第5章 网络互联与因特网基础
计算机等级考试三级网络教程第5章 因特网基础
E 类地址 1 1 1 1 0
保留为今后使用
IP 地址中的网络号字段和主机号字段
A 类地址 0 net-id 8 bit B 类地址 1 0 net-id 16 bit C 类地址 1 1 0 net-id 24 bit 1 10 D 类地址 A1类地址的网络号字段地 址 多 播 net-id host-id 8 bit host-id 16 bit host-id 24 bit
网络互连与Internet 第5章 网络互连与Internet
分类 IP 地址
每一类地址都由两个固定长度的字段组成， 每一类地址都由两个固定长度的字段组成，其中一 个字段是网络号 net-id，它标志主机（或路由器） ，它标志主机（或路由器） 所连接到的网络， 所连接到的网络， 而另一个字段则是主机号 hostid，它标志该主机（或路由器）。 ，它标志该主机（或路由器） 地址可以记为： 两级的 IP 地址可以记为： IP 地址 ::= { <网络号 <主机号 网络号>, 主机号 主机号>} 网络号 (5-1)
网络互连与Internet 第5章 网络互连与Internet
2. IP 地址及其表示方法 我们把整个因特网看成为一个单一的、抽象的网络。 我们把整个因特网看成为一个单一的、抽象的网络。 IP 地址就是给每个连接在因特网上的主机 （ 或路 地址就是给每个连接在因特网上的主机（ 由器） 由器）分配一个在全世界范围是惟一的 32 bit 的标 识符。 识符。 IP 地址现在由因特网名字与号码指派公司 地址现在由因特网名字与号码指派公司ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers)进行分配 进行分配
因特网基础
网络新闻组是一种利用网络进行专题讨论的国际论坛，到目前为止USENET仍是最大规模的网络新闻组。
ISP一方面为用户提供因特网接入服务，另一方面为用户提供各种类型的信息服务。
3.用户可以利用个人计算机去完成许多只有大型机才能完成的任务。
网络虚拟终端：提供了一种标准的键盘定义，用来屏蔽不同计算机系统对键盘输入的差异性。
因特网用户使用的FTP客户端应用程序通常有三种类型，既传统的FTP命令行，浏览器和FTP下载工具。
这种在文本中包含与其他文本的连接特征，形成了超文本的最大特点：无序性。
选择热字的过程，实际上就是选择某种信息链接线索的过程。
超文本传输协议HTTP是WWW客户机与WWW服务器之间的应用层传输协议。
HTTP会话过程包括以下4个步凑：
1. 连接。2.请求。3.应答。4.关闭。
URL由三部分组成：协议类型，主机名与路径及文件名。
WWW服务器所存储的页面是一种结构化的文档，采用超文本标记语言HTML书写而成。
TCP为应用层提供可靠的数据传输服务。TCP是一个端到端的传输协议，因为它可以提供一条从一台主机的一个应用程序到远程主机的另一个应用程序的直接连接。（虚拟连接）
端口就是TCP和UDP为了识别一个主机上的多个目标而设计的。 因特网的域名由TCP/来自P协议集中的域名系统进行定义。
因特网中的这种命名结构只代表着一种逻辑的组织方法，并不代表实际的物理连接。借助于一组既独立又协作的域名服务器来完成，因特网存在着大量域名服务器，每台域名服务器保存着域中主机的名字与IP地址的对照表，这组名字服务器是解析系统的核心。
计算机网络基础和因特网
计算机网络基础和因特网计算机网络是现代信息技术的基石，而因特网则是全球范围内最为广泛使用的计算机网络。
本文将从计算机网络基础的角度，探讨因特网的组成和工作原理，以及对我们现代生活的影响。
一、计算机网络基础计算机网络是指将多台计算机通过通信设备连接起来，实现信息的传递和共享。
在计算机网络中，主要包括以下要素：1.1 网络拓扑结构网络拓扑结构定义了计算机网络中各个节点（计算机）之间的连接关系。
常见的网络拓扑结构包括总线型、星型、环型、树型等。
不同的网络拓扑结构具有不同的特点和适用场景。
1.2 通信协议通信协议是计算机网络中实现信息传递的规则和约定。
