链路层扩展局域网 站表接口管理 软件网桥协议 实体缓存接口 1接口 2网桥111222站地址 接口网段 A网段 B网桥12课件制作人：常革新n使用网桥带来的好处使用网

31、桥带来的好处n过滤通信量。过滤通信量。n扩大了物理范围。扩大了物理范围。n提高了可靠性。提高了可靠性。n可互连不同物理层、不同可互连不同物理层、不同 MAC 子层和子层和不同速率（如不同速率（如10Mb/s 和和 100 Mb/s 以太网）的局域网。以太网）的局域网。3.5.2 在数据链路层扩展局域网 课件制作人：常革新n使用网桥带来的好处使用网桥带来的好处n网桥使各网段成为隔离开的碰撞域。网桥使各网段成为隔离开的碰撞域。3.5.2 在数据链路层扩展局域网 B2B1碰撞域碰撞域碰撞域ABCDEF课件制作人：常革新n使用网桥带来的缺点使用网桥带来的缺点n存储转发增加了时延。存储转发增加了时延。n

32、在在MAC 子层并没有流量控制功能。子层并没有流量控制功能。n具有不同具有不同 MAC 子层的网段桥接在一起时时子层的网段桥接在一起时时延更大。延更大。n网桥只适合于用户数不太多网桥只适合于用户数不太多(不超过几百个不超过几百个)和通信量不太大的局域网，否则有时还会因和通信量不太大的局域网，否则有时还会因传播过多的广播信息而产生网络拥塞。这就传播过多的广播信息而产生网络拥塞。这就是所谓的是所谓的广播风暴广播风暴。3.5.2 在数据链路层扩展局域网 课件制作人：常革新n网桥和集线器（或转发器）不同网桥和集线器（或转发器）不同n集线器在转发帧时，不对传输媒体进行检测。集线器在转发帧时，不对传输媒体

33、进行检测。n网桥在转发帧之前必须执行网桥在转发帧之前必须执行 CSMA/CD 算法。算法。若在发送过程中出现碰撞，就必须停止发送和若在发送过程中出现碰撞，就必须停止发送和进行退避。进行退避。3.5.2 在数据链路层扩展局域网 课件制作人：常革新用户层IPMAC站 1用户层IPMAC站 2物理层网桥 1网桥 2AB用户数据IP-HMAC-HMAC-TPPP-HPPP-T 物理层DLRMAC物理层物理层DLRMAC物理层物理层LANLAN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课件制作人：常革新n透明网桥透明网桥n目前使用得最多的网桥是目前使用得最多的网桥是透明网桥透明网桥

34、(transparent bridge)。n“透明透明”是指局域网上的站点并不知道所发送是指局域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的帧将经过哪几个网桥，因为网桥对各站来说是看不见的。是看不见的。n透明网桥是一种透明网桥是一种即插即用设备即插即用设备，其标准是，其标准是 IEEE 802.1D。3.5.2 在数据链路层扩展局域网 课件制作人：常革新n透明网桥转发表的建立和对收到帧的处理透明网桥转发表的建立和对收到帧的处理n网桥每收到一个帧，就记下其源地址和进入网网桥每收到一个帧，就记下其源地址和进入网桥的接口，作为转发表中的一个项目。桥的接口，作为转发表中的一个项目

35、。n在建立转发表时是把帧首部中的源地址写在在建立转发表时是把帧首部中的源地址写在“地址地址”这一栏的下面。这一栏的下面。n在转发帧时，则是根据收到的帧首部中的目的在转发帧时，则是根据收到的帧首部中的目的地址来转发的。这时就把在地址来转发的。这时就把在“地址地址”栏下面已栏下面已经记下的源地址当作目的地址，而把记下的进经记下的源地址当作目的地址，而把记下的进入接口当作转发接口。入接口当作转发接口。3.5.2 在数据链路层扩展局域网 课件制作人：常革新地址 接口转发表的建立过程举例B2B1ABCDEF1212地址 接口B 1B AA BA 1F CF 2A BA 1F CF 2课件制作人：常革新n

36、网桥在转发表中登记以下三个信息网桥在转发表中登记以下三个信息n在网桥的转发表中写入的信息除了在网桥的转发表中写入的信息除了地址地址和和接口接口外，还有帧进入该网桥的外，还有帧进入该网桥的时间时间。n把每个帧到达网桥的时间登记下来，就可以在把每个帧到达网桥的时间登记下来，就可以在转发表中只保留网络拓扑的转发表中只保留网络拓扑的最新状态信息最新状态信息。这。这样就使得网桥中的转发表能反映当前网络的最样就使得网桥中的转发表能反映当前网络的最新拓扑状态。因为以太网的拓扑可能经常会发新拓扑状态。因为以太网的拓扑可能经常会发生变化。生变化。3.5.2 在数据链路层扩展局域网 课件制作人：常革新n网桥的自学

