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1、计计 算算 机机 网网 络络 主 讲：邓 辉计算机网络计算机网络第第 3 章章 数据链路层数据链路层3.1使用点对点信道的数据链路层3.2点对点协议PPP3.3使用广播信道的数据链路层3.4使用广播信道的以太网3.5扩展的以太网3.6高速以太网3.7其他类型的高速局域网接口计算机网络计算机网络数据链路层的简单模型数据链路层的简单模型局域网广域网主机 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
2、计算机网络计算机网络局域网广域网主机 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仅从数据链路层观察帧的流动数据链路层的简单模型数据链路层的简单模型计算机网络计算机网络数据链路层的任务数据链路层的任务数据链路层的任务是把网络层的数据组合成帧，加上一定的校验，然后交物理层用某种信号表示二进制数据位送到目的计算机，并通过目的计算机的物理层和数据链路层送到网络层，也就是为网络层提供一条可靠的数据链路。计算机网络计算机网络
3、数据链路层的功能数据链路层的功能n数据链路层要解决向网络层提供透明的数据传送服务。n数据链路层要解决在两个网络实体之间提供数据链路连接的建立、维持和释放管理。n数据链路层要解决如何检测处理传输中出现的差错。计算机网络计算机网络数据链路层服务的区分规则数据链路层服务的区分规则n数据链路层的服务是通过有无连接、有无确认来区分的。无确认无连接有确认无连接有确认有连接计算机网络计算机网络确认和连接确认和连接n确认：接收方在收到数据帧后，必须给发送方发回一个确认。n面向连接：发送方和接收方在传输数据之前必须建立逻辑连接，传输结束后必须释放连接。计算机网络计算机网络无确认的面向无连接服务无确认的面向无连接
4、服务n无确认是指接收方在收到数据帧后，毋需发回一个确认。n无连接服务是指在数据传输前毋需建立逻辑链路。n物理线路的连接并非意味着提供有连接的服务。n无确认并非不可靠，其可靠性由上层负责。计算机网络计算机网络无确认的面向无连接服务举例无确认的面向无连接服务举例n局域网共享信道毋需建立连接信道较为理想，数据传输的误码率很低即使出错或丢失由上层负责恢复计算机网络计算机网络有确认的面向无连接服务有确认的面向无连接服务n使用前不建立连接，即不建立逻辑链路，但每帧传输必须得到确认。n这在信号传播延时较大、线路状态不一定很可靠的情况下是有效的。n例如：卫星通信如建立连接，则信道利用率低。数据传输的误码率相对
5、较高，确认是必要的计算机网络计算机网络有确认的面向连接服务有确认的面向连接服务n使用前先建立连接，即先建立数据链路，并且每帧的传输必须得到确认n有连接的服务必须在使用前先建立连接（即建立逻辑链路），然后使用，最后释放连接。n例如：电话计算机网络计算机网络n点对点信道。这种信道使用一对一的点对点通信方式。n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。数据链路层使用的信道数据链路层使用的信道计算机网络计算机网络3.1 使用点对点信道的数据链路层使用点对点信道的数据链路层3.1.1 数据链路和帧数据链
6、路和帧 n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。一条链路只是一条通路的一个组成部分。n数据链路(datalink)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。现在最常用的方法是使用适配器（即网卡）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。计算机网络计算机网络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物理层数据链路层结点 A结点 B帧(a)(b)发送帧接收链路IP 数据报1010 0110帧装入数据链路层传送的是帧数据链路层
7、传送的是帧数据链路层数据链路层网络层物理层计算机网络计算机网络数据链路层像个数字管道数据链路层像个数字管道 n常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。n早期的数据通信协议曾叫作通信规程(procedure)。因此在数据链路层，规程和协议是同义语。结点结点帧帧计算机网络计算机网络3.1.2 三个基本问题三个基本问题 1.封装成帧封装成帧n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。确定帧的界限。n首部和尾部的一个重要作用就是进行帧定界。帧结束帧首部IP 数据报帧的数据部分帧尾部 MTU数据链路层的帧长开始发送
