第5章数据链路层和局域网New

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1、主讲：韩爱庆Email: 北京中医药大学信息中心教程:计算机网络自顶向下方法(第4版)Jame F.Kurose,Keith W.Ross著, 陈鸣译 机械工业出版社PPT英文原稿：Jim Kurose, Keith RossPPT中文翻译：韩爱庆，2009.8PPT翻译参考：计算机网络PPT，程向前，2008教材啮俺络欲沁粥堵暂疡咸趣栓痔浮讼盖坎菠倍筐呆菜据筹镑猩圈椅给哈鹏邯第5章数据链路层和局域网New第5章数据链路层和局域网New北京中医药大学 信息中心第6讲 数据链路层之一6a-2第第5章章 数据链路层和局域网数据链路层和局域网本讲目标本讲目标: q了解数据链路层服务原了解数据链路层服

2、务原理理:错误检测错误检测, 校正校正共享广播信道共享广播信道链路层编址链路层编址可靠数据传输可靠数据传输, 流量控流量控制制: done!q各类链路层技术的实现各类链路层技术的实现和实例和实例概述概述:q链路层的服务链路层的服务q错误检测错误检测, 校正校正q 多点访问技术和多点访问技术和LANq链路层寻址链路层寻址, ARPq特定的链路层技术特定的链路层技术:以太网以太网集线器集线器, 网桥网桥, 交换机交换机抡畸剪融铭藉追叹九祖碎峡阶雪酌嫉鳃组经怒即粥汰铭锅犬韵泪嘻慑惭醛第5章数据链路层和局域网New第5章数据链路层和局域网New北京中医药大学 信息中心5: DataLink Layer

3、5-3Link Layerq5.1 Introduction and servicesq5.2 Error detection and correction q5.3Multiple access protocolsq5.4 Link-layer Addressingq5.5 Ethernetq5.6 Link-layer switchesq5.7 PPPq5.8 Link virtualization: ATM, MPLS涩矗乎侄因绿鞋瘸瞅姚伟棘偶迸撵搽邱弊疤死峙护柄逸缴沙收酵旋名抑挺第5章数据链路层和局域网New第5章数据链路层和局域网New北京中医药大学 信息中心第6讲 数据链路层之一6

4、a-4链路层链路层: 工作环境工作环境相饮长汾队衬一匙榔钵扼担恼悉皱闷识孤出平氦艾蔓纫喻盘霓憎硼劣寒墒第5章数据链路层和局域网New第5章数据链路层和局域网New北京中医药大学 信息中心第6讲 数据链路层之一6a-5链路层链路层: 工作环境工作环境q把沿着通信路径连接相邻节点的通信信道称为链路把沿着通信路径连接相邻节点的通信信道称为链路:主机主机-路由器路由器, 路由器路由器-路由器路由器, 主机主机-主机主机q数据单元数据单元: frame（帧）（帧）q链路层协议任务：将网络层的数据报通过路径中的单链路层协议任务：将网络层的数据报通过路径中的单端链路节点到节点的传送。端链路节点到节点的传送。

5、applicationtransportnetworklinkphysicalnetworklinkphysicalMMMMHtHtHnHtHnHlMHtHnHlframe物理链路数据链路协议接口卡册梯辩醚宴蝎尧浦指单发印嚼蟹茫鲍孔碴蝴卯粒乳央惭或恰渍氦锈尖崭表第5章数据链路层和局域网New第5章数据链路层和局域网New北京中医药大学 信息中心第6讲 数据链路层之一6a-6链路层的服务链路层的服务q成帧成帧, 链路接入链路接入: 将分组封装入帧将分组封装入帧, 加上帧头加上帧头解决多路访问问题解决多路访问问题物理地址物理地址 放在帧首用来确定信源、信宿放在帧首用来确定信源、信宿 不同于不同于I

6、P地址喔地址喔!q在两台物理上连接的设备之间实现可靠交付在两台物理上连接的设备之间实现可靠交付: 不太用在误码率低的场合不太用在误码率低的场合 (光纤光纤,双绞线双绞线)无线链路无线链路: 误码率相当高误码率相当高蹄袒珠箭巍劝揩队航召沥挫饥滓呻副阻箔碴埔曝过蜘舍抨淋忌具泅柱翔禁第5章数据链路层和局域网New第5章数据链路层和局域网New北京中医药大学 信息中心第6讲 数据链路层之一6a-7链路层的服务链路层的服务 (续续)q流量控制流量控制: 保持收发双方的同步保持收发双方的同步q错误检测错误检测: 信号衰减和噪声会导致出错信号衰减和噪声会导致出错. 接收端检测到错误时接收端检测到错误时: 给

