第三章 数据链路层 3.3使用广播信道的数据链路层

链路：从一个结点到相邻结点的一段物理线路

数据链路：数据在链路上传递时，除了必须有一条物理线路外，还必须有一些必要的通信协议来控制这些数据传输。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。实现方法是使用网络适配器。（如拨号上网用的拨号适配器，通过以太网上网使用的局域网适配器）

网络适配器（就是网卡），计算机内置，用于实现数据链路层协议。一般的适配器都包含数据链路层和物理层这两层的功能。

数据链路层解决的三个基本问题是：封装成帧、透明传输和差错检测。

数据链路层使用的信道分为：点对点信道和广播信道

点对点信道使用的是点对点PPP协议。

广播信道：局域网->现多指以太网

局域网涉及物理层和数据链路层两部分。

局域网的拓扑结构有：星型网 环型网 总线型 树型网

星型网：集线器

环型网：令牌环型网（简称令牌环）

总线型：使用CSMA/CD协议，现在以演进为星型网

局域网共享信道分为：1.静态划分信道（频分复用，时分复用，波分复用，码分复用等），但不适合局域网

                                      2.动态媒体接入控制（多点接入）

现在来说局域网大多就是以太网

关于以太网的标准DIX Ethernet V2与IEEE 802.3

IEEE 802委员会把局域网的数据链路层分为逻辑链路层LLC和媒体接入控制MAC

现在局域网只剩下DIX Ethernet V2因此IEEE 802制定的LLC的作用已经消失了。厂家生产的适配器上就仅装有MAC协议而没有LLC协议。

适配器：以前是主机箱内插入的一块网络接口板（也称为网卡），现在大多内嵌在主板上。适配器上有处理器和存储器（RAM，ROM）

适配器和局域网之间的通信是通过电缆或者双绞线以串行传输的方式进行的。适配器和计算机之间的通信则是通过计算机主板上的I/O总线以并行传输的方式进行的。

适配器功能：数据串行传输和并行传输的转换，因此必须装有对数据进行缓存的存储芯片。若在主板上插入适配器，则还需要驱动程序。此驱动程序告知适配器，应当从存储器的什么位置上把多长的数据块发送到局域网，或者应该在存储器的什么位置上存放局域网传来的数据。

适配器还能实现以太网协议。

适配器接受发送 帧不使用计算机CPU： 错误帧：丢弃

                                                            正确帧：交付给网络层

计算机的硬件地址在适配器的ROM中，IP地址在计算机的存储器中

以太网的工作方法：

1.采用无连接的工作方式。出错就丢弃帧，是否重传由高层决定。例如如果使用了TCP/IP协议，那么TCP就会发现丢失了帧，TCP会重传，但是以太网并不知道这是在重传，而是当做新的数据帧传递。

2.使用曼彻斯特编码

3.采用CSMA/CD(载波监听多点接入/碰撞检测)

CSMA/CD详解

1.传播时延（propagation delay）电磁波在信道中传播一定的距离需要花费的时间。公式：

设A，B相距1km，用同轴电缆相连。电磁波在1km电缆的传播时延约为5us。

在局域网分析中，常把总线上端到端传播时延记为 г。

A发送数据后，最迟要经过2 г才能发现有无碰撞发送

使用CSMA/CD时，以太网进行的是半双工通信

如图：解释

每个站点在发送数据之后的一小段时间内，存在着遭遇碰撞的可能性。这一小段时间是不确定的。以太网称这一特点为 发送的不确定性。

发送数据帧的A站至多经过时间2 г就可以知道所发送的数据帧是否遭受碰撞。称2 г为争用期

经过争用期这段时间没有发送碰撞才能肯定这次发送不会发送碰撞。

以太网把争用期定为51.2us。对于10Mb/s以太网，在争用期内可发送512bit，也就是64字节。

可以看出，如果帧的前64字节没有发送冲突，那么后续的数据就不会发送冲突。如果发送冲突，一定发生在前64字节内，由于一检测到冲突就立即中止发送，这时已经发送出去的数据一定小于64字节，因此以太网规定了 最短有效帧为 64字节，凡长度小于64字节的帧都是由于冲突而异常中止的无效帧。

那么如果发生冲突，推迟多久再发送数据呢？

并不是发生冲突后立即从新发送数据帧，而是要推迟一个随机时间，这样做是为了减小再次冲突的概率。具体时间是多少，采用 截断二进制指数退避算法。

具体算法如下：

还需要注意到，适配器每发送一个新的帧，就执行一次CSMA/CD，适配器对过去发生过的碰撞并无记忆功能。

强化碰撞：发送数据的站一旦发生了碰撞时，除立即停止发送数据外，还要再发送32bit或48bit的认为干扰信号，以便让所有的用户都知道已经发生了碰撞。对于10Mb/s以太网，发送32bit只需要3.2us

以太网帧间最小间隔为9.6us