前言：
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第3章 數(shù)據(jù)鏈路層

本章最重要的內(nèi)容：

1. 數(shù)據(jù)鏈路層的點對點信道和廣播信道的特點。PPP 協(xié)議和 CSMA/CD 協(xié)議的特點。

2. 數(shù)據(jù)鏈路層的三個基本問題：封裝成幀、透明傳輸、差錯檢測。

3. 以太網(wǎng) MAC 層的硬件地址。

4. 適配器、轉(zhuǎn)發(fā)器、集線器、網(wǎng)橋、以太網(wǎng)交換機的作用和使用場合。

使用點對點信道的數(shù)據(jù)鏈路層

數(shù)據(jù)鏈路和幀的概念

數(shù)據(jù)鏈路既包含物理線路也包含必要的通信協(xié)議，將實現(xiàn)協(xié)議的軟件和硬件加到鏈路上就構成了數(shù)據(jù)鏈路。
幀是點對點信道的數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元。網(wǎng)絡層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元是IP數(shù)據(jù)報（分組）。

數(shù)據(jù)鏈路層將網(wǎng)絡層交下來的數(shù)據(jù)構成幀發(fā)送到鏈路上，以及把接收到的幀里的數(shù)據(jù)取出并上交給網(wǎng)絡層。

點對點信道的數(shù)據(jù)鏈路層在通信時的主要步驟：

1. 結點A的數(shù)據(jù)鏈路層把網(wǎng)絡層交下來的IP數(shù)據(jù)報加上首部和尾部封裝成幀。

2. 結點A把封裝好的幀發(fā)送給結點B。

3. 結點B對接收到的幀進行差錯檢驗，若無差錯，從幀中提取出IP數(shù)據(jù)報上交給網(wǎng)絡層，若有差錯丟棄這個幀。

數(shù)據(jù)鏈路層的三個基本問題：封裝成幀、透明傳輸、差錯檢驗

封裝成幀
給 IP 數(shù)據(jù)報加上首部和尾部就構成了數(shù)據(jù)鏈路層的幀，IP 數(shù)據(jù)報成為幀的數(shù)據(jù)部分。
鏈路層協(xié)議規(guī)定了幀中數(shù)據(jù)部分的長度上限——最大傳送單元（MTU）。? ??

透明傳輸即表示無論傳送什么樣的數(shù)據(jù)，都能按照原樣無差錯地通過數(shù)據(jù)鏈路層。
字節(jié)填充：因為存在幀定界符，如果傳輸?shù)臄?shù)據(jù)中出現(xiàn)了和SOH、EOT等控制字符一樣的文本，就在文本前面插入一個轉(zhuǎn)義字符（ESC），接受端收到數(shù)據(jù)后在發(fā)送給網(wǎng)絡層之前刪除這個插入的轉(zhuǎn)義字符。如果轉(zhuǎn)義字符也出現(xiàn)在數(shù)據(jù)中，就在它前面再插入一個轉(zhuǎn)義字符。
（注：SOH和EOT分別是00000001和00000100）

透明傳輸
透明傳輸即表示無論傳送什么樣的數(shù)據(jù)，都能按照原樣無差錯地通過數(shù)據(jù)鏈路層。

字節(jié)填充：因為存在幀定界符，如果傳輸?shù)臄?shù)據(jù)中出現(xiàn)了和SOH、EOT等控制字符一樣的文本，就在文本前面插入一個轉(zhuǎn)義字符（ESC），接受端收到數(shù)據(jù)后在發(fā)送給網(wǎng)絡層之前刪除這個插入的轉(zhuǎn)義字符。如果轉(zhuǎn)義字符也出現(xiàn)在數(shù)據(jù)中，就在它前面再插入一個轉(zhuǎn)義字符。

差錯檢測
比特差錯：傳輸時產(chǎn)生差錯，0變成了1或1變成了0。
誤碼率BER：一段時間內(nèi)，傳輸錯誤的比特占所傳輸比特總數(shù)的比率。提升信噪比可以減小誤碼率。
差錯檢驗的方法：循環(huán)冗余檢驗CRC

