计算机网络--->3. 数据链路层

3.1 数据链路层基本概念及基本问题

3.1.1 基本概念

1. 数据发送模型

H1给H2发送数据是应用层和应用层之间的通信，要想传输则需要在传输层分段、在网络层加ip地址、在数据链路层加mac地址并封装成帧，在物理层进行比特流的传输(FDMCDMTDM)；路由器受到数据包后，先检查数据链路层看mac地址这是不是给自己的，若是给自己的再看这个数据帧的网络层ip地址，再决定从哪个口发出去，决定之后数据链路层重写mac源地址和目的地址，对数据进行二次封装，又变成比特流在线路上传，之后传给下一个路由器。

2. 数据链路层的信道类型

• 点对点信道：这种信道使用一对一的点对点通信方式。（eg:笔记本A和笔记本B之间用一个网线相接，中间没有其他设备）
• 广播信道：这种信道使用一对多的广播通信方式，过程复杂。广播信道上连接的主机很多，因此必须使用专用的共享信道协议来协调这些主机的数据发送。（eg:一台集线器连着很多台计算机，这个集线器一通信所有的点都可以收到）

3. 链路与数据链路

• 链路：一条点到点的物理线路
• 数据链路：除了物理线路还必须有通信协议(网卡上有数据链路层的协议)来控制这些数据的传输。若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。（现在最常用的方法是使用适配器即网卡来实现这些协议的硬件和软件；一般的适配器都包含数据链路层和物理层这两层的功能）

4. 帧

数据链路层传输的是帧，帧有帧头和帧尾

3.1.2数据链路层要解决的三个基本问题

封装成帧、透明传输、差错控制

1. 封装成帧

• 添加帧头和帧尾知道哪里是开始哪里是结束，确定帧的界限
• 首部和尾部一个重要作用就是进行帧定界
• MTU：最大传输单元，以太网中最大不能超过1500个字节
• 计算机在收到帧的时候，如果只收到了半截子，则计算机会将其抛弃；计算机只有收到了帧头和帧尾才会认为这是一个完整的帧。
  

2. 透明传输

• 帧传输的数据部分一般是“可打印字符”，头部和尾部一般是“不可打印字符”。但是有的时候，传输的数据里也会出现“不可打印字符”，会出现下面的情况
  
• 发送端的数据链路层在数据中出现控制字符“SOH”或“EOT”的前面插入一个字符“ESC”(其16进制编码是18)
• 字节填充(字符填充)：接收端的数据链路层在数据送往网络层之前删除插入的转义字符。
• 如果转义字符也出现在数据当中，那么应在转义字符前插入一个转义字符。当接收端收到连续的两个转义字符时，就删除其中前面一个。
• 由于传输过程中加的ESC，对于发送方和接收方它们都不知道，所以叫做“透明传输”
  

3. 差错控制

（1）传输过程中会产生比特差错：1可能会变成0，0可能会变成1.
（2）误码率BER=传输错误的比特/传输的比特总数
（3）误码率和信噪比有很大关系
（4）为了保证数据传输的可靠性，在计算机网络中传输数据时，必须采用各种差错检测措施
（5）接收端如何判断有差错呢？循环冗余检验CRC

• 在发送端将数据划分为组。假定每组k个比特。假设待传的一组数据M。我们在M的后面再添加供差错检测用的n位冗余码一起发送。
• eg:发送数据M=101001，在M后面缀加3位“添加位”000，得到被除数Q=101001000；
• 选取除数P：1101(随便选，只要比添加位000多一位就行)。
• 将Q除以P进行除法运算。得到余数R。规则：做减法时相同为0 ，不同为1
• 将余数R作为添加位，并替换之前的000。101001001在网络中传输。
• 到接收端用收到的数据除以P = 1101，如果结果是0，就说明没有错。
• 备注：对于除数P和余数R都是数据链路层协商好的
  
