计算机网络:数据链路层

一、 点对点信道的数据链路层

链路(物理链路):从一个结点到相邻结点的一段物理链路(有线或无线),中间没有任何其它的交换结点。

数据链路(逻辑链路):链路 加上必要的硬件(网络适配器)和软件(协议的实现)。

数据链路层使用的信道包含两种类型:

(1)点对点信道

(2)广播信道

数据链路层的协议数据单元----

网络层的协议数据单元---IP数据报(分组、包)

数据链路层任务: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。

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:在帧的数据部分(IP数据报)前后分别添加首部和尾部。

帧数据部分长度上限---最大传送单元MTU

首部和尾部的一个重要作用是进行帧定界。

控制字符:帧开始符SOH、结束符EOT

2 透明传输

问题:如果帧的数据部分如果出现控制字符EOT会导致部分数据当做无效帧丢弃。

解决透明传输问题:

(1)发送端的数据链路层在数据中出现控制字符“SOH”或“EOT”的前面插入一个转义字符“ESC”;

(2)接收端的数据链路层在将数据送往网络层之前删除插入的转义字符。

3 差错检测

传输过程中会产生比特差错(0/1错误)。

误码率BER:传输错误的比特占所传输比特总数的比率。

数据链路层采用循环冗余检验(CRC)技术检错。(通过就收下,否则丢弃)

帧检验序列FCS是添加到数据后面的冗余码

二、点对点协议PPP(Point-to-Point Protocol)

最广泛的数据链路层协议。

特点:简单;只检测差错,不纠正;

用户计算机与ISP通信(接入因特网)使用PPP协议。

PPP 协议有三个组成部分

(1)一个将IP数据报封装到串行链路的方法。

(2)链路控制协议LCP (Link Control Protocol)。

(3)网络控制协议NCP (Network Control Protocol)。

PPP帧

首部4个字段

(1)标志字段F---1字节

(2)地址字段A---1字节

(3)控制字段C---1字节

(4)协议字段---2字节

信息字段,长度可变,不超过1500字节。

尾部2个字段

(1)使用CRC的帧检验序列FCS---2 字节

(2)标志字段F---1字节

适配器

计算机通过适配器连接外网。

(1)要进行数据串行传输和并行传输的转换

(2)能够实现以太网协议。

(3)数据缓存

(4)为操作系统安装设备驱动

总线的特点:当一台计算机发送数据时,总线上的所有计算机都能检测到这个数据。(广播通信方式)

以太网采用的协议是具有冲突检测的载波监听多点接入CSMA/CD。

协议要点:发送前先监听,边发送边监听,一旦总线出现碰撞,停止发送。

按退避算法等待随机事件后再次发送。

这种以太网只能进行半双工通信。

以太网的MAC层

MAC地址(物理地址):适配器地址---48位

以太网具有过滤功能,只接受下面三种帧。

“发往本站的帧”包括以下三种帧:

单播(unicast)帧(一对一)

广播(broadcast)帧(一对全体)

多播(multicast)帧(一对多)

最常用的 MAC 帧是以太网 V2 的格式

可以使用网桥在数据链路层扩展以太网。

网桥优点:对帧进行转发和过滤,增大吞吐量;扩大网络物理范围;提高可靠性;互连以太网。

网桥缺点:增加时延;可能产生广播风暴。

交换机(交换式集线器):独享式

工作在数据链路层。

一个多接口的网桥,而每个接口都直接与每台单主机或另一个集线器相连,且为全双工方式。

无碰撞传输数据。

集线器:共享式

工作在数据链路层

路由器与交换机

路由器工作在网络层,交换机工作在数据链路层;

路由器根据IP地址进行数据的转发,交换机根据MAC地址进行数据转发;

此外,路由器中还多了防火墙的功能

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