• 指引
  • 數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念及基本問(wèn)題
    • 基本概念
    • 三個(gè)基本問(wèn)題
  • 兩種情況下的數(shù)據(jù)鏈路層
    • 使用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道的數(shù)據(jù)鏈路層
    • 使用廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層
  • 以太局域網(wǎng)（以太網(wǎng)）
    • 概述
    • 拓?fù)?/a>
    • 信道利用率
    • MAC層
  • 擴(kuò)展以太網(wǎng)
  • 高速以太網(wǎng)

<div id="1"></div> 一、數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念及基本問(wèn)題

<div id="2"></div>1. 基本概念

數(shù)據(jù)發(fā)送模型

數(shù)據(jù)發(fā)送模型

數(shù)據(jù)的流動(dòng)

數(shù)據(jù)鏈路層的信道類型

• 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道：一對(duì)一
• 廣播信道：一對(duì)多

鏈路與數(shù)據(jù)鏈路

• 鏈路（link）是一條點(diǎn)到點(diǎn)的物理線路段
  • 一條鏈路只是一條通路的一個(gè)組成部分
• 數(shù)據(jù)鏈路（data link）除了物理線路外，還必須有通信協(xié)議來(lái)控制這些數(shù)據(jù)的傳輸。
  • 最常用的方法是使用適配器（網(wǎng)卡）來(lái)實(shí)現(xiàn)這些協(xié)議的硬件和軟件
  • 一般的適配器都包括了數(shù)據(jù)鏈路層和物理層這兩層的功能

• 數(shù)據(jù)鏈路層傳送的是幀

  
  
  幀
• 數(shù)據(jù)鏈路像個(gè)通信管道

<div id="3"></div>2. 數(shù)據(jù)鏈路層的三個(gè)基本問(wèn)題

• 封裝成幀
• 透明傳輸
• 差錯(cuò)控制

封裝成幀

封裝成幀

透明傳輸

透明傳輸

• 用字節(jié)填充法解決透明傳輸?shù)膯?wèn)題
  • 接收端的數(shù)據(jù)鏈路層將數(shù)據(jù)送往網(wǎng)絡(luò)層之前刪除插入的轉(zhuǎn)義字符

字節(jié)填充法

差錯(cuò)控制

• 傳輸過(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生比特差錯(cuò)：1可能變成0而0也可能變成1。
• 傳輸錯(cuò)誤的比特占傳輸比特總數(shù)的比率稱為誤碼率BER（Bit Error Rate）
• 誤碼率與信噪比有很大關(guān)系

循環(huán)冗余檢驗(yàn)（CRC）

循環(huán)冗余檢驗(yàn)

• 模2除法（差多少才能取整）
• 幀檢驗(yàn)序列 FCS：在數(shù)據(jù)后面添加的冗余碼
• 不糾錯(cuò)，若有錯(cuò)直接丟掉，只能做到無(wú)差錯(cuò)接受。
• CRC是一種無(wú)比特差錯(cuò)，而不是無(wú)傳輸差錯(cuò)的檢測(cè)機(jī)制（碰巧幾位都發(fā)生變化使得余數(shù)也為0）
  • OSI/RM模型的觀點(diǎn)：數(shù)據(jù)鏈路層要做成無(wú)傳輸差錯(cuò)的，但這種理念目前不被接受！

<div id="4"></div>二、兩種情況下的數(shù)據(jù)鏈路層

<div id="5"></div>1. 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道

PPP協(xié)議

使用場(chǎng)合

PPP協(xié)議使用場(chǎng)合

PPP協(xié)議的組成

• 數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議可以用于異步串行或同步串行介質(zhì)
• 它使用LCP（鏈路控制協(xié)議）建立并維護(hù)數(shù)據(jù)鏈路連接
• 網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議（NCP）允許在點(diǎn)到點(diǎn)連接上使用多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議

PPP協(xié)議組成

PPP協(xié)議幀格式

幀格式

• 7E: 0111 1110

• 協(xié)議字段（類似于快遞盒上的文字信息）

  
  
  協(xié)議字段
• 字節(jié)：字節(jié)填充法
• 比特流：同步傳輸，采用的是零比特填充方法實(shí)現(xiàn)傳輸透明
  
  零比特填充

PPP協(xié)議的工作狀態(tài)

