第一節(jié)?數(shù)據(jù)鏈路層服務(wù)

從數(shù)據(jù)鏈路層來看，無論是主機還是路由器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，都可以統(tǒng)稱為結(jié)點，因為它們通常都是一條數(shù)據(jù)鏈路的端點。沿著通信鏈路連接的相鄰結(jié)點的通信信道稱為鏈路，數(shù)據(jù)鏈

路層傳輸?shù)臄?shù)據(jù)單元稱為幀。數(shù)據(jù)鏈路層通常提供的以下幾點服務(wù)。

1）組幀。

2）鏈路接入。

3）可靠交付。

4）差錯控制。

第二節(jié)?差錯控制

簡述差錯控制的概念及差錯控制的基本方式

差錯控制就是通過差錯編碼技術(shù)，實現(xiàn)對信息傳輸差錯的檢測（2分），并基于某種機制進行差錯糾正和處理（1分）。

差錯控制的基本方式主要包括：檢錯重發(fā)、前向糾錯、反饋檢驗、檢錯丟棄（2分）。

信號在信道傳輸過程中，會受到各種噪聲的干擾，從而導(dǎo)致傳輸差錯。噪聲可以大致分為隨機噪聲和沖擊噪聲兩大類。隨機噪聲包括熱噪聲、傳輸介質(zhì)引起的噪聲等，具有典型的隨機特征；沖擊噪聲是指突然發(fā)生的噪聲，如雷擊、電機啟停等，具有很強的突發(fā)性，并且容易造成一段時間的傳輸差錯。隨機噪聲引起的傳輸差錯稱位【隨機差錯】或【獨立差錯】，具有獨立性、稀疏型和非相關(guān)性等特點，對于二進制信息傳輸，通常呈現(xiàn)為隨機的比特差錯；沖擊噪聲引起的差錯稱為突發(fā)差錯，通常是連續(xù)或成片的信息差錯，差錯之間具有相關(guān)性，差錯通常集中發(fā)生在某段信息。突發(fā)錯誤發(fā)生的第一位錯誤與最后一位錯誤之間的長度稱位突發(fā)長度。

一、差錯控制的基本方式

典型的差錯控制方式包括檢錯重發(fā)、前向糾錯、反饋校驗和檢錯丟棄 4 種基本方式。

?

1.?檢錯重發(fā)

檢錯重發(fā)是一種典型的差錯控制方式，在計算機網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用廣泛。在檢錯重發(fā)方式中，發(fā)送端對待發(fā)送數(shù)據(jù)進行差錯編碼，編碼后的數(shù)據(jù)通過信道傳輸，接收端利用差錯編碼檢測

數(shù)據(jù)是否出錯，對于出錯的數(shù)據(jù)，接收端請求發(fā)送端重發(fā)數(shù)據(jù)加以糾正，直到接收端接收

到正確數(shù)據(jù)為止。

2.?前向糾錯

前向糾錯(Forward Error Correction, FEC)是接收端進行差錯糾正的一種差錯控制方法。前向糾錯機制需要利用糾錯編碼，即這類編碼不僅可以檢測數(shù)據(jù)傳輸過程中是否發(fā)生了錯誤，

而且還可以定位錯誤位置并直接加以糾正。在前向糾錯機制中，發(fā)送端首先對數(shù)據(jù)進行糾

錯編碼，然后發(fā)送包含糾錯編碼信息的幀，接收端收到幀后利用糾錯編碼進行差錯檢測，

對于發(fā)生錯誤的幀直接進行糾錯。前向糾錯機制比較適用于單工鏈路或者對實時性要求比

較高的應(yīng)用。

3.?反饋校驗

反饋校驗方式的接收端將收到的數(shù)據(jù)原封不動發(fā)回發(fā)送端，發(fā)送端通過比對接收端反饋的數(shù)據(jù)與發(fā)送的數(shù)據(jù)可以確認(rèn)接收端是否正確無誤接收了已發(fā)送的數(shù)據(jù)。如果發(fā)送端發(fā)現(xiàn)有

