数据链路层

数据链路层

数据链路层的功能

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研究OSI七层网络中某一层时，一般只需要关注其中一层就可以，即可以认为，数据是在水平方向传递的(如上图)

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数据链路层的基本概念

  • 结点：主机、路由器

  • 链路：结点间的物理通道。是⼀条⽆源的点到点的 物理线路段（双绞线、光纤等），中间没有任何其 他交换结点。⼀条链路只是⼀条通路的⼀个组成部分。

  • 数据链路：是结点间的逻辑通道。除了物理线路以 外，还必须有通信协议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。

    ​ 数据链路 = 链路 + 协议

  • 帧：链路层协议数据单元，封装⽹络层的数据报。

  • 数据链路层：负责通过⼀条链路从⼀个结点向 物理链路直接相连的相邻结点传送帧。

    ⽹卡实现的物理层和数据链路层协议.

    链路中通信双⽅的信道使⽤形式不同，会相应有 不同的控制协议.

数据链路层信道类型

  • 点对点信道： 这种信道使⽤⼀对⼀的点对点通信⽅式，控制协议相对简单

  • ⼴播信道：使⽤⼀对多的⼴播通信⽅式，通信过程⽐较复杂。⼴播信道上 连接的主机很多，因此必须使⽤专⽤的共享协议来协调这些主 机的数据发送，控制协议相对复杂

为什么需要数据链路

  • 物理层解决了相邻结点透明传输⽐特的问题。

  • 物理层没有解决的问题:

    1. 传输错误问题，发送端发送⽐特1，⽽接收端收到⽐特 0，接收端⽆法知道接收的是否正确?
    2. 谁接收的问题，多个设备连接问题：谁能发送数据？数据发送给谁？谁负责接收和处理?
    3. 传输结束问题，如何知道⼀组数据即将到来？这组数据何时结束?

功能概述

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数据链路层在物理层提供服务的基础上向网络层提供服务，其最基本的服务是将源自网络层来的数据可靠地传输到相邻节点的目标机网络层。主要作用是加强物理层传输原始比特流的功能，将物理层提供的可能出错的物理连接改造成为逻辑上无差错的数据链路，使之对网络层表现为一条无差错的链路

  • 功能一：为网络层提供服务。无确认无连接服务、有确认无连接服务、有确认面向连接服务。（有连接一定有确认！）
  • 功能二：链路管理，即连接的建立、维持、释放 (用于面向连接的服务)。
  • 功能三：组帧。
  • 功能四：流量控制。
  • 功能五：差错控制（帧错、位错）。

功能

一、封装成帧(组帧)

封装成帧 (framing) 就是在⼀段数据的前后分别添加⾸部和尾部， 然后就构成了⼀个帧。⾸部和尾部的⼀个重要作⽤就是进⾏帧定 界，确定帧的界限。

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概念和存在问题

透明传输

透明传输 是指无论所传输的数据是什么样的比特组合，都应当可以在链路上正确的传输。但是数据传输往往会存在一些问题，这些问题的存在就会导致数据无法实现透明传输。所以就需要一些手段来保证数据能够在链路上实现透明传输。

如何成帧？

1、字符计数法

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问题： 如果第一个帧的计数字段出现错误，那么后继的都帧都会出错，这样就会造成灾难性后果，所以这种方式已经不常用。

2、字符(或字节)填充法

当数据是由可打印的 ASCII 码组成的⽂本⽂件时，帧定界可以使⽤特殊的帧定界符。 控制字符SOH (Start Of Header) 放在⼀帧的最前⾯，表示帧的⾸部开始，控制字符 EOT (End Of Transmission) 表示帧的结束。

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ASCII表

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存在问题

如果数据中的某个字节的⼆进制代码恰好和 SOH 或 EOT ⼀ 样，数据链路层就会错误地“找到帧的边界”，这样就会造成无法实现透明传输。如下图

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解决办法

字节填充 (byte stuffing) 或字符填充 (character stuffing)

  • 发送端的数据链路层在数据中出现控制字符“SOH”或“EOT”的前⾯ 插⼊⼀个转义字符“ESC”；
  • 接收端的数据链路层在将数据送往⽹络层之前删除插⼊的转义字 符；
  • 如果转义字符也出现在数据当中，那么应在转义字符前⾯插⼊⼀个 转义字符 ESC。当接收端收到连续的两个转义字符时，就删除其中 前⾯的⼀个

