1、1,4.1 物理层与数据链路层,4.1.1 物理层 4.1.2 数据链路层 修路-物理层 用路-数据链路层 选路-网络层,2,物理层（physical layer) 物理层是OSI参考模型的最低层，与传输媒体直接相连，物理层接口协议主要解决网络节点与物理信道如何连接的问题。 包含接口的4个特性 机械特性 电气特性 功能特性 规程特性 便于不同的制造厂家能够根据公认的标准各自独立地制造设备。使各个厂家的产品都能够相互兼容。,4.1.1 物理层,3,一、物理层的主要特性：,1）机械特性：接口的形状和尺寸，引脚数与排列方式。 2）电气特性：规定信号线的电气连接及电路特性。包括在物理连接上传输二进制位
2、流时，线路上的信号电平，输出阻抗、输入阻抗、平衡特性、负载要求、传输速率和连接距离等 3）功能特性：说明接口信号引脚的功能分配和确切定义。 4）规程特性：规定利用信号线进行二进制位流传输的一组操作过程。即在传输过程中事件发生的合法顺序。,4,规程特性：规定在通讯过程中，各条信号线的工作状态、接通或断开的顺序和关系DTE DCE DTR on(数据终端就绪) DSR on(通信设备就绪）,5,DTE,DCE,V系列建议 X系列建议 I系列建议EIA标准,线路,V系列建议 X系列建议 I系列建议EIA标准,终端,主计算机,DTE(Data Terminal Equipment) -是具有一定数据处
3、理能力和数据转发能力的设备，既数据终端设备，又称物理设备，如计算机、终端等都包括在内。 DCE(Data Circuit-Terminal Equipment)数据链路端接设备（通信设备），其作用是在DTE和传输线路之间提供信号变换和编码的功能，是数据通信设备或电路连接设备，如调制解调器等。 数据传输通常是经过DTEDCE，再经过DCEDTE的路径。,DCE,DTE,6,7,二、物理层标准举例,现在已定义的物理层标准接口有：RS-232、RS-449/422/423、 EIA-232-E、 X.20、 X.21 、V.24、V.28等。大多数物理层接口都具有四方面的属性 1969年，美国电子工
4、业协会(EIA)公布了RS-232C作为串行通信接口的电气标准，该标准定义了数据终端设备(DTE)和数据通信设备(DCE)间按位串行传输的接口信息，合理安排了接口的电气信号和机械要求，在世界范围内得到了广泛的应用 RS（Recommeded standard）：推荐标准，232:编号 1962:RS-232 1969: RS-232-C 1987:EIA-232-D 1991:EIA-232-E 为了克服EIA-232接口的传输速率和电缆最大长度限制(20Kb/s和15m)，EIA制定了RS-449。,8,9,EIA-232 接口特性如下：,10,EIA RS-232C接口的物理连接,DTE,
5、DCE,2 TD 2,3 RD 3,4 RTS 4,5 CTS 5,6 DSR 6,7 SG 7,8 DCD 8,20 DTR 20,22 RI 22,11,图 RS-232C的DTE-DTE连接图中(a)为完整型连接，(b)为简单型连接。,12,注意：,物理层并不考虑比特流的意义和格式问题传输介质不属于物理层，物理层是协议，不是具体的传输媒体或设备信道编码、复用方式、调制解调等都是物理层的内容。,13,4.1.2 数据链路层,用路：避免冲突？令牌控制？。,14,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
6、,(a),(b),发送,接收,链路,IP 数据报,1010 0110,帧,装入,数据链路层传送的是帧,15,一、数据链路层主要功能,链路管理：数据链路连接的建立、维持和释放的操作。 寻址：必须保证每一帧都能送到正确的地址，接收方要能够知道谁是发送方（MAC地址及转发表）。 流量控制：控制相邻两个节点之间数据链路上的流量（如停等协议、ARQ协议等）帧同步：准确地区分帧的起始与终止（帧标志）。 透明传输：在数据链路层中，对所传输的数据无论它们是由什么样的比特组合起来的，在数据链路上都应该能够传输，如：零比特插入法（5个连1插1个0） 差错控制：如错误帧或帧丢失，常用的差错控制方法有检错重发（自动请
7、求重发ARQ）、前向纠错FEC、反馈检验法 当接收端通过差错检测发现了帧在传输中出了差错，或者默默丢弃而不进行任何其他处理（当使用PPP协议或CSMA/CD协议时），这是现在的大多数情况；或者使用重传机制要求发送方重传（当使用HDLC协议时），但这种情况现在很少使用。,16,1、封装成帧及帧定界,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。帧同步：确定帧的界限。 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,帧开始,17,用控制字符进行帧定界的方法举例,SOH,装在
