电路原理邱关源数据链路层

1、第 3 章 数据链路层惠州学院电子系第 3 章 数据链路层3.1 数据链路层概述3.2 点对点协议 PPP3.3 使用播送信道的数据链路层3.4 使用播送信道的以太网3.5 其他类型的高速局域网接口3.1数据链路层的根本概念物理层的功能是什么？物理层考虑的是怎样才能在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流,使物理层上面的数据链路层感觉不到这些差异，这样就可以使数据链路层只需要考虑如何完本钱层的协议和效劳，而不必考虑网络具体的传输媒体是什么。物理层只负责传输无结构的原始比特流，是不可靠的。物流公司配送货物，假设选定了从惠州到海南线路高速公路、航空、航海线等？如果高速公路，运输车辆的型号选定了，

2、那要考虑车厢空间的大小来装货物；车速，到达的时间等。那集装箱里的东西是不是需要打包成一个个包裹？如果路上出现问题抛锚等该怎么处理？物理层只负责传输无结构的原始比特流，是不可靠的。数据链路层将不可靠的物理连接数据电路转换成对网络层来说可靠的数据链路，收发双方是相邻的。为了实现转换：首先，必须将物理层的无结构原始比特流划分成一定长度的结构数据单元帧frame，即组帧Framing。其次，对帧进行过失控制error control，实现检错/纠错功能。最后，通过适宜的流量控制flow control协议保证收发双方的传输同步，为网络层提供透明可靠的效劳。3.1数据链路层的根本概念根本概念链路(lin

3、k)：任何相邻节点间 点到点的物理线路，中间没有任何其他的交换结点。是一条物理链路。数据链路(data link：当需要在一条线路上传送数据时,除了必须有一条物理线路外,还必须有一些必要的通信协议来控制这些数据的传输，假设把实现这些协议的硬件和软件加到链路上,就构成了数据链路。链路层: 简介术语:主机和路由器称为节点沿通信路径连接相邻节点的通信信道称为链路有线链路无线链路2层的数据包称为 帧, 帧封装数据报“link”数据链路层 负责从一条链路上把帧从一个节点传送到另外一个节点数据链路层最重要的作用是：通过一些数据链路层协议即链路控制规程，在不太可靠的物理链路上实现可靠的数据传输。现在最常用的

4、方法是使用适配器即网卡来实现这些协议的硬件和软件。一般的适配器都包括了数据链路层和物理层这两层的功能。适配器通信链路层实现于“适配器以太网卡, PCMCI 卡 802.11 卡发送方:在帧中封装数据报可能增加错误检测比特，可靠传输，流控等.接收方实现错误检测, 可靠传输, 流控等提取数据报, 给接收分组适配器是半自治的数据链路和物理层发送节点帧接收节点数据报帧适配器适配器链路层协议为什么需要数据链路层？ 物理层未解决的问题：位流传输过程中不可防止会出现过失电磁干扰，线路问题数据收发之间的速率匹配问题(不同设备处理速度不同)最主要的作用是通过一些数据链路层协议(即链路控制规程),在不太可靠的物理

5、链路上实现可靠的数据传输.数据链路层像个数字管道 常常在两个对等的数据链路层之间画出一个数字管道，而在这条数字管道上传输的数据单位是帧。早期的数据通信协议曾叫作通信规程(procedure)。因此在数据链路层，规程和协议是同义语。 结点结点帧帧数据链路层的简单模型局域网广域网主机 H1主机 H2路由器 R1路由器 R2路由器 R3 网局域网主机 H1 向 H2 发送数据链路层应用层运输层网络层物理层链路层应用层运输层网络层物理层链路层网络层物理层链路层网络层物理层链路层网络层物理层R1R2R3H1H2从层次上来看数据的流动数据链路层的简单模型( 续局域网广域网主机 H1主机 H2路由器 R1路

