第4章 数据链路层协议及分析.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,*,第,4,章 数据链路层协议及分析,1,内容提要,数据链路层的功能,数据链路层的流量控制协议,广域网数据链路传输控制规程,局域网的数据链路层协议分析,Internet,数据链路层协议,2,重点和难点,重点,数据链路层的功能,流量控制协议,HDLC,协议,局域网各种媒体访问控制机制,因特网的接入,难点,链路层协议的理解,窗口滑动机制和窗口大小的选择,CSMA/CD,访问机制,PPP,协议,3,概述,基本概念,链路，是指一条,无源的点到点的物理线路段,，且中间没有任何其它的交换结点，如图所示。,数据链路，指的是除了具备一条物理线路外，还必须有一些必要的规程控制这些数据的传输。,A,B,不存在,4,概述（续）,基本概念,把实现相关规程的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路,。数据链路就象一条数字管道，可以在它上面进行数据通信。,数据链路层关注的问题,如何在一条数据链路上实现端到端的可靠的数据传输。,5,4.1,数据链路层的功能,链路管理,主要解决包括数据链路的建立、维持和释放。,信息的传输,主要解决如帧格式、帧大小、帧同步、帧顺序编号以及判断是数据信息还是控制信息等问题。,流量与差错控制,流量控制问题实际上就是收发双方收发速率的同步问题。,差错控制问题就是确保数据准确的递交给目标方高层。,异常情况处理,对在该层中出现的异常情况，要解决如何检测、如何处理等问题。,6,4.2,数据链路层的流量控制协议,概念,是指对在数据链路上传输的帧,进行速度的控制,，保证接收端有足够的缓冲单元存储发端发来的信息以便收端处理。,常用,2,种方法,停,等流量控制,滑动窗口流量控制,7,4.2,数据链路层的流量控制协议,停,等流量控制,基本原理,利用差错控制中的反馈重发方式中的回送校验实现流量控制。,发方每发送一帧后，必须等待对方回送确认应答信息后才能发下一帧。,接收方在收到一帧数据后，先检查帧是否正确。若,无差错,，则将该帧数据向下一节点转发或当该节点为最终目的节点时将信息提交给主机，并向发送节点,回送一确认帧,ACK,；若该,帧有错,，则接收节点,丢弃该帧,，并,发送一否认帧,NAK,给发送端,。,发送节点收到确认帧,ACK,后，再发送下一帧。若发送节点收到否认帧，则重发对应的帧，直到收到确认帧,ACK,为止。,8,4.2,数据链路层的流量控制协议,停,等流量控制,工作流程,9,4.2,数据链路层的流量控制协议,停,等流量控制,特殊情况的处理,超时计时器,防止由于信息丢失导致发送端的无休止等待,给帧编序号,防止重帧现象出现,缺点,信道的利用率低，只适合半双工通信,10,4.2,数据链路层的流量控制协议,滑动窗口流量控制,概念,指对于任何时刻，都允许发送端一次发送多个帧，这些帧的序号个数就称为发送窗口的大小。,发送窗口保存已发送但尚未经确认的数据帧。,接收窗口保存已正确接收但尚未提交给主机的数据帧。,发送端与接收端不必具有相同大小的窗口。,11,滑动窗口流量控制,概念示例,实则是封闭且有序的数字序号队列,滑动窗口目的,严格限制已发送出去而未被确认的数据帧的个数；,在帧编号所用位数恰当的情况下，使每个数据帧都有唯一的编号,且可循环重复使用已收到确认的那些帧的序号。,4.2,数据链路层的流量控制协议,12,滑动窗口流量控制,发送窗口,发送窗口用来对发送端进行流量控制，即通过规定发送窗口的大小,W,T,来代表在没有收到对方确认信息的情况下发送端最多可以发送多少个数据帧。,4.2,数据链路层的流量控制协议,13,滑动窗口流量控制,接收窗口,在接收端只有当收到的数据帧的发送序号落入接收窗口内才允许将该数据帧收下。若接收到的数据帧落在接收窗口之外，则一律将其丢弃。