第三章数据链路层-下.ppt

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1、1,教学内容： 3.5 PPP协议 3.6 以太网,第3章 数据链路层,2,广域网概述,广域网简称WAN，是在一个广泛范围内建立的计算机通信网 广域网是一种跨地区的数据通讯网络，使用电信运营商提供的设备作为信息传输平台 广域网主要用来将距离较远的局域网彼此连接起来,局域网,局域网,局域网,3,广域网连接主要技术,点到点连接,通过分组交换方式的连接,Packet Switching,4,典型的WLAN封装协议,5,Page5,PPP在TCP/IP协议栈中的位置,IP,TCP,UDP,HTTP,FTP,TFTP,SNMP,Ethernet,PPP,FR,BIT,6,PPP协议简介,PPP协议是在S

2、LIP的基础上发展起来的 PPP协议是数据链路层协议，位于第二层 物理层可以是同步电路或异步电路,接入服务器,PPP 封装,PSTN网,7,PPP的组成,PPP协议主要由链路控制协议（LCP）、网络控制协议族（NCPs）和用于网络安全方面的验证协议族（PAP和CHAP）组成。,PPP,TCP/IP NOVELL IPX,PPP 用NCP 提供对多种网络协议的支持,LCP用于创建和维护链路,8,PPP协议栈,物理层,链路层,网络层,物理介质（同步 / 异步）,验证；其他选项 LCP,IPCP IPXCP 其他 NCP 网络控制协议,IP IPX 其他网络协议,9,Page9,协议概述与数据封装

3、链路控制协议（LCP） PPP的认证协议 网络层控制协议（NCP）,10,Page10,PPP数据帧,11,高级数据链路控制HDLC,面向比特 透明传输零比特填充法 运行于同步串行线路,地址,标志,信息,帧校验,标志,12,Page12,串行链路上发送PPP数据帧,13,透明传输问题,当 PPP 用在异步传输时，就使用一种特殊字符填充法。 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零比特填充。,14,差错检测,PPP不提供使用序号和确认的可靠传输。 使用帧检验序列 FCS 来保证无差错接受。,15,Page15,协议概述与数据封装 链路控制协议（LCP） PPP的认证协议

4、网络层控制协议（NCP）,16,Page16,LCP协商的常用链路参数,17,Page17,LCP链路层协商使用的报文总结,18,Page18,LCP链路参数协商过程协商成功,S1/0,S1/0,10.1.1.1/30,10.1.1.2/30,RTB,RTA,PPP,Configure-Request,Configure-Ack,19,PPP协商过程,20,Page20,LCP链路参数协商过程参数协商不成功,S1/0,S1/0,10.1.1.1/30,10.1.1.2/30,RTB,RTA,PPP,Configure-Request,Configure-Nak,Configure-Reques

5、t（修改参数取值）,21,PPP协商过程,22,Page22,LCP链路参数协商过程参数不能识别,S1/0,S1/0,10.1.1.1/30,10.1.1.2/30,RTB,RTA,PPP,Configure-Request,Configure-Reject,Configure-Request（删除某些参数）,23,Page23,LCP关闭连接,S1/0,S1/0,10.1.1.1/30,10.1.1.2/30,RTB,RTA,PPP,Terminate-Request,Terminate-Ack,24,Page24,LCP检测链路状态,S1/0,S1/0,10.1.1.1/30,10.1.1

6、.2/30,RTB,RTA,PPP,Echo-Request,Echo-Reply,25,Page25,目 录,协议概述与数据封装 链路控制协议（LCP） PPP的认证协议 网络层控制协议（NCP）,26,PAP 验证,PAP是两次握手验证协议，口令以明文传送，被验证方首先发起验证请求。,被验证方,主验证方,用户名密码,通过/拒绝,27,CHAP 验证,CHAP是三次握手验证协议，不发送口令，主验证方首先发起验证请求，安全性比PAP高。,被验证方,主验证方,主机名加密后报文,通过/拒绝,主机名随机报文,28,Page28,目 录,协议概述与数据封装 链路控制协议（LCP） PPP的认证协议 网

