数据链路层简介

    技术2022-07-16  90

    1.数据链路层的基本概念

    数据链路层在物理层提供服务的基础上向网络层提供服务,其最基本的服务是将源自网络层来的数据可靠地传输到相邻节点的目标机网络层。其主要作用是加强物理层传输原始比特流的功能,将物理层提供的可能出错的物理连接改造成为逻辑上无差错的数据链路,使之对网络层表现为一条无差错的链路。

    2.数据链路层使用的信道

    点对点信道:这种信道使用一对一的点对点通信方式 广播信道:这种信道使用一对多的广播通信方式,因此过程比较复杂。广播信道上连接的主机很多,因此必须使用专用的共享信道协议来协调这些主机的数据发送。

    3.数据链路层的链路状态

    点对点链路:连接两个且只连接两个结点的链路。一端只有一个发送方,另一端有一个接收方。如一个PC连接一个服务器;两个地方的电话连接。 多点链路:同一链路上,连接多个结点。从主机到A,从A到B,从C到D,都是链路;从主机到D是电路(circuit)。

    4.链路层协议提供的服务

    链路层协议的功能是在一个路径(path)中,经过一个单一链路,进行结点 到 结点的网络层数据报的移动。

    5.使用点对点信道的数据链路层

    5.1数据链路和帧

    链路(link)/物理链路:从一个结点到相邻结点的一段物理线路(有线或无线),而中间没有任何其他的交换特点。在进行数据通信时,两台计算机之间的通信路径往往要经过许多段这样的链路。

    数据链路(data link)/逻辑链路:除了物理线路外,还必须有通信协议来控制这些数据的传输。若把实现这些协议的硬件和软件加到链路上,就构成了数据链路。

    帧:数据链路层的协议数据单元,它包括三部分:帧头,数据部分,帧尾。其中,帧头和帧尾包含一些必要的控制信息,比如同步信息、地址信息、差错控制信息等;数据部分则包含网络层传下来的数据,比如IP数据包,等等。

    通常在两个对等的数据链路层之间画出一个数字管道,而在这条数字管道上传输的数据单位是帧。 早期的数据通信协议曾叫做通信规程(procedure)。因此在数据链路层,规程和协议是同义语。

    点对点信道的数据链路层在进行通信时的主要步骤如下: 1)结点A的数据链路层把网络层交下来的IP数据报添加首部和尾部封装成帧; 2)结点A把封装好的帧发送给结点B的数据链路层; 3)若结点B的数据链路层收到的帧无差错,则从收到的帧中提取出IP数据报交给上面的网络层;否则丢弃这个帧。 数据链路层不必考虑物理层如何实现比特传输的细节。我们甚至还可以更简单地设想好像是沿着两个数据链路层之间的水平方向把帧直接发送到对方,如上图(b)所示。

    5.2三个基本问题

    封装成帧(framing):就是在一段数据的前后分别添加首部和尾部,这样就构成了一个帧。

    首部和尾部的一个重要的作用就是帧定界,当数据是由可打印的ASCII码组成的文本文件时,帧定界可以使用特殊的帧定界符(首部(SOH),尾部(EOT)分别表示帧的开始和结束),当数据在传输中出现差错时,帧定界符的作用更加明显(只收到SOH没收到EOT则判断此数据是不完整的帧,丢弃;收到了SOH和EOT则判断此数据是一个完整的帧,收下)。 为了提高帧的传输速率应当使帧的数据部分长度尽可能地大于首部和尾部的长度,但是,每一种链路层协议都规定了所能传送的帧的数据部分长度上限——最大传输单元MTU。

    透明传输:当传送的帧是用文本文件组成的帧时,其数据部分显然不会出现像SOH或EOT这样的帧定界控制字符。可见不管从键盘上输入什么字符都可以放进这样的帧中传输过去,因此这样的传输就是透明传输。

    但当数据部分是非ASCII码的文本文件时,如果数据中的某个字节的二进制码恰好和SOH或EOT控制字符一样,则数据链路层会错误地找到帧的边界,只把部分帧收下(误认为是完整的帧),剩余部分丢弃(这部分找不到帧定界控制字符SOH)。 以上的传输就不是透明传输,需要解决 解决办法: 1)发送端的数据链路层在数据中出现控制字符"SOH"或"EOT"的前面插入一个转义字符"ESC"(其十六进制编码是1B)。 2)字节填充(byte stuffing)或字符填充(character stuffing)——接收端的数据链路层在将数据送往网络层之前删除插入的转义字符。 3)如果转义字符也出现数据当中,那么应在转义字符前面插入一个转义字符。当接收端收到连续的两个转义字符时,就删除其中前面的一个。