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3、零比特填充法

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4、违规编码法

因为曼彻斯特编码是是使用 高-低和 低-高 来表示高电频和低电频，所有没有使用上(即违规编码)的 低-低 和 高-高 就可以当作帧的边界，如下图：

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二、差错控制（帧错、位错）

1、差错从何而来

概括来说，传输中的差错都是由于噪声引起的。

  • 全局性： 由于线路本身电气特性所产生的随机噪声(热噪声)，这个是信道固有的，随机存在的。

    解决办法是提高信噪比来减少或者避免干扰。

  • 局部性： 外界特定的短暂原因所造成的冲击噪声，是产生差错的主要原因。就像你骑车好好的突然被人踹了一脚一样。

    解决办法是利用编码技术来解决。

2、差错出现的可能状态

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3、数据链路层的差错控制

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4、差错控制编码

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ⅰ、奇偶校验码

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ⅱ、冗余编码CRC

在数据发送之前，先按某种关系附加上一定的冗余位，构成一个符合某一规则的码字后再发送。当要发送的有效数据变化时，相应的冗余位也随之变化，使码字遵从不变的规则。接收端根据收到码字是否仍符合原规则，从而判断是否出错。

  • 发送端：image-20220326134730788

  • 接收端检错过程：

    把收到的每一个帧都除以同样的除数，然后检查得到的余数R。

    1. 余数为0，判定这个帧没有差错，接受。
    2. 余数为不为0，判定这个帧有差错（无法确定到位），丢弃。
    3. FCS的生成以及接收端CRC检验都是由硬件实现，处理很迅速，因此不会延误数据的传输。

  • 小结:

    在数据链路层仅仅使用循环冗余检验CRC差错检测技术，只能做到对帧的无差错接收，即“凡是接收端数据链路层接受的帧，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，但是最终还是因为有差错被丢弃。“凡是接收端数据链路层接收的帧均无差错”。

    “可靠传输”:数据链路层发送端发送什么，接收端就收到什么。链路层使用CRc检验，能够实现无比特差错的传输，但这还不是可靠传输。

ⅲ、海明码

海明码: 发现双比特错，纠正单比特错。

工作原理: 动一发而动全身

工作流程:

  1. 确定校验码位数r

    海明不等武：

    2r >= k+r+1

    （ r为冗余信息位，k为信息位 ）
    • 要发送的数据: D=101101
    • 数据的位数k=6， 满足不等式的最小r为4
    • 也就是D=101101的海明码应该有6+4=10位，其中原数据6位，效验码4位。

  2. 确定校验码和数据的位置

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  3. 求出校验码的值

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  4. 检错并纠错image-20220326141826969

三、流量控制

较高的发送速度和较低的接收能力的不匹配，会造成传输出错，因此流量控制也是数据链路层的一项重要工作。

数据链路层的流量控制是点对点的，而传输层的流量控制是端到端的。

  • 数据链路层流量控制手段: 接收方收不下就不回复确认。

  • 传输层流量控制手段: 接收端给发送端一个窗口公告。

1、流量控制的方法

ⅰ、停止-等待协议

每发送完一个帧就停止发送，等待对方的确认，在收到确认后再发送下一个帧。

ⅱ、滑动窗口协议
后退N帧协议（GBN)

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  • GBN发送方必须响应的三件事

  1. 上层的调用

    上层要发送数据时，发送方先检查发送窗口是否已满，如果未满，则产生一个帧并将其发送;如果窗口已满，发送方只需将数据返回给上层，暗示上层窗口已满。上层等一会再发送。(实际实现中，发送方可以缓存这些数据，窗口不满时再发送帧)。

  2. 收到了一个ACK

    GBN协议中，对n号帧的确认采用累积确认的方式，标明接收方已经收到n号帧和它之前的全部帧。

  3. 超时事件

    协议的名字为后退N帧/回退N帧，来源于出现丢失和时延过长帧时发送方的行为。就像在停等协议中一样，定时器将再次用于恢复数据帧或确认帧的丢失。如果出现超时，发送方重传所有已发送但未被确认的帧。