• R又叫做帧检验序列FCS（FCS是在数据后面添加的冗余码；FCS可以用CRC得到，但是CRC并不是用来获得FCS的唯一方法）
• CRC不纠错，检测到错误直接将数据丢掉。若计算机A传数据给B在某个路由器中发现余数不为0，则路由将该包丢掉，B会要求A重新传输。而数据链路层(路由器)只负责没有错误的接收，对于错误的数据会丢掉。至于可靠的传输是应用层A和B负责的。所以CRC是一种“无比特差错”，而不是“无传输差错”的检测机制。
• 考虑一种情况，若数据传输时，错误的比特特别多，接收方的余数也为0，那怎么办呢？答：增加除数的长度，除数位数越多，检查出错误的概率就越大

3.2 两种情况下的数据链路层

3.2.1 使用点对点信道的数据链路层

1. PPP协议

• PPP协议功能：ppp协议拨号有身份验证的功能(账号、密码)；是否欠费也可以检查出来；拨通之后会发给用户一个IP地址。（现在的计算机接个网线就通了，不用拨号啥的，没有身份验证功能，就不是ppp协议）
• 用户用拨号电话线接入因特网时，一般都是使用ppp协议。
  

2. ppp协议要满足的要求

• 简单
• 封装成帧
• 透明性
• 支持多种网络层协议（还可以标示一下当前用的是哪种协议）
• 多种类型链路（光纤、同轴电缆、双绞线、电话线，多种介质都可以用）
• 差错检测
• 检测连接状态（向用户汇报当前的状态）
• 最大传输单元（<=1500个字节）
• 网络层地址协商（ppp拨号成功之后，对方会为我们分配ip地址）
• 数据压缩协商（数据传输之前进行压缩可以节省带宽）

3. ppp协议不满足的要求

• 纠错
• 流量控制
• 序号
• 多点线路
• 半双工或单工链路
• 等

4. ppp协议组成

ppp协议是公共的开发的，多家厂家都支持的。ppp协议中又分为3个层：

• 高级数据链路控制协议HDLC
• 链路控制协议LCP：负责身份验证，它通了之后网络层协议才通（eg：ADSL拨号上网的时候，只有账户、密码都对才分配ip地址）
• 网络控制协议NCP
  

5. ppp协议帧格式

• 7E：1个字节0111，1110表示开始、结束
• FF：mac地址，是固定的（因为是点到点的通信，一个发，一个收）
• 03：控制字段
• 协议：2个字节，用来标识信息部分是什么
  

6. ppp协议透明传输

字节填充

• 将信息字段中出现的每个0x7E字节转变成为2字节序列(0x7D,0x5E)
• 若信息字段中出现一个0x7D的字节，则将其转变成为2字节序列(0x7D,0x5D)
• 若信息段中出现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字节，同时将该字符的编码加以改变

0比特填充

若采样同步传输，那么传的是比特流，就长度不一定是8的倍数了，就不一定是字节了，这时采样0比特填充法

• 在发送端只要发现有5个连续1则立即填入一个0，接收端对帧中的比特流进行扫描。每当发现5个连续1时，就把这5个连续后1后的的一个0删除。但是如果发的数据就是111110100则在0前面再加一个0：1111100100
  

7. ppp协议不使用序号和确认机制

所有的数据链路层协议都不进行编号和确认，错了就丢掉不要求重传，不纠错
ppp协议不使用序号和确认机制的原因：

• 在数据链路层出现差错的概率不大时，使用较为简单的ppp协议较为合理
• 在英特网环境下，ppp的信息字段放入的数据是IP数据报。数据链路层的可靠传输并不能够保证网络层的传输也是可靠的。
• 帧检验序列FCS字段可以保证无差错接收

8. 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LCP分组(封装成多个ppp帧)。
• 这些分组及其相应选择一些ppp参数，和进行网络配置，NCP给新接入的PC主机分配一个零时IP地址，使PC机成为英特网上的一个主机。
• 通信完毕后，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。

