第3章数据链路层1516.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,南理工泰州科技学院计算机科学与技术系计算机网络,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,南理工泰州科技学院计算机科学与技术系计算机网络,*,南理工泰州科技学院计算机科学与技术系计算机网络,1,第,3,章 数据链路层,3.3,使用广播信道的数据链路层,南理工泰州科技学院计算机科学与技术系计算机网络,2,学习目标,了解局域网的概念、基本拓扑结构,了解以太网的概念、适配器的作用,理解,CSMA/CD,协议,南理工泰州科技学院计算机科学与技术系计算机网络,3,局域网的概念,特点：,一个单位的网络，,地理范围和站点数目,均有限。,主要优点：,能方便地共享昂贵的外部设备、主机以及软件、数据。从一个站点可访问全网。,系统的扩展好，各设备可灵活部署。,提高了系统的可靠性、可用性和生存性,集线器,星形网,匹配电阻,总线网,树形网,干线耦合器,环形网,局域网的,拓扑结构,南理工泰州科技学院计算机科学与技术系计算机网络,5,通信媒体共享技术,静态划分信道,多路复用技术，,FDM,、,TDM,、,STDM,、,WDM,特点：用户独占子信道，与其他用户不冲突。,动态,媒体接入控制（多点接入）,随机接入，,以太网,-,多用户会产生碰撞（冲突）。,受控接入，,令牌网或受控多点线路,轮询,(polling),。,南理工泰州科技学院计算机科学与技术系计算机网络,8,数据链路层的两个子层,为了使数据链路层能更好地适应多种局域网标准，,IEEE 802,委员会将局域网的数据链路层拆成两个子层：,逻辑链路控制,LLC(Logical Link Control),子层,媒体接入控制,MAC(Medium Access Control),子层。,MAC,子层与传输媒体有关，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,子层来说都是透明的,南理工泰州科技学院计算机科学与技术系计算机网络,9,局域网对,LLC,子层是透明的,局 域 网,网络层,物理层,站点,1,网络层,物理层,逻辑链路控制,LLC,LLC,媒体接入控制,MAC,MAC,数据,链路层,站点,2,LLC,子层看不见,下面的局域网,南理工泰州科技学院计算机科学与技术系计算机网络,10,一般不考虑,LLC,子层,由于,TCP/IP,体系实际使用的局域网是,DIX Ethernet V2,而不是,802,标准中其他的几种局域网，因此，现在,802,委员会制定的逻辑链路控制子层,LLC,（即,802.2,标准）的作用已经不大了。,很多厂商生产的适配器上就,仅装有,MAC,协议,而,没有,LLC,协议,。,南理工泰州科技学院计算机科学与技术系计算机网络,11,适配器的作用,网络接口板又称为,通信适配器,(adapter),或,网络接口卡,NIC(Network Interface Card),，或,“,网卡,”,。,适配器的重要功能：,进行串行,/,并行转换。,对数据进行缓存。,在计算机的操作系统中安装设备驱动程序。,实现以太网协议功能。,南理工泰州科技学院计算机科学与技术系计算机网络,12,计算机通过适配器和局域网进行通信,硬件地址,至局域网,适配器,（网卡）,串行通信,CPU,和,存储器,生成发送的数据,处理收到的数据,把帧发送到局域网,从局域网接收帧,计算机,IP,地址,并行,通信,南理工泰州科技学院计算机科学与技术系计算机网络,13,最初的以太网是将许多计算机都连接到一根总线上。简单、可靠。,CSMA/CD,协议,B,向,D,发送数据,C,D,A,E,匹配电阻（用来吸收总线上传播的信号）,匹配电阻,不接受,不接受,不接受,接受,B,只有,D,接受,B,发送的数据,南理工泰州科技学院计算机科学与技术系计算机网络,14,以太网的广播方式发送,总线上的每一个工作的计算机都能检测到,B,发送的数据信号。,由于只有计算机,D,的地址与数据帧首部写入的地址,一致，因此只有,D,才接收这个数据帧。,其他所有的计算机（,A,C,和,E,）都检测到不是发送给它们的数据帧，因此就丢弃这个数据帧而不能够收下来。,具有,广播特性,的总线上实现了,一对一,的通信。,南理工泰州科技学院计算机科学与技术系计算机网络,15,以太网采取两种重要的措施,采用无连接的工作方式,，即不必先建立连接就可以直接发送数据。,发送的数据帧不进行编号,，,也不要求对方发回确认,。,这样做的理由是局域网信道的质量很好，因信道质量产生差错的概率是很小的。,南理工泰州科技学院计算机科学与技术系计算机网络,16,以太网提供的服务,以太网提供的服务是,不可靠的交付,，即,尽最大努力的交付,。,当目的站收到有差错的数据帧时就丢弃此帧，其他什么也不做。差错的纠正由高层来决定。,如果高层发现丢失了一些数据而进行重传，但以太网并不知道这是一个重传的帧，而是当作一个新的数据帧来发送。,南理工泰州科技学院计算机科学与技术系计算机网络,17,以太网发送的数据都使用曼彻斯特,(Manchester),编码,若网络速率是,10Mb/s,，则码元速率是多少？,20Mb/s,NRZ,相位编码,(PE),条件双相码（,CDP,码）,南理工泰州科技学院计算机科学与技术系计算机网络,18,每个比特位在时钟周期内只占一半,每个时钟位的中间都有一次跳变,变化少,高速,两种编码的效率仅可达到,50%,左右,南理工泰州科技学院计算机科学与技术系计算机网络,19,差分曼彻斯特,(Manchester),编码,南理工泰州科技学院计算机科学与技术系计算机网络,20,码元速率与数据速率关系,码元速率,：每秒钟传送码元的数目，单位为,“,波特,”,，常用符号,Baud,表示，简写为,B,。,数据速率,：每秒钟传送比特的数目，单位为比特流，常用符号,”bit/s“,表示。