  • GBN接收方要做的事
  1. 如果正确收到n号帧，并且按序，那么接收方为n帧发送一个ACK，并将该帧中的数据部分交付给上层。
  2. 其余情况都丢弃帧，并为最近按序接收的帧重新发送ACK。接收方无需缓存任何失序帧，只需要维护一个信息: expectedseqnum(下一个按序接收的帧序号）。
选择重传协议(SR)

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发送端：窗口内的多个帧可以按序直接发送，并不需要等待确认帧。且每个帧都有单独的确认帧，当窗口内序号最小的帧接收到确认帧后窗口就可以向后滑动。

接收端：窗口内的多个帧无需按序接收，只要接收到窗口内的帧都可以直接返回确认帧，当窗口内序号最小的帧返回了确认帧后窗口就可以向后滑动。

  • SR发送方必须响应的三件事

  1. 上层的调用

    从上层收到数据后，SR发送方检查下一个可用于该帧的序号，如果序号位于发送窗口内，则发送数据帧;否则就像GBN一样，要么将数据缓存，要么返回给上层之后再传输。

  2. 收到了一个ACK

    如果收到AcK，加入该帧序号在窗口内，则sR发送方将那个被确认的帧标记为已接收。如果该帧序号是窗口的下界（最左边第一个窗口对应的序号)，则窗口向前移动到具有最小序号的未确认帧处。如果窗口移动了并且有序号在窗口内的未发送帧，则发送这些帧。

  3. 超时事件

    每个帧都有自己的定时器，一个超时事件发生后只重传一个帧。

  • SR接收方要做的事
  1. 来者不拒(窗口内的帧),SR接收方将确认一个正确接收的帧而不管其是否按序。失序的帧将被缓存，并返回给发送方一个该帧的确认帧【收谁确认谁】，直到所有帧（即序号更小的帧）皆被收到为止，这时才可以将一批帧按序交付给上层，然后向前移动滑动窗口。
  2. 如果收到了窗口序号外（小于窗口下界)的帧，就返回一个ACK。

传输数据使用的两种链路

  1. 点对点链路

    • 两个相邻节点通过一个链路相连，没有第三者。

    • 应用: PPP协议，常用于广域网。

  2. 广播式链路

    • 所有主机共享通信介质。

    • 应用: 早期的总线以太网、无线局域网，常用于局域网。

    • 典型拓扑结构: 总线型、星型（逻辑总线型)

介质访问控制

介质访问控制的内容就是，采取一定的措施，使得两对节点之间的通信不会发生互相干扰的情况。

介质访问控制：

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  1. 静态划分信道―信道划分介质访问控制

    信道划分介质访问控制:将使用介质的每个设备与来自同一信道上的其他设备的通信隔离开，把时域和频域资源合理地分配给网络上的设备。

    多路复用技术： 把多个信号组合在一条物理信道上进行传输，使得多个计算机或终端设备共享信道资源,提高信道利用率。

    1. 频分多路复用FDM
    2. 时分多路复用TDM
    3. 波分多路复用WDM
    4. 码分多路复用CDM

  2. 动态分配信道

    1. 轮询访问介质访问控制

      1. 令牌传递协议

    2. 随机访问介质访问控制

      1. ALOHA协议
      2. CSMA协议
      3. CSMA/CD协议
      4. CSMA/CA协议

ALOHA协议

纯ALOHA协议思想:不监听信道，不按时间槽发送，随机重发。想发就发。

  • 冲突如何检测? 如果发生冲突，接收方在就会检测出差错，然后不予确认，发送方在一定时间内收不到就判断发生冲突。
  • 冲突如何解决? 超时后等一随机时间再重传。

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时隙ALOHA协议的思想:把时间分成若干个相同的时间片，所有用户在时间片开始时刻同步接入网络信道，若发生冲突，则必须等到下一个时间片开始时刻再发送。控制想发就发的随意性。

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  1. 纯ALOHA比时隙ALOHA吞吐量更低，效率更低。
  2. 纯ALOHA想发就发，时隙ALOHA只有在时间片段开始时才能发