,4.2,数据链路层的流量控制协议,14,滑动窗口流量控制,发送窗口的大小限制,可以证明，当用,n,个比特进行编号时，若接收窗口,W,R,的大小为,1,，则发送窗口,W,T,的大小与编码二进制位数之间有如下关系：,W,T,2,n,-1,（,W,R,=1,）,4.2,数据链路层的流量控制协议,15,4.3,广域网数据链路传输控制规程,概述,数据链路控制规程（,DLCP,）,要解决的主要问题,数据编码格式,传输控制字符,报文格式,呼叫及应答方式,传输步骤,差错控制方式,通信方式,同步方式,信息传输方式,16,4.3,广域网数据链路传输控制规程,概述,广域网数据链路控制规程的分类,面向字符型传输控制规程,以字符作为传输基本单位,典型的有：,BSC,、,DDCMP,等,面向比特型传输控制规程,以比特为基本传输单位,典型的有：,HDLC,、,SDLC,、,ADCCP,等,17,4.3,广域网数据链路传输控制规程,面向字符型传输控制规程分析,规程特性,传输的基本单位为字符,信息编码可采用五单位代码、七单位代码和信息交换汉字代码等,可采用同步或异步传输,传输速率为,200bps4800bps,通信方式可采用半双工或全双工,差错控制采用反馈重发方式，差错编码一般采用方阵码,发送方式为等待发送方式,18,4.3,广域网数据链路传输控制规程,面向字符型传输控制规程分析,使用环境,19,4.3,广域网数据链路传输控制规程,面向字符型传输控制规程分析,传输控制字符,规定了,10,个基本控制字符，这些字符不能在报文的标题及正文中出现，否则会产生错误的判断，因此传输的透明性差。,采用了传输扩展控制字符，由双字符构成,20,4.3,广域网数据链路传输控制规程,面向字符型传输控制规程分析,报文格式,信息报文,完整的信息报文由标题、正文组成，并以信息块校验字符（,BCC,结束）,监控报文,用于在链路上传送命令或响应,21,4.3,广域网数据链路传输控制规程,面向字符型传输控制规程分析,数据链路控制步骤,建立传输线路物理连接,建立数据链路,信息传输阶段,拆除数据链路,切断物理线路,面向字符基本型控制规程的简化流程图,22,23,1974年SNA,面向比特的同步数据链路规程,SDLC,(Synchronous Data Link Control),ANSI,把,SDLC IS0,把,SDLC,修,CCITT,则将,HDLC IEEE,将,SDLC,修改为,ADCCP,改后称为,HDLC,再修改后称为 修改成,LAN,的,(Advanced (High-level,链路访问规程,LAP,LLC,子层标准,Data Data Link (Link Access,称为,IEEE802.2,Communication Procedure)Procedure),Control,作为国际标准 并作为,X.25,建议,Procedure),，,IS0 3309,，,书的一部分，,作为美国国家 我国的国家标 后又把,LAP,修,标准 准是,GB 7496,改为,LAPB,4.3,广域网数据链路传输控制规程,面向比特型传输控制规程分析,HDLC,的产生背景,24,4.3,广域网数据链路传输控制规程,面向比特型传输控制规程分析,规程特性,传输的基本单位是比特，适用于多种字符代码,能用于任何链路结构,采用同步方式传送数据，速率在,2400bps,以上,采用连续发送方式,每帧都带有帧编号和地址，可连续发送几帧后才要求对方予以确认，因而传输有效性较高,可靠性好,传输透明性好,除了帧标志外，无专用的传输控制字符，因此不用对数据信息的组成加任何限制即可透明传输。,数据信息和控制信息均采用统一的“帧”格式，因此格式一致且便于扩充。,25,4.3,广域网数据链路传输控制规程,面向比特型传输控制规程分析,几个概念,站结构,有,3,种类型的通信站：主站、从站和组合站,链路结构,非平衡型：由一个主站和多个从站组成。