6、由器 R2路由器 R3 网局域网主机 H1 向 H2 发送数据链路层应用层运输层网络层物理层链路层应用层运输层网络层物理层链路层网络层物理层链路层网络层物理层链路层网络层物理层R1R2R3H1H2仅从数据链路层观察帧的流动四段IP 数据报1010 0110帧取出数据链路层网络层链路结点 A结点 B物理层数据链路层结点 A结点 B帧(a)(b)发送帧接收链路IP 数据报1010 0110帧装入链路层的功能链路管理发送/接收是否准备好定界与同步帧何处起始、何处中止字符计数首尾分界字符首尾分界标志序列物理编码违例流量控制发送和接收之间协调。*不是保证物理层的通信线路速率相同，而是发送/接收端链路层处

7、理能力协调。过失控制过失控制编码透明传输能正确区分控制信息和数据寻址多点连接时如何确定发送/接收端3.1.2 三个根本问题 (1) 封装成帧(2) 透明传输(3) 过失控制 1. 封装成帧封装成帧(framing)就是在一段数据IP数据报的前后分别添加首部和尾部，然后就构成了一个帧。确定帧的界限。首部和尾部的一个重要作用就是进行帧定界。 帧结束帧首部IP 数据报帧的数据局部帧尾部 MTU数据链路层的帧长开始发送帧开始用控制字符进行帧定界的方法举例 SOH装在帧中的数据局部帧帧开始符帧结束符发送在前EOT2. 透明传输SOHEOT出现了“EOT被接收端当作无效帧而丢弃被接收端误认为是一个帧数据局

8、部EOT完整的帧发送在前解决透明传输问题发送端的数据链路层在数据中出现控制字符“SOH或“EOT的前面插入一个转义字符“ESC。字节填充(byte stuffing)或字符填充(character stuffing)接收端的数据链路层在将数据送往网络层之前删除插入的转义字符。如果转义字符ESC也出现数据当中，那么应在转义字符前面插入一个转义字符ESC。当接收端收到连续的两个转义字符时，就删除其中前面的一个。 SOHSOHEOTSOHESCESCEOTESCSOHESCESCESCSOH原始数据EOTEOT经过字节填充后发送的数据字节填充字节填充字节填充字节填充发送在前帧开始符帧结束符用字节填充

9、法解决透明传输的问题 SOH3. 过失检测在传输过程中可能会产生比特过失：1 可能会变成 0 而 0 也可能变成 1。在一段时间内，传输错误的比特占所传输比特总数的比率称为误码率 BER (Bit Error Rate)。误码率与信噪比有很大的关系。为了保证数据传输的可靠性，在计算机网络传输数据时，必须采用各种过失检测措施。 如：循环冗余校验CRC、奇偶校验等数据链路层使用的信道两类 “数据链路:点到点链路 拨号接入链路PPP播送 (共享的媒介)传统以太网,802.3有线电缆系统的上行信道802.11 无线LAN点到点数据链路单发送方, 单接收方, 单链路: 比播送链路简单:不需要媒介接入控制

10、不需要明确的MAC寻址例., 拨号网络, ISDN 线路流行的 点到点 数据链路层控制 协议:PPP (点到点协议)HDLC: 高级数据链路控制协议3.2 点对点协议 PPP 3.2.1 PPP 协议的特点 现在全世界使用得最多的数据链路层协议是点对点协议 PPP (Point-to-Point Protocol)。用户使用拨号 线接入因特网时，一般都是使用 PPP 协议。用户到 ISP 的链路使用 PPP 协议 用户至因特网已向因特网管理机构申请到一批 IP 地址ISP接入网PPP 协议1. PPP 协议应满足的需求 简单这是首要的要求封装成帧 透明性 多种网络层协议 多种类型链路 过失检测

11、 检测连接状态 最大传送单元 网络层地址协商 数据压缩协商 2. PPP 协议不需要的功能纠错(由运输层的TCP协议完成 流量控制 序号 多点线路 半双工或单工链路 PPP 协议的组成 1992 年制订了 PPP 协议。经过 1993 年和 1994 年的修订，现在的 PPP 协议已成为因特网的正式标准RFC 1661。 PPP 协议有三个组成局部 一个将 IP 数据报封装到串行链路的方法。链路控制协议 LCP (Link Control Protocol)。网络控制协议 NCP (Network Control Protocol)。 PPP执行的大局部工作是由LCP和NCP在数据链路层和网络