常见的通信协议有TCP/IP协议、HTTP协议等。
通信协议通过定义数据的格式、传输方式和连接规则等，确保网络中各个节点之间能够正确地交换信息。
1.3 网络设备网络设备包括路由器、交换机、网卡等。
路由器用于实现不同局域网之间的连接，交换机用于在局域网内实现计算机之间的通信，而网卡则是计算机和网络设备之间进行数据交换的接口。
二、因特网的组成和工作原理因特网是全球范围内最大的计算机网络，由大量相互连接的网络组成。
它基于TCP/IP协议族，包括以下主要组成部分：2.1 互联网服务提供商（ISP）互联网服务提供商是连接个人用户和企业用户到因特网的桥梁。
用户通过ISP提供的接入方式（如宽带、光纤等）连接到因特网，进行信息的传递和访问。
2.2 域名系统（DNS）域名系统是因特网上的一个分布式数据库系统，用于将域名和IP地址相互映射。
通过域名系统，用户可以通过域名来访问特定的网站，而无需记住其IP地址。
2.3 路由器和交换机路由器和交换机是连接不同网络的关键设备。
路由器根据IP地址进行数据包的转发，实现网络之间的通信；而交换机则负责在局域网内进行数据交换，提供高速稳定的连接。
2.4 网络协议因特网基于TCP/IP协议族进行数据传输。
TCP/IP协议族包括IP协议、TCP协议和UDP协议等，它们通过定义数据的封装和传输方式，实现了可靠的数据传输和多种应用服务。
计算机网络与Internet基础
第7章计算机网络与Internet基础计算机网络是计算机技术和通信技术结合的范例，以Internet（因特网）为代表的计算机网络因其高效的数据通信、广泛的软硬件和数据资源共享、强大的分布式数据处理等特点而渗透到各个领域，它颠覆着人们生活和工作的传统习惯，给人们带来了意想不到的惊喜与方便。
对于非专业人士而言，电子商务、微博、微信、…是一些耳详能熟而又半知半解的事物，云计算、专业云、移动办公、物联网、…则使更多的人们如坠雾中。
事实上，它们都是计算机网络飞速发展的产物。
例如，物联网就是计算机网络的延伸与扩展，它的功能更为广泛与强大，不仅使得信息的传递与交流更加迅速与广泛，还可以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。
本章主要介绍计算机网络的基本知识和Internet的基本应用。
7.1 数据通信基础在数据通信中，文字、图形、话音、图像和数据等信息通常以数据的形态存在，因此，计算机网络的信息传递需要解决的首要问题是计算机之间的数据通信，即在两台计算机或终端之间以二进制形式进行的数据传输。
随着人们对信息传输速度要求的提高，四进制、八进制、…等多进制信息传输也、得到了很快的发展。
7.1.1 数据通信系统的构成如图7-1所示，通信系统的组成通常需要五个要素：信源、发送器、接收器、信宿和信道。
称信息产生者为信源；称信息接收者为信宿；信道是信息传输的媒介，其作用是把携带信息的信号从发送端传递到接收端，以完成信源和信宿之间的信息交换；把信源的文字、图形、话音、图像和数据等信息变换成适宜于在信道中传输的信号的分系统为发送器；把受到噪声干扰的信道输出信号反变换为信源信息的分系统为接收器。
常见的信道分为有线信道和无线信道。
有线信道包括明线、双绞线，同轴电缆，光纤等，无线信道则包括无线电波、激光等传播空间。
图7-1 通信系统的基本结构1．数字信号与模拟信号通信系统中数据的表现形式是信号，它可以分为模拟信号和数字信号两类。
《计算机网络》第3版课后题参考答案
D.无线局域网和有线以太网都存在隐藏终端问题
第5章网络互联的基本概念
1、填空题
（1）网络互联的解决方案有两中，一种是面向连接的解决方案，另一种是面向非连接的解决方案。其中，面向非连接的解决方案是目前主要使用的解决方案。
（2）IP可以提供面向非连接、不可靠和尽最大努力服务。
（1）在通常情况下，下列哪一种说法是错误的？(A)
A.它是由人工建立的
B.它是由主机自动建立的
C.它是动态的
D.它保存了主机IP地址与物理地址的映射关系
（2）下列哪种情况需要启动ARP请求？(C)
A.主机需要接收信息，但ARP表中没有源IP地址与MAC地址的映射关系
