计网-第三章-数据链路层

计算机网络

之前学习计网的笔记，巩固基础
计网-第一章-概述
计网-第二章-物理层

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第三章 数据链路层

一、数据链路层概述

1）链路：就是从一个结点到相邻结点的一段物理线路，而中间没有任何其它的交换结点。

2）数据链路：是指把实现通信协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路。

3）数据链路层以帧为单位传输和处理数据

4）数据链路层主要使用的信道类型：点对点信道、广播信道

① 点对点信道：使用一对一的点对点通信方式。
② 广播信道：使用一对多的广播通信方式。
③ 使用广播信道的数据链路层
④ 共享式局域网：以太网的媒体接入控制协议CSMA/CD
⑤ 交换式局域网：网桥和交换机工作原理
⑥ 无线局域网：802.11局域网的媒体接入控制协议CSMA/CA

5）数据链路层的三个基本问题：封装成帧、透明传输、差错检测

二、封装成帧

1）封装成帧：数据链路层给上层交付的协议数据单元添加帧头和帧尾使之成为帧。

一个帧的帧长等于帧的数据部分产长度+帧首部和尾部的长度。

首部和尾部的一个重要作用就是进行帧定界。

为了提高帧的传输效率，应当使帧的数据部分长度尽可能地大于首部和尾部的长度。但是每一中链路协议都规定了所能传送的帧的数据部分长度上限-最大传送单元MTU

PPP帧有帧定界，以太网V2的MAC帧无帧定界但有前导码。

2）透明传输：指数据链路层对上层交付的传输数据没有任何限制，就好像数据链路层不存一样。

• 帧定界数值是一个特殊数值，如果帧的数据部分也包括了这以特殊数值，那么接收方就不能正确接收该帧，那怎么解决这个问题呢？
  在帧发送之前，对帧的数据部分进行扫描，每出现一个帧定界符就在其前面插入一个转义字符，接收方接收帧是，遇到第一个帧定界符时，认为这是帧的开始，当遇到转义字符时就知道后面1字节的内容虽然和帧定界符相同，但它是数据不是帧定界符，剔除转义字符后将其后面的内容作为数据进行提取。

那现在又出现一个问题，在上层交付的协议数据单元中，即包含转义字符又有帧定界符，应该怎么处理呢？

• 其实是和上面问题一样，不管你是帧定界符还是转义字符都在其前面加一个转义字符。

• 转移字符是一个特殊的字符，长度为1个字节，十进制值为27，而并不是E、S、C这三个字符。

• 面向字节的物理链路使用字节填充（或称字符填充）的方法实现透明传输。

• 面向比特的物理链路使用比特填充的方法实现透明传输。如零比特填充法。

• 零比特填充法：每5个连续的比特1后面就插入1个比特0，保证帧定界在整个帧中的唯一性。

三、差错检测

实际的通信链路都不是理想的，比特在传输过程中可能会产生差错：1可能会变为0，而0也可能变成1。这称为比特差错。

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）。

使用差错检验码来检测数据在传输过程中是否产生了比特差错，是数据链路层所要解决的重要问题之一。

• 检验方法：

1、奇偶校验

奇偶校验：在待发送的数据后添加1位奇偶校验位，使得整个数据中的“1”为奇数个，偶校验则是使“1”为偶数个。这种方法的缺陷在于，当产生差错的bit位是偶数位时就行不通了。

2、循环冗余校验CRC

step1:构造被除数：待发送信息后面添加生成多项式最高次数个0，就可以构造出被除数
step2：构造除数：生成多项式各项系数构成的比特串就是除数。
step3:做除法，异或运算
step4:检查除数：余数的位数应与生成多项式最高次数相同，如果位数不够，则在余数前补0来凑足位数。将余数添加到发送信息后面就可以发送了。