8、帧开始计算机网络计算机网络用控制字符进行帧定界的方法用控制字符进行帧定界的方法 SOH装在帧中的数据部分帧帧开始符帧结束符发送在前EOT其中SOH和EOT均为ASCII编码 Data 0000000100000100计算机网络计算机网络2.透明传输透明传输SOHEOT出现了“EOT”被接收端当作无效帧而丢弃被接收端误认为是一个帧数据部分EOT完整的帧发送在前00000001 0000010000000100计算机网络计算机网络解决透明传输问题解决透明传输问题n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ASCLL编码是1B)。n字节填
9、充(bytestuffing)或字符填充(characterstuffing)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。n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。计算机网络计算机网络SOHSOHEOTSOHESCESCEOTESCSOHESCESCESCSOH原始数据EOTEOT经过字节填充后发送的数据字节填充字节填充字节填充字节填充发送在前帧开始符帧结束符字节填充法解决透明传输问题字节填充法解决透明传输问题 SOH计算机网络计算机网络SOHESCEOTESCSOHESCESCESCEOTESC
10、ESCESCSOHEOTSOHESCESCEOTESC字节填充例字节填充例接收端发送端计算机网络计算机网络3.差错检测差错检测n在传输过程中可能会产生比特差错：1可能会变成0而0也可能变成1。n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(BitErrorRate)。n误码率与信噪比有很大的关系。n为了保证数据传输的可靠性，在计算机网络传输数据时，必须采用各种差错检测措施。n在数据链路层传送的帧中，广泛使用了循环冗余检验CRC的检错技术。(模2运算)计算机网络计算机网络循环冗余检验循环冗余检验n在发送端，先把数据划分为组。假定每组k 个比特。n选定好长度为(n+1)位的除
11、数P。n用二进制的模2运算进行2n 乘M 的运算，这相当于在M 后面添加n 个0。n得到的(k+n)位的数除以除数P，得出商是Q 而余数是R，余数R 比除数P 少1位，即R 是n位。在M 的后面再添加供差错检测用的n位冗余码R一起发送。计算机网络计算机网络冗余码的计算举例冗余码的计算举例 n现在设M=101001，k=6；n设除数P=1101，n=3；n被除数是2nM=101001000；n模2运算的结果是：商Q=110101，余数R=001；n把余数R 作为冗余码添加在数据M 的后面发送出去。发送的数据是：2nM+R即：101001001，共(k+n)位。计算机网络计算机网络 110101
12、Q(商)P(除数)1101 101001000 2nM(被除数)1101 1110 1101 0111 0000 1110 1101 0110 0000 1100 1101 001 R(余数)，作为 FCS 冗余码的计算举例冗余码的计算举例计算机网络计算机网络接收端对收到的每一帧接收端对收到的每一帧进行进行 CRC 检验检验 n用接收到的数据除以发送端选定的除数。(1)若得出的余数R=0，则判定这个帧没有差错，就接受(accept)。(2)若余数R0，则判定这个帧有差错，就丢弃。n只要经过严格的挑选，并使用位数足够多的除数P，那么出现检测不到的出错的概率就很小很小。n但这种检测方法并不能确定究
13、竟是哪一个或哪几个比特出现了差错。计算机网络计算机网络帧检验序列帧检验序列 FCSn在数据后面添加上的冗余码称为帧检验序列FCS(FrameCheckSequence)。n循环冗余检验CRC和帧检验序列FCS并不等同。CRC是一种常用的检错方法，而FCS是添加在数据后面的冗余码。FCS可以用CRC这种方法得出，但CRC并非用来获得FCS的唯一方法。计算机网络计算机网络多项式表示循环冗余检验多项式表示循环冗余检验n将要发送的二进制数序列看成是一个多项式。n位的数据序列对应n-1次多项式。P(x)=aP(x)=an-1n-1x xn-1n-1+a+an-2n-2x xn-2n-2+a+a1 1x+