不同，則認(rèn)為接收端沒有正確接收到發(fā)送的數(shù)據(jù)，則立即重發(fā)數(shù)據(jù)，直到收到接收端反饋

的數(shù)據(jù)與已發(fā)數(shù)據(jù)一致為止。反饋校驗方式的優(yōu)點是原理簡單，易于實現(xiàn)，無須差錯編碼；

缺點是需要相同傳輸能力的反向信道，傳輸效率低，實時性差。

4.?檢錯丟棄

不同網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用對可靠性的要求不同，某些應(yīng)用(如實時多媒體播報應(yīng)用)可以采用一種簡單的差錯控制策略，不糾正出錯的數(shù)據(jù)，而是直接丟棄錯誤數(shù)據(jù)，這種差錯控制方式就是檢錯丟棄。顯然，這種差錯控制方式通常適用于容許一定比例的差錯存在，只適用于實時性要

求較高的系統(tǒng)。

二、差錯編碼的基本原理

差錯編碼的基本原理就是在待傳輸（或待保護）數(shù)據(jù)信息的基礎(chǔ)上，附加一定的冗余信息，該冗余信息建立起數(shù)據(jù)信息的某種關(guān)聯(lián)關(guān)系，將數(shù)據(jù)信息以及附加的冗余信息一同發(fā)送到接收端，接收端可以檢測冗余信息表征的數(shù)據(jù)信息的關(guān)聯(lián)關(guān)系是否存在，如果存在則沒有錯誤，否則就有錯誤。

三、差錯編碼的檢錯與糾錯能力

不同差錯編碼的檢錯或糾錯能力是不同的，差錯編碼的檢錯或糾錯能力跟該差錯編碼的編碼集的漢明距離有關(guān)。 兩個等長碼字之間，對應(yīng)位不同的位數(shù)，稱為兩個碼字的漢明距離，記為dc。

類似的，可以定義一個編碼集的漢明距離為該編碼集中任意兩個碼字之間漢明距離的最小值，記為ds。

1）對于檢錯編碼，如果編碼集的漢明距離 ds=r+1,則該差錯編碼可以檢測 r 位的差錯。

2）對于糾錯編碼，如果編碼集的漢明距離 ds=2r+1,,則該差錯編碼可以糾正 r 位的差錯。

四、典型的差錯編碼

典型的差錯編碼有哪些？

（1）奇偶校驗碼

（2）漢明碼

（3）循環(huán)冗余碼

1.?奇偶校驗碼

奇校驗：編碼后的碼字中“1”的個數(shù)為奇數(shù)

偶校驗：編碼后的碼字中“1”的個數(shù)為偶數(shù)

奇偶校驗是最簡單的檢錯碼。利用1位冗余信息實現(xiàn)差錯檢測

優(yōu)點：編碼簡單、編碼效率高、開銷最小的檢錯編碼

缺點：檢錯率不高

2.?漢明碼

漢明碼(Hamming ?Code)是典型的線性分組碼，可以實現(xiàn)單個比特差錯糾正，在數(shù)據(jù) ?通信以及數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。1950 年，理查德?衛(wèi)斯里?漢明在美國貝爾實驗室 ?的工作中，為了解決讀卡機錯誤檢測與糾正問題，設(shè)計了著名的漢明碼。當(dāng)信息位足夠長時，

它的編碼效率很高。

3.?循環(huán)冗余碼

現(xiàn)今的計算機網(wǎng)絡(luò)中，尤其在數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議中，廣泛應(yīng)用的差錯編碼是循環(huán)冗余檢測

