刘文龙计算机网络课件.ppt

4.3 以太网的 MAC 层4.3.1 MAC 层的硬件地址 n在局域网中，硬件地址又称为物理地址，或 MAC 地址MAC地址共 48 bit n网卡的生产商必须向IEEE购买MAC地址前3个字节（高位24bit），作为公司识别符目前价格是1250美圆一个地址块如3Com公司的网卡的前3个字节为02-60-8Cn地址字段的后三个地址（低24bit）由厂家自行指派，只要不重复就行刘文龙计算机网络网卡上的硬件地址 路由器1A-24-F6-54-1B-0E00-00-A2-A4-2C-0220-60-8C-C7-75-2A08-00-20-47-1F-E420-60-8C-11-D2-F6路由器由于同时连接到两个网络上，因此它有两块网卡和两个硬件地址 刘文龙计算机网络网卡检查 MAC 地址 n网卡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.n如果是发往本站的帧则收下，然后再进行其他的处理n否则就将此帧丢弃，不再进行其他的处理n“发往本站的帧”包括以下三种帧： n单播(unicast)帧（一对一）n广播(broadcast)帧（一对全体）n多播(multicast)帧（一对多）刘文龙计算机网络4.3.2 两种不同的 MAC 帧格式 n常用的以太网MAC帧格式有两种标准 ：nDIX Ethernet V2 标准nIEEE 的 802.3 标准n最常用的 MAC 帧是以太网 V2 的格式。

nIEEE的802.3标准和V2标准格式差不多，但比V2标准复杂现今用的很少，所以本课重点介绍V2标准刘文龙计算机网络MAC 帧物理层MAC 层IP 层以太网 V2 MAC 帧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 字节刘文龙计算机网络MAC 帧物理层MAC 层IP 层以太网 V2 MAC 帧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 字节刘文龙计算机网络MAC 帧物理层MAC 层IP 层以太网 V2 MAC 帧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如0x0800代表上层使用IP数据报；0x8137是IPX 刘文龙计算机网络MAC 帧物理层MAC 层IP 层以太网 V2 MAC 帧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 刘文龙计算机网络MAC 帧物理层MAC 层IP 层以太网 V2 MAC 帧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FCS 字段 4 字节当传输媒体的误码率为 1108 时，MAC 子层可使未检测到的差错小于 11014。

当数据字段的长度小于 46 字节时，应在数据字段的后面加入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 刘文龙计算机网络MAC 帧物理层MAC 层IP 层以太网 V2 MAC 帧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 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 为了达到比特同步，在传输媒体上实际传送的要比 MAC 帧还多 8 个字节刘文龙计算机网络n帧的长度不是整数个字节；n用收到的帧检验序列 FCS 查出有差错；n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n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 刘文龙计算机网络n帧间最小间隔为 9.6 s，相当于 96 bit 的发送时间。

n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n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备n这样做还有什么好处？ 帧间最小间隔 刘文龙计算机网络n其它站也可以抢线，发送数据否则，如果一个站有一个大文件要发送时，就会连续占据线路，其它机器都无法上网刘文龙计算机网络n用多个集线器可连成更大的局域网 4.4 扩展的局域网4.4.1 在物理层扩展局域网 集线器集线器一系二系集线器三系三个独立的碰撞域刘文龙计算机网络n用多个集线器可连成更大的局域网 4.4 扩展的局域网4.4.1 在物理层扩展局域网 一系二系三系集线器集线器集线器集线器主干集线器刘文龙计算机网络n缺点n碰撞域增大了，总的吞吐量得不到提高三个系的任何一台计算机发数据，所有的计算机都能收到如果每个系的吞吐量为10Mb/s，三个系合起来的吞吐量还是10Mb/sn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因为集线器只能转发，不能存储因为10M网卡不能接收100M网卡的信息，这样100M网卡也只能工作在10M 用集线器扩展局域网 刘文龙计算机网络n在数据链路层扩展局域网是使用网桥。

n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n网桥具有过滤帧的功能当网桥收到一个帧时，并不是向所有的端口转发此帧，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端口 4.4.2 在数据链路层扩展局域网 刘文龙计算机网络网桥的内部结构站表端口管理 软件网桥协议 实体端口 1端口 2缓存①②③网段 B网段 A1112①③⑤2②④⑥2站地址 端口网桥网桥④⑤⑥刘文龙计算机网络n过滤通信量网桥将局域网各网段隔离成不同的碰撞域 n扩大了物理范围n提高了可靠性某个网段出现故障，不会影响其他网段n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 刘文龙计算机网络n存储转发增加了时延 n在MAC 子层并没有流量控制功能当网络上的负担很重时，网桥中的缓存的存储空间可能不够而发生溢出，产生帧丢失现象相对集线器） n具有不同 MAC 子层的网段通过网桥接在一起时延更大因为网桥必须修改帧的某些字段的内容起翻译的功能如使用802.3标准和V2标准的不同网段互连n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，否则有时还会因传播过多的广播信息而产生网络拥塞。

这就是所谓的广播风暴 使用网桥带来的缺点 刘文龙计算机网络n集线器在转发帧时，不对传输媒体进行检测检测在计算机端进行n网桥在转发帧之前必须执行 CSMA/CD 算法n若在发送过程中出现碰撞，就必须停止发送和进行退避为什么网桥需要执行 CSMA/CD 算法？）n在这一点上网桥的接口很像一个网卡但网桥却没有网卡 网桥和集线器（或转发器）不同 刘文龙计算机网络解答n对于集线器扩展的局域网，局域网中的每一台机器都能检测到整个网络有没有空闲所以集线器没有必要知道线路的情况n网桥将两个网段隔开，一个网段中的机器不知道另一个网段的线路情况如果一个网段的机器要向另一个网段的机器发数据，就需要网桥检测另一个网段的线路情况以决定是否发送数据刘文龙计算机网络各种类型的网桥n网桥现今的应用已经很少了，所以本课的对各种类型的网桥就不一一介绍了n下面介绍现今用的比较多的—以态网交换机刘文龙计算机网络n1990 年问世的交换式集线器(switching hub)，可明显地提高局域网的性能n交换式集线器常称为以太网交换机(switch)或第二层交换机（表明此交换机工作在数据链路层）n以太网交换机通常都有十几个端口。

因此，以太网交换机实质上就是一个多端口的网桥，可见交换机工作在数据链路层4. 多端口网桥——以太网交换机 刘文龙计算机网络n以太网交换机的每个端口都直接与主机相连，并且一般都工作在全双工方式n交换机能同时连通许多对的端口，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 n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刘文龙计算机网络具有三个端口的集线器 集线器网卡工作站网卡工作站网卡工作站双绞线刘文龙计算机网络n对于普通 10 Mb/s 的共享式以太网，若共有 N 个用户，则每个用户占有的平均带宽只有总带宽(10 Mb/s)的 N 分之一n使用以太网交换机时，虽然在每个端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 对端口的交换机的总容量为 N10 Mb/s这正是交换机的最大优点 独占传输媒体的带宽 刘文龙计算机网络用以太网交换机扩展局域网 集线器集线器集线器一系三系二系10BASE-T至因特网100 Mb/s100 Mb/s100 Mb/s万维网服务器电子邮件 服务器以太网交换机路由器刘文龙计算机网络。