消防网站模板,网址多少钱一个,高碑店网站建设价格,wordpress文章标题高亮插件数据链路层 数据链路层研究的是什么#xff1f;数据链路层的几个共同问题数据链路与链路帧通信规程 三个基本问题封装成帧透明传输差错检测可靠传输 点对点协议PPPPPP协议应满足的需求PPP协议的组成PPP协议帧的格式各字段的意义字节填充零比特填充PPP协议的工作状态 使用广播信… 数据链路层 数据链路层研究的是什么数据链路层的几个共同问题数据链路与链路帧通信规程 三个基本问题封装成帧透明传输差错检测可靠传输 点对点协议PPPPPP协议应满足的需求PPP协议的组成PPP协议帧的格式各字段的意义字节填充零比特填充PPP协议的工作状态 使用广播信道的数据链路层局域网如何共享信道资源以太网的两个主要标准设配器的作用CSMA/CD协议截断二进制退避算法强化碰撞帧间最小间隔 使用集线器的星形拓扑集线器的一些特点以太网的信道利用率 以太网的mac层适配器的过滤功能发往本站的帧的三种格式 混杂方式mac帧的格式 扩展的以太网在物理层扩展以太网在数据链路层扩展局域网交换机的特点以太网交换机的自学习功能 虚拟局域网虚拟局域网技术的实现机制IEEE802.1 Q帧的格式不同的接口类型 具体的例子 高速以太网100BASE-T 以太网吉比特以太网10吉比特以太网和更快的以太网使用以太网进行宽带的接入 谢谢观看 数据链路层研究的是什么
在同一局域网中分组怎么从一台主机传送到另一台主机但并不经过路由器转发。或者说我们研究的是相邻站点的传播
数据链路层的几个共同问题
数据链路与链路
链路就是一个节点到其他相邻节点的一段物理线路 数据链路物理链路以外必要的通信协议除了来控制这些数据的传输 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 现在最常用的方法是使用网络适配器既有硬件也有软件 一般的适配器都包括了数据链路层和物理层的功能
帧
点对点信道的数据链路层的协议数据单元
通信规程
早期的数据通信协议的叫法
三个基本问题
封装成帧
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物理层收到上交的比特流后就能根据首部和尾部的标记从收到的比特流中识别帧的开始和结束。 首部和尾部一个重要的作用就是帧定界。此外首部和尾部还有必要的控制信息比如目的地来源。 为了提高帧的传输效率应当使帧的数据部分长度尽可能地大于首部和尾部的长度。但是每一种链路层协议都规定了所能传送的帧的数据部分长度上限—最大传送单元MTUmax transfet unit 我们一般使用 SOH(start of header) 二进制 0000 0001 和EOTend of transmission二进制 0000 0100 他们都是不可打印字符。 当我们传送文本文件时使用他们完全没问题但是二进制文件时可能数据中就有 0000 01000 使得提前结束传输
透明传输
透明传输就是不管你从键盘上输入什么都可以传输过去表示无论什么比特组合都可以通过数据链路层这些数据看不见数据链路层有什么阻碍传输的东西。上面的提前终止就不是透明传输。 为了实现透明传输就必须使数据中出现的控制字符“SOH”和EOT在接收端不被解释为控制字符具体的做法是在SOH或EOH前面加入一个转义字符“ESC”其十六进制编码1B 二进制00011011。而在接收端的数据链路层在把数据送往网络层前删除这个转移字符这种方法称为字符填充或者字节填充 如果转移字符也出现在数据里 那就再转移字符前再加一个转移字符因此收到两个连续的转移字符时删除一个
差错检测
比特在数据传输的过程中可能会发生差错1变00变1等这称为比特检验。 常见的检验方法有