(Cyclic ?Redundancy ?Check ?, ?CRC)編碼，簡稱循環(huán)冗余碼，或稱 CRC 碼。CRC 編碼是一類重要的線性分組碼，也稱為多項式編碼(Polynomial Code),因為該編碼可以將要發(fā)送的位串看作為一個系數(shù)為 0 或 1 的多項式，對位串的操作被解釋為多項式算術(shù)運算。

CRC 編碼的基本思想是：將二進制位串看成是系數(shù)為 0 或 1 的多項式的系數(shù)。

假設(shè) G(x)的階為 r (即對應(yīng)的位串為 r+1 位)，則 CRC 編碼過程如下。

1)????在幀的低位端加上 r 個 0 位，使該幀擴展為 m+r 位(相當(dāng)于左移 r 位)，對應(yīng)的多項式為 x^r??M(x)??。

2)?用 G(x)系數(shù)對應(yīng)的位串，去除(模 2 除法)x^r?M(x)系數(shù)對應(yīng)的位串，求得 r 位余數(shù) R。

3)?用 x^r?M(x)系數(shù)對應(yīng)的位串，減(模 2 減法)去余數(shù) R，結(jié)果就是完成 CRC 編碼的幀。

CRC 編碼具有優(yōu)良的性能，很適合用于差錯檢測。一方面，CRC 編碼具有很強的檢錯能

力。另一方面，CRC 的編碼、解碼實現(xiàn)簡單，只需通過簡單的移位與 ?異或運算即可實現(xiàn)。

另外，CRC 編碼效率高，CRC 編碼附加的冗余校驗和(R)的長度， ?只取決于 G（x）,與數(shù)

據(jù)位數(shù)無關(guān)，當(dāng)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)大于 R 的位數(shù)時，CRC 編碼的開銷就很小。

第三節(jié)?多路訪問控制協(xié)議

一、信道劃分MAC協(xié)議

MAC 協(xié)議的根本任務(wù)是解決信道的共享問題。采用多路復(fù)用技術(shù)實現(xiàn)信道共享的 MAC 協(xié)議，稱為信道劃分 MAC 協(xié)議。

多路復(fù)用是在物理線路的傳輸能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過單一信道所需的傳輸能力時，可以將多條信道復(fù)合在一條物理線路上的技術(shù)，在通信網(wǎng)絡(luò)中，被廣泛使用。

簡述多路復(fù)用技術(shù)的基本思想與分類

多路復(fù)用技術(shù)是實現(xiàn)物理信道共享的經(jīng)典技術(shù)，其基本思想是將信道資源劃分后，分配給不同的結(jié)點，各結(jié)點通信時只使用其分配到的資源，從而實現(xiàn)了信道共享，并避免了多結(jié)點通信時的相互干擾。

多路復(fù)用主要包括頻分多路復(fù)用（FDM）,時分多路復(fù)用（TDM），波分多路復(fù)用（WDM)和碼分多路復(fù)用（CDM）。

1.?頻分多路復(fù)用

頻分多路復(fù)用(FDM)簡稱頻分復(fù)用，是頻域劃分制，即在頻域內(nèi)將信道帶寬劃分為多個子信道，并利用載波調(diào)制技術(shù)，將原始信號調(diào)制到對應(yīng)某個子信道的載波信號上，使得同時傳輸?shù)亩嗦沸盘栐谡麄€物理信道帶寬允許的范圍內(nèi)頻譜不重疊，從而共用一個信道。?