8、帧中的数据部分,帧,帧开始符,帧结束符,发送在前,EOT,如：F=0X7E,帧同步：准确地区分帧的起始与终止（帧标志）。,18,F=01111110,用特定比特进行帧定界的方法举例,19,2、透明传输：在数据链路层中，对所传输的数据无论它们是由什么样的比特组合起来的，在数据链路上都应该能够传输，如：零比特插入法（5个连1插1个0），即 零比特的填充与删除,F=01111110,20,零比特填充的具体做法： 在发送端，先校验再填充：在加上标志字段之前，计算出FCS帧校验序列并将其加在校验数据之后，扫描透明传输区间，只要发现有5个连续1，则立即填入一个0，以保证不会出现6个连续1。填充之后再加上标
9、志字段。 在接收端，先去0再校验。接收到一个帧时，先找到F字段以确定帧的边界。接着再对其中的比特流进行扫描。每当发现5个连续1时，就将这5个连续1后的一个0删除，以还原成原来的比特流。然后再进行校验计算。,F=01111110,21,3、差错检验： 循环冗余检验原理,M：待传送数据; n：供差错检测的冗余位数; P：除数; 发送方：用2nMP，得到商Q和余数R(R表示为n 位，不足位的在前面添0) 最终发送的数据是：2nMR； 收端收到数据后，用P去除该数据，余数为0则说明没有差错。,22,循环冗余校验,例：M=1010001101, 生成多项式P(X) = X5 X4X2 1,求其检验序列F
10、CS,23,1101010110 Q 商除数 P 110101 101000110100000 2nM 被除数110101111011 11010111101011010111111011010110110011010111001011010101110 R 余数,循环冗余检验的原理说明,24,循环冗余检验原理,怎么得出nbit冗余码？,相当于在M 后面添加n个0,得到余数R（称为FCS（帧检验序 列）、又称为循环校验码、冗余码 ） ）,25,多项式表示法：,M(X)= 1010001101 X9+X7+X3+X2+1 除数P的多项式称为生成多项式 发送端的运算: XnM(X)/P(X)，得到
11、商Q(X)和余数R(X) 发送或码多项式T(X)= Xn M(X)+R(X) 接收端运算： (Xn M(X)+R(X)/P(X)=Q(X) 接收端运算的余数不为0，就表示检测到了差错 常用的P(X)有： CRC-16=X16 X15 X2 1 CRC-CCITT= X16 X12 X5 1 CRC-32= X32 X26 X23 X22 X16 X12 X11 X10 X8 X7 X5 X4 X2 X 1,26,4、数据链路层协议及举例,27,因特网的点对点协议PPP（Point-to Point Protocol),PPP是现在全世界使用得最多的数据链路层协议 PPP协议适用于任何形式的全双
12、工点对点传输。如用户使用拨号电话线连接因特网提供者，用户使用专线连接因特网提供者，连接两个路由器的数据链路控制或传统的异步传输，位传输，以及ADSL和SONET等传输系统。,28,用户到 ISP 的链路使用 PPP 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,29,用户拨号入网的示意图,路由器,调制解调器,调制解调器,因特网服务提供者(ISP),用户家庭,拨号电话线,使用 TCP/IP 的PPP 连接,路由选择进程,至 因 特 网,PC 机,30,协议字段（典型） PPP帧的信息字段 PPP的三个核心组成部分0x0021 IP数据报 IP数据
13、报封装方法0xC021 PPP链路控制数据 LCP链路控制协议0x8021 网络控制数据 NCP网络控制协议 0xc023 PAP协议认证报文 PAP协议（可选运行） 0xC223 CHAP协议认证报文 CHAP协议（可选运行）,所有的PPP帧的长度都是整数个字节。 PPP不提供序号和确认的可靠传输。,31,PPP的透明传输,当PPP用在同步传输链路时，用硬件来完成比特填充（与HDLC一样）。 当PPP用在异步传输链路时，它用一种特殊的字符填充法。如下表所示。,32,PPP 协议的工作状态,当用户拨号接入 ISP 时，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。 通常是检测到链路上有
14、载波信号时，就会从当前静止状态进入物理链路建立阶段。,33,PPP 协议的工作状态,PC 机向路由器发送一系列的 LCP 分组（封装成多个 PPP 帧）。这些分组及其响应选择一些 PPP 参数来配置数据链路。 链路控制协议（Link Control Protocol，LCP）用于启动线路、测试、任选功能的协商及关闭连接。,34,PPP 协议的工作状态,LCP配置完成后，既可以进入认证阶段，也可以不进行认证，直接进入网络层协商阶段）（缺省情况下不进行认证，直接进入网络层协商阶段）。当选择认证时，通信双方会根据LCP配置请求报文中所协商的认证配置参数选项来决定链路两端设备所采用的认证方式（ PAP