CSMA协议

载波监听多路访问协议CSMA (carrier sense multiple access）

  • CS:载波侦听/监听 每一个站在发送数据之前要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据。

    怎么检测信道是否在发送数据？

    当几个站同时在总线上发送数据时，总线上的信号电压摆动值将会增大(互相叠加）。当一个站检测到的信号电压摆动值超过一定门限值时，就认为总线上至少有两个站同时在发送数据，表明产生了碰撞，即发生了冲突。MA:多点接入，表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。

  • 协议思想: 发送帧之前，监听信道。

监听结果

  • 信道空闲: 发送完整帧

  • 信道忙: 推迟发送

    • 1-坚持CSMA: 坚持指的是对于监听信道忙之后的坚持。1-坚持CSMA思想:如果一个主机要发送消息，那么它先监听信道。空闲则直接传输，不必等待。忙则一直监听，直到空闲马上传输。如果有冲突（一段时间内未收到肯定回复），则等待一个随机长的时间再监听，重复上述过程。

    • 非坚持CSMA： 非坚持指的是对于监听信道忙之后就不继续监听。非坚持CSMA思想: 如果一个主机要发送消息，那么它先监听信道。空闲则直接传输，不必等待。忙则等待一个随机的时间之后再进行监听。

      优点: 采用随机的重发延迟时间可以减少冲突发生的可能性。

    • p-坚持CSMA: p-坚持指的是对于监听信道空闲的处理。p-坚持CSMA思想:如果一个主机要发送消息，那么它先监听信道。 空闲则以p(p的值可以人为设置)概率直接传输，不必等待;概率1-p等待到下一个时间槽再传输。忙则等待一个随机的时间之后再进行监听。

      优点: 既能像非坚持算法那样减少冲突，又能像1-坚持算法那样减少媒体空闲时间的这种方案。

      缺点：发生冲突后还是要坚持把数据帧发送完，造成了浪费。

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轮询协议

轮询协议： 局域网中有一个主节点作为控制节点，轮询访问其他节点，询问是不是需要发送数据。

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令牌传递协议

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CSMA/CD协议

载波监听多点接入/碰撞检测CSMA/CD (carrier sense multiple access with collision detection)

  • CS:载波侦听/监听，每一个站在发送数据之前以及发送数据时都要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据。

  • MA:多点接入，表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。

    应用网络：总线型网络

  • CD:碰撞检测（冲突检测），“边发送边监听”，适配器边发送数据边检测信道上信号电压的变化情况，以便判断自己在发送数据时其他站是否也在发送数据。

    应用网络：半双工网络

先听后发为什么还会冲突?

​ 因为电磁波在总线上总是以有限的速率传播的。当总线非常长时，就会出现A主机监听到总线上没有其他主机传输数据，但是实际情况是B主机已经在传输数据了，只是还未到达A主机的节点而已。这样就会出现冲突。

传播时延对载波监听的影响

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最迟多久才能知“道自己发送的数据没和别人碰撞?

答：最多是两倍的总线端到端的传播时延（2t ：总线的端到端往返传播时延、争用期/冲突窗口/碰撞窗口）

只要经过2t时间还没有检测到碰撞,就能肯定这次发送不会发生碰撞。

如何确定碰撞后的重传时机?

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最小帧长问题？

A站发了一个很短的帧，但发生了碰撞，不过帧在发送完毕后才检测到发生碰撞，没法停止发送，因为发完了。。
还有这种操作？？？

解决： 发送的帧长度有一个限制，不能少于某一个长度

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CSMA/CA协议

载波监听多点接入/碰撞避免CSMA/CA (carrier sense multiple access with collision avoidance)

为什么要有CSMA/CA?

  • 常用于无线网络
  • 无法做到360°全面检测碰撞（如：很难检测到空气中的是否有端点传输数据）
  • 隐蔽站: 当A和c都检测不到信号，认为信道空闲时，同时向终端B发送数据帧，就会导致冲突.