检错码只能检查出帧在传输过程中出现的差错，不能纠错，要想纠错，可以使用冗余信息较大的纠错码进行前向纠错。但纠错码的开销比较大，在计算机网络中较少使用。（了解）

四、可靠传输

4.1 可靠传输基本概念

1）传输差错可分为两大类：1.比特差错、2.帧（分组）丢失、帧（分组）重复、帧（分组）失序。

帧（分组）丢失、帧（分组）重复、帧（分组）失序这些传输差错一般不会出现在数据链路层，而会出现在其上层。

2）数据链路层向上层提供的服务类型：

不可靠传输服务：仅仅丢失有误码的帧，其他什么也不做。

可靠传输服务：想办法实现发送端发送什么，接收端就接收什么。

有线链路误码率较低，不要求数据链路层向上册提供可靠传输服务。无线链路易受干扰，误码率较高，要求数据链路层必须向上层提供可靠服务。

4.2 可靠传输的实现机制—停止-等待协议SW

1)发送方通过互联网与接受方进行通信，当发送的信息被接收方接收时，接收方检测信息，无误，接收方反馈一个确认收到的信息ACK给发送方，倘若有误接收方则丢弃信息发送否认分组NAK给发送方。发送方则立刻重传该数据分组，这里要注意的是方方并不是发送信息后就清除缓存，只有等接受到接收方的确认分组ACK则请清除缓存。发送方发送一个数据分组后就停止发送下一个分组，等待接收方发送的ACK和NAK做出决策。

2）注意事项：

1、接收端检测到数据分组有误码时，将其丢弃并等待发送方的超时重传，但对于误码率较高的点对点链路，为使发送方尽早重传，也可给发送方发送NAK分组。

2、为了让接收方能够判断所收到的数据分组是否是重复的，需要给数据分组编号，由于停止-等待协议的停等特性，只需1个比特编码就够了，即编号0和1.

3、为了让发送方能够判断所收到的ACK分组是否是重复的，需要给ACK分组编号，所用比特数量与数据分组编号所用比特数量一样，数据链路层一般不会出现ACK分组迟到的情况，因此在数据链路层实现停止-等待协议可以不用给ACK分组编号。

4.3 可靠传输的实现机制—回退N帧协议GBN

1）停止-等待协议的信道利用率很低若出现超时重传，则信道利用率更低。采用流水线传输能够提高信道利用率。

2)回退N帧协议就是利用了流水线传输这一思想，加上滑动窗口的方法，具体为：

1、采用n个Bit给分组编号，序号为0-$2^{n-1}$;

2、发送窗口的尺寸$W_T$的取值：1<$W_T$<=$2^{n-1}$;

3、接收窗口尺寸$W_R$的取值：$W_T$=1;

4.4 可靠传输的实现机制—选择重传协议SR

五、点对点协议PPP

1）通信质量较差的年代，在数据链路层使用可靠传输协议曾是一种好办法，所以当时能够实现可靠传输的高级数据链路控制HDLC（High-level Data Link Control）就成为当时比较流行的数据链路层协议。

2）现在HDLC已经很少用了，对于点对点的链路，点对点协议PPP（Point-to-Point Protocol）则是目前使用得最广泛的数据链路层协议。

3）我们都知道，互联网用户通常都要连接到某个ISP(网络服务提供商)才能接入到互联网。PPP协议就是用户计算机和ISP进行通信时所使用的数据链路层协议。

4）PPP协议有三个部分组成：

1.将IP数据报封装到串行链路的办法。（封装成帧）

2.用来建立、配置和测试数据连接的链路控制协议LCP。

3.一套网络控制协议NCPs 其中的每一个协议支持不同的网络层协议。

5）PPP的帧格式：

PPP帧的首部和尾部分别为四个字段和两个字段，其首部的第一个字段和尾部的第二个字段都是标记字段F（Flag）规定为0x7E，"0x"表示它后面的字符是用十六进制表示的。$(7E{)}_2$=01111110

