第10讲物理网络与链路层

第10讲物理网络与链路层物理网络与链路局域网概念以太网标准MAC、IP和ARP因特网vs.物理网络因特网是新生事物—20年的应用历史通信网络（电话、电报等）则有100年因特网是一个逻辑上大一统的网络它没有自己独有的物理网络但它的影子投射在所有类型的物理网络上传统的物理网络，电话网、电视网、数据传输网，都可以承载IP分组计算机网络链路的发展早期计算机稀少，使用点对点链路随着计算机设备的普及，在所有计算机之间实现点对点的链接会极为浪费全连接计算公式=nx(n-1)/2所以，当有了PC后，最为节省的办法，就是用一根电缆把所有PC连接在一起这就是局域网的雏形物理网络和链路类型三种类型的物理网络或“链路”点对点(e.g.电话信道，租用专线)广播式

(共享线路或介质;e.g,以太网,无线网,etc.)交换式(e.g.,交换式以太网

etc)交换式－－链路带宽的扩展使用网段分割来缓解共享介质网络的冲突一个大会议室只能一个人发言划分成若干小会议室，多个人同时发言不同网段的数据由交换节点转发小会议室内的交流继续进行不同会议室之间的交流由通讯员转达点对点—独享线路或介质早期的计算机通信大部分采用此方式--计算机稀少，主要依赖电话网通信目前的拨号和ＡＤＳＬ上网时用到采用点对点协议（ＰＰＰ）在连接过程中，进行身份认证和地址协商骨干网的长途信道采用此方式广播式

--共享线路或介质这里提到的广播与电台，电视台不同电台、电视台广播是单工通信方式（1:N）计算机广播是双工通讯方式（N:M）但这二种广播通信方式有相同点在同一个时空内，只能容许一个声音如果两个以上信号源在同一时空工作，会形成干扰或冲突链路层:工作环境一个数据分组的旅行可能跨越各种不同的链路“我的ｅ家”在家里有一段无线链路（广播式）ＡＤＳＬ上网的用户会经过电话链路（点对点）越洋用户会用到海底光缆（点对点）某个网站主机在ＩＤＣ机房的局域网中（广播式）链路层:工作环境（续）两个物理上连接的设备:主机-路由器,路由器-路由器,主机-主机协议数据单元:frame（帧）applicationtransportnetworklinkphysicalnetworklinkphysicalMMMMHtHtHnHtHnHlMHtHnHlframe物理链路数据链路协议接口卡链路层的服务成帧,链路访问:将分组封装入帧,加上帧头,帧尾如果是共享介质，则需实现信道的访问

‘物理地址’放在帧首来确定信源、信宿物理地址≠IP地址在两台物理上连接的设备之间实现可靠传递不同的链路，实现不同，帧格式也不同局域网链路的重要性我们接触最多的一种链路因特网中数量最多的网络结构非常简单，工程上容易实现有与因特网不一样的编址机制实现机理比较复杂，会影响一些特殊的网络应用局域网中的“说话”规则我们有许多PC在线，随时有人会发言（随机性）所以，说话前先要听听，不要干扰到正在发言的PC（发言前先倾听）若网上“此刻”是安静，且让我发言（边发边听）但是，不约而同，脱口而出的事，是经常发生的（遇冲突退回）CSMA:CarrierSenseMultipleAccessCSMA:

（载波检测多路访问）发送前侦听:如果信道闲置:发送整个分组如果信道忙,推迟发送坚持性CSMA:

当信道闲置时，以p的概率立即重试

(可能导致不稳定)非坚持性CSMA:

在某个随机间隔以后再试CSMA的冲突冲突可能发生在:由于传播延迟两个节点可能听不到对方的发送冲突:整个分组的传输时间被浪费以太网结点间的时空图注意:这里的冲突概率是由距离和传播延迟来决定的CSMA/CD

(CollisionDetection，冲突检测)在冲突发生后，短时间内可探测到立即中断传输,减少信道的时间浪费坚持性或非坚持性重传冲突检测:

在有线LAN中简便易行:检测信号强度,比较收、发的信号在无线LAN比较困难:传输时接收器是关闭的CSMA/CD冲突检测LAN技术编址以太网（Ethernet）集线器、网桥、交换机802.11无线LAN协议LAN地址和ARP32位的IP地址:

网络层地址在不同的网络之间传递分组LAN(或MAC或物理)地址:用来(在同一网络中)物理上互相连接的接口之间获取分组（或帧）

48位MAC地址(绝大部分LANs)

烧制在网卡的ROM中LAN地址每个LAN上的网卡都有具唯一性的LAN地址该地址是局域网内有效的通信识别地址LAN地址(续)MAC分配由IEEE管理制造商购买部分MAC地址空间

(以保证唯一性)比方:(a)MAC地址:身份证号码

(b)IP地址:类似邮政地址

MAC平面地址=>可以迁移可以将（PC/网卡）从一个LAN转到另一个IP层次性地址不可迁移取决于某个站点接入的网络如何得知本地主机MAC地址Ethernetadapter无线网络连接:Connection-specificDNSSuffix.:Description...........:D-LinkDWL-G520+AWirelessPCIPhysicalAddress.........:00-13-46-EB-1A-DA

DhcpEnabled...........:Yes

AutoconfigurationEnabled....:YesIPAddress............:192.168.1.100SubnetMask...........:255.255.255.0DefaultGateway.........:192.168.1.1DHCPServer...........:192.168.1.1DNSServers...........:202.117.0.21Ethernetadapter本地连接:MediaState...........:MediadisconnectedDescription...........:GenericMarvellYukon88E8056basedEthernetControllerPhysicalAddress.........:00-E0-B0-E5-29-89C:\>ipconfig/all有关IP数据报在LAN的传输223.1.1.1223.1.1.2223.1.1.3223.1.1.4223.1.2.9223.1.2.2223.1.2.1223.1.3.2223.1.3.1223.1.3.27ABEA站点给B站点发送IP分组：查找B站点的网络地址,发现B站点与其在同一网络中给B站点发送分组（通过链路层的帧来传送）B’sMACaddrA’sMACaddrA’sIPaddrB’sIPaddrIPpayload分组帧帧的源、宿地址分组的源、宿地址地址解析协议（AddressResolutionProtocol,ARP）每个LAN上的IP节点(主机,路由器)都有

ARP模块和表ARP表:是某些LAN结点的IP/MAC地址映射

<IP地址;MAC地址;TTL>

<…..>TTL(TimeToLive):超过TTL的地址映射会被删除(一般为20分钟)Q:

若已知B站点的IP地址，

如何确定其MAC地址?ARP协议A知道B的IP地址,需要了解B的物理地址

A广播

ARP查询帧,其中包含了B的IP地址所有LAN的主机都收到ARP查询

B接收到ARP帧,将其物理地址返回给AA对收到的IP/MAC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DNS与ARP的比较相同点二者都提供地址转换机制不同点DNS提供全局性的地址转换，是应用层到网络层的地址转换ARP提供局域网内的IP和MAC地址的对应关系，是网络层到链路层的地址转换三种网络地址，两种转换机制是因特网的核心技术之一无线LAN-IEEE802.11无线LANs:不拘范围(经常是移动的)联网形态IEEE802.11标准:MAC协议无需注册的频率范围(US):900Mhz,2.4Ghz基本服务集(BSS)

包括:无线主机接入点(AP),基站由BSS组成分布系统(DS)用门桥（portal）接入有线网自组网络（AdHocNetworks）自组网络:IEEE802.11站点可