12、层完成的。LCP负责建立PPP连接、设置及其参数，以及终止PPP连接，而NCP负责配置网络层协议。为了在点对点连接上建立通信，每个PPP端必须首先发送LCP包以配置和检测数据链接。在连接建立而且可选的选项都已经由LCP设置完成后，PPP必须必须发送NCP包用以选择和配置一个或多个网络层协议。 3.2.2 PPP 协议的帧格式标志字段 F = 0 x7E 。地址字段 A 置为 0 xFF，控制字段 C 置为 0 x03 。两个字段实际上并不起作用。 协议字段：假设为 0 x0021 时，PPP 帧的信息字段就是IP 数据报。假设为 0 xC021, 那么信息字段是 PPP 链路控制数据。假设为

13、0 x8021，那么表示这是网络控制数据。 FCS：进行CRC校验。IP 数据报1211字节12不超过 1500 字节PPP 帧先发送7EFF03FACFCSF7E协议信 息 部 分首部尾部 3.2.3 PPP 协议的工作状态 当用户拨号接入 ISP 时，路由器的调制解调器对拨号做出确认，并建立一条物理连接。PC 机向路由器发送一系列的 LCP链路控制协议 分组封装成多个 PPP 帧。这些分组及其响应选择一些 PPP 参数，和进行网络层配置，NCP网络控制协议 给新接入的 PC机分配一个临时的 IP 地址，使 PC 机成为因特网上的一个主机。通信完毕时，NCP 释放网络层连接，收回原来分配出去

14、的 IP 地址。接着，LCP 释放数据链路层连接。最后释放的是物理层的连接。 设备之间无链路链路静止链路建立鉴别网络层协议链路翻开链路终止物理链路LCP 链路已鉴别的 LCP 链路已鉴别的 LCP 链路和 NCP 链路物理层连接建立LCP 配置协商鉴别成功或无需鉴别NCP 配置协商链路故障或关闭请求LCP 链路终止鉴别失败LCP 配置协商失败PPPoe ：ppp over ethernet的简称，PPP协议要求通信的双方是点到点的关系，不适用与播送型以太网和另外一些多点访问网络。因此，pppoe可以使以太网的主机通过一个简单的桥接设备连到一个远端的接入集中器上。而且通过pppoe协议，远端接入

15、设备能够实现对每个接入用户的控制和计费。PPPoe协议分发现阶段和ppp会话阶段：发现阶段：当一个主机想开始一个PPPoE会话，它必须首先进行发现阶段，以识别局端的以太网MAC地址，并建立一个PPPoE SESSION-ID。基于网络的拓扑，主机可以发现多个接入集中器，然后允许用户选择一个。ppp会话阶段：当发现阶段成功完成，主机和选择的接入集中器都有了他们在以太网上建立PPP连接的信息。一旦PPP会话建立，主机和接入集中器都必须为PPP虚接口分配资源。 1发现阶段：分四个阶段1主机播送发起分组PADI，分组的目的地址以太网的播送0ffffffffffff，CODE代码字段值为009，SESS

16、ION-ID会话ID字段值为00000。PADI分组必须至少包含一个效劳名称类型的标签标签类型字段值为00101，向接入集中器提出所要求提供的效劳。2接入集中器：接入集中器收到在效劳范围内的PADI分组，发送PPPoE有效发现提供包PADO分组，以响应请求。其中CODE字段值为007，SESSION-ID字段值仍为00000。PADO分组必须包含一个接入集中器名称类型的标签标签类型字段值为00102，以及一个或多个效劳名称类型标签，说明可向主机提供的效劳种类。3主机选择一个适宜的PADO分组：主机在可能收到的多个PADO分组中选择一个适宜的PADO分组，然后向所选择的接入集中器发送PPPoE有