2.?時分多路復(fù)用

時分多路復(fù)用(TDM)簡稱時分復(fù)用，是一種時域劃分，即將通信信道的傳輸信號在時域內(nèi)劃分為多個等長的時隙，每路信號占用不同的時隙，在時域上互不重疊，使多路信號合用

單一的通信信道，從而實現(xiàn)信道共享。

3.?波分多路復(fù)用

波分多路復(fù)用（WDM）簡稱波分復(fù)用，廣泛應(yīng)用于光纖通信中，其實質(zhì)是一種頻分多路復(fù)用，只是由于在光纖通信中，光載波頻率很高，通常用光的波長來代替頻率來討論，所以稱為波分多路復(fù)用。

4.?碼分多路復(fù)用

碼分多路復(fù)用（CDM）簡稱碼分復(fù)用，通過利用更長的相互正交的碼組分別編碼各路原始信息的每個碼元（比如 1 位），使得編碼后的信號（已調(diào)信號）在同一信道中混合傳輸，

接收端利用碼組的正交特性分離各路信號，從而實現(xiàn)信道共享。

二、隨機訪問MAC協(xié)議

隨機訪問 MAC 協(xié)議就是所有用戶都可以根據(jù)自己的意愿隨機地向信道上發(fā)送信息，如果一個用戶在發(fā)送信息期間沒有其他用戶發(fā)送信息，則該用戶信息發(fā)送成功，如果兩個或兩個以上的用戶都在共享的信道上發(fā)送信息，則產(chǎn)生沖突或碰撞(collision),導(dǎo)致用戶信息發(fā)送失敗，每個用戶隨機退讓一段時間后，再次嘗試，直至成功。可見，隨機訪問實際上就是爭用接入，競爭勝利者可以暫時占用共享信道來發(fā)送信息，競爭失敗者隨機等待一段時間，

再次競爭，直至競爭成功。隨機訪問協(xié)議的特點是：站點可隨時發(fā)送數(shù)據(jù)，爭用信道，容

易發(fā)生沖突，需要消解沖突的機制，但能夠靈活適應(yīng)站點數(shù)目及其通信量的變化。典型的

隨機訪問協(xié)議有ALOHA協(xié)議、載波監(jiān)聽多路訪問協(xié)議以及帶沖突檢測的載波監(jiān)聽多路訪問協(xié)議等。

1.?ALOHA協(xié)議

ALOHA 協(xié)議是 20 世紀(jì) 70 年代在夏威夷大學(xué)由Norman Abramson及其同事提出的，也 ?是最早、最基本的無線數(shù)據(jù)通信協(xié)議。ALOHA 協(xié)議分為純ALOHA和時隙ALOHA兩種。

時隙ALOHA協(xié)議的吞吐量S與網(wǎng)絡(luò)負(fù)載G的關(guān)系為

S=Ge^(-G)?

當(dāng)G=1時，S=Smax=0.368。可見，時隙ALOHA協(xié)議的沖突危險區(qū)是純ALOHA協(xié)議的一半，與純ALOHA協(xié)議相比，降低了產(chǎn)生沖突的概率，最大信道利用率為36.8%。（2022年10真題）

2.?載波監(jiān)聽多路訪問協(xié)議

根據(jù)監(jiān)聽策略的不同，CSMA 又可以細(xì)分為 3 種不同類型的 CSMA 協(xié)議。

（1）非堅持CSMA

（2）1-堅持CSMA

（3）P-堅持CSMA

3.?帶沖突檢測的載波監(jiān)聽多路訪問協(xié)議

CD表示沖突檢測(Collision Detection)。CSMA/CD可以理解為“先聽后說，邊聽邊說”。

CSMA/CD 的工作狀態(tài)可以分為傳輸周期、競爭周期和空閑周期。

信道有 3 種狀態(tài)。

傳輸狀態(tài)：一個通信站使用信道，其他站禁止使用。

競爭狀態(tài)：所有通信站都有權(quán)嘗試對信道的使用權(quán)。

空閑狀態(tài)：沒有通信站使用信道。

?