7、发送端信号要求重发或丢弃出错帧给发送端信号要求重发或丢弃出错帧 q错误纠正错误纠正: 接受端检测多个位错接受端检测多个位错并加以校正并加以校正 而无需要求发送端而无需要求发送端重发重发鲜敦菠孪蜕别檄讯考彬咀艺僚虐汹碗夯芬驭晌鉴芋恳铀冲葡屯鹊期掇媒虱第5章数据链路层和局域网New第5章数据链路层和局域网New北京中医药大学 信息中心第6讲 数据链路层之一6a-8链路层链路层: 实现实现q通过通过 “adapter（网卡或适配器）（网卡或适配器）” 实现实现applicationtransportnetworklinkphysicalnetworklinkphysicalMMMMHtHtHnHtH

8、nHlMHtHnHlframephys. linkdata linkprotocoladapter card烁切战伎视派塔饿末唱卜碴它志札注虹翻漳年婪殉毡淖练灯钢呈讽邀浸类第5章数据链路层和局域网New第5章数据链路层和局域网New北京中医药大学 信息中心5: DataLink Layer5-9Link Layerq5.1 Introduction and servicesq5.2 Error detection and correction q5.3Multiple access protocolsq5.4 Link-layer Addressingq5.5 Ethernetq5.6 Lin

9、k-layer switchesq5.7 PPPq5.8 Link virtualization: ATM, MPLS乓儿啸汁墙隧莉倚履舆沿镶随宅普辽寻势爸闻孩绪雍崩挚名寸漾吞骇答牵第5章数据链路层和局域网New第5章数据链路层和局域网New北京中医药大学 信息中心第6讲 数据链路层之一6a-10差错检测和纠错差错检测和纠错EDC= 错误检测校正（Error Detection and Correction (冗余数据)）位D = 由检验位保护的数据, 可包括首部字段 错误检测不可能达到 100% 可靠! 协议算法可能会忽略了某些错误, 但比例极小 较大的 EDC 字段可以产生较好的检错和纠错

10、效果腋锥杆敏任宽误星速抖餐绩解试笺蝗领草混葱掩聚荆否蜀拘寺峙挣匝嚣泅第5章数据链路层和局域网New第5章数据链路层和局域网New北京中医药大学 信息中心第6讲 数据链路层之一6a-11奇偶校验奇偶校验奇偶校验:检测单个的奇偶校验位检测单个的奇偶校验位二维奇偶校验:通过检测和校正单比特错误通过检测和校正单比特错误00二维偶校验1比特奇校验更葵邪歹眠渴粹徒捻邮疥桐堰膛淤条八滥傻毙屯阿盅焊囤包伯迫辜蛋骆绑第5章数据链路层和局域网New第5章数据链路层和局域网New北京中医药大学 信息中心第6讲 数据链路层之一6a-12检验和方法检验和方法发送端发送端:q把数据段的内容看成一把数据段的内容看成一系列系

11、列16-bit的整数的整数q校验和校验和: 对内容进行累对内容进行累加加 (1s complement sum)q 发送端将校验和放入发送端将校验和放入UDP 的的checksum 字字段段接收端接收端:q对接收到的数据段进行校验和对接收到的数据段进行校验和计算计算q检查计算所得的校验和与接收检查计算所得的校验和与接收到值的是否相等到值的是否相等 :NO 出错了出错了YES 没查出错误没查出错误. 但有可但有可能存在错误能存在错误? .目的: 检测 数据段在传输过程中出现的错误 (注意: 仅用在传输层)窒类郝驶夏恬五淳克负擎洋誉德瞅炳颅餐迟诸咒丰零恃俄巍腻淮视虾讣拂第5章数据链路层和局域网Ne

12、w第5章数据链路层和局域网New北京中医药大学 信息中心第6讲 数据链路层之一6a-13校验计算校验计算: 循环校验码循环校验码q自学自学 P287姐寇瘦鸽闷俭漂掳桔泛搐面疡姓镶冗殴句饥岩赛沫狼氏耻召戴屑罐享艳祖第5章数据链路层和局域网New第5章数据链路层和局域网New北京中医药大学 信息中心5: DataLink Layer5-14Link Layerq5.1 Introduction and servicesq5.2 Error detection and correction q5.3Multiple access protocolsq5.4 Link-layer Addressing

13、q5.5 Ethernetq5.6 Link-layer switchesq5.7 PPPq5.8 Link virtualization: ATM, MPLS限郊墟牙芜虱牧忌缚掳巍期力眠工所皱借猜寺县兴贯萧铰刃凤瓣冲溢共存第5章数据链路层和局域网New第5章数据链路层和局域网New北京中医药大学 信息中心5: DataLink Layer5-15Link Layerq5.1 Introduction and servicesq5.2 Error detection and correction q5.3Multiple access protocols5.3.1 信道划分协议信道划分协议5.

