ch2 底层网络技术

IP 数据报 字节 6 目的地址 插 入 8 字节 7 字节 10101010101010 1 字节 帧开始 定界符 MAC 帧 6 源地址 2 类型 数 46 ~ 1500 据 4 FCS
IP 层
MAC 层
物理层
… 10101010101010101011
前同步码
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
IP
LAN
WAN
Circuit Switch
LAN
3
广域网与局域网

WAN

大，几百uS～几百mS
LAN

传输时延

传输时延

小，几uS～几mS Mbps～Gbps 多点共享、交换信道 标准化协议、种类不多， 依赖性小

传输速率


传输速率

几十Kbps～几Gbps


信道

信道

点对点信道为主
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以太网特点

传输速率：10M、100M、1G、10Gbps 共享、交换式组网方式 尽力交付机制 传输方式：CSMA/CD，分布式传输控制 传输时延不稳定

指数退避法使时延成倍增加 流量大，时延变化加剧
8
2.2.1 以太网硬件地址

48bit 以太网地址（称为 MAC地址） 网络上每个站点的地址是唯一的 MAC地址分配与硬件接口卡相关 以太网上的各个MAC地址是互不相关的 Addressing
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以后一般不考虑 LLC 子层
由于 TCP/IP 体系经常使用的局域网是 DIX Ethernet V2 而不是 802.3 标准中 的几种局域网，因此现在 802 委员会制 定的逻辑链路控制子层 LLC（即 802.2 标准）的作用已经不大了。 很多厂商生产的适配器上就仅装有 MAC 协议而没有 LLC 协议。
第二章 底层网络技术
以太网技术 PPP Protocol 其他网络技术

2.1 Introduction

Not a newly designed networks Method & protocol suite to interconnecting existing networks, enables computers in different networks to exchange information.
2
底层网络

互联网：构筑在现有网络基础上（底层网络）

使用底层网络的通信服务实现的“网络” 底层网络：LAN、WAN、以及专用的“数据链路” 物理网成为互连网的“信道”，或“接口” 理解和抽象互连网的接口
IP IP Packet switch

物理网为上层提供通信支持

IP
IP
IP
IP
IP
PHY
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RAS：Remote Access Service
2.4.3 其它广域网信道

SONET/SDH 同步光纤网络（线路交换） DDN数字数据网（交换式点对点信道） 微波信道（固定点对点信道） 卫星信道（点对点信道）
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2.4.4 无线局域网

无线局域网IEEE802.11


22
不提供使用序号和确认的可靠传输

PPP 协议之所以不使用序号和确认机制是出于 以下的考虑：



在数据链路层出现差错的概率不大时，使用比较简单 的 PPP 协议较为合理； 在因特网环境下，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 字段可保证无差错接受。

18
2.3 点对点协议 PPP

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)； 用户使用拨号电话线接入因特网时，一般都是 使用 PPP 协议； PPP 协议由SLIP协议发展而来。
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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 协议有三个组成部分
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2.4.2 拨号网

PSTN （ Modem33.6/56Kbps），拨号接入 ISDN：一个数字电话网络国际标准，是一种 典型的电路交换网络系统 xDSL链路层：SLIP、PPP
M
M IP PPP PHY PSTN IP PPP MAC PHY PHY RAS Internet
PHY
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用户到 ISP 的链路使用 PPP 协议
已向因特网管理机构 申请到一批 IP 地址 用 户 接入网 ISP 至因特网
PPP 协议
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PPP 协议的工作过程
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 分组（封装成多个 PPP 帧）； 这些分组及其响应选择一些 PPP 参数进行网络层配置， NCP 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 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。
6
2.2 Ethernet Technology

PHY＋MAC two layer structure Broadcast or Switch Directly addressing to destination
MAC PHY MAC PHY MAC PHY
MAC PHY
MAC PHY
Ethernet
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。 类型字段 2 字节
IP 数据报
IP 层
4 FCS MAC 层
字节
6 目的地址
6 源地址
2 类型 数
46 ~ 1500 据
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MAC 帧
物理层
以太网 V2 的 MAC 帧格式
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
数据字段 46 ~ 1500 字节
IP 数据报 字节 6 目的地址 6 源地址 2 类型 数 46 ~ 1500 据 4 FCS 帧
物理层
当传输媒体的误码率为 1108 时， MAC 子层可使未检测到的差错小于 11014。 FCS 字段 4 字节

