• 數(shù)據(jù)鏈路層的地位：網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)、路由器等都必須實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層
• 信道類(lèi)型
  • 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道：使用一對(duì)一的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信方式
  • 廣播信道
    • 使用一對(duì)多的廣播通信方式
    • 必須使用專用的共享信道協(xié)議來(lái)協(xié)調(diào)這些主機(jī)的數(shù)據(jù)發(fā)送

使用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道的數(shù)據(jù)鏈路層

數(shù)據(jù)鏈路和幀

1. 鏈路：從一個(gè)節(jié)點(diǎn)到相鄰節(jié)點(diǎn)的一段物理線路（有線或無(wú)線），中間沒(méi)有其他交換節(jié)點(diǎn)
2. 數(shù)據(jù)鏈路：把通信協(xié)議和軟件加到鏈路中，如網(wǎng)絡(luò)適配器
3. 幀：數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元

三個(gè)基本問(wèn)題

1. 封裝成幀
   1. 在一段數(shù)據(jù)的前后分別添加首部和尾部，構(gòu)成一個(gè)幀
   2. 首部和尾部的一個(gè)重要作用就是進(jìn)行幀定界（即確定幀的界限）
   3. 最大傳送單元 MTU：規(guī)定了所能傳送的幀的數(shù)據(jù)部分長(zhǎng)度上限
   4. 控制字符 SOH：放在一幀的最前面，表示幀的首部開(kāi)始
   5. 控制字符 EOT：放在一幀的末尾，表示幀的結(jié)束
2. 透明傳輸
   1. 含義：無(wú)論發(fā)送什么樣的比特組合的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)都能夠按照原樣沒(méi)有差錯(cuò)地通過(guò)這個(gè)數(shù)據(jù)鏈路層
   2. 字節(jié)填充/字符填充：發(fā)送端的數(shù)據(jù)鏈路層在數(shù)據(jù)中的控制字符SOH/EOT前插入轉(zhuǎn)義字符"ESC"（十六進(jìn)制編碼為1B，二進(jìn)制為00011011）
3. 差錯(cuò)檢測(cè)
   1. 比特差錯(cuò)：$1\to 0、$ $0\to 1$
   2. 誤碼率BER：傳輸錯(cuò)誤的比特占所傳輸比特總數(shù)的比率
   3. 循環(huán)冗余檢測(cè)CRC
      1. 在發(fā)送端，先把數(shù)據(jù)劃分為組。假定每組 k 個(gè)比特
      2. CRC 運(yùn)算在每組 M 后面再添加供差錯(cuò)檢測(cè)用的 n 位冗余碼，然后構(gòu)成一個(gè)幀發(fā)送出去。一共發(fā)送 (k + n) 位
      3. 幀檢驗(yàn)序列 FCS：在數(shù)據(jù)后面添加上的冗余碼
      4. 僅用循環(huán)冗余檢驗(yàn) CRC 差錯(cuò)檢測(cè)技術(shù)只能做到無(wú)差錯(cuò)接受

點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議PPP

PPP協(xié)議的特點(diǎn)

