计算机网络数据链路层以太网课件.ppt

1、12本讲要求本讲要求1.理解数据链路层解决的基本问题2.掌握数据帧的基本原理和方法3.掌握出错处理的几种方式4.理解MAC子层的基本问题5.掌握CSMA/CD协议6.掌握以太网及有关的协议3数据链路层的简单模型（数据链路层的简单模型（1）局域网广域网主机 H1主机 H2路由器 R1路由器 R2路由器 R3电话网局域网主机 H1 向 H2 发送数据链路层应用层运输层网络层物理层链路层应用层运输层网络层物理层链路层网络层物理层链路层网络层物理层链路层网络层物理层R1R2R3H1H2从层次上来看数据的流动4局域网广域网主机 H1主机 H2路由器 R1路由器 R2路由器 R3电话网局域网主机 H1 向

2、 H2 发送数据链路层应用层运输层网络层物理层链路层应用层运输层网络层物理层链路层网络层物理层链路层网络层物理层链路层网络层物理层R1R2R3H1H2仅从数据链路层观察帧的流动数据在四段链路上进行传输。数据链路层的简单模型（数据链路层的简单模型（2）四段可能采用不同的链路协议，但都能实现比特流的传输。5区分链路与数据链路区分链路与数据链路 链路(link):是一条无源的点到点的物理线路段，中间没有任何其他的交换结点。 数据链路(data link): 链路+协议最常用的方法是使用适配器（即网卡网卡）来实现这些协议的硬件和软件一般的适配器都包括了数据链路层和物理层这两层的功能。6数据链路层关心基

3、本问题数据链路层关心基本问题 如何利用物理层的0-1比特流传输能力在相邻机器相邻机器间进行数据传输？相邻机器之间相邻机器之间数据传输有哪数据传输有哪几种形式？几种形式？总线形式广播信道一对一形式点对点信道 如何保证不同形式下数据正确传输?7脉 络n 点对点信道基本问题点对点信道基本问题n 广播信道基本问题广播信道基本问题n 广播信道的例子：以太网广播信道的例子：以太网n无线局域网无线局域网8点到点信道点到点信道有哪些基本问题基本问题? 1.1.帧格式帧格式2.2.透明传输透明传输3.3.出错处理出错处理点到点协议点到点协议计算机网络计算机网络3.数据链路层：数据链路层：点到点信道点到点信道9数

4、据链路层结点 A结点 B帧(b)发送帧接收链路IP 数据报1010 0110帧取出数据链路层网络层链路结点 A结点 B物理层(a)IP 数据报1010 0110帧装入数据链路层传送的是帧数据链路层像个比特流数字管道数据链路层像个比特流数字管道 10如何把数据封装成帧？如何把数据封装成帧？ 封装成帧(framing)就是在一段数据的前后分别添加首部和尾部，然后就构成了一个帧。 为什么要加入首部和尾部？帧结束帧首部IP 数据报帧的数据部分帧尾部 最大传送单元MTU数据链路层的帧长开始发送帧开始计算机网络计算机网络3.数据链路层：数据链路层：数据封装数据封装11为什么需要加入首部和尾部？ 字符计数法

5、字符计数法 字符填充法字符填充法 零比特填充零比特填充计算机网络计算机网络3.数据链路层：数据链路层：数据封装数据封装为了区分不同帧，术语称为为了区分不同帧，术语称为帧定界帧定界。如何实现如何实现帧定界帧定界？原理：在头部中的一个域指定该帧中的字符数。5个字符5个字符8个字符8个字符5 1 2 3 4 5 6 7 8 90 1 2 3 4 5 6 8 79 0 1 2 3第一帧8第二帧第三帧第四帧8字符计数可能出现的问题：出错后的帧无法同步。计算机网络计算机网络3.数据链路层：数据链路层：数据封装数据封装1 1 字符计数法字符计数法5 1 2 3 4 5 6 7 8 90 1 2 3 4 5

6、6 8 79 0 1 2 3第一帧8第二帧8计数？很难区分计数的字符和数据字符7132 2 字符填充法（字符填充法（1 1） 原 理：使用特殊的字符作为帧的开始和结束标志 新的问题：如果数据中出现了SOH/EOT 怎么办？A EOT B SOH EOT 计算机网络计算机网络3.数据链路层：数据链路层：数据封装数据封装SOH装在帧中的数据部分帧帧开始符（ASCII ）帧结束符发送在前EOT14 解解 决：决：转义字节技术转义字节技术填充“ESC”ESCSame with flag SOHA EOTB EOT 新问题：数据中包含了新问题：数据中包含了ESCESC怎么办？怎么办？ A EOT B S