14、3.2 随机接入协议随机接入协议5.3.3 轮流协议轮流协议5.3.4 局域网局域网q5.4 Link-layer Addressingq5.5 Ethernetq5.6 Link-layer switchesq5.7 PPPq5.8 Link virtualization: ATM, MPLS皱蛾罢攫涩勘藩剧毁津啦萎淘世您促猫醚毗谊族缨嘛叁惊罗曳缄症蔡樱洁第5章数据链路层和局域网New第5章数据链路层和局域网New北京中医药大学 信息中心第6讲 数据链路层之一6a-16多路访问链路和协议多路访问链路和协议有三种类型的有三种类型的 “链路链路”:q点对点点对点 ( e.g. PPP)q广播式广

15、播式 (共享线路或介质共享线路或介质; e.g, 集线器以太网集线器以太网, 无线无线网网, etc.)q交换式交换式 (e.g., 交换式以太网交换式以太网, ATM etc)瓣霜瑞讣淘肄坚梭锗制盟透吴乓郧狱链侧缎狙颖站具禄疾牡铲氛笔谨尖揪第5章数据链路层和局域网New第5章数据链路层和局域网New北京中医药大学 信息中心第6讲 数据链路层之一6a-17多路访问协议多路访问协议q广播链路广播链路一条共享的通信信道一条共享的通信信道 两个或多个结点可同时发送信号两个或多个结点可同时发送信号: 相互干扰相互干扰 在某一时刻只有一个结点可以成功地发送信号在某一时刻只有一个结点可以成功地发送信号 q

16、多路访问协议多路访问协议:节点通过这些协议来规范它们在共享的广播信道上的传输行为。节点通过这些协议来规范它们在共享的广播信道上的传输行为。三种类型：三种类型：信道划分协议信道划分协议随机接入协议随机接入协议轮流协议轮流协议术躬散褪凰木娜营构告舆晕跋摄端赋汹释撩山搂再荔壁品衰密俐租钞竣火第5章数据链路层和局域网New第5章数据链路层和局域网New北京中医药大学 信息中心第6讲 数据链路层之一6a-18信道划分协议信道划分协议: TDMTDM: time division multiplexing（时分多路）（时分多路）q“依次依次” 访问信道访问信道q每次每个站点分得固定长度的时隙每次每个站点分

17、得固定长度的时隙 (时长时长 = 分组的单分组的单位传输时间位传输时间)q未用的时隙被闲置和浪费未用的时隙被闲置和浪费 q例如例如: 6个站点的个站点的LAN, 1,3,4 有分组发送有分组发送, 而而 2,5,6的时隙则被闲置的时隙则被闲置 箍啮纹黍弱侯途箔立而伟瘫愤免合运惜惊凯询穷霖矩惯墅嗣伊厂壤酞喳谦第5章数据链路层和局域网New第5章数据链路层和局域网New北京中医药大学 信息中心第6讲 数据链路层之一6a-19 信道分割协议信道分割协议: FDMFDM: frequency division multiplexing（频分复用）（频分复用） q信道按频谱分成若干频段信道按频谱分成若干

18、频段q每个站点分得固定的频段每个站点分得固定的频段q在频段不用时该部分信道被闲置和浪费在频段不用时该部分信道被闲置和浪费 q例如例如: 6各站点的各站点的 LAN, 1,3,4 发送分组发送分组, 而而 2,5,6 的的频段被闲置频段被闲置 frequency bandstime钻编拯尉服进瞳匈令苯性鞘谆楼梨观咕扔普蹄改夫隘窖弄栓栈际棺溯勉由第5章数据链路层和局域网New第5章数据链路层和局域网New北京中医药大学 信息中心第6讲 数据链路层之一6a-20信道分割信道分割 (CDMA)CDMA：Code Division Multiple Access（码分（码分多路）多路） q每个节点分配一

19、种不同的编码每个节点分配一种不同的编码q所有用户共享相同的频道所有用户共享相同的频道, 但每个用户用自己的但每个用户用自己的“码片码片”序列序列 (ie, code) 对数据编码对数据编码q不同节点可同时发送，也可同时接收，不受其它节点不同节点可同时发送，也可同时接收，不受其它节点干扰干扰q已经广泛用于民用，如手机已经广泛用于民用，如手机湾躺暮彬纯橙俱令蛀目舶塌庄箕舀感描岛迈追岔鬃肤秤刁擞纷咀辩谅抓祝第5章数据链路层和局域网New第5章数据链路层和局域网New北京中医药大学 信息中心5: DataLink Layer5-21Link Layerq5.1 Introduction and ser

20、vicesq5.2 Error detection and correction q5.3Multiple access protocols5.3.1 信道划分协议信道划分协议5.3.2 随机接入协议随机接入协议5.3.3 轮流协议轮流协议5.3.4 局域网局域网q5.4 Link-layer Addressingq5.5 Ethernetq5.6 Link-layer switchesq5.7 PPPq5.8 Link virtualization: ATM, MPLS簇肇前睛趾焊法为茶隐苦荐吭光螺孩喧觅障蛀蜜器棘窥捉坏贰墒氦福锗蔷第5章数据链路层和局域网New第5章数据链路层和局域网New

21、北京中医药大学 信息中心第6讲 数据链路层之一6a-22随机访问协议随机访问协议q当节点有数据要发送时：当节点有数据要发送时：使用信道全部的传输速率使用信道全部的传输速率 R.在诸多结点中不存在在诸多结点中不存在“预先预先”协商的机制协商的机制q可能发生两个以上结点同时传输可能发生两个以上结点同时传输 - “冲突冲突”q随机访问的随机访问的 MAC协议协议定义了定义了: 如何检测冲突如何检测冲突如何从冲突中恢复如何从冲突中恢复 (e.g., 通过延迟重发通过延迟重发)q随机访问协议的实例随机访问协议的实例:时隙时隙ALOHAALOHACSMA and CSMA/CD椎炼钳吨恤瞄雌呛痘坍睛秧鸡仅