14、ax+a0 0 除式称为生成多项式。如除数 P=1101，可用生成多项式表示为：P(x)=X P(x)=X3 3+X+X2 2+1+1计算机网络计算机网络常用的生成多项式常用的生成多项式nCRC-12CRC-12：G(x)=G(x)=x x1212+x+x1111+x+x3 3+x+x2 2+x+1+x+1nCRC-16CRC-16：G(x)=G(x)=x x1616+x+x1515+x+x2 2+1+1nCRC-CCITTCRC-CCITT：G(x)=G(x)=x x1616+x+x1212+x+x5 5+1+1nCRC-32CRC-32：G(x)=G(x)=x x3232+x+x2626+
15、x+x2323+x+x2222+x+x16 16 +x+x1212+x+x1111+x+x1010+x+x8 8+x+x7 7+x+x5 5+x+x4 4+x+x2 2+x+1+x+1计算机网络计算机网络应当注意应当注意 n仅用循环冗余检验CRC差错检测技术只能做到无差错接受(accept)。n“无差错接受”是指：“凡是接受的帧（即不包括丢弃的帧），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”。n也就是说：“凡是接收端数据链路层接受的帧都没有传输差错”（有差错的帧就丢弃而不接受）。n要做到“可靠传输”（即发送什么就收到什么）就必须再加上确认和重传机制。计算机网络计算机网络例
16、例3-1：n信息字段代码为1011001；生成多项式：P(x)=XP(x)=X4 4 +X+X3 3+1+1，如用CRC方法进行差错检验，求发送数据。n求得余数为：1010(即校验字段）n 发送方发送方：发送数据10110011010n 接收方接收方：使用相同的生成码进行校验:接收到的字段/生成码，如果能够除尽，则正确，否则出错。计算机网络计算机网络3.2 点对点协议点对点协议 PPP 3.2.1 PPP 协议的特点协议的特点 nPPP（Point-to-PointProtocol点对点协议）是为在同等单元之间传输数据包这样的简单链路设计的数据链路层协议。这种链路提供全双工操作，并按照顺序传递
17、数据包。n设计目的主要是用来通过拨号或专线方式建立点对点连接发送数据，使其成为各种主机、网桥和路由器之间简单连接的一种共通的解决方案。计算机网络计算机网络用户到用户到 ISP 的链路的链路使用使用 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路由器路由器调制解调器调制解调器调制解调器调制解调器因特网服务提供者因特网服务提供者(ISP)用户家庭用户家庭拨号电话线拨号电话线 使用使用 TCP/IP 的的 PPP 连接连接使用使用 TCP/IP 的的 客户进程客户进程路由选择 进程至至因因特特网网PC 机机用户到用户到 ISP 的
18、链路的链路使用使用 PPP 协议协议计算机网络计算机网络PPP 协议应满足的需求协议应满足的需求 n简单这是首要的要求n封装成帧n透明性n多种网络层协议n多种类型链路n差错检测n检测连接状态n最大传送单元n网络层地址协商n数据压缩协商计算机网络计算机网络PPP 协议不需要的功能协议不需要的功能n纠错n流量控制n序号n多点线路n半双工或单工链路计算机网络计算机网络不提供使用序号和确认不提供使用序号和确认的可靠传输的可靠传输nPPP协议之所以不使用序号和确认机制是出于以下的考虑：在数据链路层出现差错的概率不大时，使用比较简单的PPP协议较为合理。在因特网环境下，PPP的信息字段放入的数据是IP数据
19、报。数据链路层的可靠传输并不能够保证网络层的传输也是可靠的。帧检验序列FCS字段可保证无差错接受。计算机网络计算机网络PPP 协议的组成协议的组成 n一个将IP数据报封装到串行链路的方法。PPP既支持异步链路，也支持面向比特的同步链路。IP数据报在PPP帧中就是其信息部分。这个信息部分的长度受最大传送单元MTU的限制。n一个用来建立、配置和测试数据链路连接的链路控制协议LCP(Link Control Protocol)。通信的双方可协商一些选项。n一套网络控制协议NCP(Network Control Protocol)，其中的每一个协议支持不同的网络层协议，如IP、OSI的网络层、DECn