B.主机需要接收信息，但ARP表中已经具有了源IP地址与MAC地址的映射关系
换、和改进的直接交换3类。
(2)交换式局域网的核心设备是交换机或局域网交换机。
二、单项选择题
(1)以太网交换机中的端口/MAC地址映射表(B)
A.是由交换机的生产厂商建立的
B.是交换机在数据转发过程中通过学习动态建立的
C.是由网络管理员建立的
D.是由网络用户利用特殊的命令建立的
(2)下列哪种说法是错误的？(D)
A.以太网交换机可以对通过的信息进行过滤
B.以太网交换机中端口的速率可能不同
C.在交换式以太网中可以划分VLAN
D.利用多个以太网交换机组成的局域网不能出现环
三、实践题
在交换式局域网中，既可以按静态方式划分VLAN，也可以按动态方式划分VLAN。参考以太网交换机的使用说明书，动手配置一个动态VLAN，并验证配置的结果是否正确。
二、单项选择题
（1）因特网使用的互联协议是(B)
《计算机网络》第3版课后题参考答案(徐敬东、张建忠编著)
第1章计算机网络的基本概念一、填空题（1）按照覆盖的地理范围，计算机网络可以分为局域网、城域网、和广域网。
（2）ISO/OSI参考模型将网络分为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。
（3）建立计算机网络的主要目的是：资源共享和在线通信。
二、单项选择题（1）在TCP/IP体系结构中，与OSI参考模型的网络层对应的是：( B )A.主机-网络层B.互联层C.传输层D.应用层<（2）在OSI参考模型中，保证端-端的可靠性是在哪个层次上完成的( C )A.数据链路层B.网络层C.传输层D.会话层三、问答题计算机网络为什么采用层次化的体系结构【要点提示】采用层次化体系结构的目的是将计算机网络这个庞大的、复杂的问题划分成若干较小的、简单的问题。
通过“分而治之”，解决这些较小的、简单的问题，从而解决计算机网络这个大问题（可以举例加以说明）。
第2章以太网组网技术一、【二、填空题（1）以太网使用的介质访问控制方法为CSMA/CD。
（2）计算机与10BASE-T集线器进行连接时，UTP电缆的长度不能超过100米。
在将计算机与100BASE-TX集线器进行连接时，UTP电缆的长度不能超过100米。
（3）非屏蔽双绞线由4对导线组成，10BASE-T用其中的2对进行数据传输，100BASE-TX用其中的2对进行数据传输。
三、单项选择题（1）MAC地址通常存储在计算机的( B )A.内存中B.网卡上C.硬盘上D.高速缓冲区（2）关于以太网中“冲突”的描述中，正确的是( D )A.冲突时由于电缆过长造成的B.冲突是由于介质访问控制方法的错误使用造成的?C.冲突是由于网络管理员的失误造成的D.是一种正常现象（3）在以太网中，集线器的级联( C )A.必须使用直通UTP电缆B.必须使用交叉UTP电缆C.必须使用同一种速率的集线器D.可以使用不同速率的集线器(4) 下列哪种说法是正确的( A )A.集线器可以对接收到的信号进行放大B.集线器具有信息过滤功能C.集线器具有路径检测功能D.集线器具有交换功能第3章交换与虚拟局域网一、填空题(1)以太网交换机的数据转发方式可以分为直接交换、存储转发交！换、和改进的直接交换3类。
计算机网络基础和因特网
计算机网络基础和因特网计算机网络是当今社会不可或缺的一部分，而因特网作为全球最大的网络系统更是促进了信息的流动和交互。
了解计算机网络基础和因特网的发展历程对于我们更好地理解和应用现代科技具有重要意义。
本文将介绍计算机网络基础知识和因特网的建立与发展。
一、计算机网络基础计算机网络基础涉及到网络的基本概念、拓扑结构、通信协议以及数据传输等方面的知识。
1. 网络的基本概念网络是指将多台计算机通过某种介质连接起来，实现数据和资源的共享。
网络中的计算机可以是个人计算机、服务器、手机等各种终端设备。
网络的基本组成部分包括主机、通信链路、交换设备以及协议。
2. 网络的拓扑结构网络的拓扑结构指网络中各个节点之间的连接方式。
常见的网络拓扑结构有总线型、星型、环型和网状型。
每种拓扑结构都有各自的特点和应用场景，选择适合的拓扑结构可提高网络的效率和稳定性。