Unicast Broadcast Multicast
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2.2.2 层次结构

两层结构：L1， L2 L2 分为MAC子层和LLC子层 LLC和MAC子层均可为上层提供服务

LLC： connection oriented & connectionless MAC: connectionless
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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 委员会就将局域网的数据链路层拆成两个子 层：（教材p16.）

逻辑链路控制 LLC (Logical Link Control)子层 媒体接入控制 MAC (Medium Access Control)子层。

与接入到传输媒体有关的内容都放在 MAC子层， 而 LLC 子层则与传输媒体无关，不管采用何种 协议的局域网对 LLC 子层来说都是透明的。

与共享式以太网相似（帧结构、信道访问） 无连接通信方式 具有分组分段/重装功能 信道速率1M、2M、5.5M、11M、34M
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Address is needed for each station
5
Addressing

各种网络都定义了自己的编址和寻址机制

物理网要用自己的地址来实现寻址和传输


物理网的地址也可称为物理地址 IP地址不是物理网的地址，不能替代物理网的 寻址 IP Addressing
IP 物理网 Physical network Addressing IP
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PPP 协议的帧格式
先发送 首部 IP 数据报 尾部 协议 2
F A C 7E FF 03
字节

信
息
部
分
FCS
2
F 7E 1
1
1
1
不超过 1500 字节 PPP 帧
PPP 有一个 2 个字节的协议字段。

当协议字段为 0x0021 时，PPP 帧的信息字段就是IP 数据报。 若为 0xC021, 则信息字段是 PPP 链路控制数据。 若为 0x8021，则表示这是网络控制数据。
25
2.4 其它网络技术

X.25网 拨号网 专线网 无线网
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2.4.1 X.25 网



电信公司通过X.25提供公众分组数据网 （PDN，Public Data Network） 三层协议体系结构，面向连接通信方式 编址方式：类似电话号码14个(0-9)数字 DU长度256~2000字节 低速率：1200bps～64Kbps
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以太网的 MAC 帧格式
IP 数据报
字节
IP层
4
6
6
2
46 ~ 1500
MAC 帧 目的地址 源地址
插 入 8 字节 7 字节
10101010101010
类型
数
据
FCS MAC层
以太网 MAC 帧
1 字节
10101010101010101011
物理层
…
前同步码
帧开始 定界符
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以太网的 MAC 帧格式
Service provided
LLC MAC physical
10
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。 IEEE 的 802.3是一个以太网的国际标准。 DIX Ethernet V2 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”。 严格说来，“以太网”应当是指符合 DIX Ethernet V2 标准的局域网。
X.25L3 X.25L2 X.25L1
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X.25的现状



X.25 是一个使用电话或者ISDN设备作为网络硬 件设备来架构广域网的ITU-T网络协议； 随着数字电话服务和差错更正功能的调制解调器 的快速发展，帧中继出现。帧中继是带有差错自 动修正功能的X.25； X.25在上世纪八、九十年代兴起，现在仍然有遍 及全球的使用，尽管使用已经在迅速下降。
IP 数据报 字节 6 目的地址 6 源地址 2 类型 数 46 ~ 1500 据 4 FCS MAC 层 IP 层
MAC 帧
物理层
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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。
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。


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)。
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PPP 协议的帧格式



标志字段 F = 0x7E （符号“0x”表示后面的字 符是用十六进制表示。十六进制的 7E 的二进 制表示是 01111110）； 地址字段 A 只置为 0xFF。地址字段实际上并 不起作用； 控制字段 C 通常置为 0x03； PPP 是面向字节的，所有的 PPP 帧的长度都 是整数字节。


通信协议

通信协议

种类繁多，且依赖于服 务提供商
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网络硬件地址

Point to Point


No address is needed for P2P Transmission Address is needed in case of relay（e.g. WAN)

Multipoint configurations