20、et以及AppleTalk等。所有的PPP帧的长度都是整数个字节。计算机网络计算机网络n在物理层，可在一系列接口上配置PPP，这些接口包括：异步串行同步串行HSSIISDNPPP 协议的组成协议的组成计算机网络计算机网络nLCP是PPP中实际工作的部分。LCP位于物理层的上方，其职责是建立、配置和测试数据链路连接。nPPP提供LCP中的服务选项，主要用于协商和帧检查，以帮助管理员实现对指定点对点的控制。n一旦建立了链路，PPP还会进行LCP鉴别。PPP 协议的组成协议的组成计算机网络计算机网络nPPP允许多个网络层协议在同一通信链路上运行。n对于所使用的每个网络层协议，PPP都分别使用独立的N
21、CP。nNCP包含了功能字段，功能字段中包含的标准化代码用于指示PPP封装的网络层协议。值协议名称8021Internet协议控制协议8023OSI网络层控制协议8029Appletalk控制协议802bNovellIPX控制协议c021LCP链路控制协议c023PAP密码验证协议c223CHAP挑战握手验证协议PPP 协议的组成协议的组成计算机网络计算机网络PPP 协议的帧格式协议的帧格式IP 数据报1211字节12不超过 1500 字节先发送7EFF03FACFCSF7E协议信 息 部 分首部尾部PPP 帧计算机网络计算机网络n标志字段F=0 x7E（符号“0 x”表示后面的字符是用十六进
22、制表示。十六进制的7E的二进制表示是01111110）。n地址字段A只置为0 xFF。地址字段实际上并不起作用。n控制字段C通常置为0 x03。PPP 协议的帧格式协议的帧格式计算机网络计算机网络nPPP有一个2个字节的协议字段。协议字段不同，后面的信息字段类型就不同。0 x0021信息字段是IP数据报0 xC021信息字段是链路控制数据LCP0 x8021信息字段是网络控制数据NCP0 xC023信息字段是安全性认证PAP0 xC025信息字段是LQR0 xC223信息字段是安全性认证CHAPPPP 协议的帧格式协议的帧格式计算机网络计算机网络透明传输问题透明传输问题 n当PPP用在异步传输
23、时，就使用一种特殊的字节填充法。n当PPP用在同步传输链路时，协议规定采用硬件来完成比特填充。计算机网络计算机网络字节填充字节填充 n将信息字段中出现的每一个0 x7E字节转变成为2字节序列(0 x7D,0 x5E)。n若信息字段中出现一个0 x7D的字节,则将其转变成为2字节序列(0 x7D,0 x5D)。n若信息字段中出现ASCII码的控制字符（即数值小于0 x20的字符），则在该字符前面要加入一个0 x7D字节，同时将该字符的编码加以改变。(第6个比特取反码后变成1，前面两种情况均变为0)计算机网络计算机网络例例3-2：一个PPP帧的数据部分是7D5EFE277D5D7D5D657D24
24、。试问真正的数据是什么（用十六进制表示）？答案：7EFE277D7D6504计算机网络计算机网络零比特填充零比特填充 nPPP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送）。这时PPP协议采用零比特填充方法来实现透明传输。n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后的一个0删除，计算机网络计算机网络0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 00 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 00 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1
25、0 1 0信息字段中出现了和标志字段 F 完全一样的 8 比特组合发送端在 5 个连 1 之后填入 0 比特再发送出去在接收端把 5 个连 1之后的 0 比特删除会被误认为是标志字段 F 发送端填入 0 比特接收端删除填入的 0 比特零比特填充零比特填充计算机网络计算机网络例例3-3：PPP协议使用同步传输技术传送比特串0110111111111100。试问经过零比特填充后变成怎样的比特串？若接收端收到的数据是0001110111110111110110，求发送端发送的真实数据？计算机网络计算机网络 3.2.3 PPP 协议的工作状态协议的工作状态 设备之间无链路链路静止链路建立鉴别网络层协议