循環(huán)冗余檢驗的原理：
在要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)后加上n位的冗余碼（成為幀檢驗序列FCS），如何得出冗余碼：①讓數(shù)據(jù)乘以2^n（相當于在后面加了n個0）；②然后除以一個事先約定的 n+1 位的除數(shù)P，得出 n 位的余數(shù) R 就作為冗余碼加到數(shù)據(jù)后面。③接收端將收到的每一個幀除以同樣的除數(shù) P，若余數(shù)為 0 就表明沒有差錯，否則就是有差錯，丟棄這個幀。

除了比特差錯外，還有可能出現(xiàn)以下三種傳輸差錯：

1. 幀丟失：收到[#1]-[#3]（丟失[#2]）

2. 幀重復：收到[#1]-[#2]-[#2]-[#3]（收到兩個[#2]）????

3. 幀失序：收到[#1]-[#3]-[#2]（順序混亂）

循環(huán)冗余檢驗只能識別比特差錯，無法識別幀丟失、幀重復、幀失序，因此不是可靠傳輸。

對于通信質(zhì)量較差的無線傳輸鏈路，數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議使用幀編號、確認和重傳機制。即接收方收到正確的幀就向發(fā)送方發(fā)送確認，如果發(fā)送方?jīng)]有收到確認就表明出現(xiàn)差錯，就進行重傳直到收到對方的確認。

對于通信質(zhì)量較好的有線傳輸鏈路，只進行CRC檢驗，不使用確認和重傳機制，即不需要數(shù)據(jù)鏈路層向上提供可靠傳輸，而是由上層協(xié)議來改正差錯。

PPP 協(xié)議和 CSMA/CD 協(xié)議都不是可靠傳輸?shù)膮f(xié)議。

點對點協(xié)議PPP

PPP協(xié)議的特點
PPP 協(xié)議是用戶和 ISP 通信時使用的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議。

PPP 協(xié)議應滿足的需求

1. 簡單。這是首要的需求。互聯(lián)網(wǎng)體系結構中最復雜的部分在 TCP 協(xié)議中，網(wǎng)際協(xié)議 IP 和數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議都不是可靠傳輸。

2. 封裝成幀。PPP 協(xié)議規(guī)定使用特殊的字符作為幀定界符。

3. 透明傳輸。

4. 支持多種網(wǎng)絡層協(xié)議。PPP 協(xié)議要能夠在同一條物理鏈路上同時支持多種網(wǎng)絡層協(xié)議。

5. 支持多種類型鏈路。包括串行的或并行的、同步的或異步的等。

6. 差錯檢測。如果收到有錯的幀就丟棄。

7. 最大傳送單元。要為每一種類型的點對點鏈路設置最大傳送單元MTU。注意 MTU 是數(shù)據(jù)部分的最大長度。

8. 網(wǎng)絡層地址協(xié)商。PPP 協(xié)議要提供一種機制使通信的兩個網(wǎng)絡層的實體能通過協(xié)商知道彼此的網(wǎng)絡層地址。