1. PPP協(xié)議應(yīng)滿足的需求
   1. 簡(jiǎn)單：首要要求
   2. 封裝成幀：必須使用特殊的字符作為幀定界符
   3. 透明性：如果數(shù)據(jù)中碰巧出現(xiàn)了和界定符一樣的比特組合時(shí)，就要采取有效的措施來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題（詳見(jiàn)3.2.2）
   4. 多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議：在同一條物理鏈路上同時(shí)支持多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議
   5. 多種類(lèi)型鏈路：能夠在多種類(lèi)型的鏈路上運(yùn)行
   6. 差錯(cuò)檢測(cè)：對(duì)接收端收到的幀進(jìn)行檢測(cè)，并立即丟棄有差錯(cuò)的幀
   7. 檢測(cè)連接狀態(tài)：能夠及時(shí)自動(dòng)檢測(cè)出鏈路是否處于正常工作狀態(tài)
   8. 最大傳送單元：必須對(duì)每一種類(lèi)型的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路設(shè)置最大傳送單元?MTU 的標(biāo)準(zhǔn)默認(rèn)值，促進(jìn)各種實(shí)現(xiàn)之間的互操作性
   9. 網(wǎng)絡(luò)層地址協(xié)商：必須提供一種機(jī)制使通信的兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)層實(shí)體能夠通過(guò)協(xié)商知道或能夠配置彼此的網(wǎng)絡(luò)層地址
   10. 數(shù)據(jù)壓縮協(xié)商：必須提供一種方法來(lái)協(xié)商使用數(shù)據(jù)壓縮算法
2. PPP協(xié)議的組成
   1. 一個(gè)將IP數(shù)據(jù)報(bào)封裝到串行鏈路的方法
   2. 鏈路控制協(xié)議LCP
   3. 網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議NCP

PPP協(xié)議的幀格式

1. 各字段的意義
   1. 標(biāo)志字段F：0x7E，首部的第一個(gè)字段和尾部的第二個(gè)字段，標(biāo)志一個(gè)幀的開(kāi)始或結(jié)束，連續(xù)兩幀之間只需要用一個(gè)標(biāo)志字段
   2. 地址字段A：0xFF
   3. 控制字段C：0x03
   4. 協(xié)議字段
      1. 0x00221：PPP幀的信息字段為IP數(shù)據(jù)報(bào)
      2. 0xC021：信息字段是PPP鏈路控制協(xié)議LCP的數(shù)據(jù)
      3. 0x8021：網(wǎng)絡(luò)層控制數(shù)據(jù)
   5. 尾部第一個(gè)字段：使用CRC的幀檢測(cè)序列FCS
2. 字節(jié)填充
   1. 當(dāng)PPP使用異步傳輸時(shí)，把轉(zhuǎn)義字符定義為0x7D，使用字節(jié)填充
   2. 把每個(gè)0x7E字節(jié)轉(zhuǎn)變?yōu)?字節(jié)序列（0x7D，0x5E）
   3. 把每個(gè)0x7D字節(jié)轉(zhuǎn)變?yōu)?字節(jié)序列（0x7D，0x5D）
   4. 在每個(gè)ASCLL控制字符（數(shù)值小于0x20）前加入一個(gè)0x7D字節(jié)
3. 零比特填充
   1. 當(dāng)PPP使用同步傳輸時(shí)，使用零比特填充
   2. 5個(gè)連續(xù)1后填入0

PPP協(xié)議的工作狀態(tài)

使用廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層

局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層

1. 局域網(wǎng)的主要特點(diǎn)
   1. 網(wǎng)絡(luò)為一個(gè)單位所擁有
   2. 地理范圍和站點(diǎn)數(shù)目均有限
2. 局域網(wǎng)的主要優(yōu)點(diǎn)
   1. 具有廣播功能，從一個(gè)站點(diǎn)可很方便地訪問(wèn)全網(wǎng)
   2. 便于系統(tǒng)的擴(kuò)展和逐漸地演變，各設(shè)備的位置可靈活調(diào)整和改變
   3. 提高了系統(tǒng)的可靠性、可用性和生存性
3. 局域網(wǎng)按網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞诸?lèi)
   1. 星形網(wǎng)：由于集線器的出現(xiàn)和雙絞線大量用于局域網(wǎng)中，星形以太網(wǎng)/多級(jí)星形結(jié)構(gòu)的以太網(wǎng)獲得廣泛應(yīng)用
   2. 環(huán)形網(wǎng)
   3. 總線網(wǎng)
4. 媒體共享技術(shù)
   1. 靜態(tài)劃分信道
      1. 頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用、波分復(fù)用、碼分復(fù)用
   2. 動(dòng)態(tài)媒體接入控制（多點(diǎn)接入）
      1. 隨機(jī)接入：所有用戶可隨機(jī)地發(fā)送信息
      2. 受控接入：用戶必須服從一定的控制，如探詢（輪詢）
5. 以太網(wǎng)的兩個(gè)主要標(biāo)準(zhǔn)
   1. DIX Ethernet V2：世界上第一個(gè)局域網(wǎng)產(chǎn)品的規(guī)約
   2. IEEE 802.3：第一個(gè)IEEE的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)
   3. 局域網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層
      1. 邏輯鏈路控制LLC：與傳輸媒體無(wú)關(guān)
      2. 媒體接入控制MAC：與傳輸媒體有關(guān)
6. 適配器的作用
   1. 計(jì)算機(jī)與外界局域網(wǎng)的連接是通過(guò)適配器
   2. 重要功能
      1. 進(jìn)行串行/并行轉(zhuǎn)換
      2. 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存
      3. 在計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)安裝設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序
      4. 實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)協(xié)議