,分为,2,种：点对点方式和多点式,26,4.3,广域网数据链路传输控制规程,面向比特型传输控制规程分析,几个概念,链路结构,平衡型：通信双方都具有主站和从站功能,，任一方都可以发出命令和响应（数据传送要求）。,27,4.3,广域网数据链路传输控制规程,面向比特型传输控制规程分析,几个概念,操作模式,正常响应模式（,NRM,）,用于点,点或点,多点式的非平衡结构中,异步响应模式（,ARM,）,用于点,点非平衡结构中或对称方式,异步平衡模式（,ABM,）,用于平衡结构中,28,4.3,广域网数据链路传输控制规程,面向比特型传输控制规程分析,帧结构,1 Byte 1 Byte 1 Byte,可变长度,2 Byte 1 Byte,从帧的组成可以看出，数据链路层在信息字段的,头尾各加有,24bit,的控制信息,，这样就构成了一个完整的数据链路层的数据帧。,网络层,PDU,标志字段,F,地址字段,A,控制字段,C,信息字段,INFO,帧校验序列,FCS,标志字段,F,29,4.3,广域网数据链路传输控制规程,面向比特型传输控制规程分析,标志字段,F,作用,：用以实现帧级同步，以表明一帧的开始与结束,位模式,：,01111110,判读,：对于接收方来讲，凡是出现在两个,01111110,之间的比特流一定是一个数据链路层的帧。,网络层,PDU,标志字段,F,地址字段,A,控制字段,C,信息字段,INFO,帧校验序列,FCS,标志字段,F,30,4.3,广域网数据链路传输控制规程,面向比特型传输控制规程分析,问题,：在两个标志字段之间的比特串中，如果碰巧出现了和标志字段,F,一样的比特组合，应如何处理？,解决方法,：,HDLC,采用了所谓的,零比特填充法,来使一帧中两个,F,字段之间不会出现,6,个连续的,1,，从而实现所谓的透明传输。,31,4.3,广域网数据链路传输控制规程,面向比特型传输控制规程分析,零比特填充法的思想,发送,：在发送端，当一串比特流尚未加上标志字段时，先,扫描整个帧,，只要发现有,5,个连续,1,，,则立即填入一个,0,。显然，经过此方法处理后的数据，肯定不会出现,6,个连续,1,。,接收,：在接收一个帧时，先找到,F,字段以确定帧的边界。接着再对其中的比特流进行扫描。每当发现,5,个连续,1,时，就将此后的一个,“,0,”,删除，以还原成原来的比特流。,例：,被发送的原始数据：,0100,111111,0001010,碰巧,被发送端处理后的数据：,0100,11111,0,1,0001010,（插入,0,）,接收端处理后的数据：,0100,11111 1,0001010,将此位置的,“,0,”,删除,32,4.3,广域网数据链路传输控制规程,面向比特型传输控制规程分析,零比特填充法的思想,结论,引入零比特填充法后，保证了数据链路层可以传送任意组合的比特流。或者说，,可实现数据链路层的数据透明传输,。一般就将位于两个,F,字段之间的所有字段称为,“,透明传输区间,”,。,思考,被发送的原始数据：,0101111111111001010,被发送端处理后的数据？,33,4.3,广域网数据链路传输控制规程,面向比特型传输控制规程分析,地址字段,Add,为,8,比特的字段，概念上最大可提供,256,个不同的从站或应答站地址。,对不同的链路配置，地址字段有不同的含义，其中：,非平衡配置,从站的地址。,平衡配置,应答站的地址。,特殊地址,全,“,1,”,地址是广播方式。全,“,0,”,地址是无效地址。,因此，,有效的地址共有,254,个,。,为满足更多站点连接的需要，例如使用分组无线电，用户可能很多，在事先约定的情况下，,HDLC,还支持,扩展地址,的引入。,34,4.3,广域网数据链路传输控制规程,面向比特型传输控制规程分析,控制字段,控制字段共,8bits,，是最复杂的字段，也是,HDLC,的核心，,HDLC,的许多重要功能都要靠控制字段来实现。