链路静止状态下拨号建立物理连接，链路建立时进行链路控制配置协商，之后鉴别用户身份，之后到网络层协议，配置IP地址，链路打开，就可以上网了

9. 配置路由器接口，使用ppp协议封装

• 路由器之间是广域网，用户的网速是ISP通过控制时钟频率得到的

总结

• 点到点信道的数据链路层协议是PPP
• 点到点的数据通信大多用于广域网（ADSL拨号上网）
• 下面要说的局域网使用的是广播信道的数据链路层，使用什么协议呢？广播监听多路访问碰撞检测CSMA/CD

3.2.2 使用广播信道的数据链路层

1. 局域网的拓扑结构

• 总线型的网中间一断，全网都不通，后来被星形网替代
• 现在常用星型网
  

2. 共享通信媒体

静态信道划分：

• 频分复用
• 时分复用
• 波分复用
• 码分复用
• eg:情景如下：一个集线器连着ABCD四台计算机，静态划分信道是指，提前将信道划分好，比如A与BCD的三条信道，B与CD，C与D。每两个计算机之间都要提前划定好信道，这些信道可以通过上述4种复用方法让计算机通信。这就比较麻烦，如果再有一个计算机E想接入这个网，那么还要分别划分AEBECEDE的信道。静态信道划分，也可以让这些计算机用同一个网线通信（接入计算机A的一根网线，可以让计算机与BCDE通信，在这个网线上BCDE可以采样上述4种复用方法中的一种）

动态媒体接入控制（多点接入）

• 随机接入（主要被以太网采用）
• 受控接入，如多点线路探寻，或轮询。(目前已经不被采用)

3. 认识以太网

最初的以太网是将许多计算机连接到一根总线上。当初认为这样的方法既简单又可靠，因为总线上没有有源器件。总线上的每一个工作的计算机都可以检测到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。其他的ACE都检测到不是发送给自己的数据帧，就会丢弃这个帧。具有广播特性的总线上是实现了1对1的通信。即：1对1的通信是通过地址来实现的，是谁的谁就接收。

• 载波监听：B和D通信的时候，其他计算机不能再通信了。因为有载波监听技术，发信号之前先检测这个线路上有没有其他计算机在通信
• 多点接入：多个计算机连接在一条总线上叫多点接入

4. 以太网使用的协议CSMA/CD

CSMA/CD：载波监听多点接入/碰撞检测协议
多点接入：表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。
载波监听：是指每一个站在发送数据之前先要检测以下总线上是否有其他计算机在发送数据，如果有则暂时不要发送数据，以免发生碰撞。“载波监听” 就是用电子技术检测总线上有没有其他计算机发送的数据信号。

碰撞检测：计算机边发送数据边检测信道上信号电压大小。

• 当几个站同时在总线上发送数据时，总线上的信号电压摆动值将会增大(互相叠加)
• 当一个站检测到的信号电压摆动值超过一定门限时，就认为总线上至少有两个站同时在发送数据，表面产生了碰撞。
• 所谓“碰撞”就是发生了冲突。因此“碰撞检测”也称为“冲突检测”。

检测到碰撞后

• 在发生碰撞时，总线上传输的信号出现严重失真，无法从中回复出有用信号
• 每一个正在发生数据的站，一旦发现总线上出现碰撞，就立即停止发送，免得继续浪费网络资源，之后等待一段时间后再次发送。

举例：

• 当A想发信号给B，C想发信号给D的时候，AC的信号会同时往外传，两个在k处会发生碰撞，碰撞之后两个信号叠加之后变强且失真，且会回传给AC，AC检测回传的信号电压大于某个门限值，则认为发送了碰撞
  