CSMA/CD協(xié)議是通過檢測信道中信號強度來判斷是否發(fā)生沖突的，因此CSMA/CD協(xié)議適用于有線信道，不適用于無線信道。另外，為了能夠準(zhǔn)確檢測檢測到是否存在沖突，CSMA/CD協(xié)議需要在發(fā)送數(shù)據(jù)的同時檢測是否發(fā)生沖突，數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束，沖突檢測就結(jié)束。這一特性可以概括為“邊發(fā)邊聽，不發(fā)不聽”，即發(fā)送數(shù)據(jù)同時檢測是否有沖突，數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束，沖突檢測結(jié)束。

兩個通信站之間相距的最遠(yuǎn)距離、信號傳播速度、數(shù)據(jù)幀長度以及信道信息傳播速率之間要滿足約束關(guān)系

Lmin/R>=2Dmax/v

式中，Lmin為數(shù)據(jù)幀最小長度；R信息傳輸速率；Dmax為兩通信站之間的最遠(yuǎn)距離；v為信號傳播速度。

若在傳輸速率為100Mbit/s的以太網(wǎng)中，A、B主機通過1000m長的鏈路直接相連， 信號傳播速度為，則a、B之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀最小長度為

A. 62.5B?????????B. 125B

C. 250B??????????D. 500B

Lmin>=(2Dmax/v)*R=(2*1000/2*10^8)*100*10^6=1000bit/8=125B

三、受控接入MAC協(xié)議

受控接入的特點是各個用戶不能隨意接入信道而必須服從一定的控制，又可分為集中式控制和分散式控制。

1.?集中式控制

集中式控制接入方式中，系統(tǒng)中有一個主機負(fù)責(zé)調(diào)度其他通信站接入信道，從而避免沖突。主要方法是輪詢技術(shù)，又分為輪叫輪詢和傳遞輪詢。

2.?分散式控制

比較典型的分散式控制方法是令牌技術(shù)。令牌（Token）是一種特殊的幀，它代表了通信站使用信道的許可，在信道空閑時一直在信道上傳輸，一個通信站如果想發(fā)送數(shù)據(jù)就必須首先要獲得令牌，然后在一定時間內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)，在發(fā)送完數(shù)據(jù)后重新產(chǎn)生令牌并發(fā)送到信道

上，以便其他通信站使用信道。

令牌環(huán)的主要操作過程如下。

1）網(wǎng)絡(luò)空閑時，只有一個令牌在環(huán)路上繞行。令牌中包含一位“令牌/數(shù)據(jù)幀”標(biāo)志位，

標(biāo)志位為“0”表示該令牌為可用的空令牌，標(biāo)志位為“1”表示有站點正占用令牌在發(fā)送數(shù)據(jù)幀。

2）當(dāng)一個站點要發(fā)送數(shù)據(jù)時，必須等待并獲得一個令牌，將令牌的標(biāo)志位置為“1”，隨后便可發(fā)送數(shù)據(jù)。

3）環(huán)路中的每個站點邊轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，邊檢查數(shù)據(jù)幀中的目的地址，若為本站點的地址，便

讀取其中所攜帶的數(shù)據(jù)。

4）數(shù)據(jù)幀繞環(huán)一周返回時，發(fā)送站將其從環(huán)路上撤銷，即“自生自滅'。同時根據(jù)返回的有

關(guān)信息確定所傳數(shù)據(jù)有無出錯。若有錯則重發(fā)存于緩沖區(qū)中的待確認(rèn)幀，否則釋放緩沖區(qū)

中的待確認(rèn)中貞。

5）發(fā)送站點完成數(shù)據(jù)發(fā)送后，重新產(chǎn)生一個令牌傳至下一個站點，以使其他站點獲得發(fā)

送數(shù)據(jù)幀的許可權(quán)。

第四節(jié)?局域網(wǎng)

局域網(wǎng)（LAN）是局部區(qū)域網(wǎng)絡(luò)，其特點是覆蓋面積較小，網(wǎng)絡(luò)傳輸速率高，傳輸誤碼率低。局域網(wǎng)拓?fù)漕愋椭饕ㄐ切尉W(wǎng)絡(luò)、總線型網(wǎng)絡(luò)、環(huán)形網(wǎng)絡(luò)等。