工作狀態(tài)

<div id="6"></div>2. 使用廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層

• 局域網(wǎng)拓?fù)?/li>

在這里插入圖片描述

局域網(wǎng)的特點(diǎn)與優(yōu)點(diǎn)

• 局域網(wǎng)最主要的特點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)為一個(gè)單位所有，且地理范圍和站點(diǎn)數(shù)目均有限
• 優(yōu)點(diǎn)：
  • 具有廣播功能，從一個(gè)站點(diǎn)訪問(wèn)全網(wǎng)
  • 便于系統(tǒng)的擴(kuò)展和逐漸的演變，各設(shè)備的位置可靈活調(diào)整改變
  • 提高系統(tǒng)可靠性、可用性、生存性

共享通信媒體

靜態(tài)劃分信道

• 頻分復(fù)用
• 時(shí)分復(fù)用
• 波分復(fù)用
• 碼分復(fù)用

動(dòng)態(tài)媒體接入控制（多點(diǎn)接入）

• 隨機(jī)接入（主要被以太網(wǎng)采用）
• 受控接入

認(rèn)識(shí)以太網(wǎng)

最初的以太網(wǎng)

在這里插入圖片描述

• 優(yōu)點(diǎn)：無(wú)需劃分信道
• 缺點(diǎn)：發(fā)送的數(shù)據(jù)所有點(diǎn)都能收到，占線問(wèn)題

載波監(jiān)聽(tīng)多點(diǎn)接入/碰撞檢測(cè) CSMA CD

• 多點(diǎn)接入：表示許多計(jì)算機(jī)以多點(diǎn)接入的方式連接在一根總線上
• 載波監(jiān)聽(tīng)：每一個(gè)站在發(fā)送數(shù)據(jù)前檢測(cè)一下總線上是否有其他計(jì)算機(jī)在發(fā)送數(shù)據(jù)。如果有，暫時(shí)不發(fā)送數(shù)據(jù)，以免發(fā)生碰撞。
• 碰撞檢測(cè)：計(jì)算機(jī)邊發(fā)送數(shù)據(jù)邊檢測(cè)信道上的信號(hào)電壓大小。
• 重要特性：
  • 只能進(jìn)行半雙工通信
• 爭(zhēng)用期
  • 最先發(fā)送數(shù)據(jù)幀的站，在發(fā)送數(shù)據(jù)幀后至多經(jīng)過(guò)時(shí)間2T（端到端的往返時(shí)間）就可知道發(fā)送的數(shù)據(jù)幀是否遭受到碰撞。

  • 最短有效幀長(zhǎng)：64字節(jié)

    
    
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二進(jìn)制指數(shù)類型退避算法

• 發(fā)生碰撞的站在停止發(fā)送數(shù)據(jù)后，要推遲（退避）一個(gè)隨機(jī)時(shí)間才能再發(fā)送數(shù)據(jù)。
  • 確定基本退避時(shí)間，一般取爭(zhēng)用期2t
  • 定義參數(shù) k, k = Min[重傳次數(shù) , 10]
  • 從整數(shù)集合[0,1,...,(2^k-1)]中隨機(jī)取出一個(gè)數(shù)，記為r,重傳所需的時(shí)延就是r倍的基本退避時(shí)間
  • 當(dāng)重傳達(dá)16次仍不能成功時(shí)即丟棄該幀，并向高層報(bào)告。

<div id="7"></div>三、以太局域網(wǎng)（以太網(wǎng)）

<div id="8"></div>概述

以太網(wǎng)的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)

• DIX Ethernet V2
• IEEE 的 802.3 標(biāo)準(zhǔn)

以太網(wǎng)與數(shù)據(jù)鏈路層的兩個(gè)子層

• 邏輯鏈路控制LLC（Logical Link Control）子層
• 媒體介入控制MAC（Medium Access Control）子層

以太網(wǎng)提供的服務(wù)

• 以太網(wǎng)提供的服務(wù)是不可靠的交付，即盡最大努力交付
• 接收站收到有差錯(cuò)的數(shù)據(jù)幀時(shí)就丟棄此幀，其他什么也不做，差錯(cuò)的糾正由高層來(lái)決定。

<div id="9"></div>星型拓?fù)?/h3>

• 集線器（hub）

• 集線器很像一個(gè)多接口的轉(zhuǎn)發(fā)器，工作在物理層

  
  