奇偶检验奇偶检验是在数据位的后面添加一位看 1或者 0 是不是 和以前的奇偶性一样。这个方法不是很靠谱 因为一个数据中有两个 0 变为 1 奇偶性还是一样的。只能检验奇数比特位的出错。汉明检验插入的检验码位数k 与 数据的位数的n 的关系要满足 2^k n k 1 一个八比特的信息 根据公式要插入4位检验码冗余度比较高循环冗余检验CRC发送端我们根据生成多项式的系数生成除数比如生成多项式Px X^3 x^21 生成的系数就为 1101 构造被除数在发送的信息后面添加生成多项式最高次数个的0 让如要发送的数据是101001就在后面添加3个零 1011001000 两者相除计算可得余数就是冗余码FCS如果余数不够生成多项式最高位的次数的则在余数前面补0让和P(X)最高项次数一样把冗余码添加到数据中发送 接收端还是用由生成多项式的系数生成的除数来除看余数是否为0如果为0则没有发送错误。 在数据链路层层若只是用CRC检验只能做到对帧的无差错接受即凡是接收端数据链路层接受的数据我们都能以非常接近于1的概率认为这些帧在传输过程中没有产生差错。接收端丢弃的帧虽然曾收到了但最终还是因为有差错被丢弃即没有被接受接受和接收是不一样的概念。或者说凡是数据链路层接收端接受的帧均无差错
可靠传输
我们这里并没有要求数据链路层向网络层提供“可靠传输”的服务可靠传输值的是 发送端发送什么接收端非常信任都接受。
除了比特差错还有可能 另一种 关于帧的传输差错比如帧丢失帧重复或帧失序 我们使用帧编号确认和重传机制来接近这一问题但一般针对的是通信质量较差的无线传输链路对于通信质量良好的有线传输链路则不用出现差错则由上面的层次负责
点对点协议PPP
PPPPoint-to-Point Protocol,ppp协议就是用户计算机和ISP进行通信时所使用的数据链路层协议
PPP协议应满足的需求
简单IETF设计互联网体系结构时数据链路层的帧不需要纠错不需要序号也不需要流量控制由上面层次完成。所以IETF把“简单”作为首要的需求接收方每收到一个帧就进行CRC检验 正确就手下不正确就丢弃其他什么也不做封装成帧. PPP协议规定必须把特殊的字符作为帧定界符透明性如果数据中出现和帧定界符一样的比特组合时就要采取有效的措施来解决这个问题多种网络层协议PPP协议能够在同一条物理链路上同时支持多种网络层协议多种类型链路PPP协议还要能够在多种类型的链路上运行差错检测对接收端收到的帧进行检测并且丢弃有差错的帧检测连接状态能够及时检查链路是否处于正常状态最大传输单元 设置MTU的标准默认值网络层地址协商提供一种机制使通信的两个网络层的实体能够知道或者能够配置彼此的网络层地址因为只连接不知道地址就不知道传送到哪数据压缩协商提供一种方法来协商使用数据压缩算法
PPP协议的组成
一个将IP数据报封装到串行链路的方法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一套网络控制协议NCP
PPP协议帧的格式 各字段的意义
首部的AC暂时没有意义 首部和尾部的F都是帧定界符 0x7E 01111110标准一个帧的开始或结束
协议字段表明0x0021PPP帧的信息字段IP数据报oxC021PPP链路控制协议0x8021网络层控制的数据
字节填充
我们把转义字符定为0x7D01111101并异步传输时使用字节填充 填充方法
把信息字段中出现的的每一个0x7E帧定界符字节转变为2字节序列0x7D0x5E若出现一个0x7D的字节则把0x7D转变为两个字节序0x7Dox5D若信息中出现ASCII码的控制字符即数值小于0x20的字符则在该字符前要加入一个0x7D字节同时将该字符的编码加以改变。例如 0x03就要把它转变为2字节序列0x7D0x23
零比特填充
我们发现帧定界符0x7E 0111 1110 中间是连续的5个1当我们使用在SONET/SDH链路时使用同步传输扫描信息字段发现5个1 就插入0
PPP协议的工作状态
用于个人电脑向ISP发送一系列的的链路控制协议LCP分组以便建立LCP连接接着还要进行网络层配置网络控制协议NCP给新接入的用户电脑分配临时的IP 当通信完毕时NCP释放网络层连接收回原来分配的IP地址。接着LCP释放数据链路层连接。最后释放的是物理层链接
使用广播信道的数据链路层
局域网
以太网和局域网是同义词 局域网有如下的优点 1具有广播功能 2便用系统的扩展和逐渐地演变 3提高系统的可靠性可用性性和生存性 局域网可按网络拓扑结构进行分类星形网环形网总线网
如何共享信道资源