3. 通信协议计算机网络中的通信协议是指计算机之间进行数据传输时，遵循的一系列规则和约定。
通信协议分为物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层等多个层次。
常见的通信协议有TCP/IP协议、HTTP协议等，不同的协议在不同层次上完成相应的功能。
4. 数据传输数据传输是计算机网络中最基本的任务之一。
数据传输可以通过有线连接和无线连接两种方式完成。
在有线连接中，数据通过物理线缆传输，而无线连接则依靠无线电波传输。
数据传输的方式有点对点传输和广播传输两种模式，根据需要选择适合的传输模式。
二、因特网的建立与发展因特网是指互联网（Internet）的简称，是全球最大的计算机网络系统。
以下将介绍因特网的起源、发展和重要特点。
1. 因特网的起源因特网的起源可以追溯到冷战时期。
当时，美国国防部为了建立一种互联的计算机网络系统以应对战争威胁，开发了分布式网络体系结构ARPANET。
ARPANET于1969年投入使用，成为现代互联网的雏形。
2. 因特网的发展随着计算机技术的迅速发展，因特网在1980年代迅速扩张，并逐渐向全球拓展。
因特网基础网络互连
大数据技术
01
大数据技术是指通过处理海量数据来获取有价值的信
息和知识的一种技术。
02
大数据技术的发展将推动因特网的数据处理能力更强
，能够更好地满足用户需求，提高用户体验。
03
大数据技术需要解决数据安全和隐私保护问题，以及
如何处理和分析海量数据的问题。
人工智能与因特网的融合
人工智能是指让计算机模拟人类的智能行为，实现机器自主思考和决策的一种技术。
防火墙技术
定义
防火墙是指一种将内部网络和外部网络隔离的技术，通过限制网 络之间的访问，以防止来自外部的非法访问和攻击。
主要类型
包括包过滤防火墙、代理服务器防火墙和有状态检测防火墙等。
部署方式
可以部署在网络的入口处或出口处，也可以部署在内部网络的关键 节点处。
加密技术
定义
加密技术是指将明文信息转换为不可读的形式，以保护数据的机密 性和完整性。
主要算法
包括对称加密算法（如AES、DES等）和非对称加密算法（如RSA、 ECC等）。
应用场景
广泛应用于数据传输、存储和身份认证等方面。
入侵检测与防护系统
定义
入侵检测与防护系统是指一种用于检测和防御网络攻击的 系统，可以实时监测网络流量和用户行为，发现异常情况 并及时报警和处置。
主要类型
包括基于特征的入侵检测系统、基于异常的入侵检测系统 和基于行为的入侵检测系统等。
功能特点
具有实时监测、报警、处置和日志记录等功能，可以有效 提高网络的安全性和可靠性。
06 因特网未来发展与挑战
物联网技术
物联网技术是指通过互联网将物理设备、车辆、 建筑物等物品与网络连接，实现智能化识别、 定位、跟踪、监控和管理的一种技术。
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(3) 源路由网桥
透明网桥容易安装，但网络资源的利用不充分。 源路由(source route)网桥在发送帧时将详细的路 由信息放在帧的首部中。 源站以广播方式向欲通信的目的站发送一个发现帧， 每个发现帧都记录所经过的路由。 发现帧到达目的站时就沿各自的路由返回源站。源 站在得知这些路由后，从所有可能的路由中选择出 一个最佳路由。凡从该源站向该目的站发送的帧的 首部，都必须携带源站所确定的这一路由信息。
在网段之间转发数据帧。 根据数据帧中的信息（MAC地址）进行转发。
应用层 传输层 网络层
应用层
网桥 交换机
数据链路层 物理层 物理层
传输层 网络层
数据链路层
物理层
数据链路层
物理层
网段1
网段2
5
网络层：路由器
在网络之间转发报文分组。 根据分组中的逻辑地址（IP地址）进行转发。
应用层
传输层
网络层 数据链路层
25
(4) 多端口网桥——以太网交换机
1990 年问世的交换式集线器(switching hub)，可明显地提高局域网的性能。 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）。 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。