17、效发现请求分组PADR。其中CODE字段为019，SESSION_ID字段值仍为00000。PADR分组必须包含一个效劳名称类型标签，确定向接入集线器或交换机请求的效劳种类。当主机在指定的时间内没有接收到PADO，它应该重新发送它的PADI分组，并且加倍等待时间，这个过程会被重复期望的次数。4准备开始PPP会话：接入集中器收到PADR分组后准备开始PPP会话，它发送一个PPPoE有效发现会话确认PADS分组。其中CODE字段值为065，SESSION-ID字段值为接入集中器所产生的一个唯一的PPPoE会话标识号码。PADS分组也必须包含一个接入集中器名称类型的标签以确认向主机提供的效劳。当主机

18、收到PADS分组确认后，双方就进入PPP会话阶段。 二、会话阶段：LCPlink control protocol:链路控制协议，负责链路的建立和终止。协议字段为： 0 xC021PAPpassword authentication protocol：负责用户鉴权，是一种简单的明文验证方式。网络接入效劳器要求用户提供用户名和口令，pap以明文方式返回用户信息，因此，其平安性较差。协议字段为： 0 xC023.IPCP ：负责建立，使能和中止IP模块。主要协商两个选项，数据压缩格式和 IP 地址指定。协议字段： 0 x8021CCPcompression control protocol：压缩控

19、制协议。负责在PPP链路上的两端配置并协商采用哪种压缩算法。并且用可靠的方式来标志压缩和解压缩机制的失败。 协议字段：0 x80fdCCPOptionCompressiontype0OUI1Predictortype12Predictortype23PuddleJumper4-15unassigned16Hewlett-PackardPPC17StacElectronicsLZS18MicrosoftPPC19GandalfFZA20V.42biscompression21BSDLZWCompress255Reserved未利用的值4-15准备分配给不需要版权费用可免费得到的压缩算法。 3.3

20、 使用播送信道的数据链路层3.3.1 局域网的数据链路层 局域网最主要的特点是：网络为一个单位所拥有，且地理范围和站点数目均有限。 局域网具有如下的一些主要优点：具有播送功能，从一个站点可很方便地访问全网。局域网上的主机可共享连接在局域网上的各种硬件和软件资源。 便于系统的扩展和逐渐地演变，各设备的位置可灵活调整和改变。提高了系统的可靠性、可用性和残存性。局域网的拓扑 匹配电阻集线器干线耦合器总线网星形网树形网 环形网以太网的两个标准 DIX Ethernet V2 是世界上第一个局域网产品以太网的规约。DIX：DEC、Intel、Xerox三个公司。以太网已经在局域网市场中占据了绝对优势。I

21、EEE 的 802.3 标准 1983 年制定了第一个 IEEE 以太网标准。DIX Ethernet V2 标准与 IEEE 的 802.3 标准只有很小的差异，因此可以将 802.3 局域网简称为“以太网。严格说，“以太网应当是指符合 DIX Ethernet V2 标准的局域网。计算机通过适配器和局域网进行通信 硬件地址至局域网适配器网卡串行通信CPU 和存储器生成发送的数据处理收到的数据把帧发送到局域网从局域网接收帧计算机IP 地址并行通信适配器功能：进行串行/并行转换。对数据进行缓存。在计算机的操作系统安装设备驱动程序。实现以太网协议。Cmd:Ipconfig/all最初的以太网是将

22、许多计算机都连接到一根总线上。当初认为这样的连接方法既简单又可靠，因为总线上没有有源器件。 以太网的播送方式发送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 发送的数据以太网的播送方式发送 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。具有播送特性的总线上实现了一对一的通信。 3.4 使用播送信道的以太网3.4.1 使用集线器的

23、星形拓扑集线器两对双绞线站点RJ-45 插头以太网在局域网中的统治地位10BASE-T 的通信距离稍短，每个站到集线器的距离不超过 100 m。这种 10 Mb/s 速率的无屏蔽双绞线星形网的出现，既降低了本钱，又提高了可靠性。 10BASE-T 双绞线以太网的出现，是局域网开展史上的一个非常重要的里程碑，它为以太网在局域网中的统治地位奠定了牢固的根底。 集线器的一些特点 集线器是使用电子器件来模拟实际电缆线的工作，因此整个系统仍然像一个传统的以太网那样运行。 使用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网，各工作站使用的还是 CSMA/CD 协议，并共享逻辑上的总线。 集线器很像一个多接口的转发器