静态划分信道比如我们之前学过的频分复用时分复用分拨复用和码分复用。用户只要分配到了信道就不会和其他用户发送冲突动态媒体接入控制它又称为多点接入其特点是信道并非在用户通信时固定分配给用户。 这里有分为两类 1随机接入随机接入的特点是所有的用户可随机地发送信息。但如果恰巧有两个或更多用户在同一时刻发送信息那么在共享媒体上就要产生碰撞使得这些用户的发送都失败了。因此必须有解决碰撞的网络协议 2受控接入用户不再随机地发送信息而必须服从一定的控制。
以太网的两个主要标准
以太网1975年由美国施乐Xerox公司的Palo Alto简称PARC于1975年研制成功的 1980年 DEC读音德克公司英特尔施乐公司联合提出了10Mbit/s 以太网规约的第一个版本 DIX v1 1982年又修改为第二版规约 即DIX Etherent V2 成为世界上第一个局域网产品的规约 1983年IEEE 802委员会制定了第一个IEEE以太网标准 为了使数据链路层能适应多种局域网标准IEEE802委员会就把局域网的数据链路层分为两个子层即逻辑链路控制子层LLCLogic LInk’ Control和媒体接入控制子层MAC(Medium Access Control)子层LLC层与传输媒体无关而MAC与 传输媒体相关MAC对LCC是透明的。 现在IEEE802委员会规定取消LCC层的作用。
设配器的作用
网络适配器又称为网卡 计算机与外界局域网的链接是通过适配器连接的。适配器和局域网之间的通信是通过电缆和双绞线串行传输的。而适配器和计算机之间是通过计算机上的总线并行传输的。因此适配的一个作用就是数据串行传输和并行传输的转换。
CSMA/CD协议
总线上只要有一台计算机发送数据总线的资源就被占用所以在同一时间只允许一台计算机发送数据否则计算机之间就会相互干扰如何协调以太网上的计算机工作就是以太网要解决的一个问题。 CSMA/CD协议的要点 CSMA/CD就是载波监听多点接入/碰撞检测的意思 “多点接入”就是说明这是总线型网络。 ”载波接入“就是“边发送边监听”就是不管在发送数据之前还是发送数据之中每个站都必须不停检测信道。 “碰撞检测”当适配器检测到电压变化幅度超过一定阈值时则表明发送了碰撞
以太网使用截断二进制退避算法来确定碰撞重传的时间。
截断二进制退避算法
r * 2tr 与 k重传次数有关r的选取是从 0 ~ 2^k - 1中选取的k重传次数超过十 当十计算超过16则丢弃该帧
具体的争用期时间2t是51.2us 对于10Mbit/s的以太网可以发送512bite 64字节所以以太网规定一个最短帧的长度为64字节 如果发送了一个很短的帧在发送完毕之前没有检测出碰撞因为发送时延小于2t发送之前可能检测不出碰撞在假定在目的站之前发生了碰撞目的站会丢弃但是发送站不知道发生了碰撞所以不会重传因为认为道路上是空的。 为了避免这种情况以太网规定最短帧长为64字节凡长度小于63字节的帧都是由于冲突而异常终止的无效帧。 51.2us 相当于算的的2.5km以太网端到端的长度 到远没有这么大实际为1km 不仅考虑到以太网端到端的时延而且还包括其他因素。
强化碰撞
当数据发生碰撞后除立即停止发送数据外还要继续发送32比特或48比特的人为干扰信号以便让所有用户都知道发生了碰撞
帧间最小间隔
时间为9.6us 这样做是为了使刚刚收到的数据帧的站的接收缓冲来得及清理做好下一次接收帧的准备
使用集线器的星形拓扑
以太网采用星形拓扑在星形的中间增加了一种可靠性非常高的设备叫做集线器 10BASE-T 双绞线以太网的出现是局域网发展史上的一个里程碑 使总线型变为星形
集线器的一些特点
1用集线器的以太网在逻辑上还是一个总线网 2一个集线器有许多端口 3集线器工作在物理层不进行碰撞检测 4采用了专门的芯片进行自适应串音回波干扰
现在堆叠式集线器由4~8个集线器堆叠而成集线器一般有少量的容错能力和网络管理能力 比如一个适配器除故障了不停发送以太网帧。这时集线器检测到这一问题就断开与这适配器的连接 IEEE802.3标准还可以使用光纤作为传输媒体 相应的是10BASE-F
以太网的信道利用率
忽略争用期 就是发送时延和发送时延传播时延之和的比值
以太网的mac层
