【计算机网络与应用技术】链路层_B（可编辑）

MAC协议小结 对于共享介质可以做些什么 道分割按时间速率或编码 时分码分频分 随机分割 动态 ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACD 载波检测 有线易行无线困难 CSMACD 被用在以太网中 轮转分割 结点发出轮询令牌释放token passing LAN 技术 已经看到的数据链路层的内 服务出错检查标定 多点访问 下面 讨论LAN 技术 以太网Ethernet 集线器网桥交换机 80211 无线LAN 协议 PPP 点对点协议 ATM LAN ARP32 位的IP 地址 网络层 地址 用于从目的网络获取分组 参见 IP 址定义p171LAN 或MAC 或物理 地址 用来在同一网络中物理上互相联结的接 口之间获得分组或帧 48 位MAC 地址 绝大部分 LANs 烧制在适配器的 ROM LAN地址和 ARP LAN 地址 MAC分配由 IEEE 管理 制造商购买部分MAC 地址空间 以确保唯一性 比方 MAC地址 美国 人的号 IP地址 类似邮政地址 MAC 平面地址 可以迁 可以将LAN 卡从一个LAN 换到另一个 IP 层次性地址不可迁移 取决于某 个站点接入的网络 有关路由选择的讨论 ARP 地址解析协议Address Resolution Protocol 每个LAN 上的IP 结点 主机 路由器 都有 ARP 模块和表 ARP 是诸多LAN结点的IPMAC 地址映射 IP 地址 MAC 地址 TTL TTL Time Live超过TTL 的地址映射会被删除 一般为 20 分钟 ARP 协议 IP地址 需要知道B 的物理地址 广播ARP 查询帧 包含了 IP地址 所有 LAN 的主机都收到 ARP 查询 接收到ARP 对收到的IPMAC地址对进行缓存直到信息过期 超时 软状态 除非定 期刷新否则超时信息将被删除 LAN 之间的路由选择 穿越 经由R 的数据存储到B 在源主机的配置表中发现了路由com110 在源主机的ARP 发现MAC 地址E6-E9-00-17-BB-4B etc 创建了IP 分组源地址为 使用ARP 来获得 的com110对应的物理地址 IP分组 的数据链路层发送以太网的帧 从以太网帧中取出IP 分组 知道该分组的信宿为 使用ARP来获得 创建了包括了A-to-B IP 分组的帧并发给 以太网Ethernet统治 LAN 的科技 便宜 50 100Mbs最早被广泛应用的 LAN 技术 较为简单 tokenLANs 和ATM 便宜 上了速度竞赛的步伐10 100 1000 Mbps 以太网帧结构p113 发送适配器将IP 分组封装在以太网帧中或其他网络层协议分组 Preamble 前序 10101010字节尾随一个 10101011 字节 用来同步收发双方的时钟频率 以太 网帧结构 个字节帧为某个LAN 上的所有适配器接收但只要地址不 匹配就被丢弃 类型 说明其上层协议大部分为 IP 但其他协议如Novell IPX AppleTalk也支持 CRC 在接收端校验如果错误则将该帧丢弃 8023Ethernet v2 帧格式 以太网帧的最短长度问题 以太网帧的最短长度为64 个字节或者帧中 的数据不得少于46 个字节 小于以上尺寸的帧或数据应该在帧中加入填充数据 pad 按以太网的标准最大长度25km 计算8023 标准将重量超过最大值的以太网两 倍往返时延取为512μ 保证最短长度的帧在发送完毕之前必须能够检测到可能最晚来到的冲突信号 以太网 应用CSMACD 止传输并发送冲突信号升级冲突 按指数退避算法延迟发送 goto else帧发送结束将冲突数量置0 else 等待正在进行的存储结束并goto 冲突信号JamSignal 保证所有其他的能够意识到发 生的冲突 48 bits 指数退避Exponential Backoff Goal 目的 使得重发的企 图就能与预测出的当前负载相适应 在重负荷下 随机等待的时间将更长些 首次 冲突 从01 中选取 512bit 传输时间 第二次冲突后从 0123 选择K 在10 次或更多的冲突出现后从 012341023 选择K 以太网技术规范 举例 10Base2 10 10Mbs Base 基带传输 最大电缆直径在200 米以上 在总线 拓扑结构中使用细同轴电缆 中继器用来联接多个端口4 中继器5 个网关 中继器 为物理层设备将其在一个接口上收到的位流复制到所有其他接口上发送 以太网 技术 10Base5p102 以太网技术 10Base2 以太网技术 10BaseT 10BaseT100BaseT 自适应网络 10100 Mbs 传输速度 后者被称为 快速以太网 代表双绞线Twisted Pair 所有节点通过双绞线连接到集线器Hub 物理上呈现出 星型拓扑 CSMACD 算法在集线器Hub 中推动 从节点到集线器的最长距离为 100 集线器可以与出现故障的适配器断开而不影响其他100BaseT 保持以太网最 短帧格式不变但是一个网段的最大缆长减小到100 需要注意显卡网卡型号集线器技术参数的匹配 