Capa de enlace de datos (3 mensajes) Capa de enlace de datos de la red informática_Ponte sandalias de paja para viajar blog-CSDN blog
Tabla de contenido
1. Capa de enlace de datos de la red de área local
3. Utilización del canal Ethernet
1.Dirección de hardware de la capa MAC
2. Existen tres tipos de tramas que recibe el adaptador en la LAN:
3.Formato de marco de la capa MAC
El canal de transmisión puede realizar comunicaciones de uno a muchos y la red de área local utiliza el canal de transmisión. Las redes de área local se pueden clasificar según su topología.
1. Capa de enlace de datos de la red de área local
Las principales características de una red de área local: la red es propiedad de una unidad y el alcance geográfico y el número de sitios son limitados. Ventajas de LAN: 1. Con la función de transmisión, se puede acceder fácilmente a toda la red desde un sitio. 2. Los hosts de la LAN pueden compartir varios recursos de hardware y software conectados a la LAN. 3. Facilitar la expansión y evolución gradual del sistema y mejorar la confiabilidad, disponibilidad y supervivencia del sistema. Ethernet es un tipo de red de área local y la mayoría de las redes de área local son Ethernet. El par trenzado es el principal medio de transmisión en las redes de área local.
Hay dos formas de implementar un canal compartido:
1. División estática de canales, como multiplexación por división de frecuencia, multiplexación por división de tiempo, multiplexación por división de código, etc., pero no es adecuada para redes de área local.
2. Control de acceso a medios dinámicos, también conocido como acceso multipunto. La característica es que el canal no está asignado de forma fija al usuario cuando el usuario se comunica. Acceso aleatorio : la característica es que los usuarios pueden enviar mensajes de forma aleatoria. Si dos usuarios envían al mismo tiempo, habrá una colisión en los medios compartidos y el envío fallará. En este momento, es necesario resolver el protocolo de red en conflicto, es decir, el protocolo CSMA/CD. Acceso controlado : La característica es que los usuarios no pueden enviar información de forma aleatoria sino que deben obedecer ciertos controles. La principal aplicación de Ethernet es el acceso aleatorio . Por razones históricas, la capa Ethernet se divide en dos subcapas: Logical Link Control LLC y Media Access Control MAC. Ahora LLC básicamente ha desaparecido, principalmente el protocolo MAC.
La función del adaptador : La conexión entre la computadora y la LAN externa se realiza a través del adaptador, que antes también se llamaba tarjeta de red. La comunicación entre el adaptador y la LAN se realiza en transmisión serial a través de cables o pares trenzados, mientras que la comunicación entre el adaptador y la computadora se transmite en paralelo a través del bus de E/S, por lo que una función importante del adaptador es llevar Realizar serialización de datos Conversión entre transmisión y transmisión paralela . Las funciones implementadas por el adaptador incluyen funciones en dos niveles: capa de enlace de datos y capa física. Después de que el adaptador recibe la trama correcta, utiliza una interrupción para notificar a la computadora y entrega los datos a la capa de red en la pila de protocolos. Cuando la computadora quiere enviar un datagrama IP, la pila de protocolos entrega el paquete al adaptador, que lo ensambla en una trama y lo envía a la LAN. ( El adaptador completa funciones como encapsulación, transmisión transparente, detección de errores, etc. ) La dirección de hardware de la computadora se almacena en el adaptador y la dirección IP del software se almacena en la computadora.
2. Acuerdo CSMA/CD
Las computadoras en una red de área local a menudo se denominan estaciones de trabajo, sitios, etc. Para simplificar la comunicación, Ethernet ha adoptado las siguientes dos medidas: 1. Adoptar un modo de trabajo sin conexión más flexible, es decir, los datos se pueden enviar directamente sin establecer una conexión . El adaptador no numera las tramas de datos que envía ni requiere que la otra parte envíe un acuse de recibo. Lo que proporciona es una entrega con el mejor esfuerzo, lo cual es una entrega poco confiable. La capa superior decide si retransmitir la trama de error. Solo una computadora puede enviar datos al mismo tiempo, si ocurre un conflicto, se utiliza el protocolo CSMA/CD para coordinar. 2. Los datos enviados por Ethernet utilizan codificación Manchester .
Puntos clave del Acuerdo CSMA/CD
- Acceso multipunto: el acceso multipunto se refiere a una red de bus, en la que muchas computadoras están conectadas a un bus de manera de acceso multipunto. La esencia del protocolo es el monitoreo de portadores y la detección de colisiones.
- Carrier Sense: El uso de tecnología electrónica para detectar si otras computadoras en el canal también están transmitiendo. Ya sea antes del envío o durante el envío, cada estación debe detectar constantemente el canal.