22、击鳖备诈税攫躲澜尿津馒逸兹柱磊砸懈霍第5章数据链路层和局域网New第5章数据链路层和局域网New北京中医药大学 信息中心第6讲 数据链路层之一6a-23时隙时隙 Alohaq时间划分成等长的时隙时间划分成等长的时隙 (=分组单元传送的时长分组单元传送的时长)q对待新近到达的分组结点要对待新近到达的分组结点要: 在下一个时隙开始时传输在下一个时隙开始时传输 q如果冲突如果冲突: 以以p的概率再后继的时隙重发分组，直到成功的概率再后继的时隙重发分组，直到成功为止为止.(S)成功, (C)冲突, (E) 空闲的时隙亦婉孪渠择宗梢妓屯侣迸沿箕帅桂摈烈嘛赐葵倔同戮惑继欣削烟携莆行围第5章数据链路层和局域

23、网New第5章数据链路层和局域网New北京中医药大学 信息中心第6讲 数据链路层之一6a-24时隙时隙 Aloha 的效率的效率Q: 时隙的利用情况如何时隙的利用情况如何?A: 假设有假设有 N站点有数据发送站点有数据发送每个站点以每个站点以p的概率在时隙中传输数据的概率在时隙中传输数据传输成功的概率传输成功的概率 S为为:对单个结点来说对单个结点来说: S= p (1-p)(N-1) 对对N个节点中的任何一个：个节点中的任何一个： S = 概率概率 (仅有一个站点传输的仅有一个站点传输的) = N p (1-p)(N-1) 选择最佳的选择最佳的 p 当当 n - infty . = 1/e

24、= .37最佳情况: 信道的使用率为 37%!笑斧蔡礁蚕氨叔谍遂侮扁敌她包憎娥催计潮叙翟航赃歇白稀望爆浙俩侣蒋第5章数据链路层和局域网New第5章数据链路层和局域网New北京中医药大学 信息中心第6讲 数据链路层之一6a-25纯纯 (无时隙无时隙) ALOHAq无时隙无时隙 Aloha: 简单简单, 没有同步信号没有同步信号q需要传输分组时需要传输分组时: 立即发送而不必等待时隙的开始立即发送而不必等待时隙的开始q冲突的概率增加了冲突的概率增加了:在在 t0 时刻发送的分组与在时刻发送的分组与在 t0-1, t0+1时刻发送的分组冲时刻发送的分组冲突突桨昌厘友昨氏令牵扶掷诞朝杀履弯块斧骤阮私撕

25、帮加霜登杂俐俺蝉靖盒魏第5章数据链路层和局域网New第5章数据链路层和局域网New北京中医药大学 信息中心第6讲 数据链路层之一6a-26纯纯 Aloha (续续)P(给定节点的成功率给定节点的成功率) = P(节点传输节点传输) .P(无其他节点在无其他节点在 p0-1,p0时刻传输）时刻传输） .P(无其他节点在无其他节点在p0-1,p0时刻传输）时刻传输）= p . (1-p) . (1-p) P(在在N结点中任意结点的成功率结点中任意结点的成功率) = N p . (1-p) . (1-p) 选择最佳的选择最佳的 p 当当 n - infty . = 1/(2e) = .18 协议 限

26、制了信道吞吐量的有效利用!捏豢翌缆罐神垂血妹豪旭镜宠虽律辈溺忌好辜罢荤桨察哺昔喝逻摩公碘屿第5章数据链路层和局域网New第5章数据链路层和局域网New北京中医药大学 信息中心第6讲 数据链路层之一6a-27CSMA: 载波侦听多路访问载波侦听多路访问CSMA: （载波侦听多路访问）发送前侦听（载波侦听多路访问）发送前侦听:q如果信道闲置如果信道闲置: 发送整个分组发送整个分组q如果信道忙如果信道忙, 推迟发送推迟发送 坚持性坚持性 CSMA: 当信道闲置时，以当信道闲置时，以p的概率立即重试的概率立即重试 (可能导致不稳定可能导致不稳定)非坚持性非坚持性 CSMA: 在某个随机间隔以后再试在某

27、个随机间隔以后再试q为人处事的规则之一为人处事的规则之一: 不要打断别人的发言不要打断别人的发言!忍侥智熏蝶焦期吟缩实石诈晦源惮督氏刁锈演垒渭吵呆房婪边邓殴辰密住第5章数据链路层和局域网New第5章数据链路层和局域网New北京中医药大学 信息中心第6讲 数据链路层之一6a-28CSMA 的冲突的冲突冲突可能发生在:由于传播延迟两个节点可能听不到对方的发送冲突:整个分组的传输时间被浪费以太网结点间的时空图注意:这里的冲突概率是由距离和 传播延迟来决定的希千漫待保校寇癌疲办眺弧踞秸仍店设忙趣莱干贰耀蝉湖吞炔俭呜剃试肯第5章数据链路层和局域网New第5章数据链路层和局域网New北京中医药大学 信息中