根据该字段最前面两个比特取值的不同，可将,HDLC,帧分为三类,.,信息帧,I,(Information,),、,监督帧,S,(Supervisory,),、,无编号帧,U,(Unnumbered,),网络层,PDU,标志字段,F,地址字段,A,控制字段,C,信息字段,INFO,帧校验序列,FCS,标志字段,F,35,面向比特型传输控制规程分析,控制字节中相关字段的作用,比特,5,称为,询问,/,终止,(Poll/Final),比特,，简称,P/F,比特。这个比特的功能较多，并且在其他两类帧中都会用到，,其主要作用体现在,支持数据交换双方连接的建立、维持；,在非平衡配置环境下，用于询问从站是否有数据交换请求,;,用于表示数据交换完毕。,比特,2-4,称为,发送序号,N(S),，表示当前所发送的信息帧的序号。,比特,6-8,称为,接收序号,N(R),，表示一个站所期望收到的信息帧的序号，同时含应答（确认以前收到的帧）。,必须指出，在信息帧中设有接收序号,N(R),这一字段，就表示不必专门为收到的信息帧发送确认应答帧。可以在本站有信息帧发送时，将确认信息放在其接收序号,N(R),中让本站发送信息帧时,将确认信息捎带走,。,4.3,广域网数据链路传输控制规程,36,4.3,广域网数据链路传输控制规程,面向比特型传输控制规程分析,帧校验序列,FCS,帧校验序列,FCS(Frame,Check Sequence),字段基于,CRC,校验原理，采用的生成多项式是：,x,16,+x,12,+x,5,+1,（对应二进制比特串为,10001000000100001,）,所校验的范围是,Add,字段,+C,字段,+Info,字段。,网络层,PDU,标志字段,F,地址字段,A,控制字段,C,信息字段,INFO,帧校验序列,FCS,标志字段,F,37,4.3,广域网数据链路传输控制规程,面向比特型传输控制规程分析,信息字段,INFO,作用,用来传送各种数据信息,帧标志,I,帧的特征标志,是控制字段的第,1,个比特为,“,0,”,。,网络层,PDU,标志字段,F,地址字段,A,控制字段,C,信息字段,INFO,帧校验序列,FCS,标志字段,F,38,面向比特型传输控制规程分析,HDLC,的监督帧,监督帧简称为,S,帧，因不含,Info,部分，故为,定长帧,，所有监督帧都为,48bit,长。,作用,用于实现帧同步（流量控制）及信息帧的确认。,帧标志,S,帧的特征标志是控制字段的第,1,个比特为,“,1,”,且第,2,个比特为,“,0,”,。,4.3,广域网数据链路传输控制规程,39,面向比特型传输控制规程分析,HDLC,的无编号帧，无编号帧又称为,U,帧。,作用,用于传输各种起控制作用的命令。,帧标志,U,帧的特征标志,是控制字段的第,1,个比特为,“,1,”,且第,2,个比特也为,“,1,”,。,4.3,广域网数据链路传输控制规程,40,4.3,广域网数据链路传输控制规程,面向比特型传输控制规程分析,控制过程,建立数据链路连接阶段,传送数据阶段,拆除数据链路阶段,41,4.4,局域网的数据链路层协议分析,IEEE802.2,逻辑链路控制子层,分为,2,个子层,MAC,子层：提供为帧传输或者接收而访问网络的功能,LLC,子层：提供满足可靠性和传输效率要求的数据链路层服务,逻辑链路层的功能,端,端差错控制和确认,端,端的流量控制，可采用顺序号提供这些功能,LAN,不需要独立的第三层协议,提供多址发送和广播发送,42,4.4,局域网的数据链路层协议分析,IEEE802.2,逻辑链路控制子层,LLC,服务,无确认无连接服务,不建立连接，源直接将数据发往目的地，接收方不反馈,常用于高层已具有出错处理和按序投递的功能或实际应用不需要将数据包按序投递的场合。