37、习和转发帧的步骤归纳网桥的自学习和转发帧的步骤归纳自学习自学习。查找转发表中与收到帧的源地址有无。查找转发表中与收到帧的源地址有无相匹配的项目。如没有，就在转发表中增加一相匹配的项目。如没有，就在转发表中增加一个项目（源地址、进入的接口和时间）。如有，个项目（源地址、进入的接口和时间）。如有，则把原有的项目进行更新。则把原有的项目进行更新。3.5.2 在数据链路层扩展局域网 课件制作人：常革新n网桥的自学习和转发帧的步骤归纳网桥的自学习和转发帧的步骤归纳自学习自学习。转发帧转发帧。查找转发表中与收到帧的目的地址有。查找转发表中与收到帧的目的地址有无相匹配的项目。无相匹配的项目。n如没有，则通过

38、所有其他接口（但进入网桥如没有，则通过所有其他接口（但进入网桥的接口除外）按进行转发。的接口除外）按进行转发。n如有，则按转发表中给出的接口进行转发。如有，则按转发表中给出的接口进行转发。n若转发表中给出的接口就是该帧进入网桥的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（因为这时不需要经接口，则应丢弃这个帧（因为这时不需要经过网桥进行转发）。过网桥进行转发）。3.5.2 在数据链路层扩展局域网 课件制作人：常革新n在有多个网桥的局域网中，可能会产生转发在有多个网桥的局域网中，可能会产生转发的帧在网络中不断地兜圈子的现象。的帧在网络中不断地兜圈子的现象。3.5.2 在数据链路层扩

39、展局域网局域网 2局域网 1网桥 2网桥 1 AF不停地兜圈子A 发出的帧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课件制作人：常革新n透明网桥采用生成树的方法，将互连一起的透明网桥采用生成树的方法，将互连一起的网桥在进行彼此通信后，就能找出原来的网网桥在进行彼此通信后，就能找出原来的网络拓扑的一个子集。在这个子集里，整个连络拓扑的一个子集。在这个子集里，整个连通的网络中不存在回路，即通的网络中不存在回路，即在任何两个站之在任何两个站之间只有一条路径间只有一条路径。n为了得出能够反映网络拓扑发生变化时的生为了得出能够反映网络拓扑发生变化时的生成树，在生成树上的根网桥每隔一段

40、时间还成树，在生成树上的根网桥每隔一段时间还要对生成树的拓扑进行更新。要对生成树的拓扑进行更新。3.5.2 在数据链路层扩展局域网课件制作人：常革新n透明网桥容易安装，但网络资源的利用不充分。透明网桥容易安装，但网络资源的利用不充分。n源路由源路由(source route)网桥在发送帧时将详细的网桥在发送帧时将详细的路由信息放在帧的首部中。路由信息放在帧的首部中。n源站以广播方式向欲通信的目的站发送一个发源站以广播方式向欲通信的目的站发送一个发现帧，每个发现帧都记录所经过的路由。现帧，每个发现帧都记录所经过的路由。n发现帧到达目的站时就沿各自的路由返回源站。发现帧到达目的站时就沿各自的路由返

41、回源站。源站在得知这些路由后，从所有可能的路由中源站在得知这些路由后，从所有可能的路由中选择出一个最佳路由。凡从该源站向该目的站选择出一个最佳路由。凡从该源站向该目的站发送的帧的首部，都必须携带源站所确定的这发送的帧的首部，都必须携带源站所确定的这一路由信息。一路由信息。3.源路由网桥课件制作人：常革新n交换式集线器交换式集线器(switching hub)1990 年问世的，年问世的，可明显地提高局域网的性能。可明显地提高局域网的性能。n交换式集线器常称为交换式集线器常称为以太网交换机以太网交换机(switch)或或第二层交换机（表明此交换机工作在数据链路第二层交换机（表明此交换机工作在数据

42、链路层）。层）。n以太网交换机通常都有十几个接口。因此，以以太网交换机通常都有十几个接口。因此，以太网交换机实质上就是一个太网交换机实质上就是一个多接口的网桥多接口的网桥，可，可见交换机工作在数据链路层。见交换机工作在数据链路层。4.多接口网桥以太网交换机 课件制作人：常革新n以太网交换机的每个接口都直接与主机相连，以太网交换机的每个接口都直接与主机相连，并且一般都工作在并且一般都工作在全双工方式全双工方式。n交换机能同时连通许多对的接口，使每一对相交换机能同时连通许多对的接口，使每一对相互通信的主机都能像独占通信媒体那样，进行互通信的主机都能像独占通信媒体那样，进行无碰撞地传输数据。无碰撞地

43、传输数据。n以太网交换机由于使用了专用的交换结构芯片，以太网交换机由于使用了专用的交换结构芯片，其交换速率就较高。其交换速率就较高。以太网交换机的特点课件制作人：常革新n对于普通对于普通 10 Mb/s 的共享式以太网，若共有的共享式以太网，若共有 N 个用户，则每个用户占有的平均带宽只有总带个用户，则每个用户占有的平均带宽只有总带宽宽(10 Mb/s)的的 N 分之一。分之一。n使用以太网交换机时，虽然在每个接口到主机使用以太网交换机时，虽然在每个接口到主机的带宽还是的带宽还是 10 Mb/s，但由于一个用户在通信，但由于一个用户在通信时是独占而不是和其他网络用户共享传输媒体时是独占而不是和