局域網(wǎng) LAN 一般采用“廣播”傳輸方式，局域網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點都簡化為安裝于主機或工作站中的網(wǎng)卡，即網(wǎng)絡(luò)適配器。當(dāng)某適配器要向某目的適配器發(fā)送一個幀時，發(fā)送適配器將目的適配器的 MAC 地址設(shè)為該幀的目的 MAC 地址，并將該幀發(fā)送到局域網(wǎng)上。

一、數(shù)據(jù)鏈路層尋址與ARP

1.?MAC地址

事實上，并不是主機或路由器具有鏈路層地址，而是它們的適配器（即網(wǎng)絡(luò)接口卡）具有鏈路層地址，或稱為 MAC 地址、物理地址、局域網(wǎng)地址等，用來標(biāo)識局域網(wǎng)中的結(jié)點或網(wǎng)絡(luò)接口。因此，具有多個網(wǎng)絡(luò)接口的主機或路由器將具有與之相關(guān)聯(lián)的多個鏈路層地址，

就像與之相關(guān)聯(lián)的多個IP地址一樣，每個接口對應(yīng)一個MAC地址。

MAC地址具有唯一性，即兩塊網(wǎng)絡(luò)適配器必須具有不同的MAC地址。

2.?地址解析協(xié)議

地址解析協(xié)議（Address Resolution Protocol，ARP），用于根據(jù)本網(wǎng)內(nèi)目的主機或默認(rèn)網(wǎng)關(guān)的IP地址獲取其 MAC 地址。ARP的基本思想：在每一臺主機中設(shè)置專用內(nèi)存區(qū)域，稱為ARP高速緩存（也稱為ARP表），存儲該主機所在局域網(wǎng)中其他主機和路由器（即默認(rèn)網(wǎng)關(guān)）的IP地址與MAC地址的映射關(guān)系，并且這個映射表要經(jīng)常更新。ARP通過廣播ARP

查詢報文，來詢問某目的IP地址對應(yīng)的MAC地址，即知道本網(wǎng)內(nèi)某主機的IP地址，可以

查詢得到其 MAC 地址。

?

簡述ARP與DNS在功能上的區(qū)別

ARP與DNS在功能上有明顯的區(qū)別

（1）解析內(nèi)容不同，DNS將主機域名解析為對應(yīng)的IP地址；ARP將IP地址解析為對應(yīng)的MAC地址。（1分）

（2）解析范圍不同，DNS可以解析Internet內(nèi)任何位置的主機域名；ARP只為同一子網(wǎng)中的主機和路由器接口接卸IP地址。（2分）

（3）實現(xiàn)機制不同，DNS是一個分布式數(shù)據(jù)庫，解析要在層次結(jié)構(gòu)的DNS服務(wù)器之間查詢；ARP通過局域網(wǎng)內(nèi)廣播ARP查詢，維護ARP表，獲取同一子網(wǎng)內(nèi)主機或路由器接口的IP地址與MAC地址映射關(guān)系。（2分）

二、以太網(wǎng)

1.?以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)

以太網(wǎng)采用的是 CSMA/CD 協(xié)議，利用曼徹斯特編碼發(fā)送，使用截斷二進制指數(shù)后退算法來確定碰撞后重傳的時機。

幀結(jié)構(gòu)中包含兩個地址：一個是目的地址，另一個是源地址，均為 48 位物理地址即 ?MAC地址。

以太網(wǎng)向網(wǎng)絡(luò)層提供的是無連接不可靠服務(wù)。

2.?以太網(wǎng)技術(shù)

(1)10Base-T

10Base-T以太網(wǎng)是替代同軸電纜以太網(wǎng)的產(chǎn)品，采用非屏蔽的雙絞線(UTP)作為以太 ?網(wǎng)傳輸介質(zhì)，數(shù)據(jù)傳輸速率為10Mbit/s,支持以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)化布線方式和集線器設(shè)備。