15、或CHAP） 口令验证协议（PAP） 挑战握手协议（CHAP）,35,PPP 协议的工作状态,在网络层协商阶段，NCP 阶段，每种网络层协议（IP、IPX和AppleTalk等）会通过各自相应的网络控制协议（NCP）进行配置，给新接入的 PC机分配一个临时的网络地址（如IP地址）。 PPP协议允许同时采用多种网络层协议，如IP协议、IPX协议、DECnet协议和AppleTalk等 。PPP协议使用NCP对多种协议进行封装。,36,PPP 协议的工作状态,通信完毕时，NCP 释放网络层连接，收回原来分配出去的 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。,37,PPP协议
16、的特点,（1）能够控制数据链路的建立。 （2）能够配置和测试数据链路。 （3）能够对（IP）地址进行分配和使用。 （4）允许同时采用多种网络层协议。 （5）能够进行错误检测。 （6）有协商选项，能够对网络层的地址和数据压缩等进行协商。,38,二、局域网,1、局域网的概念与体系结构 2、以太网 3、扩展局域网 4、虚拟局域网 5、高速局域网 6、无线局域网,39,1、局域网的体系结构与概念 （1）局域网的体系结构,20世纪80年代初期， IEEE （Institute of Electrical and Electronics Engineer:美国电气和电子工程师协会)802委员会制定了局域网
17、的体系结构。即著名的IEEE802参考模型。,40,局域网的体系结构只包含了数据链路层和物理层,其中，数据链路层又分为逻辑链路控制和介质访问控制两个子层。,41,IEEE802参考模型,42,局域网对 LLC 子层 是透明的,局 域 网,网络层,物理层,站点 1,网络层,物理层,数据 链路层,站点 2,LLC 子层看不见 下面的局域网,43,LLC 与 MAC 子层的功能,LAN 数据链路层按功能划分为两个子层：LLC 和 MACMAC子层功能：成帧/拆帧， 实现、维护MAC协议，位差错检测，寻址LLC子层功能： 向高层提供SAP，建立/释放逻辑连接，差错控制，帧序号处理LAN 对 LLC 子
18、层透明， 只有下到 MAC 子层才可见 到所连接的是采用什么标准的局域网（总线网、令牌总线 网或令牌环网等）,44,LLC 帧与 MAC 幀的关系,LLC帧：MAC帧：,45,LLC 幀结构中的 SAP 地址,46,（2）局域网协议标准,47,局域网协议标准,802委员会制订的有关局域网协议标准有,IEEE802.1A：概述和系统结构 IEEE802.1B ：网络管理和网际互联 IEEE802.2：逻辑链路控制LLC IEEE802.3： CSMA/CD总线访问控制方法及物理层技术规范。 IEEE802.4 ：令牌总线访问控制方法及物理层技术规范 IEEE802.5 ：令牌环网访问控制方法及物
19、理层规范,IEEE802.6 IEEE802.7 IEEE802.8 IEEE802.9 IEEE802.10 IEEE802.11 IEEE802.12 IEEE802.16 ,IEEE802标准诞生于1980年2月，故称为802标准。,48,802.1 局域网概述、体系结构、网络管理和网络互联 802.2 逻辑链路控制 LLC 802.3CSMA/CD访问方法和物理层规范，主要包括如下几个标准： 802.3 CSMA/CD介质访问控制标准和物理层规范：定义了四种不同介质10Mbps以太网 规范 ：10BASE2、10BASE5、10BASET、10BASEF 802.3u 100Mbps快
20、速以太网标准，现已合并到802.3中 802.3z 光纤介质千兆以太网标准规范 802.3ab 传输距离为100米的5类无屏蔽双绞线介质千兆以太网标准规范 802.4Token Passing BUS（令牌总线） 802.5Token Ring（令牌环）访问方法和物理层规范 802.6城域网访问方法和物理层规范 802.7宽带技术咨询和物理层课题与建议实施 802.8光纤技术咨询和物理层课题 802.9综合声音数据服务的访问方法和物理层规范 802.10 安全与加密访问方法和物理层规范 802.11 无线局域网访问方法和物理层规范，包括： 802.11a、IEEE802.11b、 IEEE80
21、2.11c 和IEEE802.11q标准。 802.12 100VG-AnyLAN快速局域网访问方法和物理层规范 802.15：无线个域网 Wireless Personal Area Network （蓝牙） 802.16：宽带无线接入 Broadband Wireless Access （WiMAX） 802.17：弹性分组环 Resilient Packet Ring 802.18：无线管制 Radio Regulatory TAG 802.19：共存 Coexistence TAG 802.20：移动宽带无线接入 Mobile Broadband Wireless Access (MB