• 用集线器连的网也是这样的

5. 传播时延对载波监听的影响

• 情况1：AB同时发送信号，在0.5km发送碰撞后分别回传，这时，A从发送信号到检测检测到碰撞花费的事件为：（0.5km+0.5km）*t=t
  

• 情况2：AB同时发送信号，在距离A 0.8km发送碰撞后分别回传，这时，A从发送信号到检测检测到碰撞花费的事件为：（0.8km+0.8km）t=1.6t
  

• 情况3：极端情况，在距离A 1km发送碰撞后分别回传，A检测到碰撞最久花费事件(1km+1km)*t=2t

6. 重要特性

• 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。（用集线器连接ABC，A给B发的时候，B不能给A发，这叫半双工。集线器这个设备只能是半双工）
• 在每个站发送数据之后的一小段时间内，存在着遭遇碰撞的可能性。（只有在2t时间内没有碰撞才是真的没有碰撞）
• 这种发送的不确定性使整个以太网的平均通信量远小于以太网的最高数据率。（一个集线器(10M)连接ABCD，理想情况下，该以太网的最高速率是10/4M）

7. 争用期

最先发送数据帧的站，在发送数据帧后至多经过时间2t(两倍的端到端往返时延)就可以知道发送的数据帧是否发生了碰撞。
以太网的争用期：

• 以太网的端到端的往返时延2t称为争用期，或碰撞窗口。通常，取51.2us为争用期的长度。
• 对于10Mb/s以太网，在争用期内可以发送512bit,即64字节。
• bit(位)<Byte(字节1B=8bit)<KB(千字节1KB=1024B)<MB(兆字节1MB=1024KB)<GB(吉字节1GB=1024MB)<TB(太字节1TB=1024GB)<PB<EB<ZB...
• 10Mb/s = 10x1024Kb/s = 10x1024x1024b/s 约等于 10x(10^3)x(103)=10^7
• 51.2us = 51.2x(10^(-6))s
• (10Mb/s)x(51.2us)=(10^7)x(51.2x(10(-6)))=512bit.
• 以太网在发送数据时，若前64字节未发生冲突，则后续的数据就不会发生冲突
• 如果发送冲突，就一定是发送的前64字节之内。
• 由于一检测到冲突就立即中止发送，这时已经发送出去的数据一定小于64字节。
• 以太网规定了最短有效帧长为64字节，凡长度小于64字节的帧都是由于冲突而异常终止的无效帧。

考虑64字节与什么有关？

• 10Mb/s的以太网在51.2us内发送512bit,64个字节
• 100Mb/s的以太网在51.2us内发送5120bit,640个字节
• 在争用期51.2us不变的情况下(网线长度不变)，网速越快每秒钟发的比特数就会越多
• 在网速不变的情况下，若网线越长，2t的时间就会增加，假设网线长了10倍，51.2us变成了512us，此时争用期可发送5120bit,640个字节。
• 所以以太网的网线有一个限制，不能超过100m,距离太远会影响冲突检测

8. 二进制指数类型退避算法

发生碰撞的站在停止发送数据后，要推迟(退避)一个随机时间才能再发送数据。

• 确定基本退避时间，一般取为争用期2t.
• 定义参数k。k=Min[重传次数，10]
• 从集合[0,1,3,7,...,(2^k - 1)]中随机取一个数，记为r。重传所需的时延就是r倍的基本退避时间。
• 当重传达到16次仍然不能成功时即丢弃该帧，并向高层报告。

理解：

• 可以以总线上的计算机为例子
• 重传次数越多，发送碰撞的可能性越小（k变大，整数集合里面的数就会增多,随机选取相同r的概率降低，每台计算机的基本退避时间相同的概率也降低，发送碰撞的可能性减小）
• 基本退避时间就算r*2t

再次重申：总线型和用集线器连接的网络，都是广播型的

3.3 以太局域网（以太网）

3.3.1 概述

1. 以太网的两个标准

• DIX EthernetV2是世界上第一个局域网产品(以太网)的规约。
• IEEE的802.3标准
• DIX EthernetV2标准与IEEE的802.3标准只有很小的差别，因此可以将802.3局域网简称为“以太网”。
• 严格来说，“以太网”应当是指符合DIX EthernetV2标准的局域网。现在通常只要满足CSMA/CD的都被认为是以太网