- Detección de colisiones: escucha mientras envía. Si varias estaciones envían datos al mismo tiempo, el cambio de voltaje de la señal en el bus aumentará, lo que indica una colisión. En este momento, el envío se detendrá inmediatamente.
Cuando se utiliza el protocolo CSMA/CD, no se puede enviar y recibir al mismo tiempo, por lo que Ethernet que utiliza el protocolo CSMA/CD solo puede realizar comunicación semidúplex (comunicación alterna bidireccional). La colisión se produce debido al retraso de propagación. A envía los datos pero antes de llegar a B, B no sabe que alguien ha enviado los datos. Cuando A y B envían datos al mismo tiempo y se produce una colisión, ambos no envían datos y tienen que posponerlo por un tiempo y reenviarlo. Como no se sabe si se producirá una colisión, existe incertidumbre en la transmisión en Ethernet. Después de que A envía los datos, se necesitan hasta 2θ para saber si hay una colisión. Este tiempo 2θ se denomina período de contención. Si no hay colisión después del período de contienda, la transmisión es exitosa . Si ocurre una colisión, Ethernet utiliza un algoritmo de retroceso truncado de dos exponenciales para determinar cuándo retransmitir después de una colisión. Ethernet estipula la duración del período de contienda, lo que restringe el alcance geográfico de Ethernet para que no sea demasiado grande; de lo contrario, el retraso de propagación excederá el límite del período de contienda. Ethernet estipula que la longitud de trama más corta es 64 bytes (el número de bytes que se pueden enviar durante un período de contienda) . Si ocurre una colisión durante el período de contienda, la transmisión se detendrá. Por lo tanto, las tramas con una longitud inferior a 64 bytes en el canal son fotogramas no válidos. Después de la colisión, además de dejar de enviar datos inmediatamente, también se continúa enviando una señal de interferencia artificial para informar a todos los usuarios que se ha producido una colisión. Ethernet también especifica un intervalo mínimo de 96 bits entre tramas, esto es para permitir que la pila que acaba de recibir la trama de datos borre el caché y se prepare para recibir la siguiente trama.
Ethernet utiliza un algoritmo de retroceso exponencial binario truncado para determinar cuándo retransmitir después de una colisión. El algoritmo de retroceso exponencial binario truncado no es complejo. Este algoritmo permite que la estación que chocó enviar datos , en lugar de esperar a que el canal quede inactivo antes de volver a enviar datos inmediatamente, retrocede durante un tiempo aleatorio.
Para minimizar la probabilidad de otra colisión durante la retransmisión, el algoritmo de retroceso tiene las siguientes disposiciones específicas:
(1) El tiempo de retroceso básico es el período de contienda 2 t , y el tiempo del período de contienda específico es 51,2 μs . Para Ethernet de 10 Mbit /s , se pueden enviar 512 bits o 64 bytes durante el período de contienda. También se puede decir que el período de contienda es de 512 bits. El tiempo de 1 bit es el tiempo necesario para enviar 1 bit. Entonces esta unidad de tiempo está estrechamente relacionada con la velocidad de datos. Por conveniencia, los bits también se pueden utilizar directamente como unidad de período de contienda. El período de contienda es de 512 bits, es decir, el período de contienda es el tiempo necesario para enviar 512 bits.
(2) Elija aleatoriamente un número del conjunto de enteros discretos [0,1,…,(2⁴ -1)], registrado como r. El tiempo que se debe posponer la retransmisión es r veces el período de contienda . El parámetro k anterior se calcula según la siguiente fórmula:
k=Min [Número de retransmisiones, 10]
Se puede observar que cuando el número de retransmisiones no supera 10, el parámetro k es igual al número de retransmisiones; pero cuando el número de retransmisiones supera 10, k no aumenta y permanece igual a 10.
(3) Cuando la retransmisión falla 16 veces (esto indica que hay demasiadas estaciones que intentan enviar datos al mismo tiempo, lo que resulta en colisiones continuas), la trama se descarta y se informa a la capa superior.
Resumen de los puntos clave del acuerdo CSMA/CD
- Prepárese para enviar: el adaptador obtiene un paquete de la capa de red, agrega un encabezado y un final para formar una trama Ethernet y lo coloca en el búfer del adaptador. Detecta el canal antes de enviar.
- Detectar el canal: si se detecta que el canal está ocupado, continuará detectándolo hasta que el canal esté inactivo. Si se detecta inactivo y permanece inactivo dentro de los 96 bits (se garantiza el intervalo mínimo entre tramas), se envía esta trama.