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CSMA/CA协议工作原理

  1. 发送数据前，先检测信道是否空闲。

    空闲则发出RTS(request to send),RTSs包括发射端的地址、接收端的地址、下一份数据将持续发送的时间等信息;信道忙则等待。

  2. 接收端收到RTS后，将响应CTS (clear to send)。

  3. 发送端收到CTS后，开始发送数据帧（同时预约信道:发送方告知其他站点自己要传多久数据）。

  4. 接收端收到数据帧后，将用CRC来检验数据是否正确，正确则响应ACK帧。

  5. 发送方收到ACK就可以进行下一个数据帧的发送，若没有则一直重传至规定重发次数为止（采用二进制指数退避算法来确定随机的推迟时间)。

特点：1.预约信道 2.ACK帧 3.RTS/CTS帧(可选)

CSMA/CD与CSMA/CA比较

  • 相同点:

    1. CSMA/CD与CSMA/CA机制都从属于CSMA的思路，其核心是先听再说。换言之，两个在接入信道之前都须要进行监听。当发现信道空闲后，才能进行接入。

  • 不同点:

    1. 传输介质不同:CSMA/CD用于总线式以太网【有线】，而CSMA/CA用于无线局域网【无线】。
    2. 载波检测方式不同:因传输介质不同，CSMA/CD与CSMA/CA的检测方式也不同。CSMA/CD通过电缆中电压的变化来检测，当数据发生碰撞时，电缆中的电压就会随着发生变化;而CSMA/CA采用能量检测（ED)、载波检测(CS）和能量载波混合检测三种检测信道空闲的方式。
    3. CSMA/CD检测冲突，CSMA/CA避免冲突，二者出现冲突后都会进行有上限的重传。

局域网、广域网

局域网

局域网(Local Area Network):简称LAN，是指在某一区域内由多台计算机互联成的计算机组，使用广播信道。

  • 特点1:覆盖的地理范围较小，只在一个相对独立的局部范围内联，如一座或集中的建筑群内。
  • 特点2:使用专门铺设的传输介质（双绞线、同轴电缆）进行联网，数据传输速率高(10Mb/s～~10Gb/s）.特点3:通信延迟时间短，误码率低，可靠性较高。
  • 特点4:各站为平等关系，共享传输信道。
  • 特点5:多采用分布式控制和广播式通信，能进行广播和组播

决定局域网的主要要素为: 网络拓扑，传输介质与介质访问控制方法。

网络拓扑

星型拓扑：中心节点是控制中心，任意两个节点间的通信最多只需两步，传输速度快,并且网络构形简单、建网容易、便于控制和管理。但这种网络系统，网络可靠性低，网络共享能力差，有单点故障问题。

总线型拓扑：网络可靠性高、网络节点间响应速度快、共享资源能力强、设备投入量少、成本低、安装使用方便，当某个工作站节点出现故障时，对整个网络系统影响小。

环型拓扑：系统中通信设备和线路比较节省。有单点故障问题;由于环路是封闭的，所以不便于扩充，系统响应延时长，且信息传输效率相对较低。

树形拓扑：易于拓展，易于隔离故障,也容易有单点故障。

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传输介质

  • 有线局域网常用介质: 双绞线、同轴电缆、光纤
  • 无线局域网常用介质: 电磁波

介质访问控制方法

  1. CSMA/CD常用于总线型局域网，也用于树型网络

  2. 令牌总线常用于总线型局域网，也用于树型网络

    它是把总线型或树型网络中的各个工作站按一定顺序如按接口地址大小排列形成一个逻辑环。只有令牌持有者才能控制总线，才有发送信息的权力。

  3. 令牌环用于环形局域网，如令牌环网

广域网

广域网（WAN，Wide Area Network)，通常跨接很大的物理范围，所覆盖的范围从几十公里到几千公里，它能连接多个城市或国家，或横跨几个洲并能提供远距离通信，形成国际性的远程网络。

广域网的通信子网主要使用分组交换技术。广域网的通信子网可以利用公用分组交换网、卫星通信网和无线分组交换网，它将分布在不同地区的局域网或计算机系统互连起来，达到资源共享的目的。如因特网（Internet)是世界范围内最大的广域网。

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PPP协议

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，用户使用拨号电话接入因特网时一般都使用PPP协议。只支持全双工链路