CSMA/CD協(xié)議

1. 最早的以太網(wǎng)：計(jì)算機(jī)連接到一根總線上
2. 總線
   1. 優(yōu)點(diǎn)：易于實(shí)現(xiàn)廣播通信，簡(jiǎn)單、可靠
   2. 缺點(diǎn)：多個(gè)站點(diǎn)同時(shí)發(fā)送時(shí)，會(huì)產(chǎn)生發(fā)送碰撞或沖突，導(dǎo)致發(fā)送失敗
3. 為通信的方便，以太網(wǎng)采取了兩種措施
   1. 采用較為靈活的無(wú)連接的工作方式
      1. 不必先建立連接就可以直接發(fā)送數(shù)據(jù)
      2. 對(duì)發(fā)送的數(shù)據(jù)幀不進(jìn)行編號(hào)，也不要求對(duì)方發(fā)回確認(rèn)
   2. 以太網(wǎng)發(fā)送的數(shù)據(jù)都使用曼徹斯特編碼的信號(hào)
      1. 缺點(diǎn)：所占的頻帶寬度比原始的基帶信號(hào)增加了一倍
4. CSMA/CD協(xié)議（載波監(jiān)聽(tīng)多點(diǎn)接入/碰撞檢測(cè)）
   1. 多點(diǎn)接入：總線型網(wǎng)絡(luò)
   2. 載波監(jiān)聽(tīng)：即“邊發(fā)送邊監(jiān)聽(tīng)”。不管在想要發(fā)送數(shù)據(jù)之前，還是在發(fā)送數(shù)據(jù)之中，每個(gè)站都必須不停地檢測(cè)信道
   3. 碰撞檢測(cè)：適配器邊發(fā)送數(shù)據(jù)，邊檢測(cè)信道上的信號(hào)電壓的變化情況。電壓擺動(dòng)值超過(guò)一定的門(mén)限值時(shí)，就認(rèn)為總線上至少有兩個(gè)站同時(shí)在發(fā)送數(shù)據(jù)，表明產(chǎn)生了碰撞（或沖突）
   4. 電磁波在1km的電纜的傳播時(shí)延約為5μs
   5. 爭(zhēng)用期（碰撞窗口）
      1. 以太網(wǎng)的端到端往返時(shí)延 2τ（τ為單程端到端的傳播時(shí)延）
      2. 具體爭(zhēng)用期時(shí)間為51.2μs
         1. 10Mbit/s的以太網(wǎng)
         2. 以太網(wǎng)最大端到端單程時(shí)延必須小于爭(zhēng)用期的一半 (即 25.6 μs)，相當(dāng)于以太網(wǎng)的最大端到端長(zhǎng)度約為 5 km
   6. 碰撞后的重傳機(jī)制
      1. 采用截?cái)喽M(jìn)制指數(shù)退避確定
      2. 發(fā)生碰撞的站停止發(fā)送數(shù)據(jù)后，要退避一個(gè)隨機(jī)時(shí)間后再發(fā)送數(shù)據(jù)
      3. 基本退避時(shí)間2τ
      4. 從整數(shù)集合$[0,1,\dots ,(2^k?1)]$ 中隨機(jī)地取出一個(gè)數(shù)，記為 r
      5. 重傳所需的時(shí)延 $r?基本退避時(shí)間$
      6. 參數(shù) k = Min[重傳次數(shù), 10]
      7. 當(dāng)重傳達(dá) 16 次仍不能成功時(shí)即丟棄該幀，并向高層報(bào)告
   7. 強(qiáng)化碰撞：人為干擾信號(hào)
      1. 發(fā)送站檢測(cè)到?jīng)_突后，立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)幀，接著就發(fā)送 32 或 48 比特的人為干擾信號(hào)
      2. 以太網(wǎng)還規(guī)定了幀間最小間隔為 9.6 μs