7、OH EOT 计算机网络计算机网络3.数据链路层：数据链路层：数据封装数据封装2 2 字符填充法（字符填充法（2） 15 转义字节技术转义字节技术data“ESC”填充“ESC”ESC SOHAESCB EOT SOHA ESCBEOT接收方收到第一个ESC，表示后面的是需要转义的字符计算机网络计算机网络3. 数据链路层：数据链路层：数据封装数据封装 2 2 字符填充字符填充法（法（3） 16SOHSOHEOTSOHESCEOTSOHESCSOH原始数据EOTEOT经过字节填充后发送的数据发送在前帧开始符帧结束符ESC字符填充ESC字符填充ESC字符填充ESC字符填充SOH计算机网络计算机网络

8、3. 数据链路层：数据链路层：数据封装数据封装 字符填充法（字符填充法（4 4） 发送端发送端17SOHSOHEOTSOHESCEOTSOHESCSOHEOTEOT收到经过字符填充后的数据发送在前原始数据帧开始符帧结束符ESC删除填充ESC删除填充ESC删除填充ESC删除填充SOH计算机网络计算机网络3. 数据链路层：数据链路层：数据封装数据封装 字符填充法（字符填充法（5 5） 接收端接收端实现实现ASCII码透明传输！码透明传输！18 字符填充法存在什么问题？ 必须紧紧依赖于8位字符模式 不是所有的字符都是8位字符模式，如UNICODE使用16位字符计算机网络计算机网络3. 数据链路层：数

9、据链路层：数据封装数据封装 2 2 字符填充法（字符填充法（6 6） 如何解决？非8位字符模式，需要转换为8位字符模式才能顺利传输。 由此可见此方法普遍适应性不强。193 3 零比特填充法零比特填充法原理：帧开始和结束都有一个特殊的位模式01111110 问题：当传输数据中有01111110如何处理？解决办法：碰到连续5个连续的位“1”的时候，自动填充一位01 2 3 4 5 61 2 3 4 5 6 7 81 2 3 4 5 60 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 00 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0

10、1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 01 2 3 4 56 7 8最常用的帧定界手段。通常由硬件实现！最常用的帧定界手段。通常由硬件实现！ 计算机网络计算机网络3. 数据链路层：数据链路层：数据封装数据封装 实现比特流的透明传输！20 定义定义什么是通信错误？什么是通信错误？凡是接收到的数据和发送的数据不一致凡是接收到的数据和发送的数据不一致 不一致：不一致：错误数据错误数据* *、丢失数据、数据乱序、丢失数据、数据乱序( 先看看解决错误数据的基本措施，丢失和乱序问题在后面章协议中介绍)计算机网络计算机网络3. 数据链路层：数据链路层：出错处理出错处

11、理 出错处理出错处理(差错控制差错控制) 差错控制需要解决的问题差错控制需要解决的问题 1 1）识别差错）识别差错 2 2）保证接收方不丢帧、不乱序的收）保证接收方不丢帧、不乱序的收到正确帧到正确帧出错处理出错处理(2)(2)计算机网络计算机网络3. 数据链路层：数据链路层：出错处理出错处理 出错处理出错处理的基本措施包括三种： 纠错（错误纠正）：就是将不一致的数据恢复到一致。一般用于单向信道（无确认） 检错（错误发现）+ 重传：检查数据中是否存在不一致一般用于双向信道（有确认） 不作为（不管式容错）22如何检错？如何检错？ 原理：在发送的数据中包含冗余信息，以便接收者可以推断出数据中是否发生

12、了错误。 方案1：奇偶检错方案检测单个错误 方案2：循环冗余校验方案CRC计算机网络计算机网络3. 数据链路层：数据链路层：出错处理出错处理 23000001010011100101110111数据位数据位校验位校验位01101001发送方110010数据位数据位校验位校验位01000101数据位数据位接收方error奇偶校验奇偶校验(Parity Check)计算机网络计算机网络3. 数据链路层：数据链路层：出错处理出错处理 检错原理：在数据后面加上一个奇偶位。对于偶校验而言：如果数据中的“1”的位为偶数，则填0，如果是奇数，则填1。只能检测只能检测1 1位数据错误位数据错误24 CRC C