6）字节填充

当信息字段出现和标志字段一样的比特（0x7E）组合时：

当PPP使用异步传输时，把转义符定义为0x7D(即01111101)，并使用字节填充。RFC 1662规定如下填充方式：

（1）把信息字段出现的每一个0x7E字节转变为2自己恩序列(0x7D,0x5E)。

（2）若信息字段出现一个0x7D的字节（即出现了和转义字符一样的比特组合），则把0x7D转变为2字节序列（0x7D,0x5D）。

（3）若信息字段中出现ASCII码的控制字符（即数值小于0x20的字符），则在该字符前面加入一个0x7D的字节，同时将该字符的编码加以改变。

7）零比特填充

PPP协议用在SONET/SDH链路时，使用同步传输，这种情况下，建议采用零比特填充。

具体做法：在发送端，只要发现5个连续的1，就立即填入一个0。

8）PPP协议工作状态

PPP链路的起始和终止状态永远都是“链路禁止”。当用户个人电脑通过调制解调器呼叫路由器—>路由器检测到调制解调器发送的载波信号—>双方建立物理层连接，PPP进入“链路建立状态”，目的是为了建立LCP连接—>LCP协商一些配置选项，即发送LCP配置请求帧（一个PPP帧，包括ACK、NAK、Reiect）—>有鉴别协议进行LCP链路鉴别，鉴别失败就转到链路终止。鉴别成功转到“网络层协议”—>NCP配置协商—>链路打开—>链路故障或关闭请求就转到链路终止。

1.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。

2.PC 机向路由器发送一系列的 LCP(链路控制协议,Link Control Protocol。它是PPP协议的一个子集,在PPP通信中,发送端和接收端通过发送LCP包来确定那些在数据传输中的必要信息。) 分组（封装成多个 PPP 帧）。

3.这些LCP分组及其收到的响应选择了一些将要使用的 PPP 参数，并进行网络层配置，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。

4.通信完毕时，NCP 释放网络层连接，收回原来分配出去的 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。
可见，PPP 协议已不是纯粹的数据链路层的协议，它还包含了物理层和网络层的内容。

六、媒体接入控制

6.1 媒体接入控制的基本概念（了解）

共享信道要着重考虑的一个问题就是如何协调多个发送和接收站点对一个共享传输媒体的占用，即媒体接入控制MAC(Medium Access Control)。

媒体接入控制技术分为静态划分信道和动态划分信道

静态划分信道：频分多址、时分多址、码分多址。

这类方法是预先固定分配好信道，非常不灵活，对于突发性数据传输信道利用率会很低。通常在无线网络的物理层中使用，而不是在数据链路层使用。

动态接入控制（多点接入）：随机接入、受控接入

随机接入：所有的用户可随机地发送信息

受控接入：用户不能随机地发送信息而必须服从一定的控制。

6.2 静态划分信道

1、信道复用

复用：通过一条物理线路同时传输多路用户的信号。当网络中传输容量大于多条单一信道的总容量，可利用复用技术在一条物理线路上建立多条通信信道来充分利用传输媒体的带宽。

常见的复用技术：频分复用FDM、时分复用TDM、波分复用WDM、码分复用CDM。

频分复用的所有用户同时占用不同的频带资源并进行通信。

时分复用的所有用户在不同的时间占用同样的频带宽度。

波分复用就是光的频分复用

码分复用CDM是另外一种共享信道的方法，实际上，该技术主要用于多址接入，更常用名词是码分多址CDMA(Code Division Multiple Access)。

频分复用和时分复用同样可用于多址接入，相应名词为：频分多址FDMA、和时分多址TDMA。

复用是将单一媒体的频带资源划分为很多子信道，这些子信道相互独立、互不干扰。

多址（多点接入）处理的是动态分配信道给用户。在用户暂时性占用信道是必须的，所有的移动同通信系统均属于这种情况，信道永久性的分配给用户的应用中是不需要的，如：无线广播和广播电视站。

以太网

世界上第一个局域网产品的规约—DIX Ethernet V2

1983年—第一个IEEE的以太网标准IEEE 802.3[W-IEEE802.3]