    差错检测:现实的通信链路都不会是理想的。这就是说,比特在传输过程中可能会产生差错:1可能会变成0,而0也可能变为1,这就叫做比特差错,它是传输差错中的一种。

    在一段时间内,传输错误的比特占所传输比特总数的比率称为误码率BER(Bit Error Rate)。误码率与信噪比有很大的关系,如果设法提高信噪比,就可以使误码率减小。

    在实际的通信链路中,误码率不可能下降到零,因此,为了保证数据传输的可靠性,在计算机网络传输时,必须采用各种差错检测措施。目前在数据链路层广泛使用了循环冗余检验CRC(Cyclic Redundancy Check)的检错技术。 循环冗余检验的原理: 在发送端,先把数据划分为组,假定每组k个比特。现假定待传送的数据101001 (k = 6)。 CRC运算就是在数据M的后面添加供差错检测用的n位冗余码,然后构成一个帧发送出去,一共发送(k+ n)位。在所要发送的数据后面增加n位的冗余码,虽然增大了数据传输的开销,但却可以进行差错检测。当传输可能出现差错时,付出这种代价往往是很值得的。

    循环冗余检验CRC和帧检验序列FCS并不是同一个概念。CRC是一种检错方法,而FCS是添加在数据后面的冗余码,在检错方法上可以选用CRC,但也可以不选用CRC。

    在数据链路层若仅仅使用循环冗余检验CRC差错检测技术,则只能做到对帧的无差错接受,即:“凡是接收端数据链路层接受的帧,我们都能以非常接近于1的概率认为这些帧在传输过程中没有产生差错”。接收端丢弃的帧虽然收到曾收到了,但最终还是因为有差错被丢弃,即没有被接受。以上所述的可以近似地表示为(通常都是这样认为):“凡是接收端数据链路层接受的帧均无差错”。

    传输差错可分为两大类:一类就是前面所说的最基本的比特差错,而另一类传输差错则更复杂些,这就是收到的帧并没有出现比特差错,但却出现了帧丢失、帧重复或帧失序。

    帧丢失:收到[#1]-[#3](丢失[#2]); 帧重复:收到[#1]-[#2]-[#2]-[#3](收到两个[#2); 帧失序:收到[#1]-[#3]-[#2](后发送的帧反而先到达了接收端,这与一般数据链路层的传输概念不一样)

    6.点对点协议PPP

    6.1PPP协议的特点

    互联网用户通常都要连接到某个ISP才能接入到互联网。PPP协议就是用户计算接和ISP进行通信时所使用的数据链路层协议。 1.PPP协议应满足的需求 (1)简单:接收方每收到一个帧,就进行CRC检验。如果CRC检验正确,就收下这个帧,反之就丢弃这个帧,其他什么也不做; (2)封装成帧:PPP协议必须规定特殊的字符作为帧定界符,以便使接收端从收到的比特流中能准确地找出帧的开始和结束位置; (3)透明性:PPP协议必须保证数据传输的透明性,这就是说,如果数据中碰巧出现了和帧定界符一样的比特组合时,就要采取有效的措施来解决这个问题; (4)多种网络层协议:当点对点链路所连接的是局域网或路由器时,PPP协议必须同时支持在链路所连接 的局域网或路由器上运行的各种网络层协议; (5)多种类型链路:PPP需要能够在多种类型的链路上运行(串行、并行、同步、异步、低速、高速等); (6)差错检测:接收方能够对收到的帧检错(丢弃有差错的帧); (7)检测连接状态:能及时自动检测出链路是否处于正常工作状态; (8)最大传送单元:对每一种类型的PPP链路设置最大传送单元(数据部分的最大长度); (9)网络层地址协商:提供一种机制,使通信的两个网络层(如两个IP层)的实体能通过协商知道或配置彼此的网络地址; (10)数据压缩协商:提供一种方法(协商数据压缩算法)。

    2.PPP协议不需要的功能 (1)纠错:可靠传输由TCP负责,PPP协议是不可靠的传输协议; (2)流量控制:端到端的流量控制有TCP负责; (3)序号:PPP不要求链路发送方以发送的顺序交付给接收方; (4)多点线路:PPP只支持点对点的链路通信; (5)半双工或单工链路:只支持全双工链路。