- La detección continúa durante el proceso de envío, es decir, el adaptador necesita escuchar mientras envía. Hay dos situaciones en este momento.
- Enviado correctamente: no se detectó ninguna colisión durante el período de disputa. Vuelve a 1 después de un envío exitoso.
- Fallo de transmisión: si se detecta una colisión durante el período de contienda, la transmisión se detendrá inmediatamente y se enviarán señales de interferencia artificial según sea necesario. Luego, el adaptador realiza un algoritmo de retroceso exponencial, esperando el tiempo suficiente para volver a 2. Si la retransmisión aún no tiene éxito después de 16 veces, se detendrá y se informará un error.
Después de que Ethernet envía una trama, debe retener la trama enviada. Si se detecta una colisión durante el período de contienda, la retransmisión se retrasará por un período de tiempo.
Topología en estrella mediante concentradores La Ethernet actual utiliza una topología en estrella, utilizando un concentrador de muy alta confiabilidad en el centro en estrella. Cada estación utiliza dos pares de pares trenzados, respectivamente, para enviar y recibir .
Características del centro:
- A primera vista, una LAN que utiliza un concentrador es físicamente una red en estrella, pero lógicamente sigue siendo una red de bus. Cada estación comparte el bus lógico y sigue utilizando el protocolo CSMA/CD.
- Un concentrador tiene muchas interfaces, como un repetidor de múltiples interfaces.
- El concentrador funciona en la capa física y cada interfaz solo es responsable de reenviar bits y no realiza detección de colisiones.
3. Utilización del canal Ethernet
Debido a que las colisiones desperdician recursos del canal, la tasa de utilización del canal de Ethernet no puede alcanzar el 100%. Reducir el retraso de propagación de un extremo a otro puede mejorar la utilización del canal, por lo que la longitud de la conexión Ethernet no puede ser demasiado larga y la longitud de la trama Ethernet no puede ser demasiado corta.
4. Capa MAC de Ethernet
1.Dirección de hardware de la capa MAC
En LAN, la dirección de hardware también se denomina dirección MAC. IEEE especifica una dirección global de 6 bytes para LAN, que es la dirección fijada en el adaptador de cada computadora en la LAN. Por lo tanto, si se reemplaza un adaptador nuevo, la dirección del hardware también cambiará. El identificador EUI-48 en el adaptador es la dirección de hardware de la computadora. Cuando un enrutador está conectado a una LAN a través de un adaptador, la dirección de hardware en el adaptador identifica una interfaz en el enrutador. Si el enrutador está conectado a varias redes al mismo tiempo, se requieren varios adaptadores con varias direcciones de hardware.
2. Existen tres tipos de tramas que recibe el adaptador en la LAN:
1. Trama de unidifusión (uno a uno): es decir, la dirección MAC de la trama recibida es la misma que la dirección de esta estación.
2. Cuadro de transmisión (un par de todos).
3. Tramas de multidifusión (uno a muchos).
El adaptador puede reconocer al menos los dos primeros tipos de marcos. Los adaptadores Ethernet funcionan de una manera especial: modo promiscuo. El adaptador de modo promiscuo recibirá silenciosamente la trama siempre que la "escuche" y luego la transmita . El método híbrido se puede utilizar para monitorear y analizar el tráfico en Ethernet, y los piratas informáticos también utilizan métodos híbridos para obtener información ilegalmente.
3.Formato de marco de la capa MAC
El formato de trama MAC más utilizado es el "estándar Ethernet V2", además del estándar IEEE 802.3. El encabezado de la trama MAC tiene tres campos: campo de dirección de origen, campo de dirección de destino, campo de tipo utilizado para identificar el protocolo utilizado por la capa superior y al final hay una secuencia de verificación de trama FCS . Las tramas MAC no tienen delimitador de trama ni campo de longitud de trama. Debido a que utiliza el código Manchester, hay un salto de voltaje en medio de los símbolos del código Manchester. Cuando el emisor termina de enviar una trama, deja de enviar símbolos, es entonces cuando el receptor descubre que no hay salto y sabe que la trama ha terminado. Cuando la trama MAC se transmite a la capa física, se insertan 8 bytes delante de la trama, incluido un preámbulo y un delimitador de inicio de trama. El preámbulo se utiliza para notificar al extremo receptor que ajuste la frecuencia del reloj para sincronizarla con el reloj del extremo emisor. La longitud mínima de una trama MAC es de 64 bytes, de los cuales la longitud mínima del campo de datos es de 46 bytes. Si no es suficiente, llénelo. Hay un campo de "longitud total" en el encabezado del datagrama IP, que la capa de red utiliza para identificar la longitud del campo de relleno y descartarlo.