24、，工作在物理层。 具有三个接口的集线器 集线器网卡工作站网卡工作站网卡工作站双绞线3.4.3 以太网的 MAC 层1. MAC 层的硬件地址 在局域网中，硬件地址又称为物理地址，或 MAC 地址。 802 标准所说的“地址严格地讲应当是每一个站的“名字或标识符。 但鉴于大家都早已习惯了将这种 48 位的“名字称为“地址，所以本书也采用这种习惯用法，尽管这种说法并不太严格。48 位的 MAC 地址IEEE 的注册管理机构 RA 负责向厂家分配地址字段的前三个字节(即高位 24 位)。地址字段中的后三个字节(即低位 24 位)由厂家自行指派，称为扩展标识符，必须保证生产出的适配器没有重复地址。一个

25、地址块可以生成224个不同的地址。这种 48 位地址称为 MAC-48，它的通用名称是EUI-48。“MAC地址实际上就是适配器地址或适配器标识符EUI-48。适配器检查 MAC 地址 适配器从网络上每收到一个 MAC 帧就首先用硬件检查 MAC 帧中的 MAC 地址.如果是发往本站的帧那么收下，然后再进行其他的处理。否那么就将此帧丢弃，不再进行其他的处理。“发往本站的帧包括以下三种帧： 单播(unicast)帧一对一播送(broadcast)帧一对全体多播(multicast)帧一对多2. MAC 帧的格式 常用的以太网MAC帧格式有两种标准 ：DIX Ethernet V2 标准IEEE

26、的 802.3 标准最常用的 MAC 帧是以太网 V2 的格式。以太网 MAC 帧物理层MAC层前同步码帧开始定界符7 字节1 字节8 字节插入IP层目的地址源地址类型数 据FCS6624字节46 1500IP 数据报MAC 帧以太网的 MAC 帧格式 MAC 帧物理层MAC 层IP 层目的地址源地址类型数 据FCS6624字节46 1500IP 数据报以太网 V2 的 MAC 帧格式目的地址字段 6 字节MAC 帧物理层MAC 层IP 层目的地址源地址类型数 据FCS6624字节46 1500IP 数据报以太网 V2 的 MAC 帧格式源地址字段 6 字节MAC 帧物理层MAC 层IP 层目

27、的地址源地址类型数 据FCS6624字节46 1500IP 数据报以太网 V2 的 MAC 帧格式类型字段 2 字节类型字段用来标志上一层使用的是什么协议，以便把收到的 MAC 帧的数据上交给上一层的这个协议。 MAC 帧物理层MAC 层IP 层目的地址源地址类型数 据FCS6624字节46 1500IP 数据报以太网 V2 的 MAC 帧格式数据字段 46 1500 字节数据字段的正式名称是 MAC 客户数据字段最小长度 64 字节 18 字节的首部和尾部 = 数据字段的最小长度 MAC 帧物理层MAC 层IP 层目的地址源地址类型数 据FCS6624字节46 1500IP 数据报以太网 V

28、2 的 MAC 帧格式FCS 字段 4 字节当传输媒体的误码率为 1108 时，MAC 子层可使未检测到的过失小于 11014。 当数据字段的长度小于 46 字节时，应在数据字段的后面参加整数字节的填充字段，以保证以太网的 MAC 帧长不小于 64 字节。 MAC 帧物理层MAC 层IP 层目的地址源地址类型数 据FCS6624字节46 1500IP 数据报以太网 V2 的 MAC 帧格式10101010101010 10101010101010101011前同步码帧开始定界符7 字节1 字节8 字节插入在帧的前面插入的 8 字节中的第一个字段共 7 个字节，是前同步码，用来迅速实现 MAC