为了使数据链路层能更好地适应多种局域网标准，IEEE 802委员会将局域网的数据链路层拆成两个子层，即逻辑链路控制LLC子层和媒体接入控制MAC子层，其中与接入到传输媒体有关的内容都放到MAC子层

适配器

计算机怎么连接都局域网上？

计算机与外界局域网都是通过通信适配器（adapter）进行的。

适配器本来是在主机箱内插入的一块网络接口板（或笔记本中插入一块PCMCIA卡—个人计算机存储卡接口适配器），这种接口板又称网络接口卡NIC（Network Interface Card），或简称为“网卡”。

适配器的重要功能：要进行数据串行传输和并行传输的转换。

6.3 随机接入—CSMA/CD协议

为了通信的简便，以太网采取了两种措施：
一、采用较为灵活的无连接的工作方式，就是不需要建立连接就可以直接发送数据，适配器对发送的数据帧不进行编号，也不要求对方发回确认。
所以，以太网提供的服务是尽最大努力的交付，即不可靠交付。

载波监听多址接入/碰撞检测 CSMA/CD(Carrier Sence Multiple Access/Collision Detettion)

• 载波监听CS—发送帧前先检测总线，若空闲96比特时间，则立即发送，若总线忙，则持续检测总线直到总线空闲96比特时间后再重新发送。

• 多址接入MA—多个站连接在一条总线上，竞争使用总线。

• 碰撞检测—边发送边检测碰撞，若检测都碰撞则停止发送，退避一段随机时间后再重新发送。

电磁波在1KM电缆的传播时延是5μs。

局域网的分析中：常把总线上的单程端到端传播时延记为τ。发送数据的站希望尽早的知道是否发生碰撞？以及最迟要经过多长时间才知道自己发送的数据和其它站发送的数据无碰撞？不难得出这个时间最多是两倍的总线端到端的传播时延（2τ），或是总线的端到端往返传播时延。

在使用CSMA/CD协议时，一个站不可能同时进行发送和接收（但必须边发送边监听信道），因此使用CSMA/CD协议的以太网不能进行全双工通信，只能进行半双工通信。

每一个站在自己发送数据之后的一小段时间内，存在着遭遇碰撞的可能性，这一小段时间是不确定的。这就是以太网的“发送不确定性”特点。

在发送数据帧后至多经过2τ就能知道发送的数据帧是否发送碰撞，因此以太网的端到端往返时间2τ称为争用期。经过争用期段时间没碰撞这次发送就不会发生碰撞。

• 使用CSMA/CD协议的以太网的争用期

发送帧的主机最多经过以太网端到端往返传播时延2τ这么长时间，就可检测到本次传输是否发生了碰撞，2τ称为争用期。
经过争用期这段时间还没有检测到碰撞，才能肯定这次发送不会发送碰撞。
以太网规定2τ的取值为512比特时间（即发送512比特所耗费的时间），对于10Mbps的以太网，2τ为51.2μs;

• 使用CSMA/CD协议的以太网的最小帧长和最大帧长

最小帧长 = 争用期 * 信道带宽（数据发送速率），对于10Mbps的传统以太网，其争用期为51.2μs，因此最小帧长为512b，即64字节。
以太网的最小帧长确保了主机可在帧发送完成之前就检测到该帧的发送过程中是否遭遇了碰撞。如果检测到碰撞，则停止发送帧的剩余部分，退避一段随机事件后，重新发送该帧。

为了防止主机长时间的占用总线，以太网的帧也不能太长；以太网V2的MAC帧最大长度为1518字节（1500字节数据载荷，18字节首位字段）；插入VLAN标记的802.1Q帧最大长度为1522字节（1500字节为数据载荷，22字节为首位字段）;

以太网使用截断二进制数退避算法来确定碰撞后重传的时机。

• CSMA/CD协议使用的截断二进制指数退避算法

随机退避时间 = 争用期2τ * 随机数r，其中r从离散的整数集合{0,1,……,($2^k-1$}中随机取出一个，k=Min[重传次数,10];
当重传次数达到16次仍不能成功时，这表明同时打算发送数据的主机太多以至于连续发生碰撞，则丢弃该帧并向高层报告。