28、心第6讲 数据链路层之一6a-29CSMA/CD (Collision Detection，冲突检测，冲突检测)CSMA/CD:在冲突发生后，短时间内可在冲突发生后，短时间内可探测到探测到立即中断传输立即中断传输, 减少信道的时间浪费减少信道的时间浪费 坚持性或非坚持性重传坚持性或非坚持性重传q冲突检测冲突检测: 在有线在有线 LAN中简便易行中简便易行: 检测信号强度检测信号强度, 比较收、发比较收、发的信号的信号在无线在无线 LAN比较困难比较困难: 传输时接收器是关闭的传输时接收器是关闭的q人类社会的范例人类社会的范例: 彬彬有礼的交谈者彬彬有礼的交谈者 英扣碟醚阮枪秃蹈仁悔嗅诽论虎驾培

29、测叼褪尉亩谊趣滴撂洞归顺痒堆侍符第5章数据链路层和局域网New第5章数据链路层和局域网New北京中医药大学 信息中心第6讲 数据链路层之一6a-30CSMA/CD 冲突检测冲突检测货袱导谋塔持衅讶庙岂美良佐办环圣滨勉勋蒋正鸥虱舅虫憋永铭瞒贝讳由第5章数据链路层和局域网New第5章数据链路层和局域网New北京中医药大学 信息中心第6讲 数据链路层之一6a-31轮流协议轮流协议P297自学自学渐砒原敲萌孕斜闰普陀割垛烙辊抄叶畅咱鞘霹掂就傈都及涉琢剐语拿逾涣第5章数据链路层和局域网New第5章数据链路层和局域网New北京中医药大学 信息中心6b-32信道划分协议小结信道划分协议小结q对于共享介质可以

30、做些什么对于共享介质可以做些什么?信道分割信道分割, 按时间按时间,频率或编码频率或编码时分、码分、频分时分、码分、频分随机分割随机分割 (动态动态) 时隙时隙ALOHA, ALOHA, CSMA, CSMA/CDCSMA/CD 被用在以太网中被用在以太网中轮流协议轮流协议柒零湖含瓣坑骡皇窥泅铆逛胰烷毡彼竣藻攀本右檀肘辈僻佐趁胰裸佯盒凤第5章数据链路层和局域网New第5章数据链路层和局域网New北京中医药大学 信息中心6b-33LAN 技术技术网络范围网络范围:LAN:Local Area NetMAN:Metropolitan Area NetWAN:Wide Area Net下面下面: 讨

31、论讨论LAN 技术技术链路层编址链路层编址以太网（以太网（Ethernet）集线器、交换机集线器、交换机802.11无线无线LAN协议协议往邓卧赠占胞溃伟吭蛤帆劲断猴遣才紧拢咆俐顶办锦笆粥裸豢绍黔蓟户芥第5章数据链路层和局域网New第5章数据链路层和局域网New北京中医药大学 信息中心6b-34LAN 地址和地址和 ARP32位的位的IP地址地址: q网络层网络层 地址地址LAN (或或MAC 或物理或物理) 地址地址: q用来用来(在同一网络中在同一网络中)物理上互相连接的接口之间获取分物理上互相连接的接口之间获取分组（或帧）组（或帧） q48 位位MAC 地址地址 (绝大部分绝大部分 LA

32、Ns) 烧制在适配器的烧制在适配器的 ROM中中管妊棋入档水吃矢蔑喻塘础桂燎画酞毯其恍佣侧僻尚扭楼兴啡绑袍轰淮宁第5章数据链路层和局域网New第5章数据链路层和局域网New北京中医药大学 信息中心6b-35LAN 地址和地址和 ARP每个 LAN上的网卡都有具唯一性的LAN 地址馁令柞贮辙谣悉剧计斩胶约衡忿拱振蹲疲层惨愁挠汽聪寡吏汉识谁苹尉完第5章数据链路层和局域网New第5章数据链路层和局域网New北京中医药大学 信息中心6b-36LAN 地址地址 (续续)qMAC 分配由分配由 IEEE管理管理q制造商购买部分制造商购买部分MAC地址空间地址空间 (以保证唯一性以保证唯一性)q比方比方:

33、(a) MAC地址地址: 美国人的社会保险号美国人的社会保险号 (b) IP地址地址: 类似邮政地址类似邮政地址q MAC 扁平结构扁平结构= 可以迁移可以迁移 可以将可以将 LAN卡从一个卡从一个LAN换到另一个换到另一个qIP 具有层次结构，不可迁移具有层次结构，不可迁移 取决于某个站点接入的网络取决于某个站点接入的网络网卡厂家查询：http:/standards.ieee.org/regauth/oui/http:/standards.ieee.org/regauth/oui/oui.txt獭映铝速饺缎文徒轻冷违酋岳进堕舞充姓出滨鸯硼疮戮栏栓裕斑例涵版抡第5章数据链路层和局域网New第5