9. 數(shù)據(jù)壓縮協(xié)商。PPP 協(xié)議要提供一種方法來協(xié)商使用數(shù)據(jù)壓縮算法。

TCP/IP 協(xié)議族中，可靠傳輸由 TCP 協(xié)議負責。PPP 不負責糾錯等。PPP 只支持點對點的鏈路通信，且只支持全雙工鏈路。

PPP 協(xié)議的三個組成部分

1. 一個將 IP 數(shù)據(jù)報封裝到串行鏈路的方法。

2. 一個用來建立、配置和測試數(shù)據(jù)鏈路連接的鏈路控制協(xié)議LCP。

3. 一套網(wǎng)絡控制協(xié)議 NCP，其中的每一個協(xié)議支持不同的網(wǎng)絡層協(xié)議。

PPP協(xié)議的幀格式
各字段的含義

PPP 的首部和尾部分別為4個字段和2個字段。
首部的第一個字段和尾部的第二個字段都是標志字段 F，規(guī)定為 0x7E，它標志著一個幀的開始或結束。兩個連續(xù)的幀之間只需要一個 F，如果連續(xù)出現(xiàn)兩個標志字段，表示這是一個空幀，應該丟棄。
首部的第二個和第三個字段 目前都沒有實際含義。第四個字段是 2 字節(jié)的協(xié)議字段，它表明了信息部分的數(shù)據(jù)類型（可能是IP數(shù)據(jù)報也可能是其他類型的數(shù)據(jù)）。尾部的第一個字段是幀檢驗序列 FCS。

字節(jié)填充
PPP 使用異步傳輸時使用了字節(jié)填充，轉(zhuǎn)義符為 0x7D。
字節(jié)填充的方法：

1. 把信息字段中出現(xiàn)的每一個0x7E字節(jié)轉(zhuǎn)變成為2字節(jié)序列(0x7D,0x5E)。

2. 若信息字段中出現(xiàn)一個0x7D的字節(jié)(即出現(xiàn)了和轉(zhuǎn)義字符一樣的比特組合)，則把0x7D轉(zhuǎn)變?yōu)?字節(jié)序列(0x7D,0x5D)。

3. 若信息字段中出現(xiàn)ASCII碼的控制字符(即數(shù)值小于0x20的字符)，則在該字符前面要加入一個0x7D字節(jié)，同時將該字符的編碼加以改變。例如，出現(xiàn)0x03，就把它轉(zhuǎn)變?yōu)?字節(jié)序列（0x7D,0x23）。

接受端在收到數(shù)據(jù)后再進行與發(fā)送端字節(jié)填充相反的變換，即可獲得原本的信息。

零比特填充
PPP 用在 SONET/SDH 鏈路上時使用同步傳輸，采用零比特填充方法來實現(xiàn)透明傳輸。
零比特填充的方法：當信息字段中出現(xiàn) 5 個連續(xù)的 1，立即填入一個 0，這樣信息字段中就不會出現(xiàn) 6 個連續(xù)的 1（PPP 的幀定界符中有 6 個連續(xù)的 1）。

PPP協(xié)議的工作狀態(tài)

PPP 鏈路從建立到釋放的全過程：
用戶撥號接入 ISP 后，就建立了從用戶到 ISP 的物理連接。
用戶向 ISP 發(fā)送一系列的鏈路控制協(xié)議 LCP 分組(封裝成多個PPP幀)，以便建立 LCP 連接。
網(wǎng)絡控制協(xié)議 NCP 給新接入的用戶電腦分配一個臨時的 IP 地址。
等用戶通信完畢后，NCP 釋放網(wǎng)絡層連接，收回分配的 IP 地址。
然后 LCP 釋放數(shù)據(jù)鏈路層連接。
最后釋放物理層連接。

PPP 鏈路的狀態(tài)變化：
鏈路靜止——鏈路建立——鑒別——網(wǎng)絡層協(xié)議——鏈路打開——鏈路終止——鏈路靜止。

1. 鏈路靜止：PPP 鏈路的起始和終止狀態(tài)都是鏈路靜止狀態(tài)。

2. 鏈路建立：當個人電腦當建立了到路由器的物理層連接后，PPP 進入鏈路建立狀態(tài)，目的是建立鏈路層的 LCP 連接。

   通過發(fā)送 LCP 的配置請求幀（是一個 PPP 幀，協(xié)議字段為 LCP 對應的代碼，信息字段包括特定的配置請求）來協(xié)商配置選項，鏈路的另一端可以回復配置確認幀、配置否認幀或配置拒絕幀。

   （1）配置確認幀：所有項都接受。

   （2）配置否認幀：所有項都理解但不能接受。

   （3）配置拒絕幀：選項有的無法識別或不能接受，需要協(xié)商。

3. 鑒別：若鑒別身份失敗就轉(zhuǎn)到鏈路終止狀態(tài)，若成功就進入網(wǎng)絡層協(xié)議狀態(tài)

