1.鏈路link：結點------>相鄰結點的物理線路。
2.數據鏈路：物理線路+通信協議,通信協議(通信規程)用來控制數據的傳輸。
3.最常用網絡適配器(硬件、軟件)來實現協議。適配器包括了數據鏈路層和物理層兩層的功能。
4.數據鏈路層的協議數據單元PDU------幀。

• PDU是指對等層之間傳遞的數據單位。
• 物理層的PDU------數據位
• 數據鏈路層的PDU------數據幀
• 網絡層的PDU------IP數據報( 數據報、分組或包)
• 傳輸層的PDU------報文段segment
• 更高層次的PDU------數據Data

5.數據鏈路層任務：

• 網絡層數據------>封裝成幀------>發送到鏈路上。
• 收到的幀------>取出數據------>傳送到網絡層。
  

6.數據鏈路層在信道上傳輸的數據單位是幀。而不考慮物理層的實現比特傳輸的細節。

7.基本概念

• 封裝成幀：確定鏈路上幀的開始和結束------幀定界問題。
  • 在一段數據的前后添加首部和尾部，用于定界。
    
  • 根據傳輸的數據類型(文本文件)------涉及編碼問題，可以使用特殊字符作為幀定界符 ,SOH放在首部，EOT放在尾部。
    
    
  • 若數據中包含幀定界符或轉義字符，則在前插入一個轉義字符ESC。
  • 字符填充/字節填充
    
• 透明傳輸：數據鏈路層傳送的數據的比特組合是任意組合的，不受限制的。
• 差錯控制：具有檢錯功能。
  • 幀檢驗序列FCS,即冗余碼。出錯的幀直接丟棄。
  • 可靠傳輸：要做到可靠傳輸(即發送什么就接收什么)，就必須加上確認和重傳機制。
  • 現在，數據鏈路層都不需要可靠傳輸，若數據出現差錯，且需要改正是，就有上層協議來完成，這樣提高了通信效率。

8.點對點協議(PPP協議)

• 使用比較廣泛的數據鏈路層協議。用戶使用撥號電話線接入互聯網，一般都使用的PPP協議。
  

• PPP協議滿足的要求

  • 簡單：數據鏈路層的幀，不需要糾錯，不需要序號和不需要流量控制。
  • 封裝成幀：規定特殊的字符作為幀定界符。
  • 透明性：保證數據傳輸的透明性。
  • 多種網絡層協議：在一條物理鏈路上同時支持多種網絡層協議的運行，同時支持在鏈路所連接的局域網或路由器上運行的各種網絡層協議。
  • 多種類型鏈路:如PPPoE，是為寬帶上網的主機使用的鏈路層協議。

• PPPoE
  

  • 以太網的hub或交換機用雙絞線連接到ATU-R。
  • 加載PPPoE協議棧，是PPP協議工作在以太網上。

• PPP滿足要求：

  • 差錯檢驗：丟棄錯誤的幀。
  • 檢測連接狀態：及時自動檢測出鏈路上連接的活躍度------線路正常還是故障。
  • 最大傳輸單元：對每種類型的點對點里鏈路設置最大傳輸單元MTU的標準默認值。
    • 如果高層協議發送的分組過長并超過MTU的數值，PPP就要丟棄該幀。
    • MTU是數據鏈路層的幀可以載荷的數據部分的最大長度，而不是幀的總長度。
  • 網絡層地址地址協商：PPP協議提供一種機制使通信的兩個網絡層的實體能夠通過協商知道或能夠配置彼此的網絡層地址。
  • 數據壓縮協商：PPP協議必須提供一種方法來協商使用數據壓縮算法。

• PPP協議不需要的功能：

  • 糾錯：PPP協議是不可靠傳輸；
  • 流量控制
  • 序號
  • 多點線路：只支持點對點的鏈路連接。
  • 半雙工或單工鏈路：PPP協議只支持全雙工鏈路。

• PPP協議的組成：

  • 一個將IP數據報封裝到串行鏈路的方法。
  • 鏈路控制協議LCP：建立、配置、測試數據鏈路。
  • 網絡控制協議NCP。

• PPP幀格式
  

  • 兩字節協議字段：

    • 議字段為0x0021時，PPP幀的信息字段就是IP數據報。
    • 為0x8021時，表示是網絡控制協議NCP的數據。
    • 0xC021時，信息字段時PPP鏈路控制協議LCP的數據。
      