• 强化碰撞

当发送数据的站一旦发生碰撞，除了立即停止发送数据，还需要继续发送32比特和48比特的人为干扰信号，以便所有用户都知道发生了碰撞。

以太网规定帧间最小间隔为9.6μs，相当于96比特时间。

• CSMA/CD协议要点归纳：

1.准备发送：适配器从网络层获得一个分组，加上以太网的首部和尾部，组成以太网帧，放入适配器的缓存中。发送之前，先检测信道。

2.检测信道：若检测信道忙，则应不停的检测，一直到信道空闲，若信道空闲，并在96比特时间（帧间最小间隔）内保持空闲，就发送这个帧。

3.发送过程中仍要不停的检测信道，即网络适配器要边发送边监听。

• 发送成功：即在争用期内未检测到碰撞，代表这个帧发送成功。转1

• 发送失败：在争用期有碰撞，立即停止发送信号，并按规定发送人为干扰信号。适配器执行指数退避算法，等待r倍512比特时间，返回2，继续检测信道，如果重发16次仍不成功，则停止重传而向上报错。

• 以太网的信道利用率

多个站在以太网上同时工作就可能会发生碰撞。当发生碰撞时，信道资源实际上是被浪费了。因此，当扣除碰撞所造成的信道损失后，以太网总的信道利用率并不能达到 100%。

参数 α 与利用率：假定发送帧需要的时间是 T0，帧长为 L (bit)，数据发送速率为 C (bit/s)，则帧的发送时间为 T0 = L/C (s)。要提高以太网的信道利用率，就必须减小 ? 与 T0 之比。? = l／c，其中l为信道长c为数据运动速率即数据率。在以太网中定义了参数 α，它是以太网单程端到端时延 τ 与帧的发送时间 T0 之比：α = τ/T0

α → 0，表示一发生碰撞就立即可以检测出来， 并立即停止发送，因而信道利用率很高。

α 越大，表明争用期所占的比例增大，每发生一次碰撞就浪费许多信道资源，使得信道利用率明显降低。

为提高利用率，以太网的参数a的值应当尽可能小些。

对以太网参数 α 的要求是：

①当数据率一定时，以太网的连线的长度受到限制，否则 τ 的数值会太大。
②以太网的帧长不能太短，否则 T0 的值会太小，使 α 值太大。

信道利用率的最大值 Smax

发送一帧占用线路的时间是 T0 - τ，而帧本身的发送时间是 T0。于是我们可计算出理想情况下的极限信道利用率 Smax 为： Smax = T0/(T0-τ) = 1/(1-α)
只有当参数 a 远小于 1 才能得到尽可能高的极限信道利用率。
据统计，当以太网的利用率达到 30%时就已经处于重载的情况。很多的网络容量被网上的碰撞消耗掉了。

• 使用集线器的星形拓扑

目前以太网已发展为使用更便宜和更灵活的双绞线。采用双绞线的以太网采用星形拓扑，在星形的中心则增加了一种可靠性非常高的设备，叫做集线器 (hub)。

1990 年，IEEE 制定出星形以太网 10BASE-T 的标准 802.3i。10-速率为10Mbit/s，BASE-基带，T-双绞线

6.4 载波监听多址接入/碰撞避免 CSMA/CA协议

802.11无线局域网在MAC层使用CSMA/CA协议，以尽量减小碰撞发送的概率。不能使用CSMA/CD协议的原因是在无线局域网中无法实现碰撞检测。在使用CSMA/CA协议的同时，还使用停止—等待协议来实现可靠传输。