29、帧的比特同步。第二个字段是帧开始定界符，表示后面的信息就是MAC 帧。 为了到达比特同步，在传输媒体上实际传送的要比 MAC 帧还多 8 个字节帧的长度不是整数个字节；用收到的帧检验序列 FCS 查出有过失；数据字段的长度不在 46 1500 字节之间。有效的 MAC 帧长度为 64 1518 字节之间。对于检查出的无效 MAC 帧就简单地丢弃。以太网不负责重传丢弃的帧。 无效的 MAC 帧 帧间最小间隔为 9.6 s，相当于 96 bit 的发送时间。一个站在检测到总线开始空闲后，还要等待 9.6 s 才能再次发送数据。这样做是为了使刚刚收到数据帧的站的接收缓存来得及清理，做好接收下一帧的准

30、备。 帧间最小间隔 某大学有三个系，各自有一个局域网3.5在物理层扩展局域网用多个集线器可连成更大的局域网三个独立的碰撞域一系二系三系碰撞域碰撞域碰撞域用集线器组成更大的局域网都在一个碰撞域中一系三系二系主干集线器一个更大的碰撞域碰撞域优点使原来属于不同碰撞域的局域网上的计算机能够进行跨碰撞域的通信。扩大了局域网覆盖的地理范围。缺点碰撞域增大了，但总的吞吐量并未提高。如果不同的碰撞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 在数据链路层扩展局域网是使用网桥。网桥工作在数据链路层，它根据 MAC 帧的目的地址对收到的帧进行转发。网桥具有过滤帧的功能。当网桥收到一个

31、帧时，并不是向所有的接口转发此帧，而是先检查此帧的目的 MAC 地址，然后再确定将该帧转发到哪一个接口 3.5.2 在数据链路层扩展局域网 1. 网桥的内部结构 站表接口管理 软件网桥协议 实体缓存接口 1接口 2网段 B网段 A111222站地址接口网桥网桥接口 1接口 212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。 使用网桥带来的好处 网桥使各网段成为隔离开的碰撞域 B2B1碰撞域碰撞域碰撞域ABCDEF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

32、网段桥接在一起时时延更大。网桥只适合于用户数不太多(不超过几百个)和通信量不太大的局域网，否那么有时还会因传播过多的播送信息而产生网络拥塞。这就是所谓的播送风暴。 使用网桥带来的缺点 集线器在转发帧时，不对传输媒体进行检测。物理层网桥在转发帧之前必须执行 CSMA/CD 算法。数据链路层假设在发送过程中出现碰撞，就必须停止发送和进行退避。网桥和集线器或转发器不同 假设从 A 发出的帧从接口 x 进入了某网桥，那么从这个接口出发沿相反方向一定可把一个帧传送到 A。网桥每收到一个帧，就记下其源地址和进入网桥的接口，作为转发表中的一个工程。在建立转发表时是把帧首部中的源地址写在“地址这一栏的下面。在

33、转发帧时，那么是根据收到的帧首部中的目的地址来转发的。这时就把在“地址栏下面已经记下的源地址当作目的地址，而把记下的进入接口当作转发接口。网桥应当按照以下自学习算法处理收到的帧和建立转发表 地址 接口转发表的建立过程举例B2B1ABCDEF1212地址 接口B 1B AA BA 1F CF 2A BA 1F CF 2在网桥的转发表中写入的信息除了地址和接口外，还有帧进入该网桥的时间。这是因为以太网的拓扑可能经常会发生变化，站点也可能会更换适配器这就改变了站点的地址。另外，以太网上的工作站并非总是接通电源的。把每个帧到达网桥的时间登记下来，就可以在转发表中只保存网络拓扑的最新状态信息。这样就使得

34、网桥中的转发表能反映当前网络的最新拓扑状态。 网桥在转发表中登记以下三个信息 网桥的自学习和转发帧的步骤归纳 网桥收到一帧后先进行自学习。查找转发表中与收到帧的源地址有无相匹配的工程。如没有，就在转发表中增加一个工程源地址、进入的接口和时间。如有，那么把原有的工程进行更新。转发帧。查找转发表中与收到帧的目的地址有无相匹配的工程。如没有，那么通过所有其他接口但进入网桥的接口除外按进行转发。如有，那么按转发表中给出的接口进行转发。假设转发表中给出的接口就是该帧进入网桥的接口，那么应丢弃这个帧因为这时不需要经过网桥进行转发。P107，3-321990 年问世的交换式集线器(switching hub