    • 標志(Flag)字段F=0x7E（01111110）。
    • 地址(Address)=0xFF:表示所有站都可以接收。PPP只用于點對點鏈路，該字段實際上并不起作用。
    • 控制字段C=0x03；
    • PPP是面向字節的，PPP幀的長度都是整數字節。
      

  • 透明傳輸

    • PPP在同步傳輸鏈路時，協議采用硬件來完成比特填充(HDLC相同);

    • 在異步傳輸時，采用特殊的字符填充法。

      • 將信息字段中的0x7E轉變為兩個字節------>(0x7D，0x5E);
      • 信息字段中0x7D------>（0x7D,0x5D）
      • 信息字段出現ASCII碼控制字符(數值小于0x20的字符),則在該字符前添加0x7D，同時將該字符改變。

    • 零比特填充

      • PPP協議在使用SONET/SDH鏈路時，使用的是同步傳輸(一連串的比特傳輸)而不是異步傳輸(逐個字符地傳送)。
      • 這時PPP協議采用零比特填充來實現透明傳輸。
      • 五個1插入一個0；

    • PPP不提供序號和確認機制來實現可靠傳輸的考慮：

      • 在數據鏈路層出現差錯的概率不大；
      • PPP信息部分放入的是IP數據報，不能保證網絡層的傳輸也是可靠的。
      • 幀檢驗序列FCS字段可保證無差錯接收。

  • PPP協議的工作狀態

    • 用戶撥號------>接入ISP------>路由器調制解調器對撥號確認，建立物理連接；
    • PC機向ISP發送系列LCP分組(多個PPP幀)；
    • 網絡層配置，NCP給PC機分配一個臨時IP地址；
    • 用戶通信完畢，NCP釋放網絡層連接，收回IP地址，LCP釋放數據鏈路層連接，釋放物理層的連接。

9.局域網的數據鏈路層

• 優點

  • 廣播功能，局域網上的主機可共享連接在局域網上的各種硬件和軟件資源。
  • 便于系統的擴展和逐漸演變；
  • 提高了系統的可靠性、可用性和生存性。
    

• 媒體共享技術

  • 靜態劃分信道
    • 頻分、時分復用
    • 波分、碼分復用
  • 動態媒體接入控制(多點接入)
    • 隨機接入：所有用戶可以隨機地發送信息
    • 受控接入：服從一定控制，如多點線路探詢或輪詢。

• 以太網兩個標準

  • 第一個以太網規約：DIX Ethernet V2，占據主流；
  • IEEE802.3，數據為10Mb/bit/s。
    

• 數據鏈路層的兩個子層

  • 為了使數據鏈路層更好適應各種局域網的標準，將數據鏈路層分為兩個子層。

    • 邏輯鏈路控制LLC子層

    • 媒體接入控制MAC子層

    • 與接入到傳輸媒體有光的內容都放在MAC子層，而LLC子層則與傳輸媒體無關，不管采用何種傳輸媒體和MAC子層的局域網對LLC子層來說都是透明的。
      

    • 以后一般不考慮LLC子層，因為TCP/IP體系經常使用的局域網是DIX Ethernet V2。很多網卡僅裝有MAC協議兒沒有LLC協議。

• 適配器的作用

  • 網絡接口板又稱為通信適配器或網絡接口卡NIC，或網卡。
  • 重要功能：
    • 進行串行并行的轉換。
    • 對數據進行緩存；
    • 在操作系統安裝設備驅動程序；
    • 實現以太網協議。
  • 計算機通過網卡與局域網通信如下：
    
  • 通過適配器和局域網通信：
    

• CAMA/CD協議

  • 通過廣播方式發送數據，只有地址與數據幀首部地址一致的計算機接收數據幀。其他計算機丟棄該幀。

  • 總線兩端有匹配電阻：為了吸收總線上傳播的電磁波信號的能量避免在總線上產生有害電磁波反射。
    

  • 為了通信方便而采用的兩種措施：

    • 采用較為靈活的無連接的工作方式；
    • 對數據幀不進行編號，也不要求對方發回確認(出現差錯概率小)。
      • 以太網提供的是不可靠服務；
      • 對有差錯的幀是否需要重傳則由高層決定。
      • 對于重傳的幀，以太網并不知道這是一個重傳的幀，而是當做新幀來傳輸。
      • 采用CSMA/CD協議來協調計算機對信資源的占用。
        • 使用曼徹斯特編碼的信號；
        • 載波監聽多點接入/碰撞檢測CSMA/CD:
          • 多點接入：總線型，表示計算機以多點接入的方式連接在一根總線上。
          • 載波監聽：每個站要發送數據時，要監聽信道，避免發生碰撞。
          • 碰撞檢測：檢測信號電壓的擺動值；
            