4. 網(wǎng)絡層協(xié)議：這時 PPP 鏈路的兩端的網(wǎng)絡控制協(xié)議 NCP 根據(jù)網(wǎng)絡層的不同協(xié)議互相交換網(wǎng)絡層特定的網(wǎng)絡控制分組。PPP 鏈路的兩端可以運行不同的網(wǎng)絡層協(xié)議。

5. 鏈路打開：此時鏈路的兩個 PPP 端點可以彼此發(fā)送分組。數(shù)據(jù)傳輸結束后鏈路的一端發(fā)送終止請求 LCP 幀請求終止鏈路連接，收到終止確認后轉(zhuǎn)到鏈路終止狀態(tài)。

6. 鏈路終止。終止后進入鏈路靜止狀態(tài)。

7. 鏈路靜止。

可以看到，PPP 協(xié)議不是純粹的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，還包含了物理層和網(wǎng)絡層的內(nèi)容。

使用廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層
廣播信道可以進行一對多的通信，局域網(wǎng)用的就是廣播信道。

局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層
局域網(wǎng)的最主要特點：網(wǎng)絡為一個單位所擁有，且地理范圍和站點數(shù)目都有限。
局域網(wǎng)的優(yōu)點：

1. 具有廣播功能，可以從一個站點很方便地訪問全網(wǎng)。局域網(wǎng)上的主機可以共享連接在局域網(wǎng)上的各種硬件和軟件資源。

2. 便于系統(tǒng)的擴張和逐漸演變

3. 提高了系統(tǒng)的可靠性、可用性和生存性。

局域網(wǎng)可以按照拓撲結構進行分類。

以太網(wǎng)是局域網(wǎng)的一種，絕大多數(shù)局域網(wǎng)都是以太網(wǎng)。雙絞線是局域網(wǎng)中的主流傳輸媒體。

實現(xiàn)共享信道有兩種方法：

1. 靜態(tài)劃分信道，如頻分復用、時分復用、碼分復用等，但不適合局域網(wǎng)。

2. 動態(tài)媒體接入控制(多點接入)。特點是信道并非在用戶通信時固定分配給用戶。分兩類:

1. 隨機接入：特點是用戶可以隨機地發(fā)送消息。如果有兩個用戶同時發(fā)送，在共享媒體上就會產(chǎn)生碰撞，發(fā)送失敗。這時就需要解決碰撞的網(wǎng)絡協(xié)議，即 CSMA/CD 協(xié)議。

2. 受控接入：特點是用戶不能隨機發(fā)送信息而必須服從一定的控制。

以太網(wǎng)應用的主要是隨機接入。
由于歷史原因以太網(wǎng)層被拆分為兩個子層：邏輯鏈路控制 LLC 和媒體接入控制 MAC?，F(xiàn)在 LLC 基本已經(jīng)消失了，主要是 MAC 協(xié)議。

適配器的作用
計算機與外界局域網(wǎng)的連接是通過適配器進行的，適配器以前又稱網(wǎng)卡。
適配器和局域網(wǎng)之間的通信通過電纜或雙絞線以串行傳輸方式進行的，而適配器與計算機之間的通信是通過 I/O 總線并行傳輸的，因此適配器的一個重要功能就是進行數(shù)據(jù)串行傳輸和并行傳輸?shù)霓D(zhuǎn)換。

適配器收到錯誤的幀，會直接丟棄；收到正確的幀后，使用中斷來通知計算機，并把數(shù)據(jù)交付給協(xié)議棧中的網(wǎng)絡層。當計算機要發(fā)送 IP 數(shù)據(jù)報時，就由協(xié)議棧把分組交給適配器，適配器將其組裝成幀后發(fā)送到局域網(wǎng)。（封裝成幀、透明傳輸、差錯檢錯等功能都是由適配器完成）

