使用广播信道的数据链路层

使用广播信道的数据链路层

1. 局域网的数据链路层

1.1 局域网最主要的特点

• 局域网最主要的特点：就是网络为一个单位所拥有，且地理范围和站点数目均有限。
• 注：在局域网刚刚出现时，局域网比广域网具有较高的数据率、较低的时延和较小的误码率。但随着光纤技术在广域网中普遍使用，现在的广域网也具有很高的数据率和很低的误码率。

1.2 局域网的主要优点

(1)具有广播功能，从一个站点可方便地访问全网。局域网上的主机可共享连接在局域网上的各种硬件和软件资源。
(2)便于系统的扩展和逐渐地演变，各设备的位置可灵活地调整和改变。
(3)提高系统的可靠性(reliability)、可用性(availibility)、生存性(survivability)。

1.3 局域网可按网络拓扑进行分类

• 星形网：由于集线器(hub)的出现和双绞线大量用于局域网中，星形以太网和多级星形结构的以太网获得了非常广泛的应用。
• 环形网： 最典型的就是令牌环形网(token ring)，简称为令牌环。
• 总线网：各站直接连在总线上。总线两端的匹配电阻吸收在总线上传播的电磁波信号的能量，避免在总线上产生有害的电磁波反射。总线网可使用两种协议：(1)传统以太网使用的CSMA/CD。(2)令牌传递总线网，即物理上是总线网而逻辑上是令牌环形网。前一种总线网现在已演变为星形网，而后一种令牌传递总线网早已退出了市场。
• 树形网： 树形网是总线网的变形，都属于使用广播信道的网络，但这主要用于频分复用的宽带局域网。
  

1.4 共享信道的方法

• 静态划分信道
  (1)如利用频分复用、时分复用、波分复用和码分复用等。用户只要分配到了信道就不会和其他用户发送冲突。
  (2)这种划分信道的方法代价比较高，不适合于局域网使用。
• 动态媒体接入控制
  (1)随机接入：随机接入的特点是所有用户可随机地发送信息。但如果恰巧有两个或更多的用户在同一时刻发送信息，那么在共享媒体上就要发生碰撞(即发生了冲突)，使得这些用户的发送都失败。因此，必须有解决碰撞的网络协议。
  (2)受控接入：受控接入的特点是用户不能随机地发送信息而必须服从一定的控制。这类的典型代表有分散控制的令牌环局域网和集中控制的多点线路探询(polling)或称为轮询。

注：广播信道可以进行一对多的通信。局域网使用的就是广播信道。局域网工作的层次已跨越了数据链路层和物理层。局域网不仅仅和数据链路层有关。

2. 以太网

2.1 以太网的两个标准

2.1.1 DIX Ethernet V2

• DIX Ethernet V2，是世界上第一个局域网产品的规约。

2.1.2 IEEE 802.3[W-IEEE802.3]

• 1983年制定了第一个IEEE的以太网标准IEEE 802.3，数据率为10Mb/s。
• 802.3局域网对以太网标准中的帧格式作了很小的一点更动，但允许基于这两种标准的硬件实现可以在同一局域网上互操作。
• 注：出于有关厂商在商业上的激烈竞争，IEEE 802委员会未能形成一个统一的、最佳的局域网标准，而是被迫制定了几个不同的局域网标准，如802.4令牌总线网、802.5令牌环网等。
  (1)为了使数据链路层更好地适应不同的局域网标准，IEEE802委员会就把局域网的数据链路层拆成两个子层，即逻辑链路控制子层LLC(Logical Link Control)和媒体接入控制子层MAC(Medium Access Control)。
  (2)与接入到传输媒体有关的内容都放到MAC子层，而LLC子层则与传输媒体无关，不管采用何种传输媒体和MAC子层的局域网对LLC子层来来说都是透明的。
  

2.2 适配器的作用

• 计算机与外界局域网的连接是通过通信适配器(adapter)。
• 适配器本来是在电脑主机箱内插入的一块网络接口板(或者是在笔记本电脑中插入一块PCMCIA卡)。这种接口板又称为网络接口卡NIC(Network Interface Card)或简称为网卡。
• 适配器和局域网之间的通信是通过电缆或双绞线以串行传输方式进行的，而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总线以并行传输方式进行的。
• 适配器的一个重要功能就是要进行数据串行传输和并行传输的转换。
• 由于网络上的数据率和计算机总线上的数据率并不相同，所以在适配器中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时，还必须把管理该适配器的设备驱动程序安装在计算机的操作系统中。这个驱动程序以后就会告诉适配器，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，或应当在存储器的什么位置上把局域网传送过来的数据块存储下来。
• 适配器还要能够实现以太网协议。
• 适配器接收和发送各种帧时不使用计算机的CPU。这时CPU可以处理其他任务。
• 当适配器收到有差错的帧时，就把这个帧丢弃而不必通知计算机。
• 当适配器收到正确的帧时，它就使用中断来通知该计算机并交付给协议栈中的网络层。
• 当计算机要发送IP数据报时，就由协议栈把IP数据报向下交给适配器，组装成帧后发送到局域网。
• 计算机的硬件地址——MAC地址，就在适配器的ROM中。
• 计算机的软件地址——IP地址，就在计算机的存储器中。
  

参考文献：
[1]《计算机网络(第5版)》谢希仁——第三章 3.3