使用集線器的星形拓?fù)?/h4>

1. 每個(gè)站到集線器的距離不超過(guò)100 m
2. 特點(diǎn)
   1. 使用電子器件來(lái)模擬實(shí)際電纜線的工作，因此整個(gè)系統(tǒng)仍然像一個(gè)傳統(tǒng)的以太網(wǎng)那樣運(yùn)行，使用集線器的以太網(wǎng)在邏輯上仍是一個(gè)總線網(wǎng)，各工作站使用的還是 CSMA/CD 協(xié)議，并共享邏輯上的總線，同一時(shí)刻至多只允許一個(gè)站發(fā)送數(shù)據(jù)
   2. 很像一個(gè)多端口的轉(zhuǎn)發(fā)器
   3. 工作在物理層，每個(gè)端口僅僅簡(jiǎn)單地轉(zhuǎn)發(fā)比特，不進(jìn)行碰撞檢測(cè)
   4. 采用了專門(mén)芯片，進(jìn)行自適應(yīng)串音回波抵消，減少了近端串音

以太網(wǎng)的信道利用率

1. 成功發(fā)送一個(gè)幀需要占用信道的時(shí)間是 $T_0+\tau$ ，比幀的發(fā)送時(shí)間要多一個(gè)單程端到端時(shí)延 τ
2. 要提高以太網(wǎng)的信道利用率，就必須減小 τ ?與 $T_0$ 之比
3. 在以太網(wǎng)中定義了參數(shù) a 以太網(wǎng)單程端到端時(shí)延 τ?與幀的發(fā)送時(shí)間 $T_0$ 之比：$a=\tau /T_0$
   1. $a\to 0$，表示一發(fā)生碰撞就立即可以檢測(cè)出來(lái)， 并立即停止發(fā)送，因而信道利用率很高
   2. a 越大，表明爭(zhēng)用期所占的比例增大，每發(fā)生一次碰撞就浪費(fèi)許多信道資源，使得信道利用率明顯降低
   3. 為提高利用率，以太網(wǎng)的參數(shù) a 的值應(yīng)當(dāng)盡可能小些
   4. 當(dāng)數(shù)據(jù)率一定時(shí)，以太網(wǎng)的連線的長(zhǎng)度受到限制，否則 t? 的數(shù)值會(huì)太大
   5. 以太網(wǎng)的幀長(zhǎng)不能太短，否則 T0 的值會(huì)太小，使 a 值太大
4. 極限信道利用率$S_{max}$：$S_{max}=\frac{T_0}{T_0+\tau }=\frac{1}{1+a}$
   1. 只有當(dāng)參數(shù) a 遠(yuǎn)小于 1 才能得到盡可能高的極限信道利用率