    3.PPP协议的组成部分 PPP协议有三个组成部分: 封装成帧:一个将数据封装到PPP帧的方法,识别帧的开始和结束,检测帧中的差错; 链路控制协议LCP(Link Control Protocol):用于对链路的初始化,维持,及撤销PPP链路; 网络控制协议:NCP(Network Control Protocol):有多个协议,每一个都对应于上层的网络层协议。在网络层数据报开始通过PPP链路传输之前,允许网络层模块自己配置。

    6.2PPP协议的帧格式

    各字段的意义 PPP帧的首部和尾部分别为四个字段和两个字段,首部的第一个字段和尾部的第二个字段都是标志字段F(flag),规定为0x7E(符号“0x”表示它后面的字符是用十六进制表示的。十六进制的7E的二进制表示是01111110)。标志字段表示一个帧的开始或结束。因此标志字段就是PPP帧的定界符。连续两帧之间只需要用一个标志字段。如果出现连续两个标志字段,就表示这是一个空帧,应当丢弃。 字节填充:当信息字段中出现和标志字段一样的比特(0x7E)组合时,就必须采取一些措施使这种形式上和标志字段一样的比特组合不出现在信息字段中。 1)把信息字段中出现的每一个0x7E字节转变成为2字节序列(0x7D,0x5E)。 2)若信息字段中出现一个0x7D的字节(即出现了和转义字符一样的比特组合),则把0x7D转变成为2字节序列(0x7D,0x5E)。 3)若信息字段中出现ASCII码的控制字符(即数值小于0x20的字符),则在该字符前面要加入一个0x7D字节,同时将该字符的编码加以改变。 在接收端进行相反的变换。

    零比特填充:PPP协议用在SONET、SDH链路时,是使用同步传输(一连串的比特连续传输)。这时PPP协议采用零比特填充方法来实现透明传输。 在发送端,只要发现有5个连续1,则立即填入一个0。接收端对帧中的比特流进行扫描。每当发现5个连续1时,就把这5个连续1后的0删除。

    6.3PPP协议的工作状态

    1)当用户拨号接入ISP时(通常是在屏幕上用鼠标点击一个连接按钮)路由器就能够检测到modem发出的载波信号,路由器的调制解调器对拨号做出确认,并建立一条物理连接。 2)PC机向路由器发送一系列的LCP分组(封装成多个PPP帧),以便建立LCP连接。 3)这些分组及其响应选择一些PPP参数,和进行网络层配置,NCP给新接入的PC机分配一个临时的IP地址,使PC机成为因特网上的一个主机。 4)通信完毕时,NCP释放网络层连接,收回原来分配出去的IP地址。接着,LCP释放数据链路层连接。最后释放的是物理层的连接。 过渡阶段: Dead:链路没有被使用,物理层没有载波,线路静默。PPP链路从此开始,以此结束。

    Establish:当一个结点开始通信,连接就进入此状态。双方协商一些选项(包括最大帧的大小,鉴别协议的说明,跳过PPP帧中使用地址级控制字段)。一个结点发送LCP configure-request帧(其协议字段设置为LCP,PPP信息字段包含特定的配置请求),进行协商配置。另一方用configure-ack帧应答(接受所有选项);configure-nak帧(理解所有的选项,但不接受),或configure-reject帧。如果协商成功,系统进入鉴别状态(如果需要鉴别)或直接到网络层。

    Authenticat:这个阶段是可选的;如果两个结点确定进行鉴别,它们发送几个鉴别分组。如果成功,连接就到网络阶段;否则,到终止阶段。

    Network:此阶段协商网络层协议。PPP规定,在网络层交换数据之前,两个结点要建立网络层约定。因为PPP支持多个网络层协议,如果一个结点在网络层同时运行多个协议,接收结点需要知道是哪个结点接收数据。

    Open:此阶段进行数据传输。当连接进行到该阶段,开始数据分组的交换,直到一个结点想要终止该连接为止。

    Terminate:在此阶段,连接终止。交换几个分组用于关闭链路。

    7.使用广播信道的数据链路层

    7.1局域网的数据链路层

    1)局域网最主要的特点是:网络为一个单位所拥有,且地理范围和站点数目均有限。 2)局域网具有如下的一些主要优点: 1.具有广播功能,从一个站点可很方便地访问全网。局域网上的主机可共享连接在局域网上的各种硬件和软件资源。 2.便于系统的扩展和主渐地演变,各设备的位置可灵活调整和改变。 3.提高了系统的可靠性、可用性和生存性。