計算機的硬件地址存儲在適配器的ROM中，而軟件地址(IP地址)存儲在計算機的存儲器中。

CSMA/CD協(xié)議
為了通信的簡便，以太網(wǎng)采取了以下兩種措施：

1. 采用較為靈活的無連接的工作方式，即不必建立連接就可以直接發(fā)送數(shù)據(jù)。適配器對發(fā)送的數(shù)據(jù)幀不編號，也不要求對方發(fā)回確認。它提供的是盡最大努力的交付，是不可靠的交付。對有差錯幀是否進行重傳由高層來決定。

   同一時間只能有一臺計算機發(fā)送數(shù)據(jù)，如果發(fā)生沖突，就使用 CSMA/CD 協(xié)議來協(xié)調(diào)。

2. 以太網(wǎng)發(fā)送的數(shù)據(jù)使用的是曼徹斯特編碼。

CSMA/CD 協(xié)議的要點

1. 多點接入：即總線型網(wǎng)絡，許多計算機以多點接入的方式連接在一根總線上。

2. 載波監(jiān)聽：使用電子技術檢測信道上有沒有其他計算機也在發(fā)送。不管是發(fā)送前還是發(fā)送中，每個站都要不停地檢測信道。

3. 碰撞檢測：邊發(fā)送邊監(jiān)聽。如果幾個站同時發(fā)送數(shù)據(jù)，總線上的信號電壓變化會增大，就表明發(fā)生了碰撞。這時就立即停止發(fā)送。

發(fā)生碰撞是因為傳播時延，A 發(fā)送了數(shù)據(jù)但是還沒傳到 B 處，B 就不知道有人發(fā)送了數(shù)據(jù)。
當 A 和 B 同時發(fā)送數(shù)據(jù)產(chǎn)生碰撞后，他們發(fā)送數(shù)據(jù)都失敗，都要推遲一段時間重新發(fā)送。
因為不知道是否會發(fā)生碰撞，所以以太網(wǎng)存在發(fā)送的不確定性。

總線上單程端到端傳播時延記為θ，那么A 發(fā)送數(shù)據(jù)后最多 2θ 時間就知道是否碰撞，這 2θ 時間稱為爭用期。如果經(jīng)過爭用期還沒碰撞，表明發(fā)送成功。

在使用 CSMA/CD 協(xié)議時，不能同時發(fā)送和接收，因此使用 CSMA/CD 協(xié)議的以太網(wǎng)只能進行半雙工通信（雙向交替通信）。如果發(fā)生碰撞，以太網(wǎng)使用截斷二指數(shù)退避算法來確定碰撞后重傳的時機。
以太網(wǎng)規(guī)定了爭用期的時長，這就約束了以太網(wǎng)的地理范圍不能太大，不然傳播時延會超過爭用期限制。
以太網(wǎng)規(guī)定最短幀長為 64 字節(jié)（一個爭用期可以發(fā)送的字節(jié)數(shù)），如果爭用期發(fā)生碰撞就會停止發(fā)送，因此信道上長度小于 64 字節(jié)的幀就是無效幀。
碰撞后除了立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)外還要繼續(xù)發(fā)送一個人為干擾信號，通知所有用戶現(xiàn)在發(fā)生了碰撞。

以太網(wǎng)還規(guī)定了幀間最小間隔 96 比特(9.6μs)時間，這是為了使剛收到數(shù)據(jù)幀的棧清理緩存，準備接收下一幀。

CSMA/CD 協(xié)議的要點歸納

1. 準備發(fā)送：適配器從網(wǎng)絡層獲得一個分組，加上首部和尾部組成以太網(wǎng)幀，放入適配器緩存中。在發(fā)送前先檢測信道。

2. 檢測信道：若檢測到信道忙，則不停地檢測直到信道空閑。若檢測到空閑，并在 96 比特時間內(nèi)保持空閑（保證了幀間最小間隔），就發(fā)送這個幀。

3. 在發(fā)送過程中仍不停地檢測，即適配器要邊發(fā)送邊監(jiān)聽。這時有兩種情況

1. 發(fā)送成功：爭用期內(nèi)一直未檢測到碰撞。發(fā)送成功后回到 1。

2. 發(fā)送失敗：爭用期內(nèi)檢測到碰撞，立即停止發(fā)送，并按規(guī)定發(fā)送人為干擾信號。適配器接著執(zhí)行指數(shù)退避算法，等待足夠時間后回到 2。若重傳 16 次仍不成功，就停止重傳并向上報錯。