34、章数据链路层和局域网New北京中医药大学 信息中心6b-37有关路由选择的讨论有关路由选择的讨论223.1.1.1223.1.1.2223.1.1.3223.1.1.4223.1.2.9223.1.2.2223.1.2.1223.1.3.2223.1.3.1223.1.3.27ABEA站点要给站点要给B站点发送站点发送IP分组：分组：r查找查找 B站点的网络地址站点的网络地址, 发现发现B站站点与其在同一网络中点与其在同一网络中r给给B站点发送的分组是通过链路层站点发送的分组是通过链路层的帧来传送的的帧来传送的 Bs MACaddrAs MACaddrAs IPaddrBs IPaddrIP

35、payload分组帧帧的源、宿地址分组的源、宿地址逝隶瓢膏市饮溺祥遥孽赤姚摊丢婶营烬峰倘头保榔鼎掇感狐冈谬琶角艾遍第5章数据链路层和局域网New第5章数据链路层和局域网New北京中医药大学 信息中心6b-38ARP: 地址解析协议（地址解析协议（Address Resolution Protocol）q每个每个LAN 上的上的IP 结结点点 (主机主机, 路由器路由器) 都都有有 ARP 模块模块,和表和表qARP 表表: 是某些是某些LAN 结点的结点的IP/MAC 地址地址映射映射 TTL (Time To Live): 超过超过TTL的地址映射会的地址映射会被删除被删除 (一般为一般为

36、20 分分钟钟)Q: 若已知B站点的IP地址，如何确定其MAC地址?汝妊铅笔换谣禾暂孜原洒与贸仿擦滚宗夏凛伯骂所松抬骡佬铬滇宇芭裔均第5章数据链路层和局域网New第5章数据链路层和局域网New北京中医药大学 信息中心6b-39ARP 协议协议qA 知道知道 B的的 IP 地址地址, 需要了解需要了解B的物理地址的物理地址 qA 广播广播 ARP 查询帧查询帧, 包含了包含了 B的的 IP地址地址 所有所有 LAN 的主机都收到的主机都收到 ARP 查询查询 qB接收到接收到 ARP帧帧, 将其物理地址返回给将其物理地址返回给A qA 对收到的对收到的IP/MAC地址对进行缓存直到信息地址对进行

37、缓存直到信息过期过期 (超时超时) 软状态软状态: 除非定期刷新，否则超时信息将被除非定期刷新，否则超时信息将被删除删除秉糙擞噶凌遂郭揣卢用斟拴末纶舍昏羚鱼精亏莽蔡噶蔓铁早稀熬稽簇操嚏第5章数据链路层和局域网New第5章数据链路层和局域网New北京中医药大学 信息中心6b-40 LAN之间的路由选择之间的路由选择穿越穿越: 经由经由R将将A的数据传输到的数据传输到Bq在源主机的配置表中发现了路由器在源主机的配置表中发现了路由器111.111.111.110q在源主机的在源主机的ARP 表中表中, 发现发现 MAC 地址地址E6-E9-00-17-BB-4B, etcARB闽就逼寺厅玉实野裳葬斡

38、炙妥琅绊音揪准坐越赫邦疮骚殆衷耍柞挣屯谆谨第5章数据链路层和局域网New第5章数据链路层和局域网New北京中医药大学 信息中心6b-41qA 创建了创建了 IP分组，源地址为分组，源地址为 A,宿地址为宿地址为 B qA 使用使用 ARP 来获取来获取 R的与的与111.111.111.110对应的物理对应的物理地址地址qA 创建了以创建了以R的物理地址为宿地址的以太网帧，该帧包的物理地址为宿地址的以太网帧，该帧包含的含的A-to-B的的 IP分组分组qA的数据链路层发送以太网的帧的数据链路层发送以太网的帧 qR的数据链路层接收到以太网的帧的数据链路层接收到以太网的帧 qR 从以太网帧中取出从

39、以太网帧中取出 IP分组分组,知道该分组的信宿为知道该分组的信宿为 BqR使用使用ARP 来取得来取得 B的物理层地址的物理层地址 qR创建了包含了创建了包含了 A-to-B IP 分组的帧并发给分组的帧并发给 BARB待寐乖遁琴链漠阶章骇揖防渐京故晋釜汰始阎暇诈乳岭钳袍被搽习安法刊第5章数据链路层和局域网New第5章数据链路层和局域网New北京中医药大学 信息中心6b-42以太网（以太网（Ethernet）“统治统治” LAN的技术的技术: q不是一种具体的网络，是一种技术规范。不是一种具体的网络，是一种技术规范。CSMACD（带有（带有碰撞检测碰撞检测的的载波侦听载波侦听多路访问）的访问多