13、RC 检验能够实现无比特差错的传输检验能够实现无比特差错的传输。 以非常接近于 1 的概率检测出这些帧在传 输过程中是否出现比特错误 但但CRCCRC无法保证无法保证“可靠传输可靠传输”（即发送什么就收 到什么），对于帧丢失、重复、乱序等问题， 就必须再加上确认和重传机制（依赖于协议）。 CRC：循环冗余校验计算机网络计算机网络3. 数据链路层：数据链路层：出错处理出错处理 CRC既能够检错，还能纠错。25点到点通信协议 点到点通信的主要协议有两种： HDLC(High level Data Link Control ） 实现可靠传输 协议复杂，现在基本不用 PPP(Point-to-Poin

14、t Protocol) 使用得最多的数据链路层协议计算机网络计算机网络3. 数据链路层：数据链路层：点对点协议点对点协议 协调链路层传输双方的行为。26用户到用户到 ISP ISP 的链路使用的链路使用 PPP PPP 协议协议 用户至因特网已向因特网管理机构申请到一批 IP 地址ISP接入网PPP 协议计算机网络计算机网络3. 数据链路层：数据链路层：点对点协议点对点协议 PPPoE(PPP over Ethernet)PPPoE(PPP over Ethernet)宽带上网主机使用的数据链路层协议宽带上网主机使用的数据链路层协议27PPP 协议功能？协议功能？ 简单简单首要需求首要需求 封

15、装成帧 透明传输 多种网络层协议 多种类型链路 差错检测 检测连接状态 设置最大传送单元（MTU） 与网络层地址协商 动态获得IP地址 数据压缩协商计算机网络计算机网络3. 数据链路层：数据链路层：点对点协议点对点协议 28PPP 协议不需要的功能 纠错 流量控制 序号 多点线路 只支持点到点链路 半双工或单工链路只支持全双工链路计算机网络计算机网络3. 数据链路层：数据链路层：点对点协议点对点协议 29PPP 协议的组成协议的组成RFC 1661 三部分： 一个方法+两个协议 链路控制协议链路控制协议LCPLCP启动线路、测试线路、协商PPP参数 网络控制协议网络控制协议NCPNCP协商网络

16、层选项 u 一个方法一个方法 IP数据报封装-帧格式问题计算机网络计算机网络3. 数据链路层：数据链路层：点对点协议点对点协议 30PPP帧结构帧结构1211字节12不超过 1500 字节PPP 帧先发送7EFF03FACFCSF7E协议信 息 部 分首部尾部IP 数据报 协议字段协议字段若为 0 x0021 时，PPP 帧的信息字段就是IP 数据若为 0 xC021, 则信息字段是链路控制数据(LCP)。若为 0 x8021，则表示这是网络控制数据(NCP)。 计算机网络计算机网络3. 数据链路层：数据链路层：点对点协议点对点协议 31应用应用PPP连接互连网的典型过程连接互连网的典型过程物

17、理连接呼叫建立物理连接LCP建立连接协商PPP参数NCP建立连接，网络层配置，如IP地址等网络数据传输断开释放物理连接释放LCP连接NCP释放网络层连接，如收回IP地址通信完毕计算机网络计算机网络3. 数据链路层：数据链路层：点对点协议点对点协议 链路静止链路建立密码鉴别网络层协议链路打开链路终止物理层链路层网络层物理层连接建立LCP 配置协商鉴别成功或无需鉴别NCP 配置协商链路故障或关闭请求LCP 链路终止鉴别失败LCP 配置协商失败PPPPPP协议状态图协议状态图33PPP 是一种跨层实现的协议Network layerData Link LayerPhysical layerNCPLC

18、PMEDIAIPIPXPPP计算机网络计算机网络3. 数据链路层：数据链路层：点对点协议点对点协议 34广播信道基本问题（1）计算机网络计算机网络3.数据链路层：数据链路层：广播信道广播信道 以局域网的广播信道为例讨论 局域网（LAN）是一种地理范围和站点数目均有限的计算机网络，是在各种机构、组织、公司、单位最常见的计算机网络形式。 下面从局域网的结构、模型和特点等方面简要介绍一下。35局域网简介（拓扑结构）局域网简介（拓扑结构）总线网集线器星形网干线耦合器环形网计算机网络计算机网络3.数据链路层：数据链路层：局域网局域网36局域网层次模型（局域网层次模型（1） 局域网层次模型包括物理层和数据

19、链路层数据链路层数据链路层物理层物理层媒体访问子层媒体访问子层MAC逻辑链路控制子层逻辑链路控制子层LLC 计算机网络计算机网络3.数据链路层：数据链路层：局域网局域网 IEEE 802 局域网标准37 逻辑链路层LLC功能：执行通常的数据链路功能： 建立和释放数据链路层的逻辑连接;提供与高层的接口；差错控制；给帧加序号使数据链路层能更好地适应多种局域网标准与传输媒体无关 IEEE 802 标准 媒体访问层MAC功能： 处理与接入到传输媒体有关的内容：处理与接入到传输媒体有关的内容： 将上层交来的数据封装成帧进行发送；将上层交来的数据封装成帧进行发送； 实现和维护实现和维护MACMAC协议；协

