《计算机网络》重点知识总结(三)数据链路层

3.1 数据链路层简介

作用:将原始的、有差错的物理线路变为对网络层无差错的数据链路。

3.2 数据链路层使用的信道分类

数据链路层使用的信道主要有以下两种类型
点对点信道:这种信道使用一对一的点对点通信方式。
广播信道:这种信道使用一对多的广播通信方式因此过程比较复杂。

3.3 各层传输的数据单位

网络层:IP数据报(或IP分组)
数据链路层:
物理层:比特

3.4 数据链路层传输数据时的三个基本问题

(1)封装成帧(framing)——在一段数据的前后分别添加首部和尾部然后就构成了一个帧。首部和尾部的一个重要作用就是进行帧定界。
(2)透明传输
(3)差错控制

3.5 点对点协议 PPP (Point-to-Point Protocol)

现在全世界使用得最多的数据链路层协议是点对点协PPP。用户使用拨号电话线接入因特网时一般都是使用 PPP 协议
1.PPP 协议应满足的需求

  • 简单——这是首要的要求
  • 封装成帧
  • 透明性
  • 多种网络层协议
  • 多种类型链路
  • 差错检测
  • 检测连接状态
  • 最大传送单元
  • 网络层地址协商
  • 数据压缩协商

2.PPP 协议不需要的功能

  • 纠错 (只需要检测有无错而不需纠错)
  • 流量控制
  • 序号
  • 多点线路
  • 半双工或单工链路

3.PPP 协议有三个组成部分

  • 一个将 IP 数据报封装到串行链路的方法。
  • 链路控制协议 LCP (Link Control Protocol)。
  • 网络控制协议 NCP (Network Control Protocol)。

4.帧格式

  • 各字段的意义

8.jpg

  • 字节填充:转义字符(0x7D)
  • 零比特填充:在发送端,先扫描整个信息字段,只要发现有5个连续1,则立即填入一个0。

3.6 媒体共享技术

1.静态划分信道

  • 频分复用
  • 时分复用
  • 波分复用
  • 码分复用

2.动态媒体接入控制多点接入

  • 随机接入
  • 受控接入 如多点线路探询(polling)或轮询。

3.7 以太网的两个标准

DIX Ethernet V2 标准IEEE 的 802.3 标准只有很小的差别因此可以将 802.3 局域网简称为“以太网”。

3.8 数据链路层的两个子层

  • 逻辑链路控制 LLC (Logical Link Control)子层
  • 媒体接入控制 MAC (Medium Access Control)子层。

与接入到传输媒体有关的内容都放在 MAC 子层,而 LLC 子层则与传输媒体无关,不管采用何种协议的局域网对 LLC 子层来说都是透明的,如下图所示:

数据链路层的两个子层

注意:
1.由于 TCP/IP 体系经常使用的局域网是 DIX Ethernet V2 而不是 802.3 标准中的几种局域网因此现在 802 委员会制定的逻辑链路控制子层 LLC即 802.2 标准的作用已经不大了。

2.很多厂商生产的适配器上就仅装有 MAC 协议而没有 LLC 协议。

3.所以我们以后一般不考虑 LLC 子层 。

3.9 以太网提供的服务

  • 以太网提供的服务是不可靠的交付即尽最大努力的交付。
  • 当目的站收到有差错的数据帧时就丢弃此帧其他什么也不做。差错的纠正由高层来决定。
  • 如果高层发现丢失了一些数据而进行重传但以太网并不知道这是一个重传的帧而是当作一个新的数据帧来发送。
  • 以太网发送的数据都使用曼彻斯特(Manchester)编码。

以太网提供的服务

3.10 载波监听多点接入/冲突检测CSMA/CD

(1) CSMA/CD协议 载波监听多点接入检测

(2) CSMA/CD要点

  • 多点接入:说明这是总线型网络,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个有没有其他计算机也在发送。
  • 碰撞检测:边发送边监听。

(3) 在使用CSMA/CD协议时,一个站不可能同时进行发送和收,但必须变发送边接收。只能进行双向交替通信(半双工通信)。

(4) 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。

3.11 以太网的 MAC 层

1、48 位的 MAC 地址
在局域网中硬件地址又称为物理地址或 MAC 地址共 48 位其前 3 个字节即高 24 位 用于标识不同的生产厂家后 3 个字节即低 24 位由厂家自行指派用于标识产品号。

2、从网络上发往本站的帧分为以下 3 种:

  • 单播(unicast)帧一对一
  • 广播(broadcast)帧一对全体
  • 多播(multicast)帧一对多

3、MAC 帧的格式
常用的以太网 MAC 帧格式有两种标准

  • DIX Ethernet V2 标准
  • IEEE 的 802.3 标准

最常用的 MAC 帧是以太网 V2 的格式,如下

MAC 帧的格式

4、帧间最小间隔

  • 帧间最小间隔为 9.6 s相当于 96 bit 的发送时间。
  • 一个站在检测到总线开始空闲后还要等待 9.6 s 才能再次发送数据。
  • 这样做是为了使刚刚收到数据帧的站的接收缓存来得及清理做好接收下一帧的准备。

5、多接口网桥——以太网交换机
以太网交换机通常都有十几个接口。因此以太网交换机实质上就是一个多接口的网桥可见交换机工作在数据链路层。

  • 以太网交换机的每个接口都直接与主机相连并且一般都工作在全双工方式。
  • 交换机能同时连通许多对的接口使每一对相互通信的主机都能像独占通信媒体那样进行 无碰撞地传输数据。
  • 以太网交换机由于使用了专用的交换结构芯片其交换速率就较高。

3.12 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。
  • 虚拟局域网其实只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。
  • 虚拟局域网限制了接收广播信息的工作站数使得网络不会因传播过多的广播信息(即“广播风暴”)而引起性能恶化。
  • 虚拟局域网协议允许在以太网的帧格式中插入一个 4 字节的标识符称为 VLAN 标记(tag)用来指明发送该帧的工作站属于哪一个虚拟局域网。

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Last modification:March 17th, 2018 at 03:59 pm
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