26、链路打开链路终止物理链路LCP 链路已鉴别的 LCP 链路已鉴别的 LCP 链路和 NCP 链路物理层连接建立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 配置协商失败计算机网络计算机网络LCP报文中可以携带的配置选项报文中可以携带的配置选项配置参数配置参数类型类型内容内容注释注释0 x01Maximum-Receive-Unit可以接受的最大传输单元0 x03Authentication-Protocol要求对端进行验证的协议0 x04Quality-Protocol传输质量监测协议0 x05Magic-Number魔术字0 x07Pro
27、tocol-Field-Compression协议域字段压缩，两字节压缩为一个字节0 x08Address-And-Control-Field-Compression地址、控制字段压缩。在PPP协议中这两个字段值不变，可以省略之计算机网络计算机网络n假设点对点通信的一端发送了一个Config-Request报文，该报文将携带多种配置选项，具体携带哪些配置选项视应用而定。n当对端正确接收到该报文后，如果接受该报文携带的所有配置选项，则回应一个Config-Ack报文。12Config-RequestConfig-Ack路由器路由器A A路由器路由器B B链路配置报文举例链路配置报文举例(一次交互
28、)计算机网络计算机网络n假设点对点通信的一端发送了一个Config-Request报文。n当对端正确接收到该报文后，如果发现某配置选项可识别，但该配置选项数据域的内容不认可，应发送一个Config-Nak报文且该报文中将携带希望的配置选项内容。n当发端收到该报文后会重新发送一个Config-Request报文，相应的配置选项将改为Config-Nak报文中所希望的配置选项内容。12Config-RequestConfig-Nak路由器路由器A A路由器路由器B B34Config-RequestConfig-Ack链路配置报文举例链路配置报文举例(两次交互)计算机网络计算机网络链路配置报文举例
29、链路配置报文举例(两次交互)n假设点对点通信的一端发送了一个Config-Request报文。n当对端正确接收到该报文后，如果发现某配置选项不识别，应发送一个Config-Reject报文，且该报文中将携带该配置选项内容。n当发端收到该报文后会重新发送一个Config-Request报文，相应的配置选项将被删除。12Config-RequestConfig-Reject路由器路由器A A路由器路由器B B34Config-RequestConfig-Ack计算机网络计算机网络LCP链路鉴别链路鉴别nPPP支持两种授权认证协议：口令验证协议（PAP，PasswordAuthenticationP
30、rotocol）通过两握手机制，为建立远程节点的验证提供了一个简单的方法。挑战握手验证协议（CHAP，ChallengeHandAuthenticationProtocol）使用三次握手机制来启动一条链路和周期性的验证远程节点。计算机网络计算机网络PAP认证认证nPAP验证特点：两次握手协议两次握手协议明文方式进行验证明文方式进行验证ClientServerHostname:ruijiePassword:123 username ruijiepassword 123 Auth Auth NakNakAuth Auth AckAckRequestRequest用户名用户名用户名用户名+密码密码密
31、码密码验证成功验证成功验证成功验证成功验证失败验证失败验证失败验证失败RBRA计算机网络计算机网络PAP认证的配置认证的配置n客户端（被验证方）客户端（被验证方）nRA(config)#interface seril 0nRA(config-if)#encapsulation pppnRA(config-if)#ppp pap sent-username ruijie password 123n服务器端（验证方）服务器端（验证方）nRB(config)#username ruijie password 123nRB(config)#interface seril 0nRB(config-if)
