• 计算机网络:数据链路层


    1。什么是数据链路层?

      链路是从一个结点到相邻结点的一段物理线路,数据链路则是在链路的基础上增加了一些必要的硬件(如网络适配器)和软件(如协议的实现)。数据链路层使用的信道有点对点信道和广播信道两种:

    2.使用点对点信道的数据链路层

      1.数据链路和帧

      数据链路是一个概念,在传输数据时,除了有一条物理线路外,还需要一些必要的通信协议来控制这些协议的传输。若把实现这些协议的硬件和软件加到链路上,就构成了数据链路。

      帧:帧是点对点信道的数据链路层的协议数据单元。数据链路层把网络层的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。

      数据链路层有三个基本问题:  1. 封装成帧  2.透明传输   3. 差错检测

        封装成帧(Framing):就是在一段数据的前后分别添加首部和尾部,这样就构成了一个帧。接收端在收到物理层上交的比特流后,就能根据首部和尾部的标记,从接收到的比特流中识别帧的开始和结束。  

        透明传输:“透明”是指某一个实际存在的事物,看起来就好像不存在一样。数据链路对于要传输的比特组合数据来说就是透明的。

        差错控制:比特在传输过程中可能出现差错,如0变为1,1变为0.这叫做比特差错。为了保证数据传输的可靠性,在计算机网络中传输数据,必须采用各种差错检测措施。目前在数据链路层广泛使用的是循环冗余检验CRC(Circle Redundancy Check)。

      3.点对点协议PPP

        点对点协议PPP(Point-to-Point Protocol)是目前使用最广泛的数据链路层协议。它的特点是:简单;只检测差错,而不纠正差错;不使用序号,也不进行流量控制,可同时支持多种网络层协议。

      PPP协议的组成: 1.一个将IP数据报封装到串行链路的方法  

        2.一个用来建立,配置,和测试数据链路连接的链路控制协议LCP(Link Control Protocol)

        3.一套网络控制协议NCP(Network Control Protocol)

    3.使用广播信道的数据链路层

      1.局域网的数据链路层

        局域网的特点:网络为一个单位所拥有,且地理位置和站点数目均有限。优点:具有广播功能,从一个站点可以访问全网;便于系统的扩展和逐渐地演变,各设备的位置可灵活调整和改变;提高了系统的可靠性(reliability)、可用性(availability)、生存性(survivability)。

        共享信道有两种方法:

        1.静态划分信道 如频分复用、时分复用等。用户只要分配了信道就不会和其他用户发生冲突。但这种划分信道的方法代价较高,不适合局域网使用。

        2.动态媒体接入控制 又称多点接入,其特点是心动啊并非在用户通信时固定分配用户。这里又分为两类:

          1.随机接入:用户可以随时发送信息,但两个用户或更多在同一时刻发送,就会发生碰撞,使得这些用户都发送失败

          2.受控接入:用户不能随时发送信息而必须服从一定的控制

      2.适配器的作用

         计算机与外界局域网的通信要通过通信适配器,它又称为网络接口卡或网卡。计算机的硬件地址就在适配器的ROM(只读存储器)中

      3.CSDA/CD协议

      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(Carrier Sence Multiple Access with Collision Detection)。协议的要点是:发送前先监听,边发送边监听,一旦发现总线上发生碰撞,就立即停止发送。然后按照退避算法等待一段时间后再次发送。因此,每一个站在自己发送数据之后的一小段时间内,存在着遭遇碰撞的可能性。以太网上各站点都平等地争用以太网信道。

    4.使用广播信道的以太网

      1.使用集线器的星型括扑

        目前的以太网基本是使用集线器的双绞线以太网。这种以太网在物理上是星型网,但在逻辑上是总线型网。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MAC层(Media Access Control)

        1.以太网的硬件地址,即MAC地址实际上是适配器地址或适配器标识符,与主机所在的地点无关。源地址和目的地址都是48位长。

        2.以太网的适配器有过滤功能,它只接收单播帧,多播帧,或广播帧

    5.扩展的以太网

      1.在物理层上扩展以太网

        在物理层上扩展以太网使用集线器(扩展后的以太网仍然是一个网络)

      2。在数据链路层扩展以太网

        在物理层上扩展以太网使用网桥(扩展后的以太网仍然是一个网络)。网桥在转发帧时,不改变帧的源地址。网桥的优点:对帧进行转发和过滤,增大吞吐量;扩大了网络的物理范围;提高了可靠性;可互连不同物理层、不同MAC子层和不同速率的以太网。网桥的缺点是:增加了时延;可能会产生广播风暴。

        交换式集线器常称为以太网交换机或第二层交换机(工作在数据链路层)。它就是一个多接口的网桥,而每个接口都直接与某台单主机或另一个集线器相连。且工作全双工方式。以太网交换机能同时接通许多对的接口,是每一对相互通信的主机都能像独占通信媒体那样,无碰撞的传输数据。

    6.高速以太网

      高速以太网有100Mb/s的快速以太网,吉比特以太网和10Gb/s的10吉比特以太网。最近还发展到了100吉比特以太网。在宽带接入技术中,也常使用高速以太网进行接入。

        

        

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