20、议； 比特差错检测；寻址比特差错检测；寻址计算机网络计算机网络3.数据链路层：数据链路层：局域网局域网38 不同的局域网有不同的物理层和MAC子层 局域网有共同的LLC子层802.10 可互操作的局域网安全802.2 逻辑链路控制子层802.3CSMA/CD802.4令牌总线802.5令牌环802.6城域网802.9语音与数据综合局域网802.11无线局域网 802.1 体系结构与网络互联 IEEE 802 标准计算机网络计算机网络3.数据链路层：数据链路层：局域网局域网现在很多厂商生产的网卡上就仅装有 MAC 协议而没有 LLC 协议，为了兼容局域网的事实标准以太网。39计算机网络计算机网络

21、3.数据链路层：数据链路层：广播信道广播信道 局域网的主要特点：高数据率、低差错率不用穿越公共设施 能进行广播或多播 局域网的主要优点： 共享性好共享性好 扩展性好扩展性好 可靠性好可靠性好 可用性好可用性好 生存性好生存性好局域网模型总结40广播信道基本问题（广播信道基本问题（2）广播信道广播信道有哪些问题？有哪些问题？u寻址（以太网中讲解）u帧格式u透明传输 u差错检测计算机网络计算机网络3.数据链路层：数据链路层：广播信道广播信道 以局域网为例讨论以局域网为例讨论u 信道分配问题信道分配问题41广播信道核心问题广播信道核心问题关键问题： 当存在多方竞争使用信道的时候，如何确定谁可以用？解

22、决问题的基本思路：（1）静态信道分配方案（FDM、TDM）（2）动态信道分配方案（竞争机制）计算机网络计算机网络3.数据链路层：数据链路层：信道分配信道分配42静态信道分配方案效率分析静态信道分配方案效率分析u 主要问题 FDM浪费带宽，效率低下！ TDM对于每一个用户来说，平均等待时间是原来的N倍！ 结结 论论 传统的信道分配方法不适应突发性流量情况，需要寻求新的方法新的方法动态信道分配动态信道分配方法方法计算机网络计算机网络3.数据链路层：数据链路层：信道分配信道分配43动态信道分配方案（动态信道分配方案（1 1） 动态信道分配方案必须解决的基本问题动态信道分配方案必须解决的基本问题（1）

23、谁可以发送数据？（2）是否发生冲突？（3）面对冲突的解决方法？（4）评价标准 传输效率如何？（信道利用率、传输延迟）计算机网络计算机网络3.数据链路层：数据链路层：信道分配信道分配44动态信道分配种类动态信道分配种类计算机网络计算机网络3.数据链路层：数据链路层：信道分配信道分配p 受控接入 用户不能任意接入信道，必须服从一定 的控制 p 随机接入（局域网中普遍采用） 所有的用户都可以根据自己的意愿， 随机地发送信息 存在冲突问题存在冲突问题两种做法都两种做法都需要协议！需要协议！45动态信道分配的协议动态信道分配的协议 基本协议（1）ALOHA协议-竞争类（无序）（2）载波检测CSMA协议-

24、竞争类（有序）（3）无冲突协议-非竞争类（4）有限竞争协议-结合竞争与非竞争优势（5）波分多路访问协议-光纤很牛！（6）无线LAN协议计算机网络计算机网络3.数据链路层：数据链路层：信道分配信道分配CSMA/CD是以太网的基础是以太网的基础在以太网中详细介绍在以太网中详细介绍复习题1. 数据链路层传输的基本单位是？2. 零比特填充法如何确定帧的首部和尾部？3. 采用零比特填充法，发送方如何填充？接收方如何删除？4. 常见的检错方法有哪两种？47以 太 网 技 术1. 传输介质2. 网卡及MAC地址3. CSMA/CD协议4. 帧结构5. 性能分析6. 扩展以太网7. 高速以太网计算机网络计算机

25、网络3.数据链路层：数据链路层：以太网以太网48以太网体系结构历史（以太网体系结构历史（XeroxXerox）计算机网络计算机网络3.数据链路层：数据链路层：以太网以太网49 传统以太网可使用的传输媒体有四种： 铜缆（粗缆或细缆，同轴电缆）铜缆（粗缆或细缆，同轴电缆） 铜线（双绞线）铜线（双绞线） 光缆光缆 这样，以太网就有四种不同的物理层 10BASE5 粗缆粗缆 10BASE2 细缆细缆 10BASE-T 双绞线双绞线 10BASE-F 光缆光缆 以太网媒体接入控制以太网媒体接入控制 MAC 传输介质（1）计算机网络计算机网络3.数据链路层：数据链路层：以太网以太网5010Base-T10

