计网-数据链路层

数据链路层是OSI参考模型中的第二层,介乎于物理层网络层之间。数据链路层在物理层提供的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。

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基本概念

数据链路层使用的信道:

  • 点对点信道:使用一对一的点对点通信方式
  • 广播信道:使用一对多的广播通信方式,过程比较复杂,需要专用的协议来协调

本章最重要的内容是:

  • 数据链路层的点对点信道和广播信道的特点,以及这两种信道所使用的协议(PPP协议以及CSMA/CD协议)的特点。
  • 数据链路层的三个基本问题:封装成帧、透明传输和差错检测
  • 以太网MAC层的硬件地址
  • 适配器、转发器、集线器、网桥、以太网交换机的作用以及使用场合。

使用点对点信道的数据链路层

  1. 数据链路和帧
  • 链路(物理链路):从一个结点到相邻结点的一段物理线路,中间没有任何其他的交换节点

    链路是一条路径的一个组成部分:两台计算机之间的通信路径需要许多链路

  • 数据链路(逻辑链路):把实现了这些通信协议的硬件和软件加到链路上,就构成了数据链路(物理线路+协议)

  • 网络适配器:既有硬件也包括软件,实现了通信协议,包括了数据链路层和物理层两层的功能

  • 规程:数据链路层中,规程等同于协议

  • 帧:点对点信道数据链路层的协议数据单元

  • 数据链路层通信时的主要步骤:

    (1)结点A的数据链路层把网络层交下来的IP数据报添加首部和尾部封装成帧

    (2)结点A把封装好的帧发送给结点B的数据链路层

    (3)若结点B的数据链路层收到的帧无差错,则从收到的帧中提取IP数据报上交给网络层;否则丢弃这个帧

  • 特点:数据链路层不用考虑物理层如何实现,所以就相当与对等层水平传输

  1. 三个基本问题
  • 封装成帧
  • 透明传输
  • 差错检测

点对点协议PPP

  1. PPP协议的特点
  • 作用域:用户计算机和ISP通信时所使用的数据链路层协议

  • PP协议应满足的需求:

(1)简单:对数据链路层的帧,不需要纠错、序号、流量控制,简单作为首要要求;收到帧进行CRC检验,无差错则接收,反之丢弃

(2)封装成帧:必须规定特殊的字符作为帧定界符,使接收端从收到的比特流中准确找出帧的开始和结束位置

(3)透明性:必须保证数据传输的透明性,要能解决碰巧出现和帧定界符一样的比特组合的问题

(4)多种网络层协议:必须能够在同一条物理链路上同时支持多种网络层协议的运行,如IP等;在局域网和路由器上同样如此

(5)多种类型链路:必须能够在多种链路上运行

(6)差错检验:必须能够对接收端收到的帧进行检测,并立即丢弃有差错的帧

(7)检测连接状态:必须能够自动检测链路是否处于正常工作状态

(8)最大传送单元:必须对每一种类型的点对点链路设置MTU的标准默认值;促进各种实现之间的互操作性,若高层协议发送的分组数据部分超过MTU值,则丢弃并返回差错

(9)网络层地址协商:必须提供一种机制使通信的两个网络层的实体能够通过协商知道或能够配置彼此的网络层地址

(10)数据压缩协商:必须提供方法来协商使用数据压缩算法

  • PPP的特点:不支持多点线路,只支持点对点的链路通信,只支持全双工链路

  • PPP协议不需要的功能:纠错、流量控制、序号、多点线路、半双工或单工链路(只工作在点对点链路)

  • PPP协议的组成:

(1)将IP数据报封装到串行链路的方法;PPP支持异步链路,也支持面向比特的同步链路;IP数据报在PPP帧中数据部分,收到MTU限制

(2)用来建立、配置和测试链路连接的链路控制协议LCP

(3)网络控制协议NCP,其中每一个协议支持不同的网络层协议

  1. PPP协议的帧格式

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  1. PPP协议的工作状态

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使用广播信道的数据链路层

  1. 局域网的数据链路层
  • 局域网的特点:网络为一个单位所拥有,且地理范围和站点数目均有限

  • 局域网的优点:

(1)具有广播功能,从一个站点可方便的访问全网;局域网上主机共享局域网上各种硬件和软件资源

(2)便于系统的扩展和演变,各设备的位置可灵活调整和改变

(3)提高了系统的可靠性、可用性和生存性

  • 局域网的拓扑结构:总线网、环形网、星形网
  • 媒体共享技术
  • 网络协议
  • 以太网的两个标准:DIX Ethernet V2;IEEE 802.3
  • 数据链路层的两个子层
  • 适配器的作用
  1. CSMA\CD协议
  2. 使用集线器的星形拓扑
  3. 以太的网信道利用率
  4. 以太网的MAC层
  • MAC帧格式:

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扩展的以太网

物理扩展:集线器、光纤

  1. 在数据链路层扩展以太网
  2. 虚拟局域网

实验部分