2. 以太网的数据链路层的两个子层

为了使数据链路层能更好地适应多种局域网标准，802委员会就会将局域网的数据链路层拆分成两个子层：

• 逻辑链路控制LLC子层
• 媒体接入控制MAC子层

与接入到传输媒体有关的内容协议都放在MAC子层，而LLC子层则与传输媒体无关，不管采样任何协议的局域网对LLC来说都是透明的。现在认为数据链路层只有媒体接入控制子层就行了

3. 以太网提供的服务：无差错接收

以太网提供的服务是不可靠的交付，即尽最大努力的交付。当接收站收到有差错的数据帧时，就丢弃此帧，其他什么也不做。差错的纠正交由高层（传输层）来决定。如果高层丢失了一些数据而进行重传，但以太网并不知道这是一个重传的帧，而是当作一个新的数据帧来发送。

3.3.2 拓扑

1. 星型拓扑

• 传统的以太网最初是用粗同轴电缆
• 后来演进到使用比较便宜的细同轴电缆
• 最后发展为使用便宜和更灵活的双绞线。
• 不使用电缆而使用无屏蔽的双绞线，每个站需要用两对双绞线，分别用于发送和接收。
• 这个以太网使用星型拓扑，在星型的中心则增加了一种可靠性非常高的设备，叫做“集线器”。
• 中间的集线器起到信号放大的作用
• 一个集线器可以连接另一个集线器，这样以太网就可以100m、100m地增加，扩展地远一点。
  

2. 集线器的特点

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。集线器使用了大规模集成电路芯片，因此这样的硬件设备的可靠性已经大大提高。
使用集线器在以太网的逻辑上仍是一个总线网，各个工作站使用的还是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，工作在物理层。

• 一个计算机发数据的线会通到所有计算机收数据的那根线
• 集线器没有任何智商地转发电信号
• 集线器带宽平分共享
  

3. 10Base-T

国际互联网组织给用集线器连接的以太网定义了一个标准：10Base-T(10表示10M的带宽，Base表示传输基带信号，T表示用双绞线连网)

• 10BASE-T的通信距离稍远，每个站到集线器的距离不超过100m。这种10Mb/s速率的无屏蔽双绞线星型网的出现，既降低了成本，又提高了可靠性。
• 10BASE-T双绞线以太网的出现，是局域网发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基础。
• 其他：100Base-FX、100Base-T和100Base-T4...
• FX代表光纤

3.3.3 信道利用率

1. 什么是信道利用率

• 以太网信道被占用时，争用期长度为2*t,即端到端传播时延的两倍。检测到碰撞后不发送干扰信号。
• 帧长为L(bit),数据发送速率为C(b/s),因而帧的发送时间为L/C=T0秒。
• 一个帧从开始发送，经可能发生的碰撞后，将再重传数次，到发送成功且信道转为空闲（即再经过时间t使得信道上无信号在传播）时为止，这是发送一帧所需的平均时间。
• 信道利用率=发送数据的时间T0/发送一帧所需的平均时间=T0/(2t*n+T0+t)
  

2. 信道利用率中的参数a

• 在以太网中定义a=t/T0,它是以太网单程端到端时延t与帧的发送时间T0之比
• 要提高以太网的信道利用率，就必须减小t与T0之比。
• a趋于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
• a越大，表面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。

3. 以太网信道利用率最大值

对以太网参数的要求：

• 当数据率一定时，以太网连线的长度会受到限制，否则t的数值会太大
• 以太网的帧长不能太短，否则T0的值会太小，导致a太大。

信道利用率的最大值：

• 在理想情况下，以太网上的各站发送数据都不会发生碰撞（这显然已经不是CSMA/CD，而是需要使用一种特殊的调度方法），即总线一旦空闲下来就有一个站立即发送数据。
• 发送一帧占用的时间是T0+t,而帧本身的发送时间是T0。于是我们可以计算出理想情况下的极限信道利用率Smax为：Smax = T0/(T0+t) = 1/(1+a)
• 这个值永远达不到
• 这完全没有冲突了

