计算机网络 复习-03-数据链路层

数据链路层 使用的信道主要有: 

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;

1. 使用点对点 信道的数据链路层

1. 数据链路和帧

  链路:从一个结点到相邻结点的一段物理线路(有线或无线),而中间没有任何其他的交换结点;

  数据链路: 包括链路,实现协议的软件 和硬件;

 点对点信道的数据链路层的协议数据单元——帧

数据链路层 把 网络层 交下来的数据构成帧发送到链路上, 以及 把接收到的帧中的数据取出 并上交给网络层;

在因特网中,网络层协议数据单元就是IP数据报(或 数据报,分组 或 包)

点对点信道的数据链路层在进行通信时的主要步骤如下:

1. 结点A 的数据链路层把网络层交下来的IP数据报添加首部和尾部封装成帧;

2. 结点A把封装好的帧发送给结点B的数据链路层;

3. 若结点B 的数据链路层收到的帧无差错,则从收到的帧中提取出IP 数据报上交给 上面的网络层; 否则丢弃这个帧;

数据链路层不必考虑物理层如何实现比特传输的细节。

2. 三个基本问题

数据链路层的三个基本问题: 封装成帧, 透明传输, 差错检测;

(1)封装成帧: 帧界定符(SOH首部开始,EOT帧的结束);所能传送的帧的数据部分长度上限——最大传送单元MTU

(2)透明传输: 转义字符; 字节填充/ 字符填充

(3)差错检测:

      比特差错;  误码率BER, 循环冗余检验CRC , n位冗余码;

帧丢失/帧重复/帧失序;   帧编号 、 确认和重传机制;

        

2. 点对点协议 PPP

点对点协议PPP 是目前使用最广泛的数据链路层协议

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。

PPP协议应满足的需求

PPP协议的组成分为三大部分: 一个将IP数据报封装到串行链路的方法; 一个用来建立、配置和测试数据链路连接的链路控制协议 LCP; 一套 网络控制协议 NCP

PPP协议的帧结构

PPP协议的工作状态

3. 使用广播信道的数据链路层

局域网的数据链路层:

计算机通过适配器和 局域网进行通信

计算机与外界局域网的连接是通过通信适配器—— 网络接口卡NIC (网卡),适配器上装有处理器和存储器(RAM,ROM)

人们常把 局域网上的计算机称为: “主机”, “工作站”,“站点” 或 “ 站”‘;  曼彻斯特编码

CSMA/ CD 载波监听多点接入/碰撞检测 协议:  

多点接入: 总线型网络; 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:用电子技术检测总线上有没有其他计算机也在发送;不管在发送前,还是发送中,每个站都必须不停地检测信道;

碰撞检测: 边发送边监听,适配器边发送数据边检测信道上的信号电压的变化情况,以便判断自己在发送数据时其他站是否也在发送数据;  当几个站同时在总线上发送数据时,总线上的信号电压变化幅度将会增大(互相叠加)。当适配器检测到的信号电压变化幅度超过一定的门限值时,就认为总线上至少有两个站同时在发送数据,表明产生了碰撞,所谓碰撞就是发生了冲突。

以太网 使用 截断二进制指数退避算法来确定碰撞后重传的时机: 这种算法让发生碰撞的站在停止发送数据后,不是等待信道变为空闲后就立即再发送数据,而是推迟(退避)一个随机的时间。

4. 使用广播信道的以太网

(1)使用集线器的星形拓扑:

  集线器: 工作在物理层,它的每个接口仅仅简单地转发比特,不进行碰撞检测;

(2)以太网的信道利用率

(3)以太网的MAC层 

  在局域网中,硬件地址又称为 物理地址或MAC地址(因为这种地址用在MAC帧中 )

名字指出我们所要寻找的那个资源, 地址指出那个资源在何处,路由告诉我们如何到达该处;

MAC帧的格式;

5. 扩展的以太网

 在物理层扩展以太网

扩展主机和集线器之间的距离的一种简单方法就是 使用光纤(通常是一对光纤)和一对光纤调制解调器(用于进行电信号和光信号的转换)。

在数据链路层扩展以太网 要使用 网桥:

(1)网桥的内部结构;

  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和过滤。 当网桥收到一个帧时,并不是向所有的接口转发此帧,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,或者是把它丢弃(即过滤)。

网桥依靠转发表来转发帧; 转发表 也叫做 转发数据库 或 路由目录;

使用网桥的优点和缺点;

(2)透明网桥:  即插即用设备; 网桥按照 自学习算法 处理收到的帧(逐步建立转发表),并按照转发表把帧转发出去;

(3)源路由网桥: 在发送帧时,把详细的路由信息放在帧的首部中。

(4)多接口网桥——以太网交换机:

   这种交换机工作于 数据链路层;对收到的帧采用“ 存储转发”方式进行转发;  

利用以太网交换机可以很方便地实现虚拟局域网VLAN ; 虚拟局域网其实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;

6. 高速以太网( 速率超过 100Mb/s )

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