22、WA) 802.21：媒质无关切换 Media Independent Handoff 。,49,（3）局域网的性能特点,决定局域网特性的主要技术有3个方面：连接各种设备的拓扑结构、数据传输介质和介质访问控制方法。 拓扑结构:局域网及城域网的典型拓扑结构为星型、环型、总线型和树型结构等。 传输介质：同轴电缆、双绞线、光纤、电磁波等。 、微波、卫星、红外线等作为局域网的传输介质。 介质访问控制方法：也称为物理网络的访问控制方式,是指网络中各结点之间的信息通过介质传输时如何控制、如何合理完成对传输信道的分配、如何避免冲突,同时,又使网络有最高的工作效率及高可靠性等。,50,（4）局域网的基本类型,
23、局域网有多种类型,如果按照网络转接方式不同,可分为共享式局域网和交换式局域网两种。,图 4-1 局域网分类,传统以太网,高速以太网,FDDI ,以太网,令牌总线,令牌环,FDDI,局域网,虚拟局域网,交换以太网,ATM局域网,交换式局域网,共享介质局域网,无线局域网,51,交换式局域网可分为交换以太网、ATM网以及在此基础上发展起来的虚拟局域网，但近年来已很少用ATM技术组建局域网。,52,（5）局域网介质访问控制方法,典型的： 令牌环访问控制（ 802.5 ）令牌总线访问控制（ 802.4 ）以太网（802.3）,53,令牌环访问控制,令牌环（Token Ring）网的拓扑结构是环型，网络中
24、的计算机通过传输线路连成一个闭环,所有结点共享一条环路,属于共享介质的局域网。,54,令牌环网的具体工作流程可概括为3个步骤： 截获令牌并且发送数据帧：网络空闲时各结点都没有帧发送,只有令牌在环路上绕行,此时令牌标记00000000，称为空标记。当空闲令牌传到这个结点时，将空标记换为11111111，称为忙标记，然后去掉令牌的尾部，加上数据，成为数据帧，发送到下一个结点。,55,令牌环网的具体工作流程可概括为3个步骤： 接收与转发数据：数据帧每经过一个结点时比较数据帧中的目的地址，如果不属于本结点则转发出去；否则,在帧中设置已经复制的标志，并向下一结点转发。,56,令牌环网的具体工作流程可概括
25、为3个步骤： 取消数据帧并且重发令牌：当数据帧通过闭环重新传到发送结点时,发送结点不再转发，而是检查发送是否成功。如果数据帧传输失败则重发；如果传输成功,则清除该数据帧，并且产生一个新的空闲令牌发送到环上。,57,令牌总线访问控制（802.4）,图 令牌总线的工作原理,令牌总线的物理结构是总线结构，总线上的各个结点按一定顺序形成一个逻辑环，逻辑环中结点的顺序与结点在总线上连接的位置无关，每个结点上都要保存它的上一个结点和下一个结点的逻辑地址或序号，并且可以动态地设置。,58,令牌总线访问控制,为了保证总线上不会出现多个结点同时试图发送信息而产生冲突,令牌总线访问控制的工作流程可概括为3个步骤：
26、 截获令牌。当逻辑环中的一个结点要发送数据时，必须等待令牌的到来。,59,令牌总线访问控制, 地址转载。当环中的上一个结点（例如D）在传出令牌时，把下一个结点A的地址加到令牌中。令牌在总线上广播，只有地址相符的结点A才接受令牌,其它结点不予理睬。 令牌转发。如果A结点没有数据需要发送，就发出一个含有下一结点F地址的令牌；如果A结点有数据要发送，这时就可使用总线发送一个或多个数据帧，数据发送完毕或到达规定的时间，就发出含有下一结点地址的令牌。,60,总线令牌环,说明：蓝色帧为令牌帧，绿色帧为数据帧。令牌帧按站点序号由高到低依次轮询。,61,2、以太网（802.3） （1）基本概念 起源,1973
27、年，施乐公司Palo Alto研究中心（PARC）的两位研究人员，Robert Metcalfe 和David Boggs，为了连接实验室的多个Xerox Alto设备，开发出了以太网技术。最初的数据传输速率为2.94Mbps。Meltacafe将这项技术命名为“Ethernet”（以太网）； 最初的以太网基于共享总线方式，所以其本质特征是采用载波侦听/冲突检测(CSMA/CD-Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection）作为总线访问方法； 基带传输，不对信道进行多路复用； 广播式网络，存在广播域。 随着星形网络拓扑的出现和介质
28、成本的下降，不再使用CSMA/CD；,62,以太网的两个标准,1980年9月，DEC，英特尔和施乐公司联合提出了10Mbit/s以太网规约的第一个版本DIX V1，1982年修改为DIX Ethernet V2，成为世界上第一个局域网产品规约。在此基础上，IEEE 802委员会的802工作组于1983年制定了第一个IEEE的以太网标准，即802.3，与DIX Ethernet V2有很小的差别，因此人们也将802.3局域网简称为以太网。,63,以太网的两个标准,DIX Ethernet V2 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”。