26、Base-F传输介质（传输介质（2） 以太网电缆性能对比以太网电缆性能对比计算机网络计算机网络3.数据链路层：数据链路层：以太网以太网10: 以以Mbps为单位的速率为单位的速率 即速率为即速率为10 MbpsBase：表示基带传输：表示基带传输51传输介质（传输介质（3 3）计算机网络计算机网络3.数据链路层：数据链路层：以太网以太网10Base5 10Base2 10Base-T1998年52 原因：同轴电缆方式下，捕捉故障难。原因：同轴电缆方式下，捕捉故障难。 双绞线网络中所有站点均连接到一个中心集双绞线网络中所有站点均连接到一个中心集线器（线器（hubhub）或者交换机上）或者交换机上

27、DCBAHub 物理星型，逻辑总线型物理星型，逻辑总线型10BASE-T10BASE-T出现原因出现原因计算机网络计算机网络3.数据链路层：数据链路层：以太网传输介质以太网传输介质10BASE-T 双绞线以太网的出现，是局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，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它为以太网在局域网中的统治地位奠定了牢固的基础。牢固的基础。 53集线器一些特点集线器一些特点 集线器使用电子器件模拟实际电缆线的工作 使用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线逻辑上仍是一个总线 网网，各工作站还是要竞争信道竞争信道 集线器工作在物

28、理层物理层，不进行信号碰撞检测 集线器有多接口（4、8、16等等）计算机网络计算机网络3.数据链路层：数据链路层：以太网传输介质以太网传输介质54具有三个端口的集线器具有三个端口的集线器 集线器网卡工作站网卡工作站网卡工作站双绞线Tips：10baseT 可以使用3类UTP，为了日后能够直接升级至100baseT，目前一般都使用5类UTP计算机网络计算机网络3.数据链路层：数据链路层：以太网传输介质以太网传输介质5510baseT主要技术参数主要技术参数 最大干线段长度:100m 最大网络长度：2500m（加中继器） 网络的最大节点数:96个计算机网络计算机网络3.数据链路层：数据链路层：以太

29、网传输介质以太网传输介质56网网 卡（卡（1） 网卡也叫网络适配器(Network Adapter)或网络接口卡(Network Interface card) 功能进行串行/并行转换对数据进行缓存实现以太网协议数据的封装与解封编码与译码计算机网络计算机网络3.数据链路层：数据链路层：以太网以太网实现链路层的大部分功能计算机通过适配器和局域网进行通信过程 适配器（网卡）至局域网串行通信CPU 和存储器计算机并行通信IP 地址计算机网络计算机网络3.数据链路层：数据链路层：以太网以太网生成发送的数据把帧发送到局域网硬件地址58ETHERNET网卡的结构网卡的结构计算机网络计算机网络3.数据链路层

30、：数据链路层：以太网以太网MAC MAC 层的硬件地址层的硬件地址 以太网适配器具有唯一的链路层地址，在局域网中，称为局域网地址、或硬件地址、或物理地址、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。 确切讲，MAC地址是某个接口的唯一标识符。计算机网络计算机网络3.数据链路层：数据链路层：以太网以太网MAC地址地址MAC 地址的作用B向 D发送数据 C D A 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B发送的数据帧中，其目的地址域就是D的MAC地址。61网络设备的硬件地址网络设备的硬件地址路由

31、器1A-24-F6-54-1B-0E00-00-A2-A4-2C-0220-60-8C-C7-75-2A08-00-20-47-1F-E420-60-8C-11-D2-F6路由器由于同时连接到两个网络上，因此它有两块网卡和两个硬件地址。 计算机网络计算机网络3.数据链路层：数据链路层：以太网以太网MAC地址地址62 6字节MAC 地址被固化在网卡的ROM中 MACMAC地址格式地址格式公司标志符扩展标志符24位24位 ROM 02-60-8C-0E-56-7D 1.1.如何查本机如何查本机MACMAC地址？地址？2.MAC2.MAC地址能地址能修改吗？修改吗？计算机网络计算机网络3.数据链路层