为了尽可能避免各种碰撞，CSMA/CA协议采用了一种不同于CSMA/CD协议的退避算法。当要发送帧的站点检测到信道从忙状态转化为空闲时，都要执行退避算法。

802.11标准规定，所有的站在完成发送后，必须再等待一段帧间间隔才能发送下一帧，帧间间隔的长短取决于该站要发送帧的优先级。

在802.11无线局域网的MAC帧首部中有一个持续期字段，用来填入在本帧结束后还要占用信道多久时间，其他站点通过该字段可实现虚拟载波监听。

802.11标准允许要发送数据的站点对信道进行预约，即在发送数据帧之前先发送请求发送RTS帧，在收到响应允许发送CTS帧后，就可发送数据帧。

七、以太网的MAC层

7.1 MAC地址

当多个主机连接在同一个广播信道上，要想实现两个主机之间的通信，则每个主机都必须有一个唯一的标识，即一个数据链路层的地址。

• 在每个主机发送的帧中必须携带标识发送主机和接收主机的地址。由于这类地址是用于媒体接入控制MAC，因此这类地址被称为MAC地址;

MAC地址一般被固化在网卡（网络适配器）的ROM中，因此MAC地址也被称为硬件地址

MAC地址有时也被称为物理地址。请注意：这并不意味着MAC地址属于网络体系结构中的物理层。

MAC地址实际上就是适配器地址或适配器标识符。

一般情况下，用户主机会包含两个网络适配器：有线网络适配器（有线网卡）和无限网络适配器（无线网卡）。每个网络适配器都有一个全球唯一的MAC地址。而交换机和路由器往往拥有更多的网络接口，所以会拥有更多的MAC地址。综上所述，严格来说，MAC地址是对网络上各接口的唯一标识，而不是对网络上各设备的唯一标识。

IEEE规定地址字段的第一字节的最低位为I/G（Individual/Group）位,当I/G位为0时，地址字段表示单个站地址（单播），为1时表示组地址（多播）

第一字节的最低第二位规定为G/L（Global/Local）位，为0时是全球管理，为1时是本地管理。

常用的以太网MAC帧格式有两种标准：DIX Ethernet V2标准（即以太网V2标准）和IEEE的802.3标准。

以太网V2的 MAC 帧格式-最常用，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

以太网V2的MAC帧由五个字段组成，前两个字段为：6字节长的目的地址和源地址，第三个字段是2字节的类型字段，用来标志上一层使用的是什么协议，第四个字段是数据字段，长度在46-1500字节之间，（46字节得出：最小长度64字节-18字节的首部尾部）。最后一个字段是4字节的帧检验序列FCS（使用CRC检验）

• 在传输媒体上实际传送的要比MAC帧还多8个字节，这是使接收端的适配器在接收MAC帧时能够迅速调整其时钟频率，使它和发送端的时钟同步。（比特同步）

• IEEE 802.3标准规定是无效MAC帧的情况有：

1.帧的长度不是整数个字节

2.用收到的帧检验序列FCS查出有差错

3.收到的帧的MAC客户数据字段的长度不在46-1500字节之间。

7.2 IP地址和地址解析协议ARP（这已经属于网际层）

• IP地址是因特网上的主机和路由器所使用的地址，用来表示两部分信息。

1、网络编号：标识因特网上数以万计的网络

2、主机编号：标识同一网络上不同的主机（或路由器）

MAC地址不具备区分不同网络的功能。如果是一个单独的网络，不接入因特网，可以只是用MAC地址，如果主机所在的网络要接入因特网则IP地址和MAC地址都需要使用。

数据包发送过程IP地址和MAC地址的变化情况：

源IP地址和目的IP地址保持不变。

源MAC地址和目的MAC地址逐个链路（逐个网络）改变。

7.3 集线器与交换机的区别

• 集线器HUB在物理层扩展以太网

使用集线器扩展：将多个以太网段连成更大的、多级星形结构的以太网

优点:1、使原来属于不同碰撞域的以太网上的计算机能够进行跨碰撞域的通信。2、扩大了以太网覆盖的地理范围。

缺点：1、碰撞域增大了，但总的吞吐量并未提高。2、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。

集线器HUB	交换机SWITCH
早期以太网的互连设备	目前以太网中使用最广泛的互连设备
工作在OSI体系结构的物理层	工作在OSI体系结构的数据链路层（也包括物理层）
对接收到的信号进行放大、转发	根据MAC地址对帧进行转发
使用集线器作为互连设备的以太网仍然属于共享总线式以太网。集线器互连起来的所有主机共享总线带宽，属于同一个碰撞域和广播域。	使用交换机作为互连设备的以太网，称为交换式以太网。交换机可以根据MAC地址过滤帧，即隔离碰撞域
NULL	交换机的每个接口是一个独立的碰撞域
NULL	交换机隔离碰撞域但不隔离广播域（VLAN除外）