以太網(wǎng)發(fā)送完一幀后要把已發(fā)送的幀保留一下。如果爭用期檢測到碰撞，推遲一段時間后還要重傳。

使用集線器的星形拓撲
現(xiàn)在的以太網(wǎng)采用星形拓撲，在星形中心使用可靠性非常高的集線器。每個站用兩對雙絞線，分別用于發(fā)送和接收。

集線器的特點：

1. 表面上使用集線器的局域網(wǎng)在物理上是一個星形網(wǎng)，但是在邏輯上仍是一個總線網(wǎng)，各站共享邏輯上的總線，還是使用 CSMA/CD 協(xié)議。

2. 一個集線器有很多接口，像是一個多接口的轉(zhuǎn)發(fā)器。

3. 集線器工作在物理層，每個接口僅負責轉(zhuǎn)發(fā)比特，不進行碰撞檢測。

4. 集線器采用了專門的芯片，進行自適應串音回波抵消。這樣可以使端口轉(zhuǎn)發(fā)出去的較強信號不對該端口接收到的較弱信號產(chǎn)生干擾。

以太網(wǎng)的信道利用率
因為發(fā)生碰撞會浪費信道資源，所以以太網(wǎng)的信道利用率達不到100%。
減少端到端的傳播時延、可以提高信道利用率，因此以太網(wǎng)的連線的長度不能太長，同時以太網(wǎng)的幀長不能太短。

以太網(wǎng)的MAC層
一、MAC 層的硬件地址
局域網(wǎng)中，硬件地址又叫物理地址，或者 MAC 地址。
IEEE 為局域網(wǎng)規(guī)定了一種 6 字節(jié)的全球地址，是局域網(wǎng)上的每一臺計算機中固化在適配器中的地址。因此如果更換了新的適配器，硬件地址也就變了。
（注意：路由器通過適配器連接到局域網(wǎng)時，適配器上的硬件地址標志路由器的一個接口。如果路由器同時連到多個網(wǎng)絡上，就需要多個適配器有多個硬件地址。）

1. IEEE注冊管理機構RA負責向廠家分配前3個字節(jié)，稱為組織唯一標識符（OUI）。

2. 廠家自行指派后3個字節(jié)，稱為擴展標識符（EI）。

3. 必須保證生產(chǎn)出的適配器沒有重復地址。

4. 地址被固化在適配器的ROM中。

①IEEE規(guī)定地址字段的第1字節(jié)的最低位為I/G位

1. 單站地址：I/G 位 = 0。

2. 組地址：I/G 位 = 1。組地址用來進行多播。

3. 廣播地址：所有 48 位都為 1（全 1）。只能作為目的地址使用。

②IEEE 把地址字段第 1 字節(jié)的最低第 2 位規(guī)定為 G/L

1. 全球管理：G/L 位 = 0。廠商向 IEEE 購買的 OUI 都屬于全球管理。

2. 本地管理：G/L 位 = 1。 這時用戶可任意分配網(wǎng)絡上的地址。
   

局域網(wǎng)中適配器收到的幀有三種：

1. 單播幀（一對一）：即收到的幀的 MAC 地址與本站的地址相同。

2. 廣播幀（一對全體）。

3. 多播幀（一對多）。

以太網(wǎng)適配器有一種特殊的工作方式：混雜方式?；祀s方式的適配器只要”聽到“有幀在傳輸就都接收下來。

二、MAC 層的幀格式（2種）

1. DIX Ethernet V2 標準

2. IEEE 的 802.3 標準

最常用的 MAC 幀格式是"以太網(wǎng)V2標準"