44、其他网络用户共享传输媒体的带宽，因此对于拥有的带宽，因此对于拥有 N 对接口的交换机的总对接口的交换机的总容量为容量为 N 10 Mb/s。这正是交换机的最大优点。这正是交换机的最大优点。独占传输媒体的带宽 课件制作人：常革新用以太网交换机扩展局域网 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 服务器以太网交换机路由器课件制作人：常革新n虚虚拟拟局局域域网网 VLAN 是是由由一一些些局局域域网网网网段段构构成成的的与物理位置无关的逻辑组。与物理位置无关的逻辑组。n这些网段具有某些共同的需求。这些网段具有某些共同的需求。n每每一一个

45、个 VLAN 的的帧帧都都有有一一个个明明确确的的标标识识符符，指指明明发发送送这这个个帧帧的的工工作作站站是是属属于于哪哪一一个个 VLAN。n虚虚拟拟局局域域网网其其实实只只是是局局域域网网给给用用户户提提供供的的一一种种服务，而并不是一种新型局域网。服务，而并不是一种新型局域网。利用以太网交换机可以很方便地实现虚拟局域网 课件制作人：常革新以太网交换机A4B1以太网交换机VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太网交换机以太网交换机三个虚拟局域网:VLAN1,VLAN2 和 VLAN3课件制作人：常革新以太网交换机A4B1以太网交换机VLAN3C3B3VLAN1V

46、LAN2C1A2A1A3C2B2以太网交换机以太网交换机三个虚拟局域网 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 B3 将会收到广播的信息。课件制作人：常革新以太网交换机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 发出的广播信息。课件制作人：常革新以太网交换机A4B1以太网交换机VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B

47、2以太网交换机以太网交换机三个虚拟局域网 VLAN1,VLAN2和 VLAN3 的构成 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”)而引起性能恶化。课件制作人：常革新n虚虚拟拟局局域域网网协协议议允允许许在在以以太太网网的的帧帧格格式式中中插插入入4 字字节节的的标标识识符符，称称为为 VLAN 标标记记(tag)，用用来来指指明发送该帧的工作站属于哪一个虚拟局域网。明发送该帧的工作站属于哪一个虚拟局域网。虚拟局域网使用的以太网帧格式 802.3MAC 帧字节66246 15004MAC 帧目地地址源地址长度/类型数 据FCS长度/类型=802.1

48、Q 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课件制作人：常革新n传统以太网可使用的传输媒体有四种，即粗缆、传统以太网可使用的传输媒体有四种，即粗缆、细缆、铜线和光缆。其物理层标准如表所示：细缆、铜线和光缆。其物理层标准如表所示：802.3MAC传输媒体传输媒体粗同轴电缆粗同轴电缆细同轴电缆细同轴电缆双绞线双绞线光纤光纤标准标准10BASE510BASE210BASE-T10BASE-F拓扑结构拓扑结构总线总线星型星型带宽带宽基带基带宽带宽带最大网段长最大网段长500m185

49、m100m2000m传统以太网的物理层标准课件制作人：常革新n传统以太网可使用的传输媒体有四种，即粗缆、传统以太网可使用的传输媒体有四种，即粗缆、细缆、铜线和光缆。其连线如图所示：细缆、铜线和光缆。其连线如图所示：以太网的物理层标准课件制作人：常革新n传统以太网可使用的传输媒体有四种，即粗缆、传统以太网可使用的传输媒体有四种，即粗缆、细缆、铜线和光缆。其布线如图所示：细缆、铜线和光缆。其布线如图所示：以太网的物理层标准课件制作人：常革新高速以太网n高速以太网：高速以太网：速率达到速率达到100 Mb/s以上的以太网以上的以太网称为。称为。n100M以太网（又称为以太网（又称为快速以太网快速以太

50、网）。）。n吉比特以太网吉比特以太网n10吉比特以太网吉比特以太网课件制作人：常革新高速以太网n100BASE-T（又称为（又称为快速以太网快速以太网）。其特点：）。其特点：n在双绞线上传送在双绞线上传送 100 Mb/s 基带信号的星基带信号的星型拓扑以太网。使用型拓扑以太网。使用IEEE 802.3u协议。协议。MAC 帧格式仍然是帧格式仍然是 802.3 标准规定的。标准规定的。n保持最短帧长不变，一个网段的最大电缆长保持最短帧长不变，一个网段的最大电缆长度仍是度仍是100 m。帧间时间间隔从原来的。帧间时间间隔从原来的 9.6 s 改为现在的改为现在的 0.96 s。n可在全双工方式下