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<div id="10"></div> 以太網(wǎng)的信道利用率

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• 要提高以太網(wǎng)的信道利用率，就必須減少t與T0之比

  
  
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• a => 0 表示一發(fā)生碰撞就立即可以檢測(cè)出來(lái)，并停止發(fā)送，因而信道利用率很高
• a越大，表明爭(zhēng)用期所占的比例增大，每發(fā)生一次碰撞就浪費(fèi)許多信道資源，使得信道利用率明顯降低
• 以太網(wǎng)的信道利用率：最大值

  • 以太網(wǎng)幀長(zhǎng)不能太短，否則T0的值會(huì)太小，使a很大

    
    
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<div id="11"></div>MAC 層

在局域網(wǎng)中，硬件地址又稱為物理地址，或MAC地址

• 出場(chǎng)設(shè)定好

  
  
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適配器檢查MAC地址

適配器從網(wǎng)絡(luò)上每收到一個(gè)MAC幀就首先用硬件檢查MAC幀中的MAC地址

• 如果是發(fā)往本站的幀則收下，然后再進(jìn)行其他的處理
• 否則將此幀丟棄，不再進(jìn)行其他處理
• 發(fā)往本站的幀包括以下三種
  • 單播幀（一對(duì)一）（unicast）
  • 廣播幀（一對(duì)全體）（broadcast）
  • 多播幀（一對(duì)多）（multicast）

MAC幀格式

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• 以太網(wǎng)用曼徹斯特編碼，所以幀不需結(jié)尾
  -幀間最小間隔：9.6 us

<div id="12"></div>四、擴(kuò)展以太網(wǎng)

在物理層考慮擴(kuò)展

• 主機(jī)使用光纖和一對(duì)光纖調(diào)制解調(diào)器連接到集線器

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• 某大學(xué)有三個(gè)系，各自有一個(gè)局域網(wǎng)

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在數(shù)據(jù)鏈路層考慮擴(kuò)展

• 網(wǎng)橋

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• 使用網(wǎng)橋擴(kuò)展以太網(wǎng)

  
  
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• 優(yōu)點(diǎn)：
  • 隔絕沖突域
  • 擴(kuò)大物理范圍
  • 過(guò)濾信息量
  • 提高了可靠性
  • 可互連不同物理層，不同MAC地址和不同速率的局域網(wǎng)
• 缺點(diǎn)
  • 存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)增加時(shí)延
  • 適合用戶數(shù)不太多和通信量不太大的局域網(wǎng)

• 透明網(wǎng)橋：局域網(wǎng)上的站點(diǎn)并不知道所發(fā)送的幀將經(jīng)過(guò)哪幾個(gè)網(wǎng)橋，因?yàn)榫W(wǎng)橋?qū)Ω髡緛?lái)說(shuō)是看不見(jiàn)的。

• 一種即插即用設(shè)備

  
  
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• 透明網(wǎng)橋使用了生成樹(shù)算法
  
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虛擬局域網(wǎng)

LAN（局域網(wǎng)）和VLAN（虛擬局域網(wǎng)）

• 交換機(jī)的使用使得VLAN的創(chuàng)建成為可能

• 以部門劃分網(wǎng)段
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• ISL 封裝
• 虛擬局域網(wǎng)幀格式

<div id="13"></div>五、高速以太網(wǎng)

100BASE-T 以太網(wǎng)

速率達(dá)到或超過(guò)100Mb/s的以太網(wǎng)稱為高速以太網(wǎng)

• 可在全雙工方式下工作而無(wú)沖突發(fā)生，不使用CSMA/CD協(xié)議
• 保持最短幀長(zhǎng)不變，但將一個(gè)網(wǎng)段的最大電纜長(zhǎng)度減少到100m
• 幀間時(shí)間間隔從原來(lái)的9.6us改為0.96us

吉比特以太網(wǎng)

• 允許在1Gb/s下全雙工和半雙工兩種方式工作
• 半雙工下使用CSMA/CD協(xié)議，全雙工不需要

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• 使用高速以太網(wǎng)進(jìn)行寬帶接入

Cisco 建網(wǎng)三層模型

• 接入層
• 匯聚層

• 核心層

  
  
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