千兆以太网p123 Gbit Ethernet 使用标准以太网帧 格式 与10Mb100Mb 技术兼容 可以应用在点对点链路和广播式信道上 在共享模 式下使用 CSMACD 结点间的最长距离为100 米p124 在最短帧的基础上降低了 载波延伸 使用集线器在这里称为 缓冲式分配器Buffered Distributors 对点链路中可采用1Gbs 全双工通信方式 扩展的局域网集线器Hubs 物理层设 本质上是工作在位流层面上的中继器将接收到的位流在所有其他接口上复 制发送 集线器可以依据层次结构级联 把骨干 backbone 集线器置顶端p115 集线器续 每个被联接的 LAN 称为 LAN 网段 segment 集线器不隔离碰撞域 意LAN网段中的节点都可能与其他端口中的结点发生冲突 集线器的缺点 简单 廉价设备 多层构架提供了一个性能略微降低较大的互联LAN 即使一个集线器 故障部分 LAN 结点仍可以继续工作 扩展了节点间的距离 每个Hub 100m 器的局限单一的矛盾域导致了最大吞吐量不可能减少 多层构架的吞吐量实际 与单个端口相同 对单个 LAN 中同样的冲突域的限制也强加到了所有新近加入 到这个互联LAN 的节点上 不能连接不同类型的以太网 eg 10BaseT 100baseT扩展的局域网网桥Bridge p116 链路层设备 使用以太网帧工作 检查帧的首部 的信宿地址后选择性的进行转发 由于网关可以缓存帧网桥可以隔离碰撞域 在局域间转发帧时网关使用CSMACD 方式访问内网并进行存储 扩展的局域网 网桥续 网桥优点 隔离冲突域使得网路的最大总吞吐量提高 对接入的节点数和 地理覆盖的范围没有限制 由于是储存转发设备所以可以联接不同的以太网 不需要改变主机的LAN网络接口适配器 网桥 帧的过滤转发 网桥过滤帧 同LAN 网段内传输的帧不转发到其他的LAN 网段 转发 如何知道那个LAN 网段 在哪能否转发 看起来好像是路由选择问题 只不过距离短一点 主干网桥 Backbone Bridge 不使用主干方式的互联 不推荐的两个理由 ComputerScience hub 故障可能引发的弊端 SE之间存储的数据需要借助 CS 网段 网桥过滤p116 网桥可以通过 自学 了解某台主机可以从哪个接口到 维护过滤表当帧到达时网桥得知发送方的位置信号处于的 LAN 网段 在过 滤表中记录发送方的位置 过滤表的条目 结点的 LAN 地址 网桥的接口时间戳 -Time Stamp 过滤表中过期的条目会被扔掉 TTL 可以为 60 分钟 过滤 filtering procedure 信宿LAN地址与接收到的帧进入同一端口 else查询过滤表 按条目所指的接口进行转发 else 泛洪flood 在比如接收该帧的接口以外的所有接口上 进行转发 网桥自学过程 举例 假设 再用帧对C进行应答 网桥的自学过程 举例 网桥工作原理小结 忽略同端口通信的帧 自学源地址 发异网段的帧广播未知帧 网桥支撑树Spanning Treep118 为提高可靠性 一般期望有一些冗余比如在信源信宿间建立具备可更换的模式 如果同时有了多 条路经就有可能造成循环 网桥会产生成倍的帧并永远转发下去解决方法 将网桥组织作为生成树其准确做法是把将部分网桥的部份接口暂时加以封锁 端口网桥以太网交换机p119使用LAN 地址在链路层转发过滤帧 frame 交换可 同时实现A-to-B 和A-to-B 的数据存储 不会产生矛盾 接口数量众多 一般情 各个主机呈星状同交换机连接是以太网Ethernet 但不会冲突 以太网交 换机 直通交换cut-through switching 在帧头地址确定后帧被从输入直接导向 输出端口而不必等到整个帧接收完毕后在转发 可以增加等待时间 可以将共享 专用的 101001000 Mbs 接口集于一身 以太网交换机 虚拟局域网VLANp120VLAN 操作 VLAN 的标准在IEEE8021Q 中定义 VLAN 帧中增加了一个VLAN 标记它 插入在原始以太网帧的源地址域和种类长度与之间4 个字符具有VLAN 标记的帧 称为标记帧 当帧从一个逻辑组输出时支持VLAN 的交换机就会在帧中插入 VLAN 标记其中携带了该VLAN 的编号 当支持VLAN 交换机收到一个标记帧时就根 据其中的VLAN 的编号把它映射到相应VLAN 网段然后再按一般的方式进行交换标 记同时被删除 VLAN 划分的方式 按交换机端口号最常用例如1236 号端口划分为 VLAN1 则凡是连接到这几个端口的计算机都属于VLAN1 按MAC 地址 按IP 地址或 协议 VLAN 的缺点 抑制广播流量使其不会溢出到另外的VLAN 可以构建自己的私有安全网络 在网络中添加移动设施时或设备的配置出现差异时无法消除网 络管理人员的负担 实现虚拟工作组使不同地点的客户就就像是在一个单独的 LAN 上那样通信 网桥 vs 路由器 二者同为内存转发设备 路由器 网络层设施 检查网络层的首部 网桥为报文层的仪器 路由器维护路由表 实现路由算法

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