1. 目的地址字段6字節(jié)。

2. 源地址字段6字節(jié)。

3. 類型字段2字節(jié)：用來標志上一層使用的是什么協(xié)議，以便把收到的MAC幀的數(shù)據(jù)上交給上一層的這個協(xié)議。

4. 數(shù)據(jù)字段 46 ~ 1500 字節(jié)：數(shù)據(jù)字段的正式名稱是MAC客戶數(shù)據(jù)字段。

1. 最小長度 64 字節(jié) - 18 字節(jié)的首部和尾部 = 數(shù)據(jù)字段的最小長度（46字節(jié)）

5. FCS 字段 4 字節(jié)。

1. 注意：當數(shù)據(jù)字段的長度小于 46 字節(jié)時，應在數(shù)據(jù)字段的后面加入整數(shù)字節(jié)的填充字段，以保證以太網(wǎng)的 MAC 幀長不小于 64 字節(jié)。?

6. 由硬件在幀的前面插入 8 字節(jié)：第一個字段共 7 個字節(jié)，是前同步碼，用來迅速實現(xiàn) MAC 幀的比特同步。第二個字段 1 個字節(jié)是幀開始定界符，表示后面的信息就是 MAC 幀。????

1. 為了達到比特同步，在傳輸媒體上實際傳送的要比 MAC 幀還多 8 個字節(jié)

無效的MAC幀

1. 數(shù)據(jù)字段的長度與長度字段的值不一致；

2. 幀的長度不是整數(shù)個字節(jié)；

3. 用收到的幀檢驗序列 FCS 查出有差錯；

4. 數(shù)據(jù)字段的長度不在 46 ~ 1500 字節(jié)之間。

5. 有效的 MAC 幀長度為 64 ~ 1518 字節(jié)之間。

1. 對于檢查出的無效 MAC 幀就簡單地丟棄。

2. 以太網(wǎng)不負責重傳丟棄的幀。?

IEEE 802.3 MAC 與以太網(wǎng) V2 MAC 幀格式的區(qū)別

1. 當“長度/類型”字段值大于 0x0600 時，表示“類型”；小于 0x0600 時，表示“長度”。

2. 當“長度/類型”字段值小于 0x0600 時，數(shù)據(jù)字段必須裝入邏輯鏈路控制 LLC 子層的 LLC 幀。

3. 在 802.3 標準的文檔中，MAC 幀格式包括了 8 字節(jié)的前同步碼和幀開始定界符。

擴展的以太網(wǎng)

在物理層擴展以太網(wǎng)
使用光纖擴展

使用集線器擴展

1. 優(yōu)點
   

1. 使原來屬于不同碰撞域（沖突域）的計算機能夠跨碰撞域通信。

2. 擴大了以太網(wǎng)覆蓋的地理范圍????

2. 缺點

1. 碰撞域增大了，總的吞吐量未提高。

2. 如果使用不同的以太網(wǎng)技術（如數(shù)據(jù)率不同），那么就不能用集線器將它們互連起來。

碰撞域又稱為沖突域，指網(wǎng)絡中一個站點發(fā)出的幀會與其他站點發(fā)出的幀產(chǎn)生碰撞或沖突的那部分網(wǎng)絡。
碰撞域越大，發(fā)生碰撞的概率越高。