使用网桥带来的好处
过滤通信量。 扩大了物理范围。 提高了可靠性。 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。
16
使用网桥带来的缺点
存储转发增加了时延。 在MAC 子层并没有流量控制功能。 具有不同 MAC 子层的网段桥接在一起时时延 更大。 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。
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（1）网桥的内部结构
网桥
站表 站地址 端口 MAC1 1 MAC2 1 MAC3 1 MAC4 2 MAC5 2 MAC6 2 端口 2 端口2
端口管理 软件 端口 1 端口1 网段 A
网桥协议 实体
缓存
网桥
端口1
端口2 网段 B
H1
H2
H3
H4
H5
H6
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MAC1 MAC2 MAC3
MAC4 MAC5 MAC6
物理层：使用中继器或集线器在不同的电缆
段之间复制位信号，无寻址功能；
数据链路层：使用网桥或交换机在局域网之
间存储转发数据帧，用MAC地址寻址；
网络层：使用路由器在不同的网络之间存储
转发分组，用IP地址寻址；
传输层及应用层：使用网关提供更高层次的
互连，用端口号或其他特定标识寻址。
35
5.2 因特网体系结构
物理层 数据链路层 网络层 网络层以上
3
物理层：中继器/集线器
在电缆段之间复制比特流。
没有地址概念，因此从本质上不能算是网络互连。
应用层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
应用层
中继器 集线器
物理层 物理层
传输层 网络层 数据链路层 物理层
电缆段1
电缆段2
4
数据链路层：网桥/交换机
互联设备：路由器、网关（有时可采用远程网桥）
8
中继器 或HUB
本地
远程
LAN1
路由器
LAN1 网桥或 交换机
LAN2
WAN
LAN1 LAN2
路由器
路由器
LAN2
LAN1 LAN2
9
增加内容（10-34）
10
扩展的局域网
1 在物理层扩展局域网
用多个集线器可连成更大的局域网
三个独立的碰撞域
一系 集线器
36
因特网是一个开放网络的典型例子。 为满足开放网络的要求，因特网从1983年开 始引入并使用TCP/IP协议栈(Transmission Control Protocol / Internet Protocol)。
(1) 从端口 x 收到无差错的帧（如有差错即丢弃），在转发表中查找目的站 MAC 地址。 (2) 如有，则查找出到此 MAC 地址应当走的端口 d，然后进行(3)，否则转到 (5)。 (3) 如到这个 MAC 地址去的端口 d = x，则丢弃此帧（因为这表示不需要经过 网桥进行转发）。否则从端口 d 转发此帧。 (4) 转到(6)。 (5) 向网桥除 x 以外的所有端口转发此帧（这样做可保证找到目的站）。 (6) 如源站不在转发表中，则将源站 MAC 地址加入到转发表，登记该帧进入 网桥的端口号，设置计时器。然后转到(8)。如源站在转发表中，则执行(7)。 (7) 更新计时器。 (8) 等待新的数据帧。转到） 透明网桥
目前使用得最多的网桥是透明网桥 (transparent bridge)。 “透明”是指局域网上的站点并不知道所发送 的帧将经过哪几个网桥，因为网桥对各站来说 是看不见的。 透明网桥是一种即插即用设备，其标准是 IEEE 802.1D。
20
网桥应当按照以下算法 处理收到的帧和建立转发表
路由器
网络层 链路层 链路层 物理层 物理层
应用层
传输层
网络层 数据链路层
物理层
物理层
网络1
网络2
6
更高层：网关 连接不同体系结构的网络
网关
应用层/传输层 网络层 数据链路层 应用层/传输层 网络层 网络层 链路层 链路层 物理层 物理层 应用层/传输层 网络层 数据链路层