3.3.4 mac层

1. mac层的硬件地址（MAC地址）

• 在局域网中，硬件地址又称为物理地址，或mac地址(存在于计算机网卡上)。
• 802标准说所的“地址”严格地说应该是每一个站的“名字”或标识符。
• 鉴于大家习惯叫这种48位的“名字”称为“地址”，所以本书也采用这种习惯用法，尽管这种说法并不严格。
• 该地址由48位2进制组成，前24位(3个字节)代表厂家，后24位由厂家自己分配，每个地址全球唯一。
• 我们平时看到的mac地址是16进制的00-08-CA-84-2F-3F，每个数字代表4位二进制。

2. 适配器检查mac地址

适配器(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:

• 如果是发往本站的帧则收下，之后进行其他处理
• 否则将此帧丢弃，不再进行其他处理

发往本站的帧，以下三种需要处理(被认为是发给自己的)：

• 单播帧（1对1）
• 广播帧（1对全体）：这个帧的mac地址为FFFFF（111111）
• 多播帧（1对多）

3. 以太网的MAC帧格式

常用的以太网MAC帧格式有两种标准：

• DIX EthernetV2标准（最常用的MAC帧：以太网V2的格式）
• IEEE的802.3标准

最常用的MAC帧：以太网V2的格式

• 类型：用来指明“数据”是网络层里面的哪一个数据，标志上层协议是什么协议，以便把收到的MAC帧的数据上交给上一层的这个协议。
• FCS：帧校验序列，来检查错误的
• 帧长最小64字节，64-6-6-2-4=64-18=46，从网络层过来的数据最小46个字节，数据包的大小46~1500个字节。
• 当数据字段的长度小于46字节时，应该在数据字段的后面加上整数字节的填充字段(与FCS无关)，以保证以太网的MAC帧长不小于64字节
• 前8个字节（前同步码，帧开始定界符），不属于帧里面的内容
• 前同步码用来迅速实现MAC帧的比特同步，帧开始定界符表示后面的信息就是MAC帧
  

无效的MAC帧：

• 帧的长度不是整数个字节
• 用收到的帧检验序列FCS查出有差错
• 数据字段的长度不在46~1500字节之间
• 有效MAC帧长度为64~1518字节之间
• 对于检查到无效的帧就简单丢弃。以太网不负责重传丢弃的帧

4. 帧间最小间隔

帧间最小间隔为9.6us,相当于96bit的发送时间。一个站在检测到总线开始空闲后，还要等待9.6us才能再开始发送数据。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备。

3.4 扩展以太网

3.4.1 在物理层考虑扩展

1.在距离进行扩展

• 使用光纤和一对光纤跳转解调器连接到集线器，将电信号转换成光信号

2. 在数量上的扩展

若将下图的3个集线器互联，可以实现跨碰撞域通信，使网络中的计算机数量增加，但是是一个大的冲突域，效率低

3.4.2 在数据链路层优化以太网

1. 网桥

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。当网桥收到一个帧时，并不是向所有接口转发此帧，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。

• 例如：MAMBMCMDMEMF是每台计算机上的mac地址，当计算机A和B通信的时候，A发送数据帧BCDEF和网桥都可以收到，但是网桥知道数据帧从1号口传来，网桥就确定A连着自己的1号口，但是网桥不知道B。当下次B发数据帧的时候，网桥就可以锁定B的位置。下次A再和B通信的时候，发送的数据帧就不会再通过2号口传给DEF，减少了冲突。
  

2. 交换机

当网桥的口越来越多的时候，网桥就不接集线器了，直接接计算机了。网桥就变成了现在的交换机，没有冲突了。交换机接ABCD，当A和B通信，C也想和B通信，这个时候也不会冲突，因为交换机的这个口会存储数据帧，先来的数据帧先发，后来的数据帧后发，存储转发。交换机接的网可以是全双工。一个100M的交换机，它的每一个口都是100M，不同于集线器，大家共享100M。而且比集线器安全。基于MAC地址转发，通过学习构建MAC地址表

