计算机网络数据链路层3[1]研究

计算机网络computernetworks蔡丽QQ:3663279第3章数据链路层3.1使用点对点信道的数据链路层3.1.1数据链路和帧3.1.2三个基本问题3.2点对点协议PPP3.2.1PPP协议的特点3.2.2PPP协议的帧格式3.2.3PPP协议的工作状态第3章数据链路层（续）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3.3.2CSMA/CD协议3.4使用广播信道的以太网3.4.1使用集线器的星形拓扑3.4.2以太网的信道利用率3.4.3以太网的MAC层第3章数据链路层（续）3.5扩展的以太网3.5.1在物理层扩展以太网3.5.2在数据链路层扩展以太网3.6高速以太网3.6.1100BASE-T以太网3.6.2吉比特以太网3.6.310吉比特以太网3.6.4使用高速以太网进行宽带接入3.7其他类型的高速局域网接口3.5扩展的以太网3.5.1在物理层扩展以太网3.5.2在数据链路层扩展以太网3.5.1在物理层扩展局域网光纤中继器、集线器3.5.1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以太网集线器光纤光纤调制解调器光纤调制解调器中继器中继器是第1层网络设备中继器的用途：在比特级上对网络信号进行再生和重定时，从而可以使它们可以在网络介质上传输更长的距离。缺点：不能对网络流量进行过滤使用中继器时注意：用中继器连接的以太网不能形成环必须遵守MAC协议定时特性，不能用中继器将电缆无限连接起来（四中继器原则）10M以太网的5-4-3规则在一个10M网络中：可以分为5个网段最多用4个中继器连接允许其中3个网段有设备使用中继器扩展以太网集线器集线器是物理层网络设备，也称多端口中继器对信号进行再生并且把它放大到所有的端口常见的有8，12，16，24口某大学有三个系，各自有一个局域网用多个集线器可连成更大的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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。用集线器扩展局域网在数据链路层扩展局域网是使用网桥。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。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3.5.2在数据链路层扩展局域网1.网桥的内部结构站表接口管理软件网桥协议实体缓存接口1接口2①②③网段B网段A1112①③⑤2②④⑥2站地址接口网桥网桥④⑤⑥接口1接口212过滤通信量。扩大了物理范围。提高了可靠性。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。使用网桥带来的好处网桥使各网段成为隔离开的碰撞域B2B1碰撞域碰撞域碰撞域ABCDEF存储转发增加了时延。在MAC子层并没有流量控制功能。具有不同MAC子层的网段桥接在一起时时延更大。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。使用网桥带来的缺点用户层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-TDL-HDL-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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。网桥和集线器（或转发器）不同目前使用得最多的网桥是透明网桥(transparentbridge)。“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。透明网桥是一种即插即用设备，其标准是IEEE802.1D。2.透明网桥若从A发出的帧从接口x进入了某网桥，那么从这个接口出发沿相反方向一定可把一个帧传送到A。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。在建立转发表时是把帧首部中的源地址写在“地址”这一栏的下面。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”栏下面已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。网桥应当按照以下自学习算法处理收到的帧和建立转发表地址接口转发表的建立过程举例B2B1ABCDEF1212地址接口…………B1B→AA→BA1F→CF2A→BA1F→CF2在网桥的转发表中写入的信息除了地址和接口外，还有帧进入该网桥的时间。这是因为以太网的拓扑可能经常会发生变化，站点也可能会更换适配器（这就改变了站点的地址）。另外，以太网上的工作站并非总是接通电源的。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最新状态信息。这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。网桥在转发表中登记以下三个信息网桥的自学习和转发帧的步骤归纳网桥收到一帧后先进行自学习。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。转发帧。查找转发表中与收到帧的目的地址有无相匹配的项目。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。如有，则按转发表中给出的接口进行转发。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（因为这时不需要经过网桥进行转发）。这是为了避免产生转发的帧在网络中不断地兜圈子。透明网桥使用了生成树算法局域网2局域网1网桥2网桥1AF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互连在一起的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，整个连通的网络中不存在回路，即在任何两个站之间只有一条路径。为了避免产生转发的帧在网络中不断地兜圈子。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时间还要对生成树的拓扑进行更新。生成树的得出透明网桥容易安装，但网络资源的利用不充分。源路由(sourceroute)网桥在发送帧时将详细的路由信息放在帧的首部中。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。发现帧到达目的站时就沿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。3.源路由网桥1990年问世的交换式集线器(switchinghub)，可明显地提高局域网的性能。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）。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.多接口网桥——以太网交换机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。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。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。以太网交换机的特点对于普通10Mb/s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宽(10Mb/s)的N分之一。使用以太网交换机时，虽然在每个接口到主机的带宽还是10Mb/s，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的带宽，因此对于拥有N对接口的交换机的总容量为N10Mb/s。这正是交换机的最大优点。独占传输媒体的带宽用以太网交换机扩展局域网一系三系二系10BASE-T至因特网100Mb/s100Mb/s100Mb/s万维网服务器电子邮件服务器以太网交换机路由器虚拟局域网VLAN是由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组。这些网段具有某些共同的需求。每一个VLAN的帧都有一个明确的标识符，指明发送这个帧的工作站是属于哪一个VLAN。虚拟局域网其实只是局域网给用户提供的一种服务，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。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。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。虚拟局域网协议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。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=802.1Q标记类型标记控制信息1000000100000000VID2字节2字节插入4字节的VLAN标记4用户优先级CFI中继器（Repeater）中继器工作在物理层，只是简单的对信号进行再生、放大再从另外的端口传送出去，对高层的数据并不处理。所以中继器连接的网段在同一个碰撞域内，同时也在同一个广播域内。以太网HOSTAHOSTBHOSTC冲突域单播数据包广播域网段1以太网HOSTXHOSTYHOSTZ网段2中继器交换机与集线器、中继器的区别Hub连接的设备共享一个碰撞域，同时Hub连接的设备也共享一个广播域。集线器不能增加网络的带宽，集线器只能用来连接各个站点或者简单地用来扩展网络的距离。HOSTAHOSTBHOSTC冲突域单播数据包广播域集线器（Hub）集线器也工作在物理层，只负责物理信号的传播，而不关心上层功能。他仅仅是通过将一个端口接收的信号再生放大以后重复地分发给其他端口，扩展了网络的物理连接距离，连接到集线器上的所有工作站都可以“看”到这个介质上的所有通信流量。集线器连接的网络能够隔离碰撞域，交换机的每一个端口属于一个碰撞域，但是它的所有端口处于一个广播域中，当收到一个广播帧时，它会将广播帧转发给自己所有的端口。交换机（Switch）交换机与网络分段以太网交换机碰撞域局限于交换机一个端口上100MHUBPc2Pc10一个冲突域Pc1pc12Pc1110M交换机B10M100M100M10M10M100M10M10M100M交换机A10M一个冲突域一个冲突域一个冲突域一个冲突域交换机与集线器的区别总结1.在OSI中的工作层次不同2.数据传输方式不同3.带宽占有方式不同4.传输模式不同5.碰撞域不同3.6高速以太网3.6.1100BASE-T以太网3.6.2吉比特以太网3.6.310吉比特以太网3.6.4使用高速以太网进行宽带接入3.6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