【正文】 在物理層擴(kuò)展以太網(wǎng) 在數(shù)據(jù)鏈路層擴(kuò)展以太網(wǎng) 高速以太網(wǎng) 100BASET 以太網(wǎng) 吉比特以太網(wǎng) 10 吉比特以太網(wǎng) 使用高速以太網(wǎng)進(jìn)行寬帶接入 其他類型的高速局域網(wǎng)接口 數(shù)據(jù)鏈路層 數(shù)據(jù)鏈路層使用的信道主要有以下兩種類型： ? 點(diǎn)對點(diǎn)信道 。這種信道使用一對一的點(diǎn)對點(diǎn)通信方式。這種信道使用一對多的廣播通信方式，因此過程比較復(fù)雜。 ? 一條鏈路只是一條通路的一個(gè)組成部分。若把實(shí)現(xiàn)這些協(xié)議的硬件和軟件加到鏈路上，就構(gòu)成了數(shù)據(jù)鏈路。 ? 一般的適配器都包括了數(shù)據(jù)鏈路層和物理層這兩層的功能。 ? 早期的數(shù)據(jù)通信協(xié)議曾叫作 通信規(guī)程(procedure)。 結(jié)點(diǎn) 結(jié)點(diǎn) 幀 幀 三個(gè)基本問題 (1) 封裝成幀 (2) 透明傳輸 (3) 差錯(cuò)控制 1. 封裝成幀 ? 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(gè)幀。 ? 首部和尾部的一個(gè)重要作用就是進(jìn)行 幀定界 。 ? 字節(jié)填充 (byte stuffing)或 字符填充 (character stuffing)——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。當(dāng)接收端收到連續(xù)的兩個(gè)轉(zhuǎn)義字符時(shí)，就刪除其中前面的一個(gè)。 ? 在一段時(shí)間內(nèi)，傳輸錯(cuò)誤的比特占所傳輸比特總數(shù)的比率稱為 誤碼率 BER (Bit Error Rate)。 ? 為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，在?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，必須采用各種差錯(cuò)檢測措施。 ? 在發(fā)送端，先把數(shù)據(jù)劃分為組。 ? 假設(shè)待傳送的一組數(shù)據(jù) M = 101001（現(xiàn)在 k = 6）。 冗余碼的計(jì)算 ? 用二進(jìn)制的模 2 運(yùn)算進(jìn)行 2n 乘 M 的運(yùn)算，這相當(dāng)于在 M 后面添加 n 個(gè) 0。 冗余碼的計(jì)算舉例 ? 現(xiàn)在 k = 6, M = 101001。 ? 模 2 運(yùn)算的結(jié)果是： 商 Q = 110101， 余數(shù) R = 001。發(fā)送的數(shù)據(jù)是： 2nM + R 即： 101001001，共 (k + n) 位。 ? 循環(huán)冗余檢驗(yàn) CRC 和幀檢驗(yàn)序列 FCS并不等同。 ? FCS 可以用 CRC 這種方法得出，但 CRC 并非用來獲得 FCS 的唯一方法。 ? (2) 若余數(shù) R ? 0， 則判定這個(gè)幀有差錯(cuò) ， 就 丟棄 。 ? 只要經(jīng)過嚴(yán)格的挑選 ， 并使用位數(shù)足夠多的除數(shù) P， 那么出現(xiàn)檢測不到的差錯(cuò)的概率就很小很小 。 ? “ 無差錯(cuò)接受 ” 是指： “ 凡是接受的幀 （ 即 不包括丟棄的幀 ） ， 我們都能以非常接近于 1 的概率認(rèn)為這些幀在傳輸過程中沒有產(chǎn)生差錯(cuò) ” 。 ? 要做到 “ 可靠傳輸 ” （ 即發(fā)送什么就收到什么 ）就必須再加上 確認(rèn) 和 重傳 機(jī)制 。 ? 用戶使用撥號電話線接入因特網(wǎng)時(shí)，一般都是使用 PPP 協(xié)議。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) [RFC 1661]。 ? 鏈路控制協(xié)議 LCP (Link Control Protocol)。 PPP 協(xié)議的幀格式 ? 標(biāo)志字段 F = 0x7E （符號“ 0x”表示后面的字符是用十六進(jìn)制表示。 ? 地址字段 A 只置為 0xFF。 ? 控制字段 C 通常置為 0x03。 PPP 協(xié)議的幀格式 ? PPP 有一個(gè) 2 個(gè)字節(jié)的協(xié)議字段。 ? 若為 0xC021, 則信息字段是 PPP 鏈路控制數(shù)據(jù)。 