「生活可以更简单, 欢迎来到我的开源世界」
  1. 使用点对点信道的数据链路层
  2. 点对点协议PPP
  3. 使用广播信道的数据链路层
  4. 扩展的以太网
  5. 高速以太网
第3章 数据链路层
2018-07-24
」 「

数据链路层:

  1. 使用的信道
    1. 点对点信道
    2. 广播信道
  2. 三个基本问题:封装成帧、透明传输和差错检测
  3. 以太网MAC层的硬件地址
  4. 适配器、转发器、集线器、网桥、以太网交换机

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使用点对点信道的数据链路层

点对点信道的数据链路层的协议数据单元——帧。

数据链路层把网络层交下来的数据构成发送到链路上,以及把接受到的中的数据取出并上交给网络层。

数据链路层的协议有许多种,但有三个共同的基本问题:

点对点协议PPP

互联网用户通常都要连接到某个ISP才能接入互联网,PPP协议就是用户计算机和ISP进行通信时使用的数据链路层协议。

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使用广播信道的数据链路层

局域网的主要特点:网络为一个单位所拥有,且地理范围和站点数目均有限

局域网的主要优点:

局域网的网络拓扑结构可分类为三种:

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共享信道要着重考虑的一个问题是如何使众多用户合理方便地共享通信媒体资源,这在技术上有两种方法:

以太网的两个标准:

为了使数据链路层能更好地适应多种局域网标准,IEEE 802委员会把局域网的数据链路层拆分成两个子层:

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随着局域网市场的发展,DIX Ethernet V2占据了主流地位,因此IEEE 802委员会制定的LLC的作用就消失了,很多厂商适配器仅装有MAC协议而已。

适配器:又称网络接口卡NIC,简称网卡,其实现的功能同时包含了数据链路层和物理层的功能。

适配器的功能:

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CSMA/CD(载波监听多点接入/碰撞检测)协议:减少总线传输的数据碰撞。

局域网的分析中,常把总线上的单程端到端传播时延记为r,当发送数据后,最迟要经过两倍的总线端到端的传播时延(2r)端到端往返传播时延才知道是否发生了碰撞。

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使用CSMA/CD协议的以太网只能进行双向交替通信(半双工通信)

发送端至多经过2r时间后就可以知道是否发生碰撞,因此端到端往返时间2r称为争用期,又称为碰撞窗口,经过争用期这段时间还没有检测到碰撞,才能肯定这次发送不会发送碰撞。

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:碰撞后随机推迟一段时间再发送。

10BASE-T:10代表10Mbit/s,BASE表示连接线上的信号是基带信号,T代表双绞线

10BASE-F:10代表10Mbit/s,BASE表示连接线上的信号是基带信号,T代表光纤,主要用于集线器直接的远程连接

集线器的特点:

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MAC地址:又称硬件地址物理地址,IEEE 802标准为局域网规定了一种48位的全球地址,固化在适配器的ROM中的地址。

IEEE规定地址字段的第一字节的最低位为I/G位,表示Individual/Group,因此IEEE只分配地址字段前三个字节中的23位

IEEE考虑到有人并不愿意向IEEE的RA购买OUI,为此把地址字段第1字节的最低第二位规定为G/L位,表示Global/Local,以太网几乎不理会这个G/L位:

地址记法中有两种标准:

  • 第一种记法就是把每一字节的最低位写在最左边(最左边的最低位是第一位),IEEE802.3标准采用这种记法

  • 第二种记法就是把每一字节的最高位写在最左边(最左边的最高位是第一位)

    发送数据时,两种记法都是按照字节的顺序发送,但每一个字节先发送哪一位不同:第一种记法先发送最低位,第二种先发送最高位

适配器具有过滤功能,不是发往本站的帧会被丢弃,“发往本站的帧”包括三种:

适配器有一种特殊的工作方式:混杂方式。将局域网中的帧都接收。

嗅探器就是使用了设置为混杂方式的网络适配器,可帮助学习网络的人员更好地理解各种网络协议的工作原理,可帮助网络维护和管理员监听和分析以太网上的流量

MAC帧的格式

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以太网上传输数据以帧为单位,各帧之间必须有一定间隔,不需要帧结束定界符,也不需要使用字节插入来保证透明传输。

扩展的以太网

拓展的以太网在网络层看来仍然是一个网络。

在物理层扩展以太网:扩展以太网的地理覆盖范围。

在数据链路层扩展以太网

总线以太网使用CSMA/CD协议,以半双工方式工作;以太网交换机不使用共享总线,没有碰撞问题,因此不需要使用CSMA/CD协议,而是以全双工方式工作。虽然连以太网的重要协议CSMA/CD都不使用了,但还是叫做以太网,原因是它的帧结构未改变,仍然采用以太网的帧结构

利用以太网交换机可以很方便地实现虚拟局域网: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,而这些网段具有共同的需求。每一个VLAN的帧都有一个明确的标识符,指明发送这个帧的计算机属于哪一个VLAN。属于局域网给用户提供的一种服务,不属于新型局域网。

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每一个VLAN的计算机可处在不同的局域网中,也可以不在同一层楼中。

隔绝冲突域:使用虚拟局域网限制了接收广播信息的计算机数,使得网络不会因为传播过多的广播信息(即所谓的广播风暴)而引起性能恶化。

普通的以太网帧格式无法区分是否划分了虚拟局域网,IEEE批准了802.3ac标准定义了以太网的帧格式的扩展以便支持虚拟局域网,插入了4字节的VLAN标记,称为802.1Q帧

在上图中,粗线线路传输的是802.1Q帧,其它链路传输的仍然是普通的以太网帧。

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VLAN标记:

使用了VLAN的以太网帧的最大帧长度从原来的1518字节(1500字节的数据 + 18字节的首部)变成1522字节。

高速以太网

100BASE-T是在双绞线上传送100Mbit/s基带信号的星型拓扑以太网,仍使用802.3的CSMA/CD协议,称为快速以太网

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吉比特以太网的标准IEEE 802.3z有几个特点:

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10吉比特以太网只工作在全双工方式。

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宽带接入技术PPPoE:把PPP协议中的PPP帧再封装到以太网中来传输。

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