在局域网中硬件地址又称为物理地址和MAC地址 局域网中的地址应当是每个站的名字或标识符 MAC地址是6字节的固化在适配器ROM中的地址 前三个字节称为OUI组织唯一标识符或公司标识符但不能标明一个公司后三字节称为拓展标识符 这6字节的MAC地址已经被固化在适配器ROM中因此Mac地址由叫物理地址硬件地址MAC地址实际上就是适配器地址或者适配器标识符EUI-48 第一个字节最低位称为I/G为 0的时候表示个人地址 1的时候表示组地址 第一个字节的倒数第二位称为G/L为 为0的时候全球管理 为1的时候本地管理 广播地址就是全1
适配器的过滤功能
当适配器从网络上每收到一个Mac帧就先用硬件检查MAC帧的目的地址如果是发往本站的就收下不是则丢弃
发往本站的帧的三种格式
单播帧即收到的帧的MAC地址与本站的MAC地址相同广播帧发送给本局域网上所有的帧 MAC为全1多播帧即发送给本局域网上部分站点的帧
混杂方式
只要听到有帧在以太网上传输就都悄悄接收下来而不管这个帧发送到哪个站
mac帧的格式
常用的以太网mac帧格式有两种标准一种是DIX Ethernet V2标准另一种是IEEE的802.3标准我们用得最多的是 DIX Ethernet V2 ,我们就只介绍它
前面两个字段都是六个字节 用来表示目的地址和源地址第三个类型字段表示上一层使用的是什么协议第四个字段是数据字段范围是46~1800 这个最小46字节 是因为其他的占了18字节 MAC帧规定最小帧长度是64字节最后一个字段是FCS 循环冗余检验码 用于检验整个MAC帧当然不包括在物理层插入的八个字节
我们可以看到图中在物理层传输的时候插入了八个字节 这是因为 如果适配器的时钟尚未与到达的比特流达成同步则Mac帧前面的若干位则无法接收结果使得整个MAC帧成为无用的帧为了让接收端实现位同步mac帧到物理层时候还要插入八个字节的。 这八个字节又两个字段构成。第一个字段是七个气节的前同步码10交替它的作用是使接收端的接收器在接收MAC帧时能迅速调整其时钟频率使它和发送端同步最后一个字段是一个字节的帧定界符10101011最后的两个11就是告诉接收端MAC帧要来了。 注如果我们使用SONET同步光纤网/SDH同步数字系列 进行同步传输则不需要前同步码帧定界符还是要的。因为以太网规定了帧间最小间隔96比特用来处理接收缓冲所以MAC帧之间必须有一定的间隔。因此不需要帧接收定界符也不要需要使用插入字节来实现透明传输。 IEEE 802.3标准规定凡出现下列情况之一的即为无效的MAC帧
帧的长度不是整数字节用收到的帧检验序列FCS查出有错误收到的MAC帧客户数据字段的长度不在461500之间 mac帧的有效长度是64~1518字节
IEEE 802.3 与 VA 规定的MAC帧格式的区别主要有以下三点
IEEE 规定第三个字段是长度/类型 最大的长度是1518字节当这个字节大于等于**0x06001536**时这个字段就表示类型小于0x600时表示长度若数据长度与该字段标记的长度不一致时表示出错当长度/类型字段小于0x600时数据字段必须装入上面的逻辑链路控制LLC子层的LLC帧IEEE 802.3 这里的MAC帧包含了帧同步码和帧定界符
扩展的以太网
在物理层扩展以太网 我们一般用集线器扩展以太网 这样有两个好处
使不同系的以太网上的计算机能够跨系通信扩大了以太网的覆盖范围
但同时也带来了缺点
扩大了碰撞域如果不同的系使用不同的以太网技术那么就不可能用集线器将他们互连起来
在数据链路层扩展局域网
这个方法更常用人们最开始使用的是网桥。 网桥对收到的帧根据MAC帧的目的地址进行转发和过滤当网桥收到一个帧的时候并不是向所有的端口转发此帧而是根据此帧的目的MAC地址查找网桥中的地址表然后确定将该帧转发到哪一个端口或者是把它丢弃。 但很快网桥就被交换机取代
交换机的特点
以太网交换机实际上就是一个多端口的网桥并且常常都工作在全双工方式不会扩大碰撞域交换机是一张即插即用的设备其内部的帧交换表是通过自学习算法建立起来的大部分以太网交换机对收到的帧采用存储转发方式进行转发但也有一些交换机采用直通方式进行交换
以太网交换机的自学习功能