物理层
物理层
网络1
网络2
B3
C3
VLAN2
B2
VLAN3 C2
以太网 交换机
A3
以太网 交换机
C1 A2
B1
A1
B1 发送数据时，工作站 A1, A2 和 VLAN , VLAN 三个虚拟局域网 C1 1 以太网 2 交换机 都不会收到 B1 发出的广播信息。 和 VLAN 的构成
3
33
以太网 交换机
A4 VLAN1
B3
21
网桥在转发表中 登记以下三个信息
站地址：登记收到的帧的源 MAC 地址。 端口：登记收到的帧进入该网桥的端口号。 时间：登记收到的帧进入该网桥的时间。 转发表中的 MAC 地址是根据源 MAC 地址写入 的，但在进行转发时是将此 MAC 地址当作目的 地址。
如果网桥现在能够从端口 x 收到从源地址 A 发来的帧， 那么以后就可以从端口 x 将帧转发到目的地址 A。
二系 集线器
三系 集线器
11
用多个集线器可连成更大的局域网
一个更大的碰撞域
主干集线器
一系 集线器
集线器
二系 集线器 三系 集线器
12
优点
使原来属于不同碰撞域的局域网上的计算机能 够进行跨碰撞域的通信。 扩大了局域网覆盖的地理范围。 碰撞域增大了，但总的吞吐量并未提高。 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。(即不能互联不 同速率的局域网)
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用以太网交换机扩展局域网
万维网 服务器
100 Mb/s 100 Mb/s 以太网 交换机 二系 集线器 100 Mb/s
路由器
至因特网
电子邮件 服务器
一系 集线器
三系 集线器 10BASE-T
29
3 虚拟局域网
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。
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 发送这个帧的工作站是属于哪一个 VLAN。
因特网是世界上最大的互联网络，具有开放性。 1974年，斯坦福大学的两位研究员瑟夫（cerf） 和康恩（kahn）提出了开放网络的四项原则： 小型化、自治：每个网络可以自行运作，当需 要进行网间互联时无需改变其内部结构。 尽力而为的服务：互联网络仅提供尽力而为的 服务，如果需要可靠的通信，则由发送端通过 重传丢失的报文来实现。 无状态路由器：互联网络中的路由器不保存任 何现行连接中已经发送过的信息流状态。 非集中控制：在互联网络中不存在全局性的控 制机制。
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透明网桥使用了支撑树算法
这是为了避免产生转发的帧在网络中不断地 兜圈子。（支撑树也叫做生成树）
⑤ ⑥ F2 F1
网桥 1 转发的帧
网桥 2 转发的帧
④ 局域网 2 网桥 2 局域网 1
③
网桥 1 A ①
不停地 兜圈子 网络资源白白消耗了
②
F A 发出的帧
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支撑树的得出
每隔几秒钟每一个网桥要广播其标识号(由生产 网桥的厂家设定的一个惟一的序号)和它所知道 的其他所有在网上的网桥。 支撑树算法选择一个网桥作为支撑树的根(例如， 选择一个最小序号的网桥)，然后以最短路径为 依据，找到树上的每一个结点。 当互连局域网的数目非常大时，支撑树的算法 很花费时间。这时可将大的互连网划分为多个 较小的互连网，然后得出多个支撑树。
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站1
两个网桥之间还可使用一段点到点链路
① ②
站2 用户层 IP
用户层
IP
网桥 1
MAC MAC R DL ③ A ④ 物理层 物理层 物理层 LAN ①⑨ ②⑧ ③④⑥⑦ ⑤ PPP-H MAC-H
网桥 2 R MAC DL ⑥ 物理层 物理层
⑤ 用户数据