7、络层控制协议（NCP）,29,Page29,常用NCP概述,30,Page30,使用IPCP协商IP地址静态配置,S0,S0,10.1.1.1/30,10.1.1.2/30,RTB,RTA,PPP,Configure-Request（10.1.1.1）,Configure-Ack,Configure-Request（10.1.1.2）,Configure-Ack,31,Page31,使用IPCP协商IP地址动态协商,S0,S0,请求分配,10.1.1.2/30,RTB,RTA,PPP,Configure-Request（0.0.0.0）,Configure-Nak（10.1.1.1）,Conf

8、igure-Request（10.1.1.2）,Configure-Ack,Configure-Request（10.1.1.1）,Configure-Ack,32,PPP 协议的工作过程,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。 PC 机向路由器发送一系列的 LCP 分组如验证信息。 这些分组及其响应选择一些 PPP 参数，和进行网络层配置，NCP 给新接入的 PC机分配一个临时的 IP 地址，使 PC 机成为因特网上的一个主机。 通信完毕时，NCP 释放网络层连接，收回原来分配出去的 IP 地址。 接着，LCP 释放数据链路层连接。最后释放的是物理

9、层的连接。,33,PPPoE(以太网上的PPP),DSL中常用的协议 以太网与拨号网络之间的中继协议,34,Page34,总 结,PPP有几个协议组件？ LCP链路层参数协商所使用的报文有几种？ CHAP认证方式需要交互几次报文？ IPCP协商的参数主要是什么？,35,教学内容： 3.5 PPP协议 3.6 以太网,第3章 数据链路层,36,使用广播信道的数据链路层,1、广播信道的特点？ 2、在局域网(以太网)的链路层中三个基本问题是如何解决的？ （封装、透明传输、差错检测）MAC帧、同步定界符、CRC,问题1：,37,3.3.1 局域网的数据链路层,局域网最主要的特点是：网络为一个单位所拥有

10、，且地理范围和站点数目均有限。 目前最常用的局域网络以太网(Ethernet),38,（1）局域网的拓扑 广播信道,匹配电阻,集线器,干线耦合器,总线网,星形网,树形网,环形网,39,局域网使用的传输媒体,双绞线 局域网的主流媒体 光纤 数据率很高时,40,（2）媒体共享技术广播信道,静态划分信道 频分复用 时分复用 波分复用 码分复用 动态媒体接入控制（多点接入） 随机接入碰撞检测 受控接入 如令牌或轮询,41,（3）以太网两个标准,DIX Ethernet V2 是世界上第一个以太网的规约1982。（梅特卡夫、包交换网络形式、CSMA/CD） IEEE 的 802.3 标准1983。 严格

11、说来，“以太网”应当是指符合 DIX Ethernet V2 标准的局域网。 二者只有很小的差别，因此可以将 802.3 局域网简称为“以太网”。,42,IEEE802系列标准,43,（4）两个子层,为了适应多种局域网标准，802 委员会将局域网的数据链路层拆成两个子层： 逻辑链路控制 LLC (Logical Link Control)子层 媒体接入控制 MAC (Medium Access Control)子层。,实际上，一般不考虑 LLC 子层,44,3.4.1以太网概述,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

12、 子层看不见 下面的局域网,45,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装有 MAC 协议而没有 LLC 协议。,46,（5）适配器的作用,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”。,47,适配器的重要功能： 进行串行/并行转换。 对数据进行缓存，速率匹配。 安装设备驱动程序，通过

13、操作系统与存储器等设备协调工作。 实现以太网协议。,48,RJ-45接口 Transformer（隔离变压器） PHY芯片 MAC芯片 EEPROM BOOTROM插槽 WOL接头 晶振 电压转换芯片 LED指示灯,49,MAC 地址48 位 前三个字节IEEE 的注册管理机构 RA 分配给厂家。 如：00-00-0C (hex) CISCO SYSTEMS, INC. ； 00-01-02 (hex) 3COM CORPORATION； 00-18-82 (hex) Huawei Technologies Co. 后三个字节由厂家自行指派，称为扩展标识符，必须保证生产出的适配器没有重复地址。