八、以太网交换机自学习和转发帧的流程

如下：假设各主机知道网络中其他各主机的MAC地址（无需进行ARP）
A -> B

• 具体流程

A 先向 B 发送一帧。该帧从接口 1 进入到交换机

交换机收到帧后，先查找交换表。没有查到应从哪个接口转发这个帧给 B

交换机把这个帧的源地址 A 和接口 1 写入（图中左边）交换表中

交换机向除接口 1 以外的所有的接口广播这个帧

接口 4到接口 2，先查找（图中右边）交换表。没有查到应从哪个接口转发这个帧给 B

交换机把这个帧的源地址 A 和接口 1 写入（图中右边）交换表中

除B主机之外与该帧的目的地址不相符，将丢弃该帧

主机B发现是给自己的帧，接受该帧

考虑到可能有时要在交换机的接口更换主机，或者主机要更换其网络适配器，这就需要更改交换表中的项目。为此，在交换表中每个项目都设有一定的有效时间。过期的项目就自动被删除。

以太网交换机的这种自学习方法使得以太网交换机能够即插即用，不必人工进行配置，因此非常方便。

九、以太网交换机的生成树协议STP

• 如何提高以太网的可靠性？

添加冗余链路可以提高以太网的可靠性，但是冗余链路会带来负面效应—形成网络环路

• 网络环路带来的问题

广播风暴（大量消耗网络资源，使网络无法正常转发其他数据帧）

主机收到重复广播帧（大量消耗主机资源）

交换机的帧交换表震荡（漂移）

IEEE 802.1D 标准制定了一个生成树协议 STP (Spanning Tree Protocol)。

其要点是：不改变网络的实际拓扑，但在逻辑上则切断某些链路，使得从一台主机到所有其他主机的路径是无环路的树状结构，从而消除了兜圈子现象。

十、虚拟局域网VLAN

• 以太网交换机工作在数据链路层（也包括物理层）

• 使用一个或多个以太网交换机互连起来的交换式以太网，其所有站点都属于同一个广播域。

• 随着交换式以太网规模的扩大，广播域相应扩大。

• 巨大的广播域带来的弊端：

广播风暴

难以管理和维护

潜在的安全问题

• 分割广播域的方法：

使用路由器可以隔离广播域，但路由器成本高，所以虚拟局域网VLAN技术应运而生。

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• 利用以太网交换机可以很方便地实现虚拟局域网 VLAN (Virtual LAN)。

• IEEE 802.1Q 对虚拟局域网 VLAN 的定义： 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，而这些网段具有某些共同的需求。每一个 VLAN 的帧都有一个明确的标识符，指明发送这个帧的计算机是属于哪一个 VLAN。

• 同一个VLAN内部可以广播通信，不同VLAN不可以广播通信。

• 虚拟局域网其实只是局域网给用户提供的一种服务，而并不是一种新型局域网。

• 由于虚拟局域网是用户和网络资源的逻辑组合，因此可按照需要将有关设备和资源非常方便地重新组合，使用户从不同的服务器或数据库中存取所需的资源。

• 虚拟局域网VLAN技术是在交换机上实现的，需要交换机能够实现以下功能:

能够处理带有VLAN标记的帧——IEEE 802.1 Q帧.

交换机的各端口可以支持不同的端口类型，不同端口类型的端口对帧的处理方式有所不同.
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Access端口
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Truck端口
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Hybrid端口
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总结：
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总结

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