29、 严格说来，“以太网”应当是指符合 DIX Ethernet V2 标准的局域网,64,是一系列标准的集合 并不特指某一种网络 最初的目的是用于LAN 现在已渗透到了PAN、SAN、MAN、WAN 速率包括10M、100M、1G、10G、40G、100G PAN: Personal Area Networks ，个域网 LAN: Local Area Networks，局域网 MAN: Metropolitan Area Networks ，城域网 WAN: Wide-area Networks，广域网 SAN: Storage-Area Networks ，存储区域网,以太网的概念,65,传
30、统以太网表示最早进入市场的10Mbit/s速率的以太网。速率达到或超过100Mbit/s的以太网称为高速以太网。（100BASE-T、吉比特以太网、10吉比特以太网等）,66,以太网的重要措施,两种重要的措施： （1）无连接的工作方式：不必先建立连接就可以直接发送数据。 （2）对帧不编号：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。,67,以太网提供的服务,以太网提供的服务是不可靠的交付，即尽最大努力的交付。 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。高层重传的帧以太网只当作一个新的
31、数据帧来发送。,68,传统以太网的广播方式发送,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。 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 才接收这个数据帧。 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。 具有广播特性的总线上实现了一对一的通信。,69,以太网接口的工作模式,以太网卡可以工作在两种模式下：半双工和全双工。 半双工：半双工传输模式实现以太网载波监听多路访问冲突检测。传统的共享LAN是在半双工下工作的，在同一时间只能传输单一方向的数据。当两个方向的数据同时传输时，就会产生冲突，这会降低以
32、太网的效率。 全双工：全双工传输是采用点对点连接，这种安排没有冲突，因为它们使用双绞线中两个独立的线路，这等于没有安装新的介质就提高了带宽。例如在上例的车站间又加了一条并行的铁轨，同时可有两列火车双向通行。在双全工模式下，冲突检测电路不可用。标准以太网的传输效率可达到5060的带宽，双全工在两个方向上都提供100的效率。,70,以后一般不考虑 LLC 子层,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。 很多厂商生产的适配器上就仅
33、装有 MAC 协议而没有 LLC 协议。,71,（2）网卡的作用,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”。,72,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 （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,73,计算机通过网卡和局域网进行通信,74,网卡的功能,对数据进行缓存。 在计算机的操作系统安装设备驱动程序。 串并转换 数据的封装与解封 发送时将上一层交下来的数据加上首部和尾部，成为以太
34、网的帧。接收时将以太网的帧剥去首部和尾部，然后送交上一层。 链路管理 主要是 CSMA/CD 协议的实现。 编码与译码 即曼彻斯特编码与译码。,75,以太网发送的数据使用 曼彻斯特(Manchester)编码,基带数字信号,曼彻斯特编码,码元,1,1,1,1,1,0,0,0,0,0,出现电平转换,1：低高 0：高低 每个位中间有一个跳变,76,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。,(3)传统以太网的基本原理： 载波监听多点接入/碰撞检测CSMA/CD,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）,
35、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,77,CSMA/CD 表示 Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection。“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。CSMA/CD工作原理：发送前监听信道, 边发送边监听。若监听到冲突，停止发送数据，发送一个强化冲突信号，后退一个随机时间再发送。,78,载波监听多点接入/碰撞检测CSMA/CD,“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。 总线上并没有什么“