14、,（6）MAC 层的硬件地址,“MAC地址”=适配器地址=硬件地址=物理地址,50,（6） MAC 层的硬件地址,在局域网中，硬件地址又称为物理地址，或 MAC 地址。,51,3.4.2 CSMA/CD协议,最早的以太网是将许多计算机都连接到一根总线上。 总线的特点：当一台计算机发送数据时，总线上的所有计算机都能检测到这个数据。这是广播通信方式。 如何实现一对一通信： 每一台计算机拥有一个与其他计算机都不同的地址。在发送数据帧时，在帧的首部写明接收站的地址。 当数据帧中的目的地址与收到数据帧的计算机的地址一致时，该计算机才能接收这个数据帧，适配器对不是发给自己的数据帧就丢弃。,52,一对一通信

15、,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,主机B要和主机D通信,53,3.4.2 CSMA/CD协议,为了通信的简便以太网采取了两种重要的措施 : 1.采用较为灵活的无连接的工作方式，即不必先建立连接就可以直接发送数据。 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。,54,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。 有检错的功能，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

16、高层来决定。 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。,55,3.4.2 CSMA/CD协议,2.以太网发送的数据都使用曼彻斯特(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,缺点：所占用的带宽比原始的基带信号增加了一倍，因为每秒传送的码元数加倍了。,56,3.4.2 CSMA/CD协议,如何协调总线上各计算机的工作？ 总线上只要有一台计算机在发送数据，总线上的传输资源就被占用。 在同一时间只能允许一台计算机发送信息，否则各计算机之间就会互相干扰，结果大家的数据都

17、无法正常发送数据。 以太网的协调方法是使用一种特殊的协议CSMA/CD，它是载波监听多点接入/碰撞检测。,57,3.4.2 CSMA/CD协议,CSMA/CD 表示 Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection，载波监听多点接入/碰撞检测。 “多点接入”：说明这是总线型网络，许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。 “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“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

18、发送的数据信号。,58,3.4.2 CSMA/CD协议,“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的变化情况，以判断自己在发送数据时其他站是否也在发送数据。 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”。,59,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，就要立即停止发送，免得继续浪费

19、网络资源，然后等待一段随机时间后再次发送。,60,3.4.2 CSMA/CD协议,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。 因为电磁波在总线上的有限传播速率的影响。 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。 碰撞的结果是两个帧都变得无用。,61,传播时延对载波监听的影响,1 km,A,B,t,t = 0,单程端到端 传播时延记为,62,1 km,A,B,t,t = B 检测到信道空闲 发送数据,t = / 2

20、发生碰撞,A,B,A,B,t = 0 A 检测到 信道空闲 发送数据,A,B,t = 0,A,B,单程端到端 传播时延记为,63,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。,64,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 （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

21、会发生碰撞。,65,争用期的长度,以太网取 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。,66,最短有效帧长,如果发生冲突，就一定是在发送的前 64 字节之内。 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。,67,截断二进制指数退避算法 (truncated binary exponential type),发生碰撞的站

22、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。 重传应退后的时间就是 r 倍的争用期， r是从整数集合0,1, (2k 1)中随机取出的一个数。 定义参数k ，k 10，即 k = Min重传次数, 10 (3-2) 当重传达 16 次仍不能成功时即丢弃该帧，并向高层报告。,68,截断二进制指数退避算法 举例,如果第一次发生碰撞： n = 1 k = MIN1,10 = 1 r = 0, 1 延迟时间 = 0, 51.2 us 其中任取一值,69,截断二进制指数退避算法 举例,如果第二次发生碰撞： n = 2 k = MIN2,10 =

23、2 R = 0, 1, 2, 3 延迟时间 = 0, 51.2 us, 102.4 us, 153.6 us 其中任取一值,70,截断二进制指数退避算法 举例,如果第三次发生碰撞： n = 3 k = MIN3,10 = 3 R = 0, 1, 2, 3,4,5,6,7 延迟时间 = 0, 51.2 us, 102.4 us,153.6 us,204.8us,256us,307.2us,358.4us 其中任取一值,71,强化碰撞,当发送数据的站一旦发现发生了碰撞时： 立即停止发送数据； 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。