IP 數(shù)據(jù)報(bào) 1 2 1 1 字節(jié) 1 2 不超過 1500 字節(jié) PPP 幀 先發(fā)送 7E FF 03 F A C FCS F 7E 協(xié)議 信 息 部 分 首部 尾部 透明傳輸問題 ? 當(dāng) PPP 用在同步傳輸鏈路時(shí)，協(xié)議規(guī)定采用硬件來完成比特填充（和 HDLC 的做法一樣）。 字符填充 ? 將信息字段中出現(xiàn)的每一個(gè) 0x7E 字節(jié)轉(zhuǎn)變成為 2 字節(jié)序列 (0x7D, 0x5E)。 ? 若信息字段中出現(xiàn) ASCII 碼的控制字符（即數(shù)值小于 0x20 的字符），則在該字符前面要加入一個(gè) 0x7D 字節(jié)，同時(shí)將該字符的編碼加以改變。這時(shí) PPP 協(xié)議采用零比特填充方法來實(shí)現(xiàn)透明傳輸。接收端對幀中的比特流進(jìn)行掃描。 ? 在因特網(wǎng)環(huán)境下， PPP 的信息字段放入的數(shù)據(jù)是 IP 數(shù)據(jù)報(bào)。 ? 幀檢驗(yàn)序列 FCS 字段可保證無差錯(cuò)接受。 ? PC 機(jī)向路由器發(fā)送一系列的 LCP 分組（封裝成多個(gè) PPP 幀）。 ? 通信完畢時(shí)， NCP 釋放網(wǎng)絡(luò)層連接，收回原來分配出去的 IP 地址。最后釋放的是物理層的連接。 ? 局域網(wǎng)具有如下的一些主要優(yōu)點(diǎn)： ? 具有廣播功能，從一個(gè)站點(diǎn)可很方便地訪問全網(wǎng)。 ? 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。 局域網(wǎng)的拓?fù)? 匹配電阻 集線器 干線耦合器 總線網(wǎng) 星形網(wǎng) 樹形網(wǎng) 環(huán)形網(wǎng) 媒體共享技術(shù) ? 靜態(tài)劃分信道 ? 頻分復(fù)用 ? 時(shí)分復(fù)用 ? 波分復(fù)用 ? 碼分復(fù)用 ? 動態(tài)媒體接入控制（多點(diǎn)接入） ? 隨機(jī)接入 ? 受控接入 ，如多點(diǎn)線路探詢 (polling)，或輪詢。 ? IEEE 的 標(biāo)準(zhǔn)。 ? 嚴(yán)格說來，“以太網(wǎng)”應(yīng)當(dāng)是指符合 DIX Ether V2 標(biāo)準(zhǔn)的局域網(wǎng) 數(shù)據(jù)鏈路層的兩個(gè)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)， 802 委員會就將局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層拆成兩個(gè)子層： ? 邏輯鏈路控制 LLC (Logical Link Control)子層 ? 媒體接入控制 MAC (Medium Access Control)子層。 ? 很多廠商生產(chǎn)的適配器上就僅裝有 MAC 協(xié)議而沒有 LLC 協(xié)議。 ? 適配器的重要功能： ? 進(jìn)行串行 /并行轉(zhuǎn)換。 ? 在計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)安裝設(shè)備驅(qū)動程序。 計(jì)算機(jī)通過適配器 和局域網(wǎng)進(jìn)行通信 硬件地址 至局域網(wǎng) 適配器 （網(wǎng)卡） 串行通信 CPU 和 存儲器 生成發(fā)送的數(shù)據(jù) 處理收到的數(shù)據(jù) 把幀發(fā)送到局域網(wǎng) 從局域網(wǎng)接收幀 計(jì)算機(jī) IP 地址 并行 通信 ? 最初的以太網(wǎng)是將許多計(jì)算機(jī)都連接到一根總線上。 CSMA/CD 協(xié)議 B向 D 發(fā)送數(shù)據(jù) C D A E 匹配電阻（用來吸收總線上傳播的信號） 匹配電阻 不接受 不接受 不接受 接受 B 只有 D 接受 B 發(fā)送的數(shù)據(jù) 以太網(wǎng)的廣播方式發(fā)送 ? 總線上的每一個(gè)工作的計(jì)算機(jī)都能檢測到 B 發(fā)送的數(shù)據(jù)信號。 ? 其他所有的計(jì)算機(jī)（ A, C 和 E）都檢測到不是發(fā)送給它們的數(shù)據(jù)幀，因此就丟棄這個(gè)數(shù)據(jù)幀而不能夠收下來。 為了通信的簡便 以太網(wǎng)采取了兩種重要的措施 ? 采用較為靈活的無連接的工作方式，即不必先建立連接就可以直接發(fā)送數(shù)據(jù)。 ? 這樣做的理由是局域網(wǎng)信道的質(zhì)量很好，因信道質(zhì)量產(chǎn)生差錯(cuò)的概率是很小的。 ? 當(dāng)目的站收到有差錯(cuò)的數(shù)據(jù)幀時(shí)就丟棄此幀，其他什么也不做。 ? 如果高層發(fā)現(xiàn)丟失了一些數(shù)據(jù)而進(jìn)行重傳，但以太網(wǎng)并不知道這是一個(gè)重傳的幀，而是當(dāng)作一個(gè)新的數(shù)據(jù)幀來發(fā)送。 ? “ 多點(diǎn)接入 ”表示許多計(jì)算機(jī)以多點(diǎn)接入的方式連接在一根總線上。 ? 總線上并沒有什么“載波”。 碰撞檢測 ? “碰撞檢測 ”就是計(jì)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)一個(gè)站檢測到的信號電壓擺動值超過一定的門限值時(shí)，就認(rèn)為總線上至少有兩個(gè)站同時(shí)在發(fā)送數(shù)據(jù)，表明產(chǎn)生了碰撞。因此“碰撞檢測”也稱為“沖突檢測”。 ? 每一個(gè)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(fèi)網(wǎng)絡(luò)資源，然后等待一段隨機(jī)時(shí)間后再次發(fā)送。 ? A 向 B 發(fā)出的信息，要經(jīng)過一定的時(shí)間后才能傳送到 B。 ? 碰撞的結(jié)果是兩個(gè)幀都變得無用。 ? 每個(gè)站在發(fā)送數(shù)據(jù)之后的一小段時(shí)間內(nèi)，存在著遭遇碰撞的可能性。 爭用期 ? 最先發(fā)送數(shù)據(jù)幀的站，在發(fā)送數(shù)據(jù)幀后至多經(jīng)過時(shí)間 2? （兩倍的端到端往返時(shí)延）就可知道發(fā)送的數(shù)據(jù)幀是否遭受了碰撞。 ? 經(jīng)過爭用期這段時(shí)間還沒有檢測到碰撞，才能肯定這次發(fā)送不會發(fā)生碰撞。 ? 確定基本退避時(shí)間，一般是取為爭用期 2?。重傳所需的時(shí)延就是 r 倍的基本退避時(shí)間。 爭用期的長度 ? 以太網(wǎng)取 ?s 為爭用期的長度。 ? 以太網(wǎng)在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，若前 64 字節(jié)沒有發(fā)生沖突，則后續(xù)的數(shù)據(jù)就不會發(fā)生沖突。 ? 由于一檢測到?jīng)_突就立即中止發(fā)送，這時(shí)已經(jīng)發(fā)送出去的數(shù)據(jù)一定小于 64 字節(jié)。 強(qiáng)化碰撞 ? 當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)的站一旦發(fā)現(xiàn)發(fā)生了碰撞時(shí)： ? 立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)； ? 再繼續(xù)發(fā)送若干比特的 人為干擾信號 (jamming signal)，以便讓所有用戶都知道現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)生了碰撞。這里為了簡單起見，只畫出 A 發(fā)送干擾信號的情況。 ? 這種以太網(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) 使用集線器的雙絞線以太網(wǎng) 集線器 兩對雙絞線 站點(diǎn) RJ45 插頭 星形網(wǎng) 10BASET ? 不用電纜而使用無屏蔽雙絞線。 ? 集線器使用了大規(guī)模集成電路芯片，因此這樣的硬件設(shè)備的可靠性已大大提高了。 ? 這種 10 Mb/s 速率的無屏蔽雙絞線星形網(wǎng)的出現(xiàn)，既降低了成本，又提高了可靠性。 集線器的一些特點(diǎn) ? 集線器是使用電子器件來模擬實(shí)際電纜線的工作，因此整個(gè)系統(tǒng)仍然像一個(gè)傳統(tǒng)的以太網(wǎng)那樣運(yùn)行。 ? 集線器很像一個(gè)多接口的轉(zhuǎn)發(fā)器，工作在物理層。檢測到碰撞后不發(fā)送干擾信號。 以太網(wǎng)的信道利用率 ? 一個(gè)幀從開始發(fā)送，經(jīng)可能發(fā)生的碰撞后，將再重傳數(shù)次，到發(fā)送成功且信道轉(zhuǎn)為空閑 (即再經(jīng)過時(shí)間 ? 使得信道上無信號在傳播 )時(shí)為止，是發(fā)送一幀所需的平均時(shí)間。在以太網(wǎng)中定義了參數(shù) a，它是以太網(wǎng)單程端到端時(shí)延 ? 與幀的發(fā)送時(shí)間 T0 之比： 0Ta??0Ta ??(32) ? a→0 表示一發(fā)生碰撞就