以太網(wǎng)的MAC層

1. MAC層的硬件地址
   1. 硬件地址又稱物理地址，或MAC地址
   2. IEEE 802 標(biāo)準(zhǔn)為局域網(wǎng)規(guī)定了一種 48 位的全球地址（簡(jiǎn)稱為地址）
      1. IEEE 注冊(cè)管理機(jī)構(gòu) RA 負(fù)責(zé)向廠家分配前 3 個(gè)字節(jié) (即高 24 位)，稱為組織唯一標(biāo)識(shí)符 OUI（公司標(biāo)識(shí)符）
      2. 廠家自行指派后 3 個(gè)字節(jié) (即低 24 位)，稱為擴(kuò)展標(biāo)識(shí)符
      3. 必須保證生產(chǎn)出的適配器沒(méi)有重復(fù)地址
      4. 地址被固化在適配器的 ROM 中
   3. IEEE 規(guī)定地址字段的第 1 字節(jié)的最低位為 I/G 位
      1. 單個(gè)站地址：I/G 位 = 0
      2. 組地址：I/G 位 = 1，用來(lái)進(jìn)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
   4. IEEE 把地址字段第 1 字節(jié)的最低第 2 位規(guī)定為 G/L 位
      1. 全球管理：G/L 位 = 0，廠商向 IEEE 購(gòu)買(mǎi)的 OUI 都屬于全球管理
      2. 本地管理：G/L 位 = 1，這時(shí)用戶可任意分配網(wǎng)絡(luò)上的地址
   5. 適配器具有過(guò)濾功能
      1. 每收到一個(gè) MAC 幀，先用硬件檢查幀中的 MAC 地址
      2. 如果是發(fā)往本站的幀則收下，然后再進(jìn)行其他的處理
         1. 發(fā)往本站的幀
            1. 單播幀（一對(duì)一）
            2. 廣播幀（一對(duì)全體）
            3. 多播幀（一對(duì)多）
      3. 否則就將此幀丟棄，不再進(jìn)行其他的處理
      4. 以混雜方式工作的以太網(wǎng)適配器只要“聽(tīng)到”有幀在以太網(wǎng)上傳輸就都接收下來(lái)
2. MAC幀的格式
   1. 常用的以太網(wǎng) MAC 幀格式
      1. DIX Ethernet V2 標(biāo)準(zhǔn)
      2. IEEE 的 802.3 標(biāo)準(zhǔn)
   2. 
      1. 目的地址：6字節(jié)
      2. 源地址：6字節(jié)
      3. 類(lèi)型：2字節(jié)，用來(lái)標(biāo)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(gè)協(xié)議
      4. 數(shù)據(jù)（MAC 客戶數(shù)據(jù)）：46-1500字節(jié)
         1. 當(dāng)數(shù)據(jù)字段的長(zhǎng)度小于 46 字節(jié)時(shí)，應(yīng)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(zhǎng)不小于 64 字節(jié)
      5. FCS：4字節(jié)
      6. 由硬件在幀的前面插入 8 字節(jié)。第一個(gè)字段共 7 個(gè)字節(jié)，是前同步碼，用來(lái)迅速實(shí)現(xiàn) MAC 幀的比特同步。第二個(gè)字段 1 個(gè)字節(jié)是幀開(kāi)始定界符，表示后面的信息就是 MAC 幀
   3. 無(wú)效的MAC幀
      1. 數(shù)據(jù)字段的長(zhǎng)度與長(zhǎng)度字段的值不一致
      2. 幀的長(zhǎng)度不是整數(shù)個(gè)字節(jié)
      3. 用收到的幀檢驗(yàn)序列 FCS 查出有差錯(cuò)
      4. 數(shù)據(jù)字段的長(zhǎng)度不在 46 ~ 1500 字節(jié)之間
      5. 有效的 MAC 幀長(zhǎng)度為 64 ~ 1518 字節(jié)之間
      • 對(duì)于檢查出的無(wú)效 MAC 幀就簡(jiǎn)單地丟棄
      • 以太網(wǎng)不負(fù)責(zé)重傳丟棄的幀
   4. IEEE 802.3 MAC 與以太網(wǎng) V2 MAC 幀格式的區(qū)別
      1. 
      2. 當(dāng)“長(zhǎng)度/類(lèi)型”字段值大于 0x0600 時(shí)，表示“類(lèi)型”；小于 0x0600 時(shí)，表示“長(zhǎng)度”
      3. 當(dāng)“長(zhǎng)度/類(lèi)型”字段值小于 0x0600 時(shí)，數(shù)據(jù)字段必須裝入邏輯鏈路控制 LLC 子層的 LLC 幀
      4. 在 802.3 標(biāo)準(zhǔn)的文檔中，MAC 幀格式包括了 8 字節(jié)的前同步碼和幀開(kāi)始定界符