32、：数据链路层：以太网以太网MAC地址地址63网卡过滤功能网卡过滤功能检查检查MACMAC地址地址 网卡从网络上每收到一个 MAC 帧，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计算机网络计算机网络3.数据链路层：数据链路层：以太网以太网MAC地址地址载波检测协议载波检测协议CSMACSMA常见载波检测协议有以下四种：1-持续CSMA非持续CSMAp-持续CSMA带冲突检测的CSMACSMA/CD主要优点：进一步减少了冲突的发生主要优点：进一步减少了冲突的发生 基本原理：边发送边侦听，一旦检测到基本原理：边发送

33、边侦听，一旦检测到冲突冲突，则停止数据发送，则停止数据发送 计算机网络计算机网络3.数据链路层：数据链路层：信道分配信道分配65载波侦听：发前先监听 网络站点侦听载波是否存在 （即有无传输 ，信道忙或闲）协议协议 CSMA/CD（1）CSMA/CD:带冲突检测的载波监听多路访问协议 冲突检测：边发边监听冲突检测：边发边监听 即使空闲，发出去的数据也可能冲突（传即使空闲，发出去的数据也可能冲突（传播时延的影响）；播时延的影响）； 计算机网络计算机网络3.数据链路层：数据链路层：以太网以太网CSMA/CDCSMA/CD（2） 基本工作原理1.站点在发送数据前，先监听信道2.若信道忙，则等待一段随机

34、时间后，再试图发送数据3.若信道空闲，则发送数据；4.边发数据边进行冲突检测，如果发现冲突， 则马上停止数据发送，并等待一段随机时间后，再试图发送数据 两个关键问题两个关键问题 冲突检测问题? 一段随机时间?计算机网络计算机网络3.数据链路层：数据链路层：以太网以太网CSMA/CD6667如何冲突检测？如何冲突检测？ 后继问题：需要监听至少多长时间才能够后继问题：需要监听至少多长时间才能够确信没有冲突？确信没有冲突？ 冲突检测原理：冲突检测原理： 当一个站检测到的信号电压摆动值超过一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定的门限值时，就认为总线上至少有两个站

35、同时在发送数据，表明产生了碰撞（冲突）。同时在发送数据，表明产生了碰撞（冲突）。争用期争用期- 从帧开始发送到确认不会从帧开始发送到确认不会 发生冲突的时间发生冲突的时间 问题转化为：以太网争用期有多长？问题转化为：以太网争用期有多长？计算机网络计算机网络3.数据链路层：数据链路层：以太网以太网CSMA/CD68ABt = QB 检测到信道空闲发送数据t = Q / 2发生碰撞ABABAB t = 0 A 检测到信道空闲发送数据ABt = B 检测到发生碰撞停止发送STOPt = 2 QA 检测到发生碰撞STOPABA到B传播时延记为 碰撞p当Q趋向于0时，t=2 69 重要结论重要结论1 1

36、 主机必须连续发送数据2时间后，才能够确信不会发生冲突，即：以太网争用期为2冲突检测（冲突检测（2） 以太网取 51.2 s 为争用期的长度 经过争用期考验，就能确定这次发送不会发生碰撞计算机网络计算机网络3.数据链路层：数据链路层：以太网以太网CSMA/CD70 重要结论2 10M以太网最短有效帧长为 64 字节冲突检测（冲突检测（3） 以太网在发送数据时，若前 64 字节没有发生冲突，则后续的数据就不会发生冲突； 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。计算机网络计算机网络3.数据链路层：数据链路层：以太网以太网CSMA/CD对于 10 Mb/s 以太网，在争用期内可发

37、送512 bit，即 64 字节；71如何实现随机等待时间如何实现随机等待时间？ 基本退避时间，一般取基本退避时间，一般取争用期争用期 2 2 一般使用二进制指数退避算法实现第1次冲突，则随机等待0或1倍争用期 （21）第2次冲突，则随机等待0、1、2或3倍争用期 （22）第 i 次冲突，则随机等待0-2i-1倍争用期 （2i）第16次冲突，控制器向计算机报告传送失败。计算机网络计算机网络3.数据链路层：数据链路层：以太网以太网CSMA/CD72强化碰撞强化碰撞 当发送数据的站一旦发现发生了碰撞时，除了立即停止发送数据外，还要再继续发送若干比特的人为干扰信号(jamming signal)，以

38、便让所有用户都知道现在已经发生了碰撞。CSMA/CD 补充补充 以太网帧间最小间隔以太网帧间最小间隔 96比特时间 目的使接收方清理缓存，做好准备接收下一帧计算机网络计算机网络3.数据链路层：数据链路层：以太网以太网CSMA/CD73CSMA/CD总结总结发前先听发前先听空闲发送空闲发送边发边听边发边听冲突退避冲突退避计算机网络计算机网络3.数据链路层：数据链路层：以太网以太网CSMA/CD74以太网的两个标准：以太网的两个标准： DIX Ethernet V2标准标准（三家公司提出）（三家公司提出） IEEE 802.3标准（标准（IEEE 802委员会提出）委员会提出）p 二者区别很小，不