,有确认无连接服务,在传送数据前无须建立连接,“可靠的数据报”,面向连接服务,相当于,X.25,中的虚电路,操作复杂、线路开销大，但能保证数据的可靠有序传递，出错后可通过重传纠错。,43,4.4,局域网的数据链路层协议分析,IEEE802.2,逻辑链路控制子层,LLC,协议,利用,MAC,的服务为数据链路层的高层用户提供了,LLC,服务。,帧格式与,HDLC,基本类似，但缺少,HDLC,的,F,和,FCS,字段。,44,4.4,局域网的数据链路层协议分析,IEEE802.2,媒体访问控制子层,MAC,地址,有,2,类：单地址和组地址,允许有,16,位或者,48,位的,MAC,地址,16,位的是局域地址,48,位的可作为局域地址，也可作为全域地址,IEEE,是世界上局域网全局地址的法定管理机构，负责分配地址地址字段的,6,字节中的前,3,个字节,MAC,子层的功能,提供实现不同的介质访问控制方法,45,4.4,局域网的数据链路层协议分析,IEEE802.2,媒体访问控制子层,MAC,子层的协议,局域网存在对信道的争用和争用后如何使用信道的问题，这构成了对媒体的控制方法。,根据媒体的使用控制方式与网络的拓扑结构的结合，常用的,MAC,子层的协议有,CSMA/CD,令牌总线（,TB,）,令牌环（,TR,）,CSMA/CA,46,4.4,局域网的数据链路层协议分析,IEEE802.3,标准及以太局域网,CSMA,方法,基本思想,当一个发送设备要向网络中发送数据时，它总是先侦听网络上是否有数据在发送。,若发现有其他设备正在发送数据，则先停自己的发送动作并等待，等待某一时间间隔后再发送。,这种等待某一时间的做法又叫退避法。,47,4.4,局域网的数据链路层协议分析,IEEE802.3,标准及以太局域网,CSMA,分类,非坚持,(,nonpersistent)CSMA,一旦监听到信道忙（即发现有其他站在发送数据），就不再坚持听下去，而是根据协议的算法延迟一个随机的时间后重新再监听。若进行载波监听时发现信道空闲，则将准备好的帧发送出去。,48,4.4,局域网的数据链路层协议分析,IEEE802.3,标准及以太局域网,CSMA,分类,1-,坚持,CSMA,当一个站点要传送数据时，首先侦听信道，看是否有其他站点正在传送。如果信道正忙，它就,持续等待直到它侦听到信道空闲时，,便将数据送出。若发生冲突，站点就等待一个随机长的时间，然后重新开始。,P-,坚持,CSMA,当一个站点要传送数据时，首先侦听信道，看是否有其他站点正在传送。如果,信道正忙，它就持续等待直到它侦听到信道空闲时，以概率,P,发送数据，,而以概率,（,1,P,）,延迟一段时间,(,网络中最远的端到端的传播时延,),，重新监听信道。若发生冲突，站点就等待一个随机长的时间，然后重新开始。,49,4.4,局域网的数据链路层协议分析,IEEE802.3,标准及以太局域网,CSMA,比较,非坚持,：不能充分利用信道刚刚转入空闲期的这段时间。,1-,坚持,：容易在上述这段时间产生冲突。,P-,坚持,：可以在一定程度上克服这些缺点，但却很难选择一个能用于各种通信量强度的,P,值。所以在实际网络中常选择,1,坚持。,50,4.4,局域网的数据链路层协议分析,IEEE802.3,标准及以太局域网,CSMA/CD,步骤,如果信道空闲，则发送。,如果信道有载波，则继续对其进行侦听，一旦空闲，立即发送。,如果发送中检测到碰撞，则停止自己的正常发送，转而发送一个短的干扰信号以强化碰撞，使,LAN,上所有站都恩那个知道出现了碰撞。