主机通过电话网连接到路由器R1,路由器R1到达局域网路由器R2,R2连接广域网,再到达局域网中的另一台主机。
分为两种类型
点对点信道:这种信道使用一对一的点到点通信方式。
广播信道:这种信道使用一对多的广播通信方式,因此过程比较复杂。广播信道上连接的主机很多,因此必须使用专用的共享信道协议来协调这些主机的数据发送。
链路是一条点对点的物理线路段,中间没有任何其他的转换点。
数据链路:必须有通信协议来控制数据的传输。将这些协议加到链路上就变成了数据链路。
网卡(适配器)就是实现这些协议的硬件和软件。通常情况下,适配器都包括了数据链路层和物理层两层的功能。
数据链路层传送的是帧
帧有开始和结尾部分。都是0101这种二进制形式。通过物理层的比特流或者光信号发给另一台计算机的数据链路层,接收方主机的数据链路层会解析发送帧的开头和结尾部分。再向上发送给网络层。
封装成帧就是在一段数据的前后分别添加首部和尾部的标记,然后就构成了一个帧。确定了帧的界限。
首部和尾部最重要的作用就是进行帧定界。
帧如果未发送结束,发送端出现了问题,只能重新发送帧。接收端不会接受一半的帧(不完整的帧)。因此接受端接受的帧,开始和结束的标识符都不能缺少。
当我们在发送的原始数据中含有开始符“SOH”或者结束符“EOT”是,如果不加额外的处理,那么系统会将原始数据中的”SOH“和“EOT”作为开始或结束符,这就引发了数据传送错误的情况。
用字节填充法解决透明传输
发送端的数据链路层在数据中出现控制字符“SOH”和“EOT”,将原始数据中这些控制字符的前面添加上“ESC”符号,这种做法被称为字节填充。而ESC字符在这里的作用就是转义字符。
如果转义字符ESC也出现在原始数据中了,那就在转义字符前面再加上一个转义字符。当接收端收到两个连续的转义字符时就删除前面一个。因为这种技术是在传输过程中填充的,所以到最后接收方会将这些转义字符去掉,因此对接收方和发送方来讲原始数据到最后没有被改变,这个过程也就是透明的了。
传输过程中可能会出现’`比特差错’:1可能变为0,0也可能变为1.
在一段时间内,传输错误的比特占所传输比特总数的比率被称为误码率 BER
为了保证数据传输的可靠性,在计算机网络传输数据时,必须采用各种差错检测措施。
通过循环冗余检验(CRC)来进行差错检测,得到FCS(帧检验序列)
循环冗余校验的计算过程
仅用循环冗余校验CRC差错检测技术只能做到无差错接受。
“无差错接受”是指:“凡是接受的帧,我们都能以接近于1的概率认为这些帧 在传输过程中没有产生差错”,也就是说:“凡是接收端数据链路层接受的帧都没有传输差错(有传输差错的帧就直接丢弃了)”
要想做到可靠传输就必须加上确认和重传机制。考虑:帧重复、帧丢失、帧乱序的情况。
可以说CRC是一种无比特差错,而不是无传输差错的监测机制。
通过电话线一个主机连接到局域网,网络运营商分配IP,有费用才能拨号上网。
PPP协议应该满足的要求
PPP协议不需要满足的要求
PPP协议有三个组成部分
数据链路层协议可以用于异步串行或同步串行介质。
使用LCP(链路控制协议)维护数据链路层连接
网络控制协议NCP允许点到点连接使用多层网络层协议。
PPP的协议字段有以下几种类型,表示信息部分是代表什么。
0x0021–PPP帧的信息字段就是IP数据报
0xC021–PPP帧的链路控制数据
0x8021–表示这是网络控制数据
0xC023–安全认证PAP
0xC025–信息字段是LQR。
0xC223–信息字段是安全性认证CHAP。
如果信息字符安出现了标志字段的值,可能会被误认为是标志字段,解决方法:
PPP协议用在SONET/SDH链路时,是使用同步传输一连串的比特。这时候PPP协议采用零比特填充方法来实现透明传输。
只要在发送端发现有5个连续的1,则就在5个1的后面填充一个0,接收端对比特流进行扫描,将这5个连续的1后面的一个0删除。
在数据链路层出现差错的概率不大时,使用简单的PPP协议较为合适
在因特网环境下PPP的信息字段放入的数据是IP数据报。数据链路层的可靠传输并不能够保证网络层的传输也是可靠的。
帧检验序列FCS字段可以保证无差错接收。
当用户拨号接入ISP时,路由器对拨号进行确认,建立物理连接。主机接着向路由器发送一系列的LCP(链路控制协议)分组,这些分组选择一些PPP参数,进行网络层配置,NCP(网络控制协议)给新接入的主机分配临时的IP地址,最终通行完毕时,NPC会回收IP地址释放数据链路层连接,释放物理层连接。
局域网的拓扑:星形网,总线网,环形网,树形网。
局域网特点:网络是一个单位所拥有的,且地理范围和站点数目均有限。
优点:
最初的以太网是将许多计算机都连接到一根总线上。当初认为这样的链接方法简单可靠,因为总线上没有元器件。
但是在通过一条信道链接多个主机,在同一时刻只能有一台主机发数据,另一台接受。其余的主机不能进行操作必须等到这两台操作完成后才能发收数据。
其实B向D发送数据,ACE都可以接受数据包但是因为MAC地址不匹配所以不接受。这就产生了安全隐患。
以太网使用CSMA/CD协议
CSMA/CD协议表示载波监听/碰撞检测
因为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。
当检测到的信号电压摆动值超过了一定的门限值时,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。
所谓的碰撞就是冲突。
每一个正在发送数据的站,一旦发现了碰撞就会停止发送,等一段随机时间后再次发送。
CSMA/CD协议最重要的特点就是半双工通信,他不是全双工的。
最先发送数据帧的站,在发送数据帧后最多经过时间2τ(两倍的端到端的时延)就可以知道发送的数据帧是否发生了碰撞。这段时间被称为争用期。
经过争用期这段时间如果没有检测到碰撞,才肯定这次发送不会发生碰撞。
对于10Mb/s的以太网,在争用期内发送512bit,就是64字节。
以太网在发送数据时,如果前64直接未发生冲突,则后续的数据就不会发送冲突。
争用期长度是2τ,端到端传播时延的两倍。帧长设为L,数据发送速率设为C(b/s),所以发送时间T0=L/C;
而一个帧,从开始发送到中间发生碰撞,重传数次,到发送成功,这是发送的平均时间。
信道利用率a = τ/T0,它是以太网,端到端时延t 与 帧的发送时间T0之比。
信道利用率趋近于0表示发生的碰撞立即可以检测出来,立即停止发送,因而利用率很高。
a越大,就代表发送过程中碰撞次数越多,花费的时间也越多,因此利用率越低。
当数据发送速率一定时,以太网连线的长度受到限制,否则t的数字就会太大,a也就越大。
以太网的帧长不能太大,否则T0会变小,a值会变大。
什么时候信道利用率达到最大呢?