    局域网的数据速率: 10Mb/s(标准以太网),后续的讨论主要围绕标准以太网进行。 100Mb/s(快速以太网) 1Gb/s(吉比特以太网) 10Gb/s(10吉比特以太网) 局域网的传输媒体: 双绞线(局域网中的主流传输媒体) 同轴电缆 光纤(主要用在环形网中,现在也用在点对点线路中)

    按局域网的拓扑结构分类: 星形网:每个设备由专门的点到点链路,连接到集线器,不允许设备之间直接传输数据,都需通过集线器交换。容易安装、配置、扩充,健壮性(一个链路有问题,不影响其他链路)。缺点:整个拓扑依赖一个集线器,集线器不正常,则系统不能工作。

    总线型:与星形网不同,总线网是一个多点连接(multipoint)。一根电缆把所有设备连接。结点由drop lines和tap连接到总线线缆上。优点:容易安装;同star相比,节省线缆;缺点:连接困难,增加新设备困难;线缆故障会导致所有传输停止。总线拓扑结构最初用于早期的局域网,现在较少使用。

    环形网:每个设备只与其左右相邻设备相邻。增加或删除设备只需改动两个连接。信号一直在环里循环,如果一个设备在规定的时间内收不到信号,就发出警告,提醒管理员处理问题。约束:环的最大长度及设备数量。优点:容易安装;容易配置;差错隔离(fault isolation)容易。缺点:单环网络中,环的故障会导致整个网络停用(可采用双环网络解决)。

    树型网:星形与总线拓扑结构的结合。只要用在频分复用的宽带局域网。

    媒体共享技术: 1)静态划分信道(不适合局域网) 1.频分复用 2.时分复用 3.波分复用 4.码分复用

    静态划分信道,用户只要分配了信道就不会和其他用户发生冲突。

    2)动态媒体接入控制(多点接入) 1.随机接入 2.受控接入,如多点线路探询(polling),或轮询(taking rurns)。

    动态媒体接入控制(多点接入)。信道不固定分配给用户。包括以下两点: 随机接入:所有用户都可以随机发送信息。在共享媒体上容易产生碰撞。Contention,random access。 受控接入:用户不能随机发送信息,而必须服从一定的控制。典型的是分散控制的令牌环局域网和集中控制的多点线路polling。

    1)以太网的两个标准: DIX Ethernet V2是世界上第一个局域网产品(以太网)的规约。IEEE的802.3标准。(1982年2月创建IEEE802委员会,制定LAN标准。) DIX Ethernet V2标准与IEEE的802.。标准只有很小的差别,因此可以将802.3局域网简称为“以太网。严格来说,“以太网”应当是指符合DIX Ethernet V2标准的局域网。

    数据链路层的两个子层: 为了使数据链路层能更好地适应多种局域网标准,802委员会就将局域网的数据链路层拆成两个子层: 1.逻辑链路控制LLC(Logical Link Control)子层 2.媒体接入控制MAC(Medium Access Control)子层

    与接入到传输媒体有关的内容都放在MAC子层,而LLC子层则与传输媒体无关,不管采用何种协议的局域网对LLC子层来说都是透明的。 LLC的目的是给需要流量和差错控制服务的上层协议提供这些服务。然而,大多数上层协议(如IP)不使用LLC服务。 局域网的IEEE标准: 由于TCP/IP体系经常使用的局域网是DIX Ethernet V2而不是802.3标准中的几种局域网,因此现在802委员会制定的逻辑链路控制子层LLC(即802.2标准)的作用已经不大了。 很多厂商生产适配器上就仅装有MAC协议而没有LLC协议。

    2)适配器的作用(重要): 网络接口板又称为通信适配器(adapter)或网络接口卡NIC(Network Interface Card),或”网卡“。 适配器的重要功能: 1.进行串行/并行转换。 2.对数据进行缓存。 3.在计算机的操作系统安装设备驱动程序。 4.实现以太网协议。

    计算机通过适配器和局域网进行通信

    7.2CSMA/CD协议

    最早的以太网是将许多计算机都连接到一根总线上。当初认为这种连接方法既简单又可靠,因为在那个时代普遍认为:“有源器件不可靠,而无源的电缆线才是最可靠的” 总线的特点是: 1)当一台计算机发送数据时,总线上的所有计算机都能检测到这个数据。这种就是广播通信方式。 2)为了在总线上实现一对一的通信,可以使每一台计算机的适配器拥有一个与其他适配器不同的地址,在发送数据帧时,在帧的首部写明接收站的地址。 3)适配器对不是发送给自己的数据帧就丢弃。这样,具有广播特性的总线上就实现了一对一的通信。