39、严格可以将二者区别很小，不严格可以将802.3802.3局局域网简称为域网简称为“以太网以太网”p 严格讲，以太网指符合严格讲，以太网指符合DIX Ethernet DIX Ethernet V2V2标准的局域网标准的局域网计算机网络计算机网络3.数据链路层：数据链路层：以太网帧格式以太网帧格式以太网帧格式以太网帧格式75MAC 帧物理层MAC 层IP 层以太网 V2 MAC 帧目的地址源地址类型数 据FCS6624字节46 1500IP 数据报以太网以太网 V2 的的 MAC 帧格式帧格式目的地址字段 6 字节计算机网络计算机网络3.数据链路层：数据链路层：以太网帧格式以太网帧格式76MAC

40、 帧物理层MAC 层IP 层以太网 V2 MAC 帧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 字节以太网以太网 V2 的的 MAC 帧格式帧格式计算机网络计算机网络3.数据链路层：数据链路层：以太网帧格式以太网帧格式77MAC 帧物理层MAC 层IP 层以太网 V2 MAC 帧目的地址源地址类型数 据FCS6624字节46 1500IP 数据报以太网以太网 V2 的的 MAC 帧格式帧格式类型字段 2 字节类型字段用来标志类型字段用来标志上一层上一层使用的是什么协议，使用的是什么协议， 以便把收到的以便把收到的 MAC 帧的数据上交给上一层的这个协议帧

41、的数据上交给上一层的这个协议 计算机网络计算机网络3.数据链路层：数据链路层：以太网帧格式以太网帧格式78MAC 帧物理层MAC 层IP 层以太网 V2 MAC 帧目的地址源地址类型数 据FCS6624字节46 1500IP 数据报以太网以太网 V2 的的 MAC 帧格式帧格式数据字段 46 1500 字节 不够，填充！数据字段的正式名称是 MAC 客户数据字段数据字段的最小长度=64字节18字节首部和尾部计算机网络计算机网络3.数据链路层：数据链路层：以太网帧格式以太网帧格式79MAC 帧物理层MAC 层IP 层以太网 V2 MAC 帧目的地址源地址类型数 据FCS6624字节46 1500

42、IP 数据报以太网以太网 V2 的的 MAC 帧格式帧格式FCS 字段 4 字节采用CRC-32当传输媒体的误码率为 1108 时，MAC 子层可使未检测到的差错小于 11014, 漏检率很低！ 计算机网络计算机网络3.数据链路层：数据链路层：以太网帧格式以太网帧格式80MAC 帧物理层MAC 层IP 层以太网 V2 MAC 帧目的地址源地址类型数 据FCS6624字节46 1500IP 数据报以太网以太网 V2 的的 MAC 帧格式帧格式10101010101010 10101010101010101011前同步码帧开始帧开始定界符定界符7 字节1 字节8 字节插入在帧的前面插入的在帧的前面

43、插入的 8 8 字节中的第一个字段共字节中的第一个字段共 7 7 个字节，个字节，是前同步码，用来迅速实现是前同步码，用来迅速实现 MAC MAC 帧的比特同步。帧的比特同步。第二个字段是帧开始定界符，表示后面的信息就是第二个字段是帧开始定界符，表示后面的信息就是MAC MAC 帧。帧。 为了达到比特同步，为了达到比特同步，在传输媒体上实际传送的在传输媒体上实际传送的要比要比 MAC MAC 帧还多帧还多 8 8 个字节个字节计算机网络计算机网络3.数据链路层：数据链路层：以太网帧格式以太网帧格式81无效的无效的 MAC MAC 帧及其处理帧及其处理 帧的长度不是整数个字节； 用收到的帧检验序

44、列 FCS 查出有差错； 数据字段的长度不在 46 1500 字节之间； (有效的 MAC 帧长度为 64 1518 字节之间) 对于检查出的无效 MAC 帧就简单地丢弃; 以太网不负责重传丢弃的帧 计算机网络计算机网络3.数据链路层：数据链路层：以太网帧格式以太网帧格式复习题1.以太网传输介质中10Base-T 是什么？10Base-F 是什么？ 10和Base各是什么意思？2.Hub构成的网络物理上是（）型拓扑，逻辑上是（）拓扑。3.Hub工作在（）层，不进行信号碰撞检测。4.每一块网卡都有一个唯一地址，称为（）地址5.CSMA/CD是什么协议？6.什么是载波监听7.什么是冲突检测8.什么