擴(kuò)展的以太網(wǎng)

在物理層擴(kuò)展以太網(wǎng)

1. 使用光纖擴(kuò)展
   1. 主機(jī)使用光纖和一對(duì)光纖解調(diào)器連接到集線器
2. 使用集線器擴(kuò)展
   1. 用多個(gè)集線器連成更大的以太網(wǎng)
   2. 優(yōu)點(diǎn)
      1. 使原來(lái)屬于不同碰撞域（沖突域）的計(jì)算機(jī)能夠跨碰撞域通信
      2. 擴(kuò)大了以太網(wǎng)覆蓋的地理范圍
   3. 缺點(diǎn)
      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(shù)（如數(shù)據(jù)率不同），那么就不能用集線器將它們互連起來(lái)

在數(shù)據(jù)鏈路層擴(kuò)展以太網(wǎng)

• 早期使用網(wǎng)橋，現(xiàn)在使用以太網(wǎng)交換機(jī)
  1. 網(wǎng)橋：根據(jù) MAC 幀的目的地址對(duì)收到的幀進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)和過(guò)濾?；蛘咿D(zhuǎn)發(fā)，或者丟棄
  2. 以太網(wǎng)交換機(jī)：多端口的網(wǎng)橋；可明顯地提高以太網(wǎng)的性能

1. 以太網(wǎng)交換機(jī)的特點(diǎn)
   1. 實(shí)質(zhì)上是一個(gè)多接口網(wǎng)橋：通常有十幾個(gè)或更多的接口
   2. 每個(gè)接口都直接與一個(gè)單臺(tái)主機(jī)或另一個(gè)以太網(wǎng)交換機(jī)相連，并且一般都工作在全雙工方式
   3. 以太網(wǎng)交換機(jī)具有并行性
      1. 能同時(shí)連通多對(duì)接口，使多對(duì)主機(jī)能同時(shí)通信
      2. 相互通信的主機(jī)都獨(dú)占傳輸媒體，無(wú)碰撞地傳輸數(shù)據(jù)
      3. 每一個(gè)端口和連接到端口的主機(jī)構(gòu)成了一個(gè)碰撞域
   4. 接口有存儲(chǔ)器，能在輸出端口繁忙時(shí)把到來(lái)的幀進(jìn)行緩存
   5. 即插即用。其內(nèi)部的幀交換表（又稱為地址表）是通過(guò)自學(xué)習(xí)算法自動(dòng)地逐漸建立起來(lái)的。這種交換表就是一個(gè)內(nèi)容可尋址存儲(chǔ)器CAM
   6. 使用專用的交換結(jié)構(gòu)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
2. 以太網(wǎng)交換機(jī)的自學(xué)習(xí)功能
   2. 消除回路：生成樹(shù)協(xié)議STP
   1. 不改變網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際拓?fù)?#xff0c;但在邏輯上則切斷某些鏈路，使得從一臺(tái)主機(jī)到所有其他主機(jī)的路徑是無(wú)環(huán)路的樹(shù)狀結(jié)構(gòu)，從而消除了兜圈子現(xiàn)象
3. 從總線以太網(wǎng)到星形以太網(wǎng)
   1. 早期
      1. 采用無(wú)源的總線結(jié)構(gòu)
      2. 使用CSMA/CD協(xié)議，以半雙工方式工作
   2. 現(xiàn)在
      1. 以太網(wǎng)交換機(jī)為中心的星形結(jié)構(gòu)
      2. 不使用共享總線，沒(méi)有碰撞問(wèn)題，不使用 CSMA/CD 協(xié)議，以全雙工方式工作。但仍然采用以太網(wǎng)的幀結(jié)構(gòu)