35、)，可明显地提高局域网的性能。交换式集线器常称为以太网交换机(switch)或第二层交换机说明此交换机工作在数据链路层。以太网交换机通常都有十几个接口。因此，以太网交换机实质上就是一个多接口的网桥，可见交换机工作在数据链路层。4. 多接口网桥以太网交换机 以太网交换机的每个接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接口，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对于普通 10 Mb/s 的共享式以太网，假设共有 N 个用户，那么每个用户占有的平均带宽只有总

36、带宽(10 Mb/s)的 N 分之一。使用以太网交换机时，虽然在每个接口到主机的带宽还是 10 Mb/s，但由于一个用户在通信时是独占而不是和其他网络用户共享传输媒体的带宽，因此对于拥有 N 对接口的交换机的总容量为 N10 Mb/s。这正是交换机的最大优点。 独占传输媒体的带宽 用以太网交换机扩展局域网 一系三系二系10BASE-T至因特网100 Mb/s100 Mb/s100 Mb/s万维网效劳器电子邮件 效劳器以太网交换机路由器虚拟局域网VLAN-分隔网络 随着网络技术的开展，现在很多企业和部门都建立了内部局域网，但是，随着网络规模的增大也带来了一些问题： 网内数据传输量增大，网速变得越

37、来越慢！ 计算机遭受黑客攻击，关键部门存在平安隐患！ 同一部门的人员分布不同的地域，不能相对集中办公！VLAN20通过VLAN技术可以对网络进行一个平安的隔离、分割播送域VLAN10VLAN30VLAN40VLAN Virtual Local Area NetworkVLAN是在一个物理网络上划分出来的逻辑网络。VLAN的划分不受网络端口的实际物理位置的限制。VLAN 有着和普通物理网络同样的属性。第二层的单播、播送和多播帧在一个VLAN内转发、扩散，而不会直接进入其他的VLAN之中。VLAN技术虚拟局域网 VLAN 是由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组。这些网段具有某些共同的需求。

38、每一个 VLAN 的帧都有一个明确的标识符，指明发送这个帧的工作站是属于哪一个 VLAN。虚拟局域网其实只是局域网给用户提供的一种效劳，而并不是一种新型局域网。 利用以太网交换机可以很方便地实现虚拟局域网 虚拟局域网协议允许在以太网的帧格式中插入一个 4 字节的标识符，称为 VLAN 标记(tag)，用来指明发送该帧的工作站属于哪一个虚拟局域网。虚拟局域网使用的以太网帧格式 802.3MAC 帧字节66246 15004MAC 帧目地地址源地址长度/类型数 据FCS长度/类型 = 802.1Q 标记类型 标记控制信息 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 VID 2

39、字节2 字节插入 4 字节的 VLAN 标记4用户优先级CFIVID-12bit 以太网交换机A4B1以太网交换机VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太网交换机以太网交换机三个虚拟局域网: VLAN1, VLAN2 和 VLAN3以太网交换机A4B1以太网交换机VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太网交换机以太网交换机三个虚拟局域网 VLAN1, VLAN2和 VLAN3 的构成 当 B1 向 VLAN2 工作组内成员发送数据时，工作站 B2 和 B3 将会收到播送的信息。以太网交换机A4B1以太网交换机VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太网交换机以太网交换机三个虚拟局域网 VLAN1, VLAN2和 VLAN3 的构成 B1 发送数据时，工作站 A1, A2 和 C1都不会收到 B1 发出的播送信息。 以太网交换机A4B1以太网交换机VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太网交换机以太网交换机三个虚拟局域网 VLAN1, VLAN2和 VLAN3 的构成 虚拟局域网限制了接收播送信息的工作站数，使得网络不会因传播过多的播送信息(即“播