,在数字通信中，常用时间间隔相同的符号来表示,1,位二进制数字，这样的时间间隔内的信号称为二进制码元，,故,1,码元可以携带,nbit,的信息量。,南理工泰州科技学院计算机科学与技术系计算机网络,21,码元速率与数据速率关系,一个码元若使用,8,进制，则一个码元就可以表示三个,bit,信息。如果,1,秒钟传输,2400bit,的信息，则码元速率为（），而数据速率为（）。,Ri=Rc*log,2,(M),（,Ri,数据速率；,Rc,码元速率；,M,进制数）,800B,2400bit/s,南理工泰州科技学院计算机科学与技术系计算机网络,22,载波监听多点接入,/,碰撞检测,CSMA/CD,CSMA/CD,表示,Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection,。,“,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。,“,载波监听,”,是指每一个站在发送数据之前先要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据，如果有，则暂时不要发送数据，以免发生碰撞。,南理工泰州科技学院计算机科学与技术系计算机网络,23,碰撞检测,“,碰撞检测,”,就是计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小。,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,“,碰撞,”,就是发生了冲突。因此,“,碰撞检测,”,也称为,“,冲突检测,”,。,南理工泰州科技学院计算机科学与技术系计算机网络,24,检测到碰撞后,在发生碰撞时，总线上传输的信号产生了严重的失真，无法从中恢复出有用的信息来。,每一个正在发送数据的站，,一旦发现总线上出现了碰撞，就要立即停止发送,，免得继续浪费网络资源，然后,等待一段随机时间后再次发送,。,南理工泰州科技学院计算机科学与技术系计算机网络,25,电磁波在总线上的有限传播速率的影响,当某个站监听到总线是,空闲,时，也可能总线并非真正是空闲的。,A,向,B,发出的信息，要经过一定的时间后才能传送到,B,。,B,若在,A,发送的信息到达,B,之前发送自己的帧，则必然要在某个时间和,A,发送的帧发生碰撞。,碰撞的结果是两个帧都变得无用。,南理工泰州科技学院计算机科学与技术系计算机网络,26,1 km,A,B,t,碰撞,t,=2,A,检测到发生碰撞,t,=,B,发送数据,B,检测到发生碰撞,t,=,t,=0,单程端到端,传播时延记为,传播时延对载波监听的影响,1 km,A,B,t,碰撞,t,=,B,检测到,信道空闲,发送数据,t,=,/2,发生碰撞,t,=2,A,检测到发生碰撞,t,=,B,发送数据,B,检测到发生碰撞,t,=,A,B,A,B,A,B,t,=0,A,检测到,信道空闲,发送数据,A,B,t,=0,t,=,B,检测到发生碰撞,停止发送,STOP,t,=2,A,检测到,发生碰撞,STOP,A,B,单程端到端,传播时延记为,南理工泰州科技学院计算机科学与技术系计算机网络,28,重要特性,使用,CSMA/CD,协议的以太网,不能进行全双工通信,而只能进行双向交替通信（,半双工通信,）。,每个站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。,这种,发送的不确定性,使整个以太网的平均通信量远小于以太网的最高数据率。,南理工泰州科技学院计算机科学与技术系计算机网络,29,争用期,最先发送数据帧的站，在发送数据帧后至多经过时间,2,（两倍的端到端往返时延）,就可知道发送的数据帧是否发生了碰撞。,以太网的端到端往返时延,2,称为争用期,，或,碰撞窗口,。,经过争用期这段时间没有检测到碰撞，才能肯定这次发送不会发生碰撞。,南理工泰州科技学院计算机科学与技术系计算机网络,30,二进制指数类型退避算法,(truncated binary exponential type),推迟（退避）一个随机时间,基本退避时间,，一般取为,争用期,2,。,定义重传次数,k,，,k,10,，即,k=Min,重传次数,10,从整数集合,0,1,(2,k,1),中随机地取出一个数，记为,r,；,重传等待的时延就是,r,倍的基本退避时间,。,当,重传达,16,次,仍不能成功时即丢弃该帧，,并向高层报告。,南理工泰州科技学院计算机科学与技术系计算机网络,31,争用期的长度,以太网取,51.2,s,为争用期的长度,。,对于,10 Mb/s,以太网，在争用期内可发送,512 bit,，即,64,字节,。,也可说,争用期是,512,比特时间,。,以太网在发送数据时，若前,64,字节没有发生冲突，则后续的数据就不会发生冲突。,南理工泰州科技学院计算机科学与技术系计算机网络,32,最短有效帧长,如果发生冲突，就一定是在发送的前,64,字节之内。,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。,以太网规定了最短有效帧长为,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,。,南理工泰州科技学院计算机科学与技术系计算机网络,33,强化碰撞,当发送数据的站一旦发现发生了碰撞时：,立即停止发送数据；,再继续发送若干比特的,人为干扰信号,(jamming signal),，以便让所有用户都知道现在已经发生了碰撞。,人为干扰信号,数据帧,干扰信号,T,J,A,B,T,B,t,B,发送数据,A,检测,到冲突,开始冲突,信,道,占,用,时,间,A,发送数据,B,也能够检测到冲突，并立即停止发送数据帧，接着就发送干扰信号。,南理工泰州科技学院计算机科学与技术系计算机网络,35,作业,习题三,3-20,3-22,