虛擬局域網(wǎng)

1. 以太網(wǎng)存在的問(wèn)題
   1. 廣播風(fēng)暴：一個(gè)以太網(wǎng)是一個(gè)廣播域，交換機(jī)之間的冗余鏈路形成廣播風(fēng)暴
   2. 安全問(wèn)題：交換機(jī)每個(gè)接口都處于一個(gè)獨(dú)立的碰撞域（或沖突域）中，但所有計(jì)算機(jī)都處于同一個(gè)廣播域中
   3. 管理困難
2. 虛擬局域網(wǎng)VLAN
   1. 利用以太網(wǎng)交換機(jī)可以很方便地實(shí)現(xiàn)虛擬局域網(wǎng) VLAN
   2. IEEE 802.1Q 對(duì)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(gòu)成的與物理位置無(wú)關(guān)的邏輯組，而這些網(wǎng)段具有某些共同的需求。每一個(gè) VLAN 的幀都有一個(gè)明確的標(biāo)識(shí)符，指明發(fā)送這個(gè)幀的計(jì)算機(jī)是屬于哪一個(gè) VLAN
   3. 虛擬局域網(wǎng)其實(shí)只是局域網(wǎng)給用戶提供的一種服務(wù)，并不是一種新型局域網(wǎng)
3. 虛擬局域網(wǎng)優(yōu)點(diǎn)
   1. 改善了性能
   2. 簡(jiǎn)化了管理
   3. 降低了成本
   4. 改善了安全性
4. 劃分虛擬局域網(wǎng)的方法
   1. 基于交換機(jī)端口
      1. 最簡(jiǎn)單、也是最常用的方法
      2. 屬于在第 1 層劃分虛擬局域網(wǎng)的方法
      3. 缺點(diǎn)：不允許用戶移動(dòng)
   2. 基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)卡的 MAC 地址
      1. 根據(jù)用戶計(jì)算機(jī)的 MAC 地址劃分虛擬局域網(wǎng)
      2. 屬于在第 2 層劃分虛擬局域網(wǎng)的方法
      3. 允許用戶移
      4. 缺點(diǎn)：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(lèi)型
      1. 根據(jù)以太網(wǎng)幀的第三個(gè)字段“類(lèi)型”確定該類(lèi)型的協(xié)議屬于哪一個(gè)虛擬局域網(wǎng)
      2. 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
      1. 根據(jù)以太網(wǎng)幀的第三個(gè)字段“類(lèi)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(gè)虛擬局域網(wǎng)
      2. 屬于在第 3 層劃分虛擬局域網(wǎng)的方法
   5. 基于高層應(yīng)用或服務(wù)
      1. 根據(jù)高層應(yīng)用或服務(wù)、或者它們的組合劃分虛擬局域網(wǎng)
      2. 更加靈活，但更加復(fù)雜

高速以太網(wǎng)

100BASE-T 以太網(wǎng)（快速以太網(wǎng)）

1. 在雙絞線上傳送 100 Mbit/s 基帶信號(hào)的星形拓?fù)湟蕴W(wǎng)
2. 仍使用 IEEE 802.3 的 CSMA/CD 協(xié)議
3. 1995 定為正式標(biāo)準(zhǔn)：IEEE 802.3u
4. 特點(diǎn)
   1. 可在全雙工方式下工作而無(wú)沖突發(fā)生
   2. 在全雙工方式下工作時(shí)，不使用 CSMA/CD 協(xié)議
   3. 使用 IEEE 802.3 協(xié)議規(guī)定的 MAC 幀格式
   4. 保持最短幀長(zhǎng)不變，但將一個(gè)網(wǎng)段的最大電纜長(zhǎng)度減小到 100 米
   5. 幀間時(shí)間間隔從原來(lái)的 9.6 ms 改為現(xiàn)在的 0.96 ms