32、#encapsulation pppnRB(config-if)#ppp authentication pap计算机网络计算机网络CHAP认证认证nCHAPCHAP验证特点：验证特点：CHAP为三次握手协议为三次握手协议只在网络上传输用户名，而并不传输口令只在网络上传输用户名，而并不传输口令安全性要比安全性要比PAP高，但认证报文耗费带宽高，但认证报文耗费带宽ClientServerHostname:RAPassword:123 Hostname:RBPassword:123 ChallengeSuccessFailureRBRARB+RB+挑战报文挑战报文挑战报文挑战报文ResponseRe
33、sponseRA+RA+加密后的密码加密后的密码加密后的密码加密后的密码验证成功验证成功验证成功验证成功验证失败验证失败验证失败验证失败计算机网络计算机网络CHAP认证配置认证配置n客户端（被验证方）nRA(config)#usernameRBpassword123nRA(config)#interfaceserial0nRA(config-if)#encapsulationpppn服务器端（验证方）nRB(config)#usernameRApassword123nRB(config)#interfaceserial0nRB(config-if)#encapsulationpppnRB(co
34、nfig-if)#pppauthenticationchap计算机网络计算机网络点对点通信设备均设置了点对点通信设备均设置了IP地址地址我知道了我的IP地址是192.168.0.1路由器B路由器A192.168.0.1192.168.0.2我知道了我的IP地址是192.168.0.2IPCP静态地址协商静态地址协商计算机网络计算机网络点对点通信的一方设置了点对点通信的一方设置了IP地址，而另一方则通过从对端获取地址，而另一方则通过从对端获取IP地址地址这个地址不合法，用192.168.0.1这个地址吧我的IP地址是0.0.0.0路由器B路由器A192.168.0.2我知道了我的IP地址是192
35、.168.0.2我的IP地址是192.168.0.1我知道了IPCP动态地址协商动态地址协商计算机网络计算机网络PPP链路配置举例链路配置举例n例3-4：路由器Router1和Router2的S0口均封装PPP协议，采用CHAP做认证，在Router1中应建立一个用户，以对端路由器主机名作为用户名，即用户名应为router2。同时在Router2中应建立一个用户，以对端路由器主机名作为用户名，即用户名应为router1。所建的这两用户的password必须相同。计算机网络计算机网络nRouter1:hostnamerouter1usernamerouter2password123interfa
36、ceSerial0ipaddress192.200.10.1255.255.255.0clockrate1000000pppauthenticationchapnRouter2:hostnamerouter2usernamerouter1password123interfaceSerial0ipaddress192.200.10.2255.255.255.0pppauthenticationchap计算机网络计算机网络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 n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
37、。n局域网具有如下的一些主要优点：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。便于系统的扩展和逐渐地演变，各设备的位置可灵活调整和改变。提高了系统的可靠性、可用性和生存性。计算机网络计算机网络局域网的拓扑局域网的拓扑 匹配电阻集线器干线耦合器总线网星形网树形网 环形网计算机网络计算机网络n星型拓扑结构也称“集中式拓扑结构”，是因集线器或交换机连接的各连接节点呈星状分布而得名。星型结构是目前应用最广、实用性最好的一种拓扑结构。无论在局域网中，还是在广域网中都可以见到它的身影。复杂的星型网络就是在基本星型结构的基础上通过多台交换机级联形成的，
38、从而形成多级星型结构，满足更多、不同地理位置分布的用户连接和不同端口带宽需求。星形网星形网计算机网络计算机网络n星型结构传输距离限制因为在星型网络中通常是采用双绞线作为传输介质的（高档网络也有采用光纤的），每一个采用此种结构的集线设备所能连接的网络范围最大直径就达到200米，超过这个范围都将要采用级联或者中继方法。n星型结构主要优缺点：优点：网络传输数据快；实现容易，成本低；节点扩展、移动方便；维护容易等。缺点：核心交换机工作负荷重；网络布线较复杂；广播传输，影响网络性能。星形网星形网计算机网络计算机网络n环型网络拓扑结构主要应用于采用同轴电缆（也可以是光纤）作为传输介质的令牌网中，是由连接成
