1底层网络技术2TCP/IP协议栈TCP/IP协议栈没有定义底层协议3两种类型底层网络 广播网络: 所有站点共享同一信道 点到点网络: 主机对（或路由器）直接相连通常：LAN是广播网络，WAN是点到点网络。4Local Area Networks 通常用于构建企业网 广播网络 拓扑：总线、环、星形 应用实例：Ethernet5MAC and LLC 在广播网络中，站点必须确保同一时刻只有一个站点传送数据 在广播信道上决定站点是否可以传送数据的协议称作Medium Access Control (MAC) 协议 MAC协议在体系结构中位于数据链路层的MAC子层 MAC子层之上是Logical Link Control (LLC)子层6LAN标准IEEE 802 Standards7体系结构应用模式 两种应用模式 IEEE802标准模式 Internet模式MACPHYMACPHYLLCInternet 模式IEEE802标准模式8 IEEE802标准模式 完整的LAN层次结构和LLC的PDU格式，上层实体使用 LLC提供的服务 IEEE标准模式意在提供一种通用的通信服务接口、如 ：X.25、NetBios、IP、IPX等。 Internet模式 无LLC层、不使用LLC的PDU格式，但MAC继PHY采 用IEEE802标准，上层实体直接使用MAC帧封装PDU （对其中的Len有修改）。 该模式不考虑提供CO服务，并以最简化的方法提供CL 服务。9Point-to-Point 链路 点到点链路举例: 拨号/DSL接入 路由器之间的高速链路 这里，IP主机和路由器通过串 行缆线连接 点到点链路的数据链路层协议 很简单: IP数据报的封装 不需要媒质接入控制10点到点链路的数据链路层协议 SLIP (Serial Line IP) 第一个在拨号链路上传送IP数据报的协议 (from 1988) 封装协议，没有其他功能 PPP (Point-to-Point Protocol): SLIP (1992)的升级版，带有附加功能 用于拨号接入和高速路由器互连 HDLC (High-Level Data Link) : 广泛使用(1979) Cisco路由器串行链路的缺省协议 实际上，PPP是HDLC的一个子集。11交换网络 一些数据链路层技术可以构建完整的网络，它们有自己的编 址、路由和转发机制，这些网络通常称作交换网络. 从IP层看数据链路层交换网络：12交换网络底层交换网络举例: Switched Ethernet ATM (Asynchronous Transfer Mode) Frame Relay Multiprotocol Label Switching (MPLS)13Ethernet 速率 10Mbps -10 Gbps 标准: 802.3, Ethernet II (DIX) Ethernet: 10Base5 10 Mbps Thick coax cable（淘汰） 10Base2 10 Mbps Thin coax cable（淘汰） 10Base-T 10 Mbps Twisted Pair 100Base-TX 100 Mbps over Category 5 twisted pair 100Base-FX 100 Mbps over Fiber Optics 1000Base-FX1Gbps over Fiber Optics 10000Base-FX10Gbps over Fiber Optics (for wide area links)14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。 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15以太网的广播方式发送 为了通信的简便，以太网采取了两种重要的措施 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 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。 16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。 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。 17以太的MAC-“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 “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” 载波监听多点接入/碰撞检测CSMA/CD18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。 19 冲突域 冲突域是CSMA/CD工作的范围 冲突域内所有站点共同竞争共享信道，所有站点的通信 容量总和不超过信道传输速率 任何两站点间同时发送数据就会产生冲突的范围属于同 一个冲突域 总线型以太网和HUB构成的网络是一个冲突域 广播域 广播帧到达的网络范围称为广播域 每个广播帧，广播域内所有站点都收到 总线型以太网、HUB构成的网络属于同一个广播域，且 广播域与冲突域的范围是相同的。