,发送干扰信号后，退避一随机时间，再重新尝试发送,既然采用了载波侦听，为什么还会发生碰撞,?,51,碰撞仍然可能发生,:,信道,传播时延,使得两个节点可能没有侦听到对方的传输,碰撞,:,整个帧传输时间被浪费,注意,:,距离和传播时延在检测碰撞时起决定性作用,空间,时间,4.4,局域网的数据链路层协议分析,52,CSMA/CD,碰撞检测,空间,时间,碰撞检测放弃时间,4.4,局域网的数据链路层协议分析,53,CSMA/CD,在短时间内碰撞被检测,在有线,LANs,中比较容易,:,测量信号强度，比较收、发的信号,在无线,LANs,中比较困难,:,传输时接收器是关闭的,碰撞后停止传输，减少信道浪费,4.4,局域网的数据链路层协议分析,54,1 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,55,1 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,56,强化碰撞,当发送数据的站一旦发现发生了碰撞时，除了立即停止发送数据外，还要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。,4.4,局域网的数据链路层协议分析,57,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。这里为了简单起见，只画出,A,发送干扰信号的情况。,58,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,（两倍的端到端时延）,就可知道发送的数据帧是否遭受了碰撞。,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还没有检测到碰撞，才能肯定这次发送不会发生碰撞。,4.4,局域网的数据链路层协议分析,59,4.4,局域网的数据链路层协议分析,IEEE802.3,标准及以太局域网,CSMA/CD,的帧结构,FCS,数 据,控制,SSAP,DSAP,长度,/,类型,源地址,目的地址,字节,6,1,2,6,1,1,431497,4,802.3,MAC,帧,IP,数据报,MAC,帧,8,字节,1010101010101010101010,10101011,7,字节,1,字节,目的地址,源地址,类型,数 据,FCS,前同步码,帧开始,定界符,6,6,2,461500,4,IP,层,MAC,层,插入,物理层,字节,60,4.4,局域网的数据链路层协议分析,IEEE802.3,标准及以太局域网,802.3,关于无效帧的规定,帧的实际长度与,“,数据长度,”,字段不一致；,帧的实际长度不是整数个字节；,FCS,校验发现帧出现了差错；,收到的帧的数据字段的长度不在,46-1500,之间。,61,4.4,局域网的数据链路层协议分析,IEEE802.4,标准,即令牌总线介质访问控制子层协议,特点,由总线或树形网络中的各站结构一个环，并在网络中释放一个令牌（标记），要发送的站的顺序由令牌的顺序来决定。,一个站在传送数据前必须拥有一个令牌。,令牌按数字顺序依次在站间传送，但站在物理上不一定按照这个顺序排列。,62,4.4,局域网的数据链路层协议分析,IEEE802.5,标准,令牌环,基本原理,网络上的各站连成一个物理环，并在网络上释放一个令牌；,有数据要发送的站点等待令牌的到来，将它改为忙标识，并将数据帧发送到环上。,令牌释放前，其他站都不能进行数据传送。,典型应用：,FDDI,特点,优点：重负荷下利用率高、对传输距离不敏感、可对各站实现公平访问呢策略,缺点：结构复杂，在检错和可靠性方面尚存在问题,63,4.4,局域网的数据链路层协议分析,IEEE802.11,标准,概述,传输介质介质使用无线电波（微波）,介质访问控制方法：,CSMA/CA,发送方的工作流程,如果侦听到信道闲置了,一定时间,，则传输整个帧,(,无冲突检测,),如果侦听到信道忙，则,选择一个随机避退值作为定时器的定时时间，并在侦听信道闲置时递减该值。