吉比特以太網(wǎng)

1. 特點(diǎn)
   1. 允許在 1 Gbit/s 下以全雙工和半雙工 2 種方式工作
   2. 使用 IEEE 802.3 協(xié)議規(guī)定的 MAC 幀格式
   3. 在半雙工方式下使用 CSMA/CD 協(xié)議，而在全雙工方式不使用 CSMA/CD 協(xié)議
   4. 與 10BASE-T 和 100BASE-T 技術(shù)向后兼容
2. 吉比特以太網(wǎng)的物理層
   1. 自有以太網(wǎng)
   2. 美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)ANSI制定的光纖通道FC
3. 半雙工方式工作的吉比特以太網(wǎng)
   1. 半雙工時(shí)采用 CSMA/CD，必須進(jìn)行碰撞檢測(cè)
   2. 為保持 64 字節(jié)最小幀長(zhǎng)度，以及 100 米的網(wǎng)段的最大長(zhǎng)度，增加了 2 個(gè)功能
      1. 載波延伸：將爭(zhēng)用時(shí)間增大為 512 字節(jié)。凡發(fā)送的 MAC 幀長(zhǎng)不足 512 字節(jié)時(shí)，就用一些特殊字符填充在幀的后面
      2. 分組突發(fā)：當(dāng)很多短幀要發(fā)送時(shí)，第 1 個(gè)短幀采用載波延伸方法進(jìn)行填充，隨后的一些短幀則可一個(gè)接一個(gè)地發(fā)送，只需留有必要的幀間最小間隔即可。這樣就形成可一串分組的突發(fā)，直到達(dá)到 1500 字節(jié)或稍多一些為止

10吉比特以太網(wǎng)（10GbE）和更快的以太網(wǎng)

1. 特點(diǎn)
   1. 萬(wàn)兆比特
   2. 與 10、100 Mbit/s 和 1 Gbit/s 以太網(wǎng)的幀格式完全相同
   3. 保留了 IEEE 802.3 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的以太網(wǎng)最小和最大幀長(zhǎng)
   4. 只使用光纖作為傳輸媒體
   5. 只工作在全雙工方式，沒(méi)有爭(zhēng)用問(wèn)題，不使用 CSMA/CD 協(xié)議
2. 端到端的以太網(wǎng)傳輸
   1. 以太網(wǎng)的工作范圍已經(jīng)擴(kuò)大到城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了端到端的以太網(wǎng)傳輸
   2. 好處
      1. 技術(shù)成熟
      2. 互操作性很好
      3. 在廣域網(wǎng)中使用以太網(wǎng)時(shí)價(jià)格便宜
      4. 采用統(tǒng)一的以太網(wǎng)幀格式，簡(jiǎn)化了操作和管理

使用以太網(wǎng)進(jìn)行寬帶接入

1. 特點(diǎn)
   1. 可以提供雙向的寬帶通信
   2. 可以根據(jù)用戶對(duì)帶寬的需求靈活地進(jìn)行帶寬升級(jí)
   3. 可以實(shí)現(xiàn)端到端的以太網(wǎng)傳輸，中間不需要再進(jìn)行幀格式的轉(zhuǎn)換
   4. 不支持用戶身份鑒別
2. PPPoE
   1. 在以太網(wǎng)上運(yùn)行 PPP
   2. 將 PPP 幀封裝到以太網(wǎng)中來(lái)傳輸
   3. 現(xiàn)在的光纖寬帶接入 FTTx 都要使用 PPPoE 的方式進(jìn)行接入
   4. 利用 ADSL 進(jìn)行寬帶上網(wǎng)時(shí)，從用戶個(gè)人電腦到家中的 ADSL 調(diào)制解調(diào)器之間的連接也使用 RJ-45 和 5 類(lèi)線，也使用 PPPoE