(2)快速以太網(wǎng)

快速以太網(wǎng)是在傳統(tǒng)以太網(wǎng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，保留了傳統(tǒng)以太網(wǎng)的幀格式和 ?CSMA/CD介質(zhì)訪問控制方式，但數(shù)據(jù)傳輸速率提高到100 Mbit/s。IEEE 在1995年正式公布了IEEE 802.3u,即快速以太網(wǎng)(100Base-T)標(biāo)準(zhǔn)。100Base-T 標(biāo)準(zhǔn)定義了3種物理層規(guī)范以支持不同的物理介質(zhì)：100Base-TX,采用兩對5類UTP；100Base-T4,采用四對3、4 或5類 UTP; 100Base-FX,采用光纜。

(3)千兆位以太網(wǎng)(Gigabit?Ethernet)

千兆位以太網(wǎng)涉及數(shù)據(jù)傳輸速率、是否支持全雙工傳送方式以及幀格式與以太網(wǎng)幀格式是否兼容等問題。千兆位以太網(wǎng)是建立在以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)之上的技術(shù)。千兆位以太網(wǎng)和大量使用

的以太網(wǎng)與快速以太網(wǎng)完全兼容，并利用了原以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的全部技術(shù)規(guī)范，其中包

括CSMA/CD協(xié)議、以太網(wǎng)幀、全雙工、流量控制以及IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)中所定義的管理對

象。1000Base-T使用普遍安裝的5 類UTP,最長距離是100 m,使用戶可以在原來100Base-T

的基礎(chǔ)上，平滑升級到1000Base-T。另外，1000Base-CX 采用的是 150Ω平衡屏蔽雙絞線

(STP),最大傳輸距離25m，使用9芯D型連接器連接電纜，適用于交換機之間的連接，尤

其適用于主干交換機和主服務(wù)器之間的短距離連接。

(4) 萬兆位以太網(wǎng)(10 Gigabit Ethernet)

目前，IEEE和各大生產(chǎn)廠商正在致力于研究10萬兆位以太網(wǎng)的相關(guān)技術(shù)，已經(jīng)推出了定義10萬兆位以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.3ba,給出了相關(guān)框架和接口的定義，但具體的細(xì)節(jié)還在進一步的研究中。

以太網(wǎng)主要連接設(shè)備包括數(shù)據(jù)鏈路層(第二層)的以太網(wǎng)交換機和物理層(第一層)的集線器，其中集線器現(xiàn)在幾乎不再使用。以太網(wǎng)的典型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫切切尉W(wǎng)絡(luò)，或者由多臺以太網(wǎng)交換機級聯(lián)構(gòu)成的樹形拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)。

三、交換機

從工作原理角度看，交換機就是多端口的網(wǎng)橋，是目前應(yīng)用最廣泛的數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備。交換機與網(wǎng)橋的工作原理相同，可以依據(jù)接收到的鏈路層幀的目的MAC地址，選擇性地轉(zhuǎn)發(fā)

到相應(yīng)的端口，這就是交換機的轉(zhuǎn)發(fā)與過濾功能。

1.?以太網(wǎng)交換機轉(zhuǎn)發(fā)和過濾

作為第二層設(shè)備的以太網(wǎng)交換機，可以實現(xiàn)幀的選擇性轉(zhuǎn)發(fā)，通過交換機互連的主機，不再屬于一個沖突域，不會發(fā)生傳統(tǒng)的沖突，交換機實現(xiàn)了沖突域的分割。如果以太網(wǎng)的主

機全部通過交換機互連（即不使用集線器），則一個沖突域最多只有一臺主機，傳統(tǒng)的沖

突便不會發(fā)生，這類以太網(wǎng)就是所謂的交換以太網(wǎng)。

2.?以太網(wǎng)交換機的自學(xué)習(xí)