            
          • 該協議的以太網只能進行雙向交替通信(半雙工通信)；
          • 每個站在發送數據之后的一小段時間內，存在碰撞的可能，這個發生的不確定性使整個以太網的平均通信量遠小于以太網的最高數據率。
          • 爭用期：在發送數據幀后經過兩倍端到端往返時延就知道是否發送沖突。
            
            
            
          • 強烈碰撞
            • 當發送數據的站發生碰撞，就立即停止數據發送，在繼續發送若干比特的人為干擾信號，以便讓所有用戶都知道已經發送碰撞了。
              
          • 幀間最小間隔
            • 最小幀間間隔為9.6us，相當于96比特時間。
            • 優點：為了使收到的數據幀的站的接受緩存來及清理，做好接受下一幀的準備。
      • 協議要點：
        • 適配器從網絡層獲取分組------>加上以太網的首部和尾部------>以太網幀------>適配器緩存；
        • 檢測信道
          • 忙則一直檢測信道；
          • 空閑：沒有退避或退避后是空閑的，并且在96比特時間內信道保持空閑(保證最小幀間間隔)，就發生數據幀。
        • 網絡適配器邊發送數據邊監聽信道；

• 使用集線器的星型拓撲：

  • 星型的的中間增加了一種可靠性高的設備------集線器(hub);
  • 星型網10BASE-T：
    • 不用電纜而用無屏蔽雙絞線；
    • 每個站兩對雙絞線------發送和接收；
  • 傳統以太網的連接方法：
    • 四種傳輸媒體------四種不同的物理層。
      
  • 集線器特點：
    • 集線器在邏輯上仍是一個總線型網絡。
      

• 以太網的信道利用率
  
  

  • 信道占用情況;

    • 占用期：包括發送完數據后，比特在信道上的傳播時間。

    • 要提高以太網信道利用率，就需要減小傳播時間t₁與T₀之比，定義參數a來表示。
      

      • a=0，表示已發送碰撞，就檢測出來，并立即停止發送，因而信道利用率很高；
      • a越大，表明爭用期所占比例增大，浪費了很多信道資源，利用率明顯降低;

    • 以太網對參數a的要求：

      • 當數據率一定時，以太網的連線長度受到限制，否則t₁的數值會太大。
      • 以太網的 幀長不能太短，否則T₀的值會太小，使a值太大。

    • 信道利用率的最大值：
      

  • 信道利用率：

    • 假定總線上共N站，每個站發送幀的率為p；

    • 爭用期2t_傳播時延,檢測碰撞后發送干擾信號；

    • 幀長為L bit，數據發送速率為C b/s,因此幀的發送時間為T₀=L/C。
      

    • 站A發送成功的概率為 P_A=N* p(1-p)^N-1;

    • P_{爭用期為j個}=P_{發送j次失敗但下一次成功}=(1-P_A)^jP_A;

    • 爭用期的平均個數等于幀重發的次數N_R；圖中A即為P_A。
      
      

    • 使P_A最大，則可獲得最大信道利用率，對其求極值：當p=1/N時，最大值如下，當N趨向于無窮大時，為1/e;
      

    • 帶入S_max，當a趨向于0時，信道000最大值可達100%。

  • 參數a與時延帶寬積
    

• 以太網MAC層

  • MAC層的硬件地址

    • 又稱為物理地址或MAC地址；
    • IEEE802所說的地址嚴格說是每個站的名字或標識符------>48位。
    • 某局域網上的主機或路由器有多個適配器，則有多個地址，這種48位的地址應當是某接口的標識符。
    • 48位地址稱為MAC-48，通用名稱 EUI-48。
    • MAC地址實際上就是適配器地址或適配器標識符EUI-48；
      
      • I/G:1比特，稱為單個或組地址標志，它指明MAC地址單個的地址(0),還是組地址(1)組地址用來進行組播。
      • 當I/G=1,MAC地址其余47比特用于編碼組地址，此時L/G、OUI和OUA字段不存在。
      • L/G：占1 比特，稱為通用或局部管理標志。它指明MAC地址是全局唯一的(0),還是局部唯一的(1).
        
        
        
        
        

  • 組播MAC地址：I/G=1,其余47為不全為1；

  • 廣播地址：48比特全為1的MAC地址稱為廣播地址。

  • MAC幀的格式
    

總結

以上是生活随笔為你收集整理的计算机网络( 二十二)-数据链路层(补充)的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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