45、是争用期？10M以太网的争用期是？在其争用期内能发送多少字节？9.在MAC帧格式中，源地址，目的地址用何数据填充？实验作业上交方法 用你的账号登录84信道利用率（信道利用率（1 1）计算机网络计算机网络3.数据链路层：数据链路层：以太网以太网性能分析性能分析信道利用率的几个基本概念信道利用率的几个基本概念85发送一帧所需平均时间发送一帧所需平均时间Tav=争用期争用期+占用期占用期发 送 成 功 争用期 争用期 争用期 2 T0t占用期 争用期的平均个数 NR 发送一帧所需的平均时间 Tav2 2 信道利用率（信道利用率（2）发送一帧占用信道的时间发送一帧占用信道的时间=发送时延发送时延T0+

46、传播时延传播时延 信道利用率由信道利用率由T0 和和 决定决定计算机网络计算机网络3.数据链路层：数据链路层：以太网以太网性能分析性能分析0R02*NTT利用率86 以太网中定义了参数 a ： 由此可见，要提高以太网的信道利用率，必须减小 与 T0 之比0Ta 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低。 计算机网络计算机网络3.数据链路层：数据链路层：以太网以太网性能分析性能分析870Ta要提高利用率，必须使a尽可能小 要小，传输介质的长度要适中。的长度要适中。

47、 T0要大，T0由带宽和数据帧长度决定。 当以太网带宽一定时, 帧长不能太短。帧长不能太短。 当帧长一定时，带宽不能太大。带宽不能太大。对以太网参数的要求（对以太网参数的要求（1 1）以太网先天缺陷：以太网不适合带宽较大、传输距离较远的情况！计算机网络计算机网络3.数据链路层：数据链路层：以太网以太网性能分析性能分析88计算机网络计算机网络3.数据链路层：数据链路层：以太网以太网性能分析性能分析帧越短，信道利用率越低帧越短，信道利用率越低竞争站数越多，信道利用率越低竞争站数越多，信道利用率越低以太网信道利用率实验以太网信道利用率实验信道利用率信道利用率竞争站点数竞争站点数89以太网要获得较大的

48、性能，一句话：限制物理范围含义：参与竞争站点不能太多，传输距离不能太远，带宽不能太大 主要解决思路主要解决思路减少参与竞争的站点规模扩大物理范围增加网络带宽百兆、千兆、万兆以太网以太网性能分析结果以太网性能分析结果 下一问题下一问题如果以太网中站越来越多，需要高速、远距离如果以太网中站越来越多，需要高速、远距离传输，怎么办？传输，怎么办？计算机网络计算机网络3.数据链路层：数据链路层：以太网以太网性能分析性能分析90扩展以太网扩展以太网 物理层扩展 转发器（用的少） 集线器 数据链路层扩展 网桥计算机网络计算机网络3.数据链路层：数据链路层：扩展以太网扩展以太网91在物理层扩展在物理层扩展LA

49、N(1)ABCDABCDABCD计算机网络计算机网络3.数据链路层：数据链路层：扩展以太网扩展以太网10Mbps10Mbps10Mbps集线器（集线器（HubHub）用集线器组成更大的局域网都在一个碰撞域中 一系三系二系主干集线器一个更大的碰撞域碰撞域计算机网络计算机网络3.数据链路层：数据链路层：扩展以太网扩展以太网在物理层扩展在物理层扩展LAN(2)共享总带宽（共享总带宽（10M10M）10Mbps10Mbps10Mbps碰撞域：任一时刻，只能有一个站发送数据。也叫冲突域碰撞域：任一时刻，只能有一个站发送数据。也叫冲突域93HUB级连特点级连特点 优点优点扩大了局域网覆盖的地理范围扩大了主

50、机通信范围 缺点缺点组成了更大的碰撞域，组成了更大的碰撞域，但总的吞吐量并未提高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。计算机网络计算机网络3.数据链路层：数据链路层：扩展以太网扩展以太网94在数据链路层扩展局域网在数据链路层扩展局域网 网桥网桥是在数据链路层扩展LAN的设备 网桥根据 MAC 帧的目的地址，依据转发表转发表对收到的帧进行转发网桥的功能要求：网桥的功能要求： 网桥必须有足够的存储空间（放转发表）网桥必须有足够的存储空间（放转发表） 网桥必须具备寻址和路由选择功能网桥必须具备寻址和路由选择功能 网桥是一个多端口设备网桥是一个多端口设备计算机网络计算机网