    为了通信的简便,以太网采取了以下两种措施: 1)采用较为灵活的无连接的工作方式,即不必先建立连接就可以直接发送数据。 2)以太网对发送的数据帧不进行编号,也不要求对方发回确认。 这样做的理由是局域网信道的质量很好,因信道质量产生差错的概率是很小的。

    以太网提供的服务: 1)以太网提供的服务是不可靠的交付,即尽最大努力的交付。 2)当目的站收到有差错的数据帧时就丢弃此帧,其他什么也不做,差错的纠正由高层来决定。 3)如果高层发现丢失了一些数据而进行重传,但以太网并不知道这是一个重传的帧,而是当作一个新的数据帧来发送

    以太网发送的数据都使用曼彻斯特(Manchester)编码 载波监听多点接入/碰撞检测 CSMA / CD 1)“多点接入”表示许多计算机以多点 接入的方式连接在一根总线上。 2)“载波监听”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据,如果有,则暂时不要发送数据,以免发生碰撞。 3)总线上并没有什么“载波”。因此,“载波监听”就是用电子技术检测总线上有没有其他计算机发送的数据信号。

    碰撞检测 1)“碰撞检测”就是计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小。 2)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)。 3)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发送数据,表明产生了碰撞。 4)所谓“碰撞”就是发生了冲突。因此“碰撞检测”也称为“冲突检测”。

    检测到碰撞后 1)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。 2)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,免得继续浪费网络资源,然后等待一段随机时间后再次发送。

    重要特性: 1)使用CSMA/CD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(半双工通信)。 2)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。 3)这种发送的不确定性使整个以太网的平均通信量远小于以太网的最高数据率。

    CSMA / CD工作过程: 1)如果媒体空闲,则发送;;否则,到第2步。 2)如果媒体忙,继续监听,直到信道空闲,然后马上发送。 3)如果在发送过程中,检测到冲突,就发送一个干扰信号,通知所有的站点发生了冲突,并停止发送。 4)在发送干扰信号后,等待随机时间,再尝试发送(重复从1开始的步骤)。

    CSMA/CD协议的要点 1)适配器从网络层获得一个分组,加上以太网的首部和尾部,组成以太网帧,放入适配器的缓存中,准备发送。 2)若适配器检测到信道空闲,就发送这个帧。若检测到信道忙,则继续检测并等待信道转为空闲,然后发送。 3)在发送过程中继续检测信道,若一直未检测到碰撞,则发送成功。若检测到碰撞,则终止发送,并发送人为干扰信号。 4)在终止发送后,适配器执行数退避算法,等待r倍512比特时间后,返回到步骤2.

    受控访问 polling 1个主站和多个次站。 主站控制链路,主站决定哪个次站接入到链路。主站是会话的发起者。

    令牌传递 各站点组织成逻辑环形。 访问信道的权利由是否拥有token确定

    7.3使用集线器的星形拓扑

    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,叫做集线器(hub)。

    集线器的特点: 1)使用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网,各站共享逻辑上的总线,使用的还是CSMA/CD协议(更具体些说,是各站中的适配器执行CSMA/CD协议)。网络中的各站必须竞争对传输媒体的控制,并且在同一时刻至多只允许一个站发送数据。 2)集线器很像是一个多接口的转发器。 3)集线器工作在物理层,它的每个接口仅仅简单地转发比特——收到1就转发1,收到0就转发0,不进行碰撞检测。 4)集线器采用了专门的芯片,进行自适应串音回波抵消。这样就可使接口转发出去的较强信号不致对该接口接收到的较弱信号产生干扰(这种干扰即近端串音)。

    7.4以太网的信道利用率

    一个帧从开始发送,经可能发生的碰撞后,将再重传数次,到发送成功且信道转为空闲(即再经过时间t使得信道上无信号在传播)时为止,是发送一帧所需的平均时间。

    7.5以太网的MAC层

    mac层的硬件地址: 1)在局域网中,硬件地址又称为物理地址,或mac地址。 2)802标准所说的“地址”严格地讲应当上每一个站的“名字”或标识符。 3)但鉴于大家都早已习惯了将这种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。 4)数据链路层的两个主要功能:数据链路控制、媒体接入控制。 5)数据链路控制的功能:封装成帧,流量和差错控制。 6)封装成帧,加上源地址和目的地址。 7)一般要把整个报文分割成多个较小的帧。 8)固定帧长的帧:ATM广域网的帧。 9)可变长帧的封装:在局域网中流行。需要定义帧的结束及下一帧的开始:面向字符的协议、及面向比特的协议。