在理想条件下,各个站之间发送数据都不产生碰撞的条件下,总线一旦空闲就有某一个站立即发送数据。
发送一帧占用线路的时间是T0+t,而帧本身的发送时间是T0,于是理想条件下a的最大值为
S m a x = T 0 T 0 + t = 1 1 + a Smax = \frac{T0}{T0+t} = \frac{1}{1+a} Smax=T0+tT0=1+a1
硬件地址又称为物理地址或者MAC地址,MAC地址由48位的二进制组成,IEEE的注册管理机构RA负责向厂家分配地址字段的前24位,地址字段中的后24位直接由厂家自行设置
发往本站的帧有三种类型
单播帧:一对一
广播帧:一对多
多波帧:多对多
帧的长度不是整数个字节;
用收到的帧检验序列FCS是否有差错;
数据字段的长度不在46~1500字节之间。
有效的MAC帧长度为64~1518字节之间
对于检测出无效的MAC帧就直接丢弃。
帧与帧之间的最小间隔是9.6微秒,香港与96比特发送的时间。这样做是为了让刚刚收到的数据帧的站的接收缓存来得及清理,做好下次接收的准备。
用集线器扩展局域网的优缺点
优点:
使原来不同碰撞域的局域网上的计算机能够进行碰撞域的通信
扩大局域网的传播范围
缺点:
碰撞域增大了,但是吞吐量降低了。
如果不同的碰撞域使用不同的传送数据率,那么就不能使用集线器将他们互相连接起来。
网桥
网桥有两个接口,一个站表。具有自主学习功能,当一台主机A将数据发送到另一台设备B上时,网桥刚开始不知道目标B的MAC地址,所以直接广播发送,然后记录原MAC地址所在的接口;当B向A发送数据时,站域中因为之前存储过A的MAC地址所在的端口,因此直接发送给A不必进行广播发送。
网桥对于各个设备来说是透明的,设备之间不必关注传输的帧是否经过了网桥的转发和存储,也就是说网桥对各个站来说是不可见的。网桥是即插即用的设备,标准是IEEE802.1D。
LAN 是局域网的简写,交换机的出现使得虚拟局域网成为可能,虚拟局域网是由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组。
这些网段具有某些共同的需求。
每个VLAN的帧都有一个明确的标识符,指明发送这个帧的工作站是属于哪一个VLAN。
VLAN是在LAN的基础上的划分,可以将一个局域网根据不同的需求划分成不同的VLAN,不同VLAN之间不能通信,互不影响,同一个VLAN下可以收发数据。
速率>=100Mb/s的以太网称为高速以太网。
在双绞线上传送100Mb/s基带信号的星形拓扑以太网,人使用IEEE802.3的CSMA/CD协议,100BASE-T以太网又称为快速以太网。
100Base-T的特点
可在全双工方式下工作而无冲突发生。因此,不使用CSMA/CD 协议。MAC帧格式仍然是802.3标准规定的。
吉比特以太网
允许在1Gb/s下全双工和半双工两种方式工作。使用802.3协议规定的帧格式。
在半双工方式下使用CSMA/CD协议,全双工方式不需要使用CSMA/CD协议。不需要使用载波延伸和分组突发。与10BASE-T和100BASE-T技术向后兼容。
能通信,互不影响,同一个VLAN下可以收发数据。
速率>=100Mb/s的以太网称为高速以太网。
在双绞线上传送100Mb/s基带信号的星形拓扑以太网,人使用IEEE802.3的CSMA/CD协议,100BASE-T以太网又称为快速以太网。
100Base-T的特点
可在全双工方式下工作而无冲突发生。因此,不使用CSMA/CD 协议。MAC帧格式仍然是802.3标准规定的。
吉比特以太网
允许在1Gb/s下全双工和半双工两种方式工作。使用802.3协议规定的帧格式。
在半双工方式下使用CSMA/CD协议,全双工方式不需要使用CSMA/CD协议。不需要使用载波延伸和分组突发。与10BASE-T和100BASE-T技术向后兼容。