3.?以太網(wǎng)交換機的優(yōu)點

（1）消除沖突。交換機分割了沖突域，所以使用交換機的局域網(wǎng)和使用集線器的局域網(wǎng)

不同，不會因為產(chǎn)生沖突而浪費帶寬。

（2）支持異質(zhì)鏈路。在使用交換機的局域網(wǎng)中，不同的鏈路可以使用不同的速率運行并

且能夠在不同的媒介上運行。

（3）網(wǎng)絡(luò)管理。交換機除了可以提供強化的安全性，還易于進行網(wǎng)絡(luò)管理。

四、虛擬局域網(wǎng)

虛擬局域網(wǎng)是一種基于交換機（必須支持 VLAN 功能）的邏輯分割（或限制）廣播域的局域網(wǎng)應(yīng)用形式。虛擬局域網(wǎng)的設(shè)置是在交換機上，通過軟件方式實現(xiàn)的。劃分虛擬局域網(wǎng)

的方法主要有 3 種。

1）基于交換機端口劃分：局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)管理員可以按照以太網(wǎng)交換機的端口定義VLAN成員，通常每個交換機端口屬于一個VLAN（也可以有同時屬于所有VLAN的特殊端口，如 Trunk 端 ?口）。

2）基于 MAC 地址劃分：基于MAC地址劃分虛擬局域網(wǎng)，是按每個連接到交換機的主機MAC 地址定義VLAN成員。

3）基于上層協(xié)議類型或地址劃分：根據(jù)鏈路層幀所攜帶數(shù)據(jù)中的上層協(xié)議類型（如IP）

或地址（如IP地址）定義VLAN成員，這種方法的優(yōu)點是有利于組成基于應(yīng)用的VLAN。

第五節(jié)?點對點鏈路協(xié)議

一、PPP

現(xiàn)在全世界使用得最多的點對點鏈路的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議是點對點協(xié)議（Point to Point

Protocol, PPP）。PPP處理錯誤檢測、支持多種上層協(xié)議（即支持復(fù)用）、允許在連接時刻

協(xié)商IP地址、允許身份認(rèn)證等。PPP主要提供 3 類功能。

1）成幀。確定一幀的開始和結(jié)束，頓格式支持錯誤檢測。

2）鏈路控制協(xié)議（Link Control Protocol, LCP）。用于啟動線路、檢測線路、協(xié)商參數(shù)及

關(guān)閉線路。

3）網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議（Network Control Protocol, NCP）。用于協(xié)商網(wǎng)絡(luò)層選項，并且協(xié)商方

法與使用的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議獨立。

在實際情況中，PPP 的設(shè)計要困難得多，因此，有部分功能不要求其實現(xiàn)。

1）差錯糾正。僅要求PPP能夠進行比特差錯檢測，但不要求糾正它們。

2）流量控制。由較高層協(xié)議負(fù)責(zé)遏制分組交付給PPP的發(fā)送速率，即由較高層負(fù)責(zé)丟棄

分組或者遏制位于較高層的發(fā)送方，而不是由PPP進行控制。

3）按序交付。PPP不要求鏈路中發(fā)送方發(fā)送幀的順序與接收方交付幀的順序相同。但是

工作于PPP之上的其他網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議需要有序地進行端到端分組交付。

二、HDLC協(xié)議
??高級數(shù)據(jù)鏈路控制（High-level Data Link Control，HDLC）協(xié)議則可以應(yīng)用于點對點鏈路

和點對多點鏈路。HDLC 協(xié)議是面向位的協(xié)議。

HDLC 有 3 種類型的幀：信息幀（I格式）、管理幀（S格式）和無序號幀（U格式）。

HDLC 協(xié)議是面向位的協(xié)議，為確保數(shù)據(jù)的透明傳輸，HDLC 使用位填充。

采用位填充，可以傳輸任意組合的比特流，而不會對幀的邊界產(chǎn)生錯誤的判斷。