24、,72,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。,人为干扰信号,73,帧间最小间隔,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。,74,站点装配帧并准备发送,侦听信道忙否？,启动发送并检测冲突,冲突否？,发送完成？,发送冲突加强信号,冲突次数增1,冲突次数16？,计算随机延迟时间,等待 回退时间后再次启

25、动发送,发送成功,发送失败,工作原理归结： 先听后发、边听边发、冲突停止、随机延迟后重发,75,使用集线器的星形拓扑,传统以太网最初是使用粗同轴电缆，后来演进到使用比较便宜的细同轴电缆，最后发展为使用更便宜和更灵活的双绞线。 这种以太网采用星形拓扑，在星形的中心则增加了一种可靠性非常高的设备，叫做集线器(hub),76,使用集线器的双绞线以太网,集线器,两对双绞线,站点,RJ-45 插头,77,使用集线器的星型拓扑,1990年IEEE制定出星型以太网10BASE-T的标准802.3i。 “10”代表10 Mbit/s的数据传输速率。 BASE表示连接线上的信号是基带信号。 T代表双绞线。 IE

26、EE802.3制定的标准10BASE-F系列，F代表光纤，它主要用作集线器之间的远程连接。,78,以太网在局域网中的统治地位,10BASE-T 的通信距离稍短，每个站到集线器的距离不超过 100 m。 这种 10 Mb/s 速率的无屏蔽双绞线星形网的出现，既降低了成本，又提高了可靠性。 10BASE-T 双绞线以太网的出现，是局域网发展史上的一个非常重要的里程碑，它为以太网在局域网中的统治地位奠定了牢固的基础。,79,集线器的一些特点,集线器是使用电子器件来模拟实际电缆线的工作，因此整个系统仍然像一个传统的以太网那样运行。 使用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网，各站共享逻辑上的总线，使用的

27、还是CSMA/CD协议。 10BASE-T以太网又称为星形总线或盒中总线。 集线器很像一个多接口的转发器，工作在物理层，某个端口收到工作站发来的比特时，不进行碰撞检测，只把该比特向所有其他端口转发。 集线器采用专门的芯片，进行自适应串音回波抵消。可使接口转发出去的较强信号不致对该接口收到的较弱信号产生干扰。每个比特在转发之前还要进行整形并重新定时。,80,具有三个接口的集线器,集 线 器,网卡,工作站,网卡,工作站,网卡,工作站,双绞线,A,B,C,冲突,81,以太网的信道利用率,以太网是总线型的网络，通信方式是广播通信。 假定一个10Mbit/S以太网同时有10个站在工作，那么每个站所能发送

28、数据的平均速率似乎应当是总数据率的1/10。其实不然，因为多个站在以太网上同时工作就可能会发生碰撞。当发生碰撞时，信道资源实际上是被浪费了。,82,3.4.4 以太网的信道利用率,以太网的信道被占用的情况： 争用期长度为 2，即端到端传播时延的两倍。检测到碰撞后不发送干扰信号。 帧长为 L (bit)，数据发送速率为 C (b/s)，因而帧的发送时间为 L/C = T0 (s)。,83,3.4.4 以太网的信道利用率,一个帧从开始发送，经可能发生的碰撞后，将再重传数次，到发送成功且信道转为空闲(即再经过时间 使得信道上无信号在传播)时为止，是发送一帧所需的平均时间。,发 送 成 功,争用期,争

29、用期,争用期,2,2,2,T0,t,占用期,发生碰撞,发送一帧所需的平均时间,84,要提高以太网的信道利用率，就必须减小 与 T0 之比。 在以太网中定义了参数 a，它是以太网单程端到端时延 与帧的发送时间 T0 之比： (3-3) a0 表示一发生碰撞就立即可以检测出来，并立即 停止发送，因而信道利用率很高。 a 越大，表明争用期所占的比例增大，每发生一次碰撞就浪费许多信道资源，使得信道利用率明显降低。,参数 a,85,对以太网参数的要求,当数据率一定时，以太网的连线的长度受到限制，否则 的数值会太大。 以太网的帧长不能太短，否则 T0 的值会太小，使 a 值太大。,86,信道利用率的最大值