    适配器检查MAC地址: 1)适配器从网络上每收到一个MAC帧及首先用硬件检查MAC帧中的MAC地址 如果上发往本站的帧则收下,然后再进行其他的处理。 否则及将此帧丢弃,不再进行其他的处理 2)“发往本站的帧”包括以下三种帧: 单播帧(一对一) 广播帧(一对全体) 多播帧(一对多)

    MAC帧的格式 常用的以太网MAC帧的格式有两种标准: DIX Ethernet V2标准 IEEE的802.3标准

    IEEE802.3标准规定凡出现下列情况之一的即为无效的MAC帧: 1)帧的长度不是整数个字节。 2)用收到的帧检验序列FCS查出有差错。 3)收到的帧的MAC客户数据字段的长度不在46 ~ 1500字节之间,考虑到MAC帧首部和尾部的长度共有18字节,可以得出有效的MAC帧长度为64 ~ 1518字节之间

    8.扩展的局域网

    8.1在物理层扩展局域网

    主机使用光纤和一对光纤调制解调器连接到集线器 用多个集线器可连成更大的局域网 用集线器组成更大的局域网都在一个碰撞域中 用集线器扩展局域网 优点: 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。 扩大了局域网覆盖的地理范围 。 缺点: 碰撞域增大了,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。

    8.2在数据链路层扩展局域网

    1)在数据链路层扩展局域网是使用网桥 2)网桥工作在数据链路层,它根据MAC帧的目的地址对收到的帧进行转发。 3)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,而是先检查此帧的目的MAC地址,然后再确定将该帧转发到哪一个接口。

    网桥的内部结构: 使用网桥带来的好处: 1)过滤通信量。 2)扩大来物理范围。 3)提高来可靠性。 4)可互连不同物理层、不同MAC子层和不同速率(如10Mb/s和100Mb/s以太网)的局域网。

    网桥使各网段成为隔离开的碰撞域 使用网桥带来的缺点 1)存储转发增加了延时。 2)在MAC子层并没有流量控制功能。 3)具有不同MAC子层的网段桥接在一起时时延更大。 4)网桥只适合于用户数不太多(不超过几百个)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。这就是所谓的广播风暴。 网桥和集线器(或转发器)不同 集线器在转发帧时,不对传输媒体进行检测。 网桥在转发帧之前必须执行CSMA、CD算法。若在发送过程中出现碰撞就必须停止发送和进行退避

    透明网桥 1)目前使用得最多的网桥时透明网桥(transparent bridge)。 2)“透明”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是看不见的。 3)透明网桥是一种即插即用设备,其标准是IEEE802.1D。

    源路由网桥 1)透明网桥容易安装,但网络资源的利用不充分。 2)源路由(source route)网桥在发送帧时将详细的路由信息放在帧的首部中。 3)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。 4)发现帧到达目的站时就沿着各自的路由返回源站,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发送的帧的首部,都必须携带源站所确定的这一路由信息。

    多接口网桥——以太网交换机 1)1990年问世的交换式集线器(switching hub),可明显地提高局域网的性能。 2)交换式集线器常称为以太网交换机(switch)或第二层交换机(表明此交换机工作在数据链路层)。 3)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多接口的网桥,可见交换机工作在数据链路层。 4)以太网交换机的每个接口都直接与主机相连,并且一般都工作在全双工方式。 5)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,进行无碰撞地传输数据。 6)以太网交换机由于使用了专用的交换结构芯片,其交换速率就较高了。

    用以太网交换机扩展局域网

    9.高速以太网

    速率达到或超过100Mb/s的以太网称为高速以太网。 在双绞线上传送100Mb/s基带信号的星型拓扑以太网。100BASE-T以太网又称为快速以太网(Fast Ethernet)

    100BASE-T以太网的特点 可在全双工方式下工作而无冲突发生。因此,不使用CSMA/CD协议。 MAC帧格式仍然上802.3标准规定的。 保持最短帧长不变,但将一个网段的最大电缆长度减小到100m。

    三种不同的物理层标准: 100BASE-TX 使用2对UTP5类线或屏蔽双绞线STP 100BASE-FX 使用2对光纤 100BASE-T4 使用4对UTP3类线或5类线

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