3. 交换机的端口

交换机每个端口对应着一系列mac地址，根据到达这个交换机的数据帧的目标mac地址，就可以判断这个数据帧从该交换机的哪个口转发。

• 举例：对于交换机2来说4号接口对应的mac地址是MAMBMC，很明显2号交换机的4号口一定也接了一个网络设备；对于1交换机来说它1号口对应的mac地址是MDMEMF.以后要到达MDMEMF的数据帧都从交换机1的1号口发出去。
  

3.5 高速以太网

之前所学的都是10M以太网

3.5.1 100M以太网：100BASE-T

1. 概念

速率达到或超过100Mb/s的以太网称为高速以太网。在双绞线上传送100Mb/s基带信号的星型拓扑以太网仍使用IEEE802.3的CSMA/CD协议。100BASE-T以太网又称为快速以太网。

2. 100Base-T以太网的物理层：

• 100BASE-TX：使用2对UTP5类线或屏蔽双绞线STP。
• 100BASE-FX：使用2对光纤
• 100BASE-T4：使用4对非屏蔽双绞线UTP3类线或5类线。

3. 100M以太网与10M以太网的区别

• 可在全双工下工作而无冲突发生。因此，不使用CSMA/CD协议。
• mac帧格式不变，仍是802.3标准规定
• 最短帧长还是64字节，但是将一个网段的最大电缆长度减小到100m.
• 帧间时间间隔从原来的9.6us改为现在的0.96us.

3.5.2 吉比特以太网

1. 与之前的以太网的区别

• 吉比特以太网，帧格式和之前一样，使用802.3协议规定的帧格式
• 允许在1Gb/s下全双工和半双工两种工作方式。
• 半双工下使用CSMA/CD协议，全双工不用使用该协议
• 与10BASE-T和100BASE-T技术后向兼容。【网线接口、电压电器标准】
• 当吉比特以太网工作在全双工方式时，不使用载波延伸和分组突发。

2. 吉比特以太网传输介质

1000BASE-X基于光纤通信的物理层

• 1000BASE-SX：SX表示短波长，传输距离275m或550m（传送距离取决于光纤纤心的直径）
• 1000BASE-LX：LX表示长波长，传输距离550m或5000m（传送距离取决于光纤纤心的直径）
• 1000BASE-CX：CX表示铜线，传输距离25m

1000BASE-T

• 使用4类5对UTP（UTP是非屏蔽双绞线）

3. 组网

中央服务器连接吉比特交换集线器

3.5.3 10吉比特以太网

1. 与之前以太网的区别

• 帧格式与10Mb/s,100Mb/s,1Gb/s,以太网的帧格式完全相同。
• 保留了802.3标准规定的以太网最小和最大帧长，便于升级。
• 不再使用铜线而只使用光纤作为传输媒体。
• 只工作于全双工方式，没有争用问题，不使用CSMA/CD协议

2. 端到端的以太网传输

10吉比特以太网的出现，以太网的工作范围已经从局域网(校园网、企业网)扩大到城域网和广域网，从而实现了端到端的以太网传输。这种工作方式的好处：

• 成熟的技术
• 互操作性好
• 在广域网中使用以太网时价格便宜。
• 统一的帧格式简化了操作和管理

3. 以太网从10Mb/s到10Gb/s的演进

以太网从10Mb/s到10Gb/s的演进证明了以太网是：

• 可扩展的（从10Mb/s到10Gb/s）。
• 灵活的（多种传输媒体、全/半双工、共享/交换）。
• 易于安装
• 稳健性好

4. 使用高速以太网进行宽带接入

不需要进行调制解调等帧格式转换

• 以太网已经成功把速率提高到1~10Gb/s,所覆盖的地理范围也扩展到了城域网和广域网，因此现在人们正在尝试使用以太网进行宽带接入。
• 以太网接入的重要特点是它可以提供双向的宽带通信，并且可以根据用户对宽带的需求灵活地进行带宽升级。
• 采样以太网接入可实现端到端的以太网传输，中间不需要再进行帧格式的转换。这就提高了数据的传输效率和降低了传输的成本。

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