30、 Smax,在理想化的情况下，以太网上的各站发送数据都不会产生碰撞（这显然已经不是 CSMA/CD，而是需要使用一种特殊的调度方法），即总线一旦空闲就有某一个站立即发送数据。 发送一帧占用线路的时间是 T0 + ，而帧本身的发送时间是 T0。于是我们可计算出理想情况下的极限信道利用率 Smax为： (3-4) 只有当参数a远小于1才能得到尽可能高的极限信道利用率。,87,以太网的MAC层,1.MAC层的硬件地址 在局域网中，硬件地址又称为物理地址，或 MAC 地址是指固化在网络适配器的ROM中的48位全球唯一的地址。 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。 硬件地

31、址一般用12位十六进制数表示，两位一组，组间用连字符隔开。 如：18-A9-05-36-87-81 。,88,网卡上的硬件地址,路由器,00-00-A2-A4-2C-02,20-60-8C-C7-75-2A,08-00-20-47-1F-E4,20-60-8C-11-D2-F6,路由器由于同时连接到两个网络上， 因此它有两块网卡和两个硬件地址。,1A-24-F6-54-1B-0E,89,48位的MAC地址,硬件地址的前3个字节构成的号（地址块）由生产适配器的厂家向注册管理机构RA购买，正式名称是组织唯一标识符OUI ，通常也叫做公司标识符。 地址字段中的后3个字节（即低位24位）则是由厂家自行

32、指派，称为扩展标识符,必须保证生产出的适配器没有重复地址。,90,IP地址,ICANN（The Internet Corporation for Assigned Names and Numbers）互联网名称与数字地址分配机构是一个非营利性的国际组织，成立于1998年10月，是一个集合了全球网络界商业、技术及学术各领域专家的非营利性国际组织，负责互联网协议（IP）地址的空间分配、协议标识符的指派、通用顶级域名（gTLD）以及国家和地区顶级域名（ccTLD）系统的管理、以及根服务器系统的管理。 ISP IP地址存储在电脑的存储器中，可以改变。,91,网卡检查 MAC 地址,网卡从网络上每收到一

33、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） 广播(broadcast)帧（一对全体）(全1地址) 多播(multicast)帧（一对多）,92,3.4.5 以太网的MAC层,2.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 IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers )

34、美国电气和电子工程师协会 最常用的 MAC 帧是以太网 V2 的格式。,93,以太网的 MAC 帧格式,以太网 MAC 帧,物理层,MAC层,10101010101010 10101010101010101011,前同步码,帧开始 定界符,7 字节,1 字节,8 字节,插入,IP层,目的地址,源地址,类型,数 据,FCS,6,6,2,4,字节,46 1500,MAC 帧,94,以太网的 MAC 帧格式,MAC 帧,物理层,MAC 层,IP 层,目的地址字段 6 字节,95,以太网的 MAC 帧格式,MAC 帧,物理层,MAC 层,IP 层,源地址字段 6 字节,96,以太网 V2 的 MAC

35、帧格式,MAC 帧,物理层,MAC 层,IP 层,类型字段 2 字节,类型字段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。,当类型字段的值是0x0800时，表示上层使用的是IP数据报。 当类型字段的值是0x8137时，表示上层使用的是IPX数据报。,97,以太网 V2 的 MAC 帧格式,MAC 帧,物理层,MAC 层,IP 层,数据字段 46 1500 字节,数据字段的正式名称是 MAC 客户数据字段 最小长度 64 字节 18 字节的首部和尾部 = 数据字段的最小长度,当数据字段的长度小于 46 字节时， 应在数据字段的后面加入整数字节的填充字段