36、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”就是计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小。 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）。 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。 所谓“碰撞”就是发生了冲突。因此“碰撞检测”也称为“冲突检测”。,79,1 km,A,B,t,t = 0,单程端到端 传播时延记为,传播时延对载波监听的影响,监听也会发生碰撞？,80,1 km,A,B,t,t = 0,单程端到端 传播时延记为,传播时延对载波监听的影
37、响,监听也会发生碰撞？ 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由于A 向 B 发出的信息，要经过一定的时间后才能传送到 B，B 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。,81,重要特性,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）。 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。 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。,82,争用期,最先发送数据帧的站，在发送数据帧后至多经过时间 2 （
38、两倍的端到端往返时延）就可知道发送的数据帧是否遭受了碰撞。 以太网的端到端往返时延 2 称为争用期，或碰撞窗口。 经过争用期这段时间还没有检测到碰撞，才能肯定这次发送不会发生碰撞。,83,争用期的长度与最短有效帧长,以太网取2 =51.2 s 为争用期的长度。 对于 10 Mb/s 以太网，在争用期内可发送512 bit，即 64 字节。 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。 由于一检测到冲突就立即中止发送，这时已经发送出去的数据一定小于 64 字节。 以太网规定了最短有效帧长为 64 字节，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。,
39、84,检测到碰撞后,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。每一个正在发送数据的站，一旦发现总线上出现了碰撞： 立即停止发送数据 发送干扰信号,强化冲突，以便让所有用户都知道现在已经发生了碰撞 再继续发送若干比特的人为干扰信号(jamming signal)，以便让所有用户都知道现在已经发生了碰撞。 等待一段随机时间后再次发送。,85,人为干扰信号,A,B,t,A 检测 到冲突,信 道 占 用 时 间,B 也能够检测到冲突，并立即停止发送数据帧，接着就发送干扰信号。这里为了简单起见，只画出 A 发送干扰信号的情况。,86,等待一段随机时间:随机时间的选取：
40、二进制指数类型退避算法 (truncated binary exponential type),发生碰撞的站在停止发送数据后，要推迟（退避）一个随机时间才能再发送数据。 确定基本退避时间，一般是取为争用期 2。 定义重传次数 k ，k 10，即k = Min重传次数, 10 从整数集合0,1, (2k 1)中随机地取出一个数，记为 r。重传所需的时延就是 r 倍的基本退避时间。 当重传达 16 次仍不能成功时即丢弃该帧，并向高层报告。,87,CSMA/CD工作原理总结：,工作原理：发送前监听信道, 边发送边监听。若监听到冲突，停止发送数据，强化冲突，并推迟（退避）一个随机时间才能再发送数据,8
41、8,MAC 层的硬件地址 也称物理地址或MAC地址，就是通常所说的计算机的硬件地址，用来找我们所要进行通信的同一个物理网络里的对象。 “名字指出我们所要寻找的那个资源，地址指出那个资源在何处，路由告诉我们如何到达该处”。严格地说，“名字应当与系统所在地无关” 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。,（4）以太网的 MAC 层 MAC 层的硬件地址,89,6字节的全局地址块：地址字段的前3个字节（高24位）由IEEE的RAC (Registration Authority Committee)统一分配给厂商，低24位由厂商分配，在生产网卡时这种6字节的MAC地址已固