39、封闭回路的网络节点组成的。因为环型网络结构的传输速率最高只有16Mbps，扩展性能又不好，早已被星型结构双绞线以太网替代了。环形网环形网计算机网络计算机网络n令牌环网工作原理拥有“令牌”的设备才允许在网络中传输数据。这可保证在某一时间内网络中只有一台设备可以传送信息。在环型网络中信息流只能是单方向的，每个收到信息包的站点都向它的下游站点转发该信息包。信息包在环型网络中传输一圈，最后由发送站进行回收。当信息包经过目的站时，目的站根据信息包中的目标地址判断出自己是接收站，并把该信息拷贝到自己的接收缓冲区中。n环型结构的主要优缺点：优点：网络路径选择和网络组建简单投资成本低。缺点：传输速度慢；连接用
40、户数非常少；传输效率低；扩展性能差；维护困难这几个方面。环形网环形网计算机网络计算机网络n总线型拓扑结构主要是利用同轴电缆作为传输介质，总线型拓扑结构网络中所有设备通过连接器并行连接到一个传输电缆上，并在两端加装一个称之为“终接器”的组件。现在也有采用光缆作为传输介质的，如ATM网、CableMODEM所采用的网络等都属于总线型网络结构。为了扩展计算机的台数，还可以在网络中添加其他的扩展设备，如中继器等。总线网总线网计算机网络计算机网络n两种总线网：一种是传统以太网使用的CSMA/CD，已演进为星形网。一种是令牌传递总线网，即物理上是总线网而逻辑上是令牌环形网。现在已经退出市场。n总线型结构主
41、要优缺点：优点：结构简单，便于扩充；网络响应速度快，便于广播式工作；设备量少，价格低廉。缺点：节点多时，网络性能下降；任何节点故障可能导致网络失效。总线网总线网计算机网络计算机网络n树型拓扑结构可以认为是多级星型结构组成的，只不过这种多级星型结构自上而下（从核心交换机到会聚层，再到边缘层）是呈三角形分布的，也就是上层的终端和集中交换节点少，中层的终端和集中交换节点多些，而下层的终端和集中交换节点最多。除了具有星型结构的所有优点外，还具有扩展性能好和易于网络维护。树形网树形网计算机网络计算机网络媒体共享技术媒体共享技术n静态划分信道频分复用时分复用波分复用码分复用n动态媒体接入控制（多点接入）随
42、机接入受控接入，如多点线路探询(polling)，或轮询。计算机网络计算机网络以太网的两个标准以太网的两个标准 nDIXEthernetV2是世界上第一个局域网产品（以太网）的规约。nIEEE的802.3标准。nDIXEthernetV2标准与IEEE的802.3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”。n严格说来，“以太网”应当是指符合DIXEthernetV2标准的局域网计算机网络计算机网络数据链路层的两个子层数据链路层的两个子层 n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：逻辑链路控制LLC(LogicalLinkC
43、ontrol)子层媒体接入控制MAC(MediumAccessControl)子层n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，不管采用何种传输媒体和MAC子层的局域网对LLC子层来说都是透明的。计算机网络计算机网络局域网对局域网对 LLC 子层是透明的子层是透明的 局 域 网网络层物理层站点 1网络层物理层逻辑链路控制LLCLLC媒体接入控制MACMAC数据链路层站点 2LLC LLC 子层看不见子层看不见下面的局域网下面的局域网计算机网络计算机网络n由于TCP/IP体系经常使用的局域网是DIXEthernetV2而不是802.3标准中的几种局域网，因此现在80
44、2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。n很多厂商生产的适配器上就仅装有MAC协议而没有LLC协议。部分网络适配器未装部分网络适配器未装LLC协议协议计算机网络计算机网络2.网络适配器网络适配器n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”。它是局域网中提供各种网络设备与网络通信介质相连的接口。n网卡作为一种I/O接口卡插在主机板的扩展槽上，其基本结构包括接口控制电路、数据缓冲器、数据链路控制器、编码解码电路、内收发器、介质接口装置等六大部分。计算机网络计算机网络n适配器的重要功能
