數據鏈路層


同段的鏈路層可以採用不同的數據鏈路層協議,數據鏈路層使用的信道類型(1)點對點信道(2)廣播信道

一、點對點信道的數據鏈路層

鏈路和數據鏈路:

(鏈路:物理鏈路)從一個結點到相鄰結點的一段物理線路

(數據鏈路:邏輯鏈路)物理鏈路加上必要的通信協議,通信協議用來控制數據傳輸

三個基本問題:

1、封裝成幀

在一段數據的前後分別添加首部和尾部就構成了一幀,幀的數據部分的長度——最大傳輸單元MTU

2、透明傳輸

數據部分爲ASCII碼:使用特殊的幀定界符SOHEOT

數據部分爲非ASCII碼:

字節填充(異步傳輸,逐個字符地傳送)

零比特填充(同步傳輸,一連串的比特連續傳輸)

3、差錯檢測

循環冗餘檢測CRC

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(1)傳輸差錯(幀丟失,幀重複,幀失序)

(2)比特差錯

PPP協議:

PPP協議不是純粹的數據鏈路層的協議,它還包含了物理層和網絡層的內容

PPP協議需求

1、簡單

2、封裝成幀

3、透明性

4、多種網絡層協議

5、多種類型鏈路

6、差錯檢查

7、檢測連接狀態

8、網絡層地址協商

9、數據壓縮協商

二、廣播信道的數據鏈路層

局域網:

局域網的主要優點

1、具有廣播功能,從一個站點可很方便地訪問全網

2、便於系統的擴展和逐漸演變,各設備的位置可靈活調整和改變

3、提高了系統的可靠性,可用性和生存性

局域網的網絡拓撲

1、星形網(使用集線器)

2、環形網(令牌環形網,簡稱令牌環)

3、總線網(以太網)

4、樹形網(總線網的變形)

局域網的信道劃分

1、靜態劃分信道

2、動態媒體接入控制

(1)隨機接入(以太網)

(2)受控接入

計算機與外界局域網的連接是通過(適配器),這種接口板又稱爲(網絡接口卡NIC)或簡稱爲(網卡)

適配器的一個重要功能是對數據的串行傳輸和並行傳輸轉換,另一個重要功能是對數據進行緩存,以平衡網絡上和計算機總線上數據率的不同

計算機的硬件地址在適配器的ROM,軟件地址(IP地址)在計算機的存儲器中

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以太網(局域網的一種):

1、以太網(1)採用較爲靈活的無連接工作方式(2)發送的數據使用曼徹斯特編碼的信號

2、以太網的信道利用率

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S=T0/T0+t=1/1+a) S:信道利用率,T0:幀的發送時間,t:單程端到端時延,a=t/T0

3、以太網的MAC

硬件地址又稱物理地址或MAC地址,適配器根據MAC地址選擇接收MAC幀,包括

1)單播(一對一)

2)廣播幀(一對全)

3)多播幀(一對多)

幀的格式如:

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4、高速以太網

110Mb/s 傳統以太網

2100Mb/s 高速以太網/快速以太網

31000Mb/s 吉比特以太網/1Gb/s

5、CSMA/CD

CSMA/CD要:

1)多點接入

2)載波監聽

3)碰撞檢測

在使用CSMA/CD協議時,一個站不可能同時進行發送和接收,因此使用CSMA/CD協議的以太網不可能進行全雙工通信而只能進行雙向交替通信(半雙工通信)

CSMA/CD的要點歸結

(1)適配器從網絡層獲得一個分組,加上以太網的首部和尾部,組成以太網幀,放入適配器的緩存中,準備發送。

(2)若適配器檢測到信道空閒,就發送這個幀。若檢測到信道忙,則繼續檢測並等待信道轉爲空閒,然後發送這個幀。

(3)在發送過程中繼續檢測信道,若一直未檢測到碰撞,就順利把這個幀成功發送完畢。若檢測到碰撞,則中止數據的發送,併發送人爲干擾信號。

(4)在中止發送後,適配器就執行指數退避算法,等待r512比特時間後,返回到步驟(2)。

使用集線器的以太網在邏輯上仍然是一個總線網,各站共享邏輯上的總線,使用CSMA/CD,同一時刻只允許一個站發送數據,集線器是工作在物理層的

擴展的以太網:

以太網的覆蓋範圍可以在物理層擴展,也可以在數據鏈路層擴展,這種擴展的以太網在網絡層看來仍然是一個網絡。

1、在物理層擴展可以(1)使用光纖和一對光纖調制解調器(2)使用多個集線器

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2、在數據鏈路層擴展可以使用網橋

網橋帶來的好處

(1)過濾通信量,增大吞吐量

(2)擴大了物理範圍

(3)提高了可靠性

(4)可以互連不同物理層,不同MAC子層和不同速率的以太網

網橋的工作原理

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網橋的種類

(1)透明網橋(即插即用,容易安裝)

(2)源路由網橋(由發送幀的遠源站負責路由選擇的網橋)

(3)以太網交換機(多接口網橋)

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