42、定在网卡中。 前三个字节的正式名称是机构惟一标识符OUI (Organizationally Unique Identifier)，通常也叫做公司标识符(company_id)。2008年的价格是1600美元左右买一个地址块。 例如，3Com公司生产的网卡的MAC地址的前三个字节是02-60-8C。地址字段中的后三个字节称为扩展标识符(extended identifier)，只要保证生产出的网卡没有重复地址即可。 用这种方式得到的48bit地址称为MAC-48，它的通用名称是EUI48，这里EUI表示扩展的惟一标识符(Extended Unique Identifier)。,1 1 46,1
43、 15,90,网卡检查 MAC 地址,网卡从网络上每收到一个 MAC 帧就首先用硬件检查 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。 “发往本站的帧”包括以下三种帧： 单播(unicast)帧（一对一）：目的MAC地址是自己的（第一字节最低位为0） 广播(broadcast)帧（一对全体）：目的地址是全1 多播(multicast)帧（一对多）：第一字节最低位为1表示组播,91,MAC 帧的格式,常用的以太网MAC帧格式有两种标准 ： DIX Ethernet V2 标准 IEEE 的 802.3 标准 最常用的 M
44、AC 帧是以太网 V2 的格式。,92,MAC 帧,物理层,MAC 层,10101010101010 101010101010 10101011,前同步码,帧开始 定界符,7 字节,1 字节,IP 层,迅速实现比特同步，前 7 个字节是前同步码，用来迅速实现 MAC 帧同步。 该字段经过曼彻斯特编码会产生会产生10MHz、持续5.6s的方波，从而使接收方与发送方的时钟同步。后1个字节是帧开始定界符，表示后面的信息就是MAC 帧。这八个字节在物理层添加，目的是允许物理层在接收到实际的帧起始符之前检测载波，并且与接收到的帧时充达到稳定同步。,当传输媒体的误码率为 1108 时， MAC 子层可使未
45、检测到的差错小于 11014。,93,MAC 帧,物理层,MAC 层,10101010101010 101010101010 10101011,前同步码,帧开始 定界符,7 字节,1 字节,IP 层,目的地址字段 6 字节,源地址字段 6 字节,用来标志上一层使用的是什么协议，以便把收到的 MAC 帧的数据上交给上一层的这个协议。如0X0800表IP，0X0806表示ARP,最小长度 64 18 的首尾 = 数据字段的最小长度46，小于则填充,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。,94,DIX以太网帧格式与IEEE802.3帧中的差别 ：“类型
46、”字段改成“长度”，事实上，1501-65535之间的全部值被保留作为类型域的值，而小于等于1500用作长度域的值。,DIX以太网帧格式与IEEE802.3帧中的差别 ：“类型”字段改成“长度”，事实上，1501-65535之间的全部值被保留作为类型域的值，而小于等于1500用作长度域的值。,95,IEEE802.3帧格式,DIX以太网一般不用LLC，使用类型域支持向上传递数据，IEEE802.3需要通过LLC，所以它用长度域代替了类型域。,96,Ethernet II帧与IEEE802.3帧比较,96,97,数据字段的长度与长度字段的值不一致； 帧的长度不是整数个字节； 用收到的帧检验序列
47、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。,无效的 MAC 帧,98,帧间最小间隔为 9.6 s，相当于 96 bit 的发送时间。 一个站在检测到总线开始空闲后，还要等待 9.6 s 才能再次发送数据。 这样做是为了使刚刚收到数据帧的站的接收缓存来得及清理，做好接收下一帧的准备。,帧间最小间隔,99,以太网标准系列： 1982 10BASE5 (DIX) 8023 粗同轴电缆（10mm) 1985 10BASE2 8023a 细同轴电缆(5mm)
48、 1990 10BASET 8023i 双绞线 1993 10BASEF 8023j 光纤 1995 100BASET 8023u 双绞线 1997 全双工以太网 8023x 双绞线、光纤 1998 1000BASEX 8023z 短屏蔽双绞线、光纤 2000 1000BASET 8023ab 双绞线 IEEE 802.3ae 10吉比特以太网,100,IEEE 802.3所支持的的传输介质和协议规范有： 1.同轴电缆以太网标准: 总线型拓朴结构：标准：10BASE5 和10BASE2（50同轴电缆） 2.双绞线以太网标准 物理上是星型，逻辑上为总线型拓朴结构，标准：10BASE-T、 100BASE-TX、100BASE-T4 传输速率100Mbps T：双绞线； 最长传输距离100m 3.宽带以太网标准： 10BASE-FL： 10Mbps光纤基带信号； 100BASE-FX和1000BASE-SX：短波多模光纤，传输距离260m 1000BASE-LX：长波多模光纤，传输距离400m 10BROAD36：75CATV电视电缆 ，传输模拟信号，距离3600m,