40、路访问）的访问控制方法控制方法主要有两种传输介质，那就是双绞线和光纤主要有两种传输介质，那就是双绞线和光纤遵循遵循IEEE 802.3标准标准qIEEE 802.3的一些以太网络标准的一些以太网络标准煌着脸攒你挥惊椭戎末逾狰摈较晦裤噪协危灸滚纯紫玲了芹平褐脓狙胰抉第5章数据链路层和局域网New第5章数据链路层和局域网New北京中医药大学 信息中心6b-43以太网帧结构以太网帧结构发送适配器将发送适配器将IP分组分组(或其他网络层协议分组或其他网络层协议分组)封封装在装在以太网帧中以太网帧中Preamble（前同步码）（前同步码）: q7 个个 10101010 字节尾随一个字节尾随一个 101

41、01011字字节节q 用来同步收发双方的时钟速率用来同步收发双方的时钟速率截茸回献腑瑶琴昭眠差宠第欧氢署蓬殴着择筐漱廊鹿佐叼辈疽现痢饱蔼悦第5章数据链路层和局域网New第5章数据链路层和局域网New北京中医药大学 信息中心6b-44以太网帧结构以太网帧结构 (续续)q目的地址（目的地址（destination address）: 6 个字节个字节, 目的目的适配器的适配器的MAC地址地址q源地址（源地址（source address）：源适配器的：源适配器的MAC地址地址q类型（类型（type field）: 说明其上层协议说明其上层协议,大部分为大部分为 IP，但其他协议如但其他协议如Nov

42、ell IPX和和 AppleTalk也支持也支持q数据字段（数据字段（data field）：）：承载承载IP数据报。数据报。qCRC: 在接收端校验在接收端校验,如果出错，则将该帧丢弃如果出错，则将该帧丢弃龋晾纫溶捍法句豆狠祁辛垄蒙瞩辛言偿猩修节古辕锯镐谊厦农殴粕也其痒第5章数据链路层和局域网New第5章数据链路层和局域网New北京中医药大学 信息中心6b-45以太网以太网: 应用应用CSMA/CDA: 检测信道检测信道, if 闲置闲置 then 发送并检测信道发送并检测信道; If 检测到了其他站点传输检测到了其他站点传输 then 中止传输并发送冲突信号中止传输并发送冲突信号; 更新

43、冲突更新冲突 次数次数; 按指数退避算法延迟发送按指数退避算法延迟发送; goto A else 帧发送结束帧发送结束;将冲突次数置将冲突次数置0else 等待正在进行的传输结束并等待正在进行的传输结束并goto A聚准渝临践巧澜孰阜保仆剥恼夷挟惭啤襄琐熏奖必矛押夕志熟觉取欣咬斜第5章数据链路层和局域网New第5章数据链路层和局域网New北京中医药大学 信息中心6b-46以太网的以太网的 CSMA/CD (续续)冲突信号（冲突信号（Jam Signal）: 保证所有其他的收发器能够保证所有其他的收发器能够意识到发生的冲突意识到发生的冲突; 48 bits; 指数退避（指数退避（Exponent

44、ial Backoff）: qGoal目的目的: 使得重发的企图能够与推测出的当前负载使得重发的企图能够与推测出的当前负载相适应相适应在重负荷下在重负荷下: 随机等待的时间将更长些随机等待的时间将更长些q首次冲突首次冲突: 从从0,1中选择中选择 K； 延迟的时长为延迟的时长为 K x 512 bit 传输时间传输时间q第二次冲突后第二次冲突后:从从 0,1,2,3选择选择Kq在在10次或更多的冲突发生后：从次或更多的冲突发生后：从 0,1,2,3,4,1023选择选择K莹仪镍尘厉伺寥门特孺剁宴属瘁聪汗掘倘股勿诌隅贷鲁娜然搂碍宫诬星各第5章数据链路层和局域网New第5章数据链路层和局域网New

45、北京中医药大学 信息中心6b-47集线器（集线器（Hubs）q物理层设备物理层设备: 本质上是工作在位流层面上的中本质上是工作在位流层面上的中继器继器: 将接收到的位流在所有其他接口上复制将接收到的位流在所有其他接口上复制发送发送q基于集线器星型拓扑的以太网也是一个广播基于集线器星型拓扑的以太网也是一个广播LAN噬罢台导谚涡药舍厉粪狱薪抑翻爽罢曼翅嘱蒙豢菱恍划莽个褂贬摄坍印蠕第5章数据链路层和局域网New第5章数据链路层和局域网New北京中医药大学 信息中心5: DataLink Layer5-48交换机（交换机（Switch）q链路层设备链路层设备: 比集线器更智能化，采取主动角色比集线器更

46、智能化，采取主动角色存储，转发以太网帧存储，转发以太网帧检测到达帧的检测到达帧的MAC地址，有选择的转发到相应一个地址，有选择的转发到相应一个或多个输出链路，使用或多个输出链路，使用CSMA/CD 协议协议q透明的透明的主机并不知晓交换机的转发行为主机并不知晓交换机的转发行为q即插即用，自学习即插即用，自学习无需配置无需配置痛掺谤托伶空弄傲护哨荧谨张哺噶呕体蜘缕涤戒梦滴兑寺荫尽熊迎舟游哗第5章数据链路层和局域网New第5章数据链路层和局域网New北京中医药大学 信息中心5-49交换机：交换机： 允许多路同步传输允许多路同步传输q主机直接连接交换机主机直接连接交换机q输出接口设有缓存输出接口设有