在數(shù)據(jù)鏈路層擴展以太網(wǎng)
使用網(wǎng)橋

1. 工作在數(shù)據(jù)鏈路層。

2. 根據(jù) MAC 幀的目的地址對收到的幀進行轉(zhuǎn)發(fā)和過濾?；蛘咿D(zhuǎn)發(fā)，或者丟棄。

使用以太網(wǎng)交換機

1. 工作在數(shù)據(jù)鏈路層。

2. 多端口的網(wǎng)橋。

3. 可明顯地提高以太網(wǎng)的性能。

4. 以太網(wǎng)交換機的特點

1. 實質(zhì)上是一個多接口網(wǎng)橋。

1. 通常有十幾個或更多的接口。

2. 每個接口都直接與一個單臺主機或另一個以太網(wǎng)交換機相連，并且一般都工作在全雙工方式。

3. 以太網(wǎng)交換機具有并行性。

1. 能同時連通多對接口，使多對主機能同時通信。

2. 相互通信的主機都獨占傳輸媒體，無碰撞地傳輸數(shù)據(jù)。

3. 每一個端口和連接到端口的主機構成了一個碰撞域。

4. 接口有存儲器。

5. 即插即用。其內(nèi)部的幀交換表（又稱為地址表）是通過自學習算法自動地逐漸建立起來的。這種交換表就是一個內(nèi)容可尋址存儲器CAM 。

6. 使用專用的交換結構芯片，用硬件轉(zhuǎn)發(fā)，其轉(zhuǎn)發(fā)速率要比使用軟件轉(zhuǎn)發(fā)的網(wǎng)橋快很多。

5. 以太網(wǎng)交換機的優(yōu)點：每個用戶獨享帶寬，增加了總?cè)萘俊?/span>

6. 以太網(wǎng)交換機的交換方式

1. 存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式

1. 把整個數(shù)據(jù)幀先緩存，再進行處理。????

2. 直通方式

1. 接收數(shù)據(jù)幀的同時立即按數(shù)據(jù)幀的目的 MAC 地址決定該幀的轉(zhuǎn)發(fā)接口。

2. 缺點：不檢查差錯就直接將幀轉(zhuǎn)發(fā)出去，有可能轉(zhuǎn)發(fā)無效幀。

7. 以太網(wǎng)交換機的自學習功能

虛擬局域網(wǎng)
以太網(wǎng)存在的主要問題：

1. 廣播風暴：一個以太網(wǎng)是一個廣播域，交換機之間的冗余鏈路形成廣播風暴。

2. 安全問題：交換機每個接口都處于一個獨立的碰撞域（或沖突域）中，但所有計算機都處于同一個廣播域中。無法隔離不同部門的通信。
   

IEEE 802.1Q 對虛擬局域網(wǎng) VLAN 的定義：
虛擬局域網(wǎng) VLAN 是由一些局域網(wǎng)網(wǎng)段構成的與物理位置無關的邏輯組，而這些網(wǎng)段具有某些共同的需求。每一個 VLAN 的幀都有一個明確的標識符，指明發(fā)送這個幀的計算機是屬于哪一個 VLAN。

虛擬局域網(wǎng)（VLAN）技術具有以下主要優(yōu)點：

1. 改善了性能

2. 簡化了管理

3. 降低了成本

4. 改善了安全性

劃分虛擬局域網(wǎng)的方法：

1. 基于交換機端口：最簡單、也是最常用的方法。屬于在第 1 層劃分虛擬局域網(wǎng)的方法。

1. 缺點：不允許用戶移動。
   

2. 基于計算機網(wǎng)卡的 MAC 地址：根據(jù)用戶計算機的 MAC 地址劃分虛擬局域網(wǎng)。屬于在第 2 層劃分虛擬局域網(wǎng)的方法。允許用戶移動。

1. 缺點：需要輸入和管理大量的 MAC 地址。如果用戶的 MAC 地址改變了，則需要管理員重新配置VLAN
   

3. 基于協(xié)議類型：根據(jù)以太網(wǎng)幀的第三個字段“類型”確定該類型的協(xié)議屬于哪一個虛擬局域網(wǎng)。屬于在第 2 層劃分虛擬局域網(wǎng)的方法。

4. 基于 IP 子網(wǎng)地址：根據(jù)以太網(wǎng)幀的第三個字段“類型”和 IP 分組首部中的源 IP 地址字段確定該 IP 分組屬于哪一個虛擬局域網(wǎng)。屬于在第 3 層劃分虛擬局域網(wǎng)的方法。

5. 基于高層應用或服務：根據(jù)高層應用或服務、或者它們的組合劃分虛擬局域網(wǎng)。更加靈活，但更加復雜。

虛擬局域網(wǎng)使用的以太網(wǎng)幀格式

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