36、， 以保证以太网的 MAC 帧长不小于 64 字节。,98,以太网 V2 的 MAC 帧格式,MAC 帧,物理层,MAC 层,IP 层,FCS 字段 4 字节,当传输媒体的误码率为 110-8 时， MAC 子层可使未检测到的差错小于 110-14。,99,以太网 V2 的 MAC 帧格式,MAC 帧,物理层,MAC 层,IP 层,在帧的前面插入的 8 字节中的第一个字段共 7 个字节， 是前同步码，用来迅速实现 MAC 帧的比特同步。 第二个字段是帧开始定界符，表示后面的信息就是MAC 帧。,为了达到比特同步， 在传输媒体上实际传送的 要比 MAC 帧还多 8 个字节,100,3.4.5 以

37、太网的MAC层,在以太网V2的MAC帧格式中，其首部并没有一个帧长度。那么MAC子层又怎样知道从接收到的以太网帧中取出多少字节的数据交给上一层协议呢？ 这是曼彻斯特编码的一个重要特点：在曼彻斯特编码的每一个码元的正中间都一定有一次电压的转换。当发送方把一个以太网帧发送完毕后，就不再发其他码元了。因此，发送方网络适配器的接口上的电压也就不再发送变化了。这样，接收方就可以很容易找到以太网帧的结束为止了。,101,3.4.5 以太网的MAC层,当数据字段的长度小于46字节时，MAC子层就会在数据字段的尾部加入一个整数字节个填充字段，MAC帧的首部并没有指出数据字段的长度是多少，接收端MAC子层在剥去

38、首部和尾部后就数据字段和填充字段一起交给上层协议。现在的问题是：上层的协议如何知道填充字段的长度呢？ 上层协议必须具有识别有效的数据字段的长度的功能，当上层使用IP协议时，其首部就有一个总长度。 这里的总长度是整个IP数据报的长度。,102,帧间最小间隔,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。 以太网不需要使用帧结束定界符，也不需要使用字节插入来保证透明传输。,103,无效的 MAC 帧,帧的长度不是整数个字节； 用收到的

39、帧检验序列 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。,104,3.5 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,105,3.4.1以太网概述,数据链路层的两个子层： 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 (Logical Link Control)子层 媒体接入控制 MAC (Medium Access Control)子层。

40、 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，不管采用何种协议的局域网对 LLC 子层来说都是透明的,106,3.4.1以太网概述,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,107,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装有 MA

41、C 协议而没有 LLC 协议。,108,3.4.2 CSMA/CD协议,2.以太网发送的数据都使用曼彻斯特(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,缺点：所占用的带宽比原始的基带信号增加了一倍，因为每秒传送的码元数加倍了。,109,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,两个标准,110,以太网 MAC 帧,物理层,MAC层,10101010101010 10101010101010101011,前同步码,帧开始 定界符,7 字节,1 字节,8 字节

42、,插入,IP层,目的地址,源地址,类型,数 据,FCS,6,6,2,4,字节,46 1500,MAC 帧,3.4.1以太网的 MAC 帧格式,第一个字段共 7 个字节是前同步码，用来迅速实现 MAC 帧的比特同步。 第二个字段个字节是帧开始定界符。,111,MAC 帧,物理层,MAC 层,IP 层,3.4.1以太网的 MAC 帧格式,目的地址字段 6 字节,112,MAC 帧,物理层,MAC 层,IP 层,3.4.1以太网的 MAC 帧格式,源地址字段 6 字节,113,适配器检查 MAC 地址,适配器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

43、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） 广播(broadcast)帧（一对全体） 多播(multicast)帧（一对多）,114,MAC 帧,物理层,MAC 层,IP 层,3.4.1以太网MAC 帧格式,类型字段 2 字节,类型字段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。,IEEE802.3中为长度,115,MAC 帧,物理层,MAC 层,IP 层,3.4.1以太网的 MAC 帧格式,数据字段 46 1500 字节,数据字段的正式名称是 M

44、AC 客户数据字段 最小长度 64 字节 18 字节的首部和尾部 = 数据字段的最小长度,116,MAC 帧,物理层,MAC 层,IP 层,3.4.1以太网的 MAC 帧格式,FCS 字段 4 字节,当数据字段的长度小于 46 字节时， 应在数据字段的后面加入整数字节的填充字段， 以保证以太网的 MAC 帧长不小于 64 字节。,117,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 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,IEEE 802.3种定义：,