45、：进行串行/并行转换。对数据进行缓存。编码与译码。实现以太网协议。2.网络适配器网络适配器计算机网络计算机网络网络适配器网络适配器用于台式用于台式PC机的以太网机的以太网网卡网卡 用于笔记本电用于笔记本电脑的网卡脑的网卡 用于台式用于台式PC机无线机无线局域网网局域网网卡卡 计算机网络计算机网络AUI内部总线内部总线介质接口装介质接口装置置数据缓冲帧数据缓冲帧的装配与拆的装配与拆卸卸MAC层层协议协议控制电路控制电路编码与编码与解码电解码电路路收发电路收发电路网卡的基本结构网卡的基本结构计算机网络计算机网络计算机通过适配器和局域网进行通信计算机通过适配器和局域网进行通信 硬件地址至局域网适配器
46、（网卡）串行通信CPU 和存储器生成发送的数据处理收到的数据把帧发送到局域网从局域网接收帧计算机IP 地址并行通信计算机网络计算机网络3.3.2 CSMA/CD 协议协议 n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，因为总线上没有有源器件。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 发送的数据计算机网络计算机网络以太网的广播方式发送以太网的广播方式发送 n总线上的每一个工作的计算机都能检测到B发送的数据信号。n由于只有计算机D的地址与数据帧首部写入的地址一致，因此只有D才接收这个数
47、据帧。n其他所有的计算机（A，C和E）都检测到不是发送给它们的数据帧，因此就丢弃这个数据帧而不能够收下来。n具有广播特性的总线上实现了一对一的通信。计算机网络计算机网络为了通信的简便为了通信的简便以太网采取了两种重要的措施以太网采取了两种重要的措施 n采用较为灵活的无确认无连接的工作方式，即不必先建立连接就可以直接发送数据。n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。计算机网络计算机网络以太网提供的服务以太网提供的服务 n以太网提供的服务是不可靠的交付，即尽最大努力的交付。n当目的站收到有差错的数据帧时就丢弃此帧
48、，其他什么也不做。差错的纠正由高层来决定。n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。计算机网络计算机网络曼彻斯特曼彻斯特(Manchester)编码编码 基带数字信号曼彻斯特编码 码元1111100000出现电平转换n把一个码元分成两个相等的间隔，用“前低后高”来表示码元1，用“前高后低”来表示码元0。计算机网络计算机网络载波监听多点接入载波监听多点接入/碰撞检测碰撞检测 CSMA/CD nCSMA/CD表示CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection。n“多点接入”表示许多计算机
49、以多点接入的方式连接在一根总线上。n“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。n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。计算机网络计算机网络电磁波在总线上的电磁波在总线上的有限传播速率的影响有限传播速率的影响 n当某个站监听到总线是空闲时，也可能总线并非真正是空闲的。nA向B发出的信息，要经过一定的时间后才能传送到B。nB若在A发送的信息到达B之前发送自己的帧(因为这时B的载波监听检测不到A所发送的信息)，则必然要在某个时间和A发送的帧发生碰撞。n碰撞
50、的结果是两个帧都变得无用。计算机网络计算机网络碰撞检测碰撞检测n“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。n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）。n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。n所谓“碰撞”就是发生了冲突。因此“碰撞检测”也称为“冲突检测”。计算机网络计算机网络检测到碰撞后检测到碰撞后n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。n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