PPP协议应满足的要求

  • 简单： 对于链路层的帧，无需纠错，无需序号，无需流量控制。
  • 封装成帧： 帧定界符
  • 透明传输：与帧定界符一样比特组合的数据应该如何处理:异步线路用字节填充，同步线路用比特填充。
  • 多种网络层协议： 封装的IP数据报可以采用多种协议。
  • 多种类型链路： 串行/并行，同步/异步，电/光...
  • 差错检测： 错就丢弃。
  • 检测连接状态： 链路是否正常工作。
  • 最大传送单元： 数据部分最大长度MTU。
  • 网络层地址协商： 知道通信双方的网络层地址。
  • 数据压缩协商

PPP协议无需满足的要求

  • 无需纠错
  • 无需流量控制序号
  • 无需支持多点线路

PPP协议的三个组成部分

  1. 一个将IP数据报封装到串行链路（同步串行/异步串行）的方法。
  2. 链路控制协议LCP: 建立并维护数据链路连接。如：身份验证
  3. 网络控制协议NCP: PPP可支持多种网络层协议，每个不同的网络层协议都要一个相应的NCP来配置，为网络层协议建立和配置逻辑连接。

PPP协议的状态图

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PPP协议的帧格式

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PPP同步传输和异步传输

  • 同步传输（SONET/SDH链路）：⾯向⽐特的传输，同步传输的 单位是帧；

    同步传输收发双时钟统⼀、字符间传输同步⽆间隔。

  • 异步传输：⾯向字节的传输，异步传输的单位是字符。

    异步传输效率低，⾼速链路开销⼤

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  • 同步问题：

    1. 异步传输通过字符起⽌的开始和停⽌码进⾏同步，线路空闲时携带着代表着⽐特1的信号，传 输开始位使信号变为0，数据传输结束，停⽌位使信号重新变为1；
    2. 同步传输在数据中提取同步信息（帧定界⽐特组合）

域网基本概念和体系结构

局域网的分类

  • 以太网： 以太网是应用最为广泛的局域网，包括标准以太网(10Mbps)、快速以太网(100Mbps)、千兆以太网（1000 Mbps）和10G以太网，它们都符合IEEE802.3系列标准规范。逻辑拓扑总线型，物理拓扑是星型或拓展星型。使用CSMA/CD.
  • 令牌环网： 物理上采用了星形拓扑结构，逻辑上是环形拓扑结构。已是“明日黄花”。
  • FDDI网： (FIber Distribubed Data Interface)物理上采用了双环拓扑结构，逻辑上是环形拓扑结构。
  • ATM网：（Asynchronous Transfer Mode）较新型的单元交换技术,使用53字节固定长度的单元进行交换。
  • 无线局域网： (Wireless Local Area Network;WLAN）采用IEEE 802.11标准。

IEEE802标准

IEEE 802系列标准是IEEE 802 LAN/MAN标准委员会制定的局域网、城域网技术标准（1980年2月成立）。其中最广泛使用的有以太网、令牌环、无线局域网等。这一系列标准中的每一个子标准都由委员会中的一个专门工作组负责。

MAC子层和LLC子层

IEEE 802标准所描述的局域网参考模型只对应oSI参考模型的数据链路层与物理层，它将数据链路层划分为逻辑链路层LLC子层和介质访问控制MAC子层。

  • LLC子层: LLC负责识别网络层协议，然后对它们进行封装。LLC报头告诉数据链路层一旦帧被接收到时，应当对数据包做何处理。为网络层提供服务:无确认无连接、面向连接、带确认无连接、高速传送。
  • MAC子层: MAC子层的主要功能包括数据帧的封装/卸装，帧的寻址和识别，帧的接收与发送，链路的管理，帧的差错控制等。MAC子层的存在屏蔽了不同物理链路种类的差异性。

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以太网(802.3局域网)

以太网(Ethernet)指的是由Xerox公司创建并由Xerox、Intel和DEC公司联合开发的基带总线局域网规范，是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。以太网络使用CSMA/CD（载波监听多路访问及冲突检测）技术。

以太网在局域网各种技术中占统治性地位:

  1. 造价低廉（以太网网卡不到100块);
  2. 是应用最广泛的局域网技术;
  3. 比令牌环网、ATM网便宜，简单;
  4. 满足网络速率要求:10Mb/s~10Gb/s.