举个例子说明。 首先 根据看源地址是否在路由器的交换表中如果不在则登记源地址的进入的端口号和目的地址然后看目的地址是否在交换表中如果不在则广播。 比如 A 给B 发消息A没有在1交换表中登记B没有在1交换表中盲目转发同理对路由器2也是这样登记A。 假设第二次 我们B-A发送信息 因为B没有在交换机2中交换机1登记B的mac地址和对应的3端口号然后看目的地址AA在交换表中 就根据A对应的端口号发送到对印的端口1就不盲目转发了所以路由器2就收不到信息了。
虚拟局域网
因为交换机不能减少广播域所以我们迫切需要一种缩小广播域的技术—— 虚拟局域网技术
虚拟局域网技术的实现机制
虚拟局域网的实现有很多种这里我们介绍一种基于交换机接口来实现VLAN。我们通过对帧进行VLAN标记形成IEEE802.1 Q帧
IEEE802.1 Q帧的格式
由原先的最大帧长1518 了四个字节 变为1522了 V2 帧中间插入了VLAN标签 这个VLAN标签由四个字段构成
TPID长度固定为16比特 表示该帧是IEEE802.1Q帧PRI长度为3比特 其值为0~7表示优先级值越大表示堵塞的时候越优先发送CFI1比特表示该位置是否以MAC帧规范格式封装其值为0表示是其值为1表示不是对于以太网其值为零VID虚拟局域网标识符长度为12比特其值为0~4095其中0和4095保留不使用VID是该帧所属于VLAN的编号
交换机的接口能处理代标记的帧不同接口的对帧的处理方法不一样 交换机上缺省VLAN ID 称为 本征VLAN 或者端口VLAN PVID
不同的接口类型
ACCESS这是默认的接口类型一般用于连接用户计算机其PVID值于所属VLAN相同TRUNK一般用于交换机之间的连接可以通过属于不同VLAN的帧
具体的例子 比如VLAN2之间 发送信息P P通过接口3ACCESS端口 因为没有打标签就给它打上 VID 3的标签 对于12端口PVID 于 P的VID不同则不接收对于4号端口相同则接收对于TRUNK 端口因为已经打了标签了所以直接通过 同理对交换机 2的1234端口只有34接受信息 总的来说 对于ACCESS端口
接受时只接受没有标签的没有标签就给它打对应ACCESS端口的PVID值的标签。转发时看PVID和帧的VID是否相同相同则去标签不相同则丢弃
对于TRUNK端口
接受时如果有标签且VID不等于PVID则直接通过相连的TRUNK端口如果等于则去标签如果没有标签就打上对应的标签。转发时看帧的VID是否等于PVID等于则去标签转发不等于则直接转发
高速以太网
100BASE-T 以太网
100BASE-T是在双绞线上传送 100Mbit/S 基带信号的星形拓扑以太网它又称为快速以太网。在全双工模式下下不适用CSMA/CD协议但在半双工时则使用CSMA/CD协议
吉比特以太网
特点
允许在1Gbit/S下以全双工和半双工两种方式工作使用IEEE802.3协议规定的帧格式在半双工方式下使用CSMA/CD协议而在全双工方式不使用CSMA/CD协议。与10BAST-T和100BASE-T技术向后兼容
当使用半双工方式时为了使得a保持较小的值只有减小最大电缆长度或增大帧的最小长度。若把以太网的最大电缆长度到10吗那么网络的实际价值就大大减小。而若将最短帧长提高到640字节则发送短数据时又开销太大。因此为了解决这个问题 想出 了载波延伸的方法**最短帧仍为64字节争用期增大为512字节 **凡发送的MAC帧长不足512字节时就用一些特殊的字符填充在帧的后面使MAC帧增大到512字节。因此对于连续的短帧时这就造成了很大的开销。 为此吉比特网还增加了一种功能称为分组突发只有第一个帧使用载波延伸的方法进行填充。但随后的短帧可以一个接一个发送。他们只需要留有必要的最短帧间隔就行。 注全双工模式下就不用载波延伸和分组突发了。
10吉比特以太网和更快的以太网
10Mbit到 10Gbit/s的以太网帧的格式都相同。 10GbE只工作在全双工方式因此不存在争用期问题当然也不使用CSMA/CD协议。
使用以太网进行宽带的接入
以太网的帧格式标准中没有用户名字字段和密码字段。如果运营商要用以太网接入到互联网就必须解决这一问题。 于是有人就想法把数据链路层的两个成功的协议结合起来即把PPP协议中的PPP帧封装到以太网中传输就是是PPPoE协议**PPP over Eehernet**现在的光纤宽带接入FTT x都要使用PPPoE 的方式进行接入。
谢谢观看