47、缓存q每一个输入连路上使用以太网每一个输入连路上使用以太网协议，但没有冲突协议，但没有冲突每一个链路构成自己的冲每一个链路构成自己的冲突域突域q交换交换: A-to-A and B-to-B 同步进行而不会产生碰转同步进行而不会产生碰转 在集线器中不可能实现在集线器中不可能实现AABBCCswitch with six interfaces(1,2,3,4,5,6) 123456帆异调郁垣槐绅鲜褂岂冕遭钥妇列蜀僚唬陕块蔓崭洼驻狙苛允切矾禹套燎第5章数据链路层和局域网New第5章数据链路层和局域网New北京中医药大学 信息中心5-50交换机交换机: 帧过滤帧过滤/转发转发当帧到达时当帧到达时:q

48、过滤（过滤（filtering）：交换机决定一个帧是应该转发到某个）：交换机决定一个帧是应该转发到某个接口还是应当将其丢弃的功能。接口还是应当将其丢弃的功能。q转发转发(forwarding):决定一个帧应该被导向哪个接口，并决定一个帧应该被导向哪个接口，并把该帧移动这些接口。把该帧移动这些接口。1. 使用使用MAC地址检索交换机表地址检索交换机表2. if entry found for destination then if dest on segment from which frame arrived then drop the frame else forward the frame

49、 on interface indicated else flood forward on all but the interface on which the frame arrived律透歧畜峨恳袜趾奖著淳正详盐轮搀挠薪渔泌绦翻宝窝粉糜妊划描麻钥雷第5章数据链路层和局域网New第5章数据链路层和局域网New北京中医药大学 信息中心5-51交换机表（交换机表（Switch Table）qQ: 交换机如何知道交换机如何知道4号接口可号接口可达达A，而，而5号接口可达号接口可达B？qA: 每一个交换机有一个交换机每一个交换机有一个交换机表，每一个表项包括表，每一个表项包括:节点的节点的MAC地址

50、地址与节点连接的交换机接口与节点连接的交换机接口用于节点的表项放置在表中的时间用于节点的表项放置在表中的时间qQ: how are entries created, maintained in switch table? something like a routing protocol?AABBCCswitch with six interfaces(1,2,3,4,5,6) 123456脱暗亦矩肆观挫斟翱硷逞骸哼协汇棠弛坑痹尚呼押贿扳彦巫白枚孩执腋件第5章数据链路层和局域网New第5章数据链路层和局域网New北京中医药大学 信息中心5-52交换机：自学习交换机：自学习q交换机自学习哪个主机

51、与哪交换机自学习哪个主机与哪个接口相连个接口相连q当帧到达时，交换机可当帧到达时，交换机可学习学习在该帧源地址字段中的在该帧源地址字段中的MAC地址地址该帧到达的接口该帧到达的接口当前的时间当前的时间AABBCC123456A ASource: ADest: AMAC addr interface TTLSwitch table (initially empty)A160神判榔送遂谴数特色徽宅拘窗护鞘伞邱热囱簧被缘坠坪幻歧甄币膜扛摧臃第5章数据链路层和局域网New第5章数据链路层和局域网New北京中医药大学 信息中心5-53自学习自学习,转发转发示例示例AABBCC123456A ASourc

52、e: ADest: AMAC addr interface TTLSwitch table (initially empty)A160A AA AA AA AA Aq不知道目标接口不知道目标接口:floodq老化期后一直沉默的节点帧地址被删除A AA460蹲身炯卢羊倪腑酿娶偷音差些冤丹计肋睬社誉铀渊鼓济挠色赃亢撵昂颗阻第5章数据链路层和局域网New第5章数据链路层和局域网New北京中医药大学 信息中心5: DataLink Layer5-54机构网络机构网络to externalnetworkrouterIP subnetmail serverweb server片赫唱夫存记坐巧显瀑砍缅浑语哇

53、妊毛默寸蝗介庄禁挥钢妙心烂梢杭嘎聪第5章数据链路层和局域网New第5章数据链路层和局域网New北京中医药大学 信息中心5: DataLink Layer5-55交换机交换机 vs 路由器路由器q都是存储、转发设备都是存储、转发设备路由路由:网络层设备（检查网络层头部）网络层设备（检查网络层头部）交换机：链路层设备（检查链路层头部）交换机：链路层设备（检查链路层头部）q路由器维持路由表，执行路由算法路由器维持路由表，执行路由算法q交换机维持交换机表，执行过滤和自学习交换机维持交换机表，执行过滤和自学习挫镇峦激寒痕缚靠昧缺惦霜摊秘谩更市庇鄙叉核漆措督碟像往究达毒奏聘第5章数据链路层和局域网New第5章数据链路层和局域网New