以太网两个标准：

  • DIX Ethernet V2:第一个局域网产品（以太网）规约。
  • IEEE 802.3: IEEE 802委员会802.3工作组制定的第一个IEEE的以太网标准。(帧格式有一丢丢改动)

以太网提供无连接、不可靠的服务:

  • 无连接:发送方和接收方之间无“握手过程”。
  • 不可靠:不对发送方的数据帧编号，接收方不向发送方进行确认，
  • 差错帧直接丢弃，差错纠正由高层负责。
  • 以太网只实现无差错接收，不实现可靠传输。

以太网传输介质与拓扑结构的发展:

传输介质: 粗同轴电缆 ==> 细同轴电缆 ==> 双绞线+集线器

物理拓扑: 总线型 ==> 星型

使用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网，各站共享逻辑上的总线，使用的还是CSMA/CD协议。以太网拓扑:逻辑上总线型，物理上星型。

链路层的设备

在物理层扩展以太网

使用集线器扩展：

  • 优点：扩大了物理网络范围
  • 缺点： 扩大了冲突域，增加了冲突的概率

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数据链路层扩展以太网

一、网桥

网桥根据MAC帧的目的地址对帧进行转发和过滤。当网桥收到一个帧时，并不向所有接口转发此帧，而是先检查此帧的目的MAC地址，然后再确定将该帧转发到哪一个接口，或者是把它丢弃（即过滤）。

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  • 网段(冲突域): 一般指一个计算机网络中使用同一物理层设备(传输介质，中继器集线器等）能够直接通讯的那一部分。
  • 网桥优点:
  1. 过滤通信量，增大吞吐量。
  2. 扩大了物理范围。
  3. 提高了可靠性。

网桥分类

透明网桥

透明网桥:“透明”指以太网上的站点并不知道所发送的帧将经过哪几个网桥，是一种即插即用设备。

怎么有哪些节点呢 自学习方式

自学习过程：

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  1. A发送信息给B ，发送后转发表如下

    转发表X 转发表Y
    地址 接口 地址 接口
    A 1 A 1

  2. F发送信息给C ，发送后转发表如下

    转发表X 转发表Y
    地址 接口 地址 接口
    A 1 A 1
    F 2 F 2

  3. B发送信息给A ，发送后转发表如下

    在此之前，因为网桥的转发表X已经知道A主机在接口1这边，所以B发送给A的信息就没有转发到其他网段(冲突域)，所以转发表Y就不会有B主机的信息

    转发表X 转发表Y
    地址 接口 地址 接口
    A 1 A 1
    F 2 F 2
    B 1

只要网络中的所有主机都发送过信息后，整个网桥的转发表就会填满，整个网络的信息就都知道了。

源路由网桥

源路由网桥:在发送帧时，把详细的最佳路由信息（路由最少/时间最短〉放在帧的首部中。

方法: 源站以广播方式向欲通信的目的站发送一个发现帧。

这样就可以生成多个方案，后面的转发就可以根据这些方案直接转发

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二、以太网交换机(多接口网桥)

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特点：

  • 每个端口都是一个冲突域
  • 独占传输媒体带宽

直通式交换机

查完目的地址（6B）就立刻转发。

特点： 延迟小，可靠性低，无法支持具有不同速率的端口的交换。

存储转发式交换机

将帧放入高速缓存，并检查否正确，正确则转发，错误则丢弃。延迟大，可靠性高，可以支持具有不同速率的端口的交换。

冲突域和广播域

  • 冲突域: 在同一个冲突域中的每一个节点都能收到所有被发送的帧。简单的说就是同一时间内只能有一台设备发送信息的范围。
  • 广播域: 网络中能接收任一设备发出的广播帧的所有设备的集合。简单的说如果站点发出一个广播信号，所有能接收收到这个信号的设备范围称为一个广播域。
能否隔离冲突域 能否隔离广播域
物理层设备【傻瓜】(中继器、集线器) × ×
链路层设备【路人】(网桥、交换机) √ ×
网络层设备【大佬】(路由器) √ √

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问题：上图有几个广播域，几个冲突域？

答：一个广播域，四个冲突域

posted @ 2022-03-25 12:44  菜阿  阅读(420)  评论(0)  编辑  收藏  举报