重要特性20802.3MAC帧格式DASALLC-PDU介质相关数据 DA(2 or 6)：目的地址，在帧的前面，便于硬件检测。 SA(2 or 6)：发送站的MAC地址 Len（2）： LLC-PDU的长度 规定帧的最小长度和最大长度。 最小长度用于保证CSMA/CD的冲突检测有效。 最大长度限制站点占用信道的时间（如0.1us 1ms) 如Ethernet 帧 ：641518字节LenCRC21Internet 模式的帧结构DASADataL/TL/T: 长度/类型 L/T 1500表示data的类型 （称为Ethernet -II帧） 注意：L/T实现了两种帧格式的统一 例如： L/T = 800H 表 示data 为 IP分组 L/T = 806H 表 示data 为ARP分组 L/T = 1FC9H表 示data 为IPX分组CRC22以太网的扩展 传统LAN的传播距离有限，为了实现LAN之间的通 信，通常需要一些连接设备。23Ethernet集线器（Hub）用于主机到Ethernet LAN的连接以及多个Ethernet LANs之间的连接 在物理层扩展24优点 使原来属于不同冲突域的局域网上的计算机能够进行跨冲突域 的通信。 扩大了局域网覆盖的地理范围。 缺点 冲突域增大了，但总的吞吐量并未提高。 如果不同的冲突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 25网桥/LAN交换机 用于多个LAN（可以是不同类型）的互连 网桥工作在数据链路层 (Layer 2) 26网桥设计目标: 完全透明 “即插即用（Plug-and-play）” 无需手工配置 不影响现有LAN的操作为了达到以上目标，要实现: (1) 转发帧 (2) 地址学习 (3) 生成树算法27网桥的内部结构 站表端口管理软件网桥协议实体端口 1端口 2缓存网段 B网段 A1 1 1 222站地址 端口网桥网桥28(1) 帧转发 每个网桥维护一个转发数据库，它包含MAC address: 主机名或组地址port:网桥的端口号 age:该条目的生存（有效）时间29收到帧用目的MAC查找MAC表找到表项否？表中端口 是否与接收端口 相同？是把帧送到与接收 端口不同的端口上 排队把帧送到MAC表中 的端口上排队否否是用帧中源地址 查找MAC地址表刷新表项 的时间MAC表中添加 新的一项结束目的地址为 广播、组播30算法: 每收到一个帧，在转发数据库中存储源地址字段和相应到达 的端口号 所有的条目经过一定的时间后删除 (缺省是15秒)(2) 地址学习Port 1Port 2Port 3Port 4Port 5Port 6Src=x, Dest=ySrc=x, Dest=ySrc=x, Dest=ySrc=x, Dest=ySrc=x, Dest=ySrc=x, Dest=yx is at Port 3 Src=y, Dest=xSrc=y, Dest=xSrc=x, Dest=yy is at Port 4 Src=x, Dest=y31（3）生成树协议不小心形成了环状，会产生什么问题？32（3）生成树协议 生成树考虑 允许网络中出现环路 自动检测出环路的存在 断开环的某些线路，形成生成树，断开的线路作为备份线路 一旦工作的线路发生故障，备份线路加入进来，维持网络的 连通性 自动发现网络拓扑的变化，自动形成新的生成树33（3）生成树协议LAN2ALAN3BCLAN4DLAN 1EFLAN5GALAN2LAN3BLAN 1LAN4DLAN5E 生成树算法（IEEE802.1d)：以序列号最小的网桥为根，按照最短路径 ，动态求出生成树，保证任意两个LAN之间只有一条通路，无环路34优点： 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10 Mb/s 和 100 Mb/s 以太网）的局域网。 网桥的优缺点 缺点： 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。 冲突域被分割，但广播域不变，因此当用户数太多或通信量太 大时，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。 35以太网交换机（二层交换机）用硬件实现的以太网桥 物理层：硬件 MAC层：硬件 转发：硬件 生成树协议：硬件 特点 密集端口，典型值8,16,24,32个端口 每个端口均可全双工/半双工 10/100/1000M AutoSense 高性能，所有端口均无阻塞、可满负荷工作36以太网交换机的每个端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端口，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37对于普通