,定时时间一到且信道空闲就发送数据,如果收到确认，且站点要继续发送数据，则执行第,2,步,如果没有收到确认（,ACK,）,则,在更大范围内选取随机值,重复第,2,步,接收方,如果帧收到则,OK,，,等待 一定时间后返回,ACK(ACK,是必须的，因为隐蔽站问题,),64,4.4,局域网的数据链路层协议分析,IEEE802.11,标准,802.11b,第,2,代无线局域网标准，工作在不需要许可证的,2.42.485 GHz,的无线频谱上,;,最高数据速率,11 Mbps,，实际为,5Mbps,左右,802.11a,频率范围,:5.15.8 GHz,最高数据速率,:54 Mbps,不能与,802.11b,兼容,802.11g,2.42.485 GHz,范围,最高数据速率,54 Mbps,完全兼容,802.11b,，但与,802.11a,不兼容,802.11n,最高数据速率,:300 Mbps,室外距离可达,300m,65,4.4,局域网的数据链路层协议分析,典型的局域网介绍,传统局域网,10base5,以太网,粗同轴电缆，可靠性好，抗干扰能力强,收发器,:,发送,/,接收,冲突检测,电气隔离,AUI:,连接件单元接口,总线型拓扑,用于网络骨干连接,最大段长度,500,米,每段最多站点数,100,两站点间最小距离,2.5,米,网络最大跨度,2.8,公里,66,4.4,局域网的数据链路层协议分析,典型的局域网介绍,传统局域网,10base2,以太网,细同轴电缆，可靠性稍差,BNC T,型接头连接,总线型拓扑,用于办公室,LAN,每段最大长度,185m,每段最多站点数,30,两站点间最短距离,0.5 m,网络最大跨度,1225 m,网络最多,5,个段,67,4.4,局域网的数据链路层协议分析,典型的局域网介绍,传统局域网,10base-T,以太网,采用双绞线,通过集线器或交换机连接各个工作站,拓扑结构具有总线型和星型相结合的特点,传输介质价格便宜、维护管理方便、网络稳定性强,68,4.4,局域网的数据链路层协议分析,典型的局域网介绍,传统局域网,10base-T,以太网需要满足的要求,双绞线的最大长度为,100m,每个网段的最大收发器数为,2,个,任何一条线路不能形成环路,69,4.4,局域网的数据链路层协议分析,典型的局域网介绍,传统局域网,10base-T,以太网中的集线器,集线器是物理层的设备,从一个接口收到的比特流会传给其它所有接口,同样速率,没有帧缓存,集线器没有,CSMA/CD:,由适配器检测碰撞,70,10BaseT,集线器,10BaseT,集线器,10BaseT,集线器,主干集线器,4.4,局域网的数据链路层协议分析,典型的局域网介绍,集线器互联,主干集线器将,LAN,网段互联起来,扩展了节点间的最大距离,原先独立的网段碰撞域变成了一个大的碰撞域,不能将,10BaseT,和,100BaseT,以太网互联,71,4.4,局域网的数据链路层协议分析,典型的局域网介绍,传统局域网,10base-T,以太网中的交换机,2,层交换机,工作在数据链路层,基于,MAC,地址信息的交换,交换机内部建立和维护交换表，交换表记录了目的,MAC,地址与交换机端口的对应关系,3,层交换机,工作在网络层，使用数据报中的网络层地址进行数据转发，并支持路由功能。,72,4.4,局域网的数据链路层协议分析,典型的局域网介绍,传统局域网,10base-F,以太网,使用光纤作为传输介质,10Base-FP,、,10Base-FB,、,10Base-FL,和,FOIRL,10Base-FL,的要求,光纤网段最大长度为,2000m,每个光纤段最大收发器个数为,2,个,全双工模式下，多模光纤可达,5000m,，单模光纤可达,40 000m,73,4.4,局域网的数据链路层协议分析,典型的局域网介绍,快速局域网,100base-T,以太网,在双绞线上传输,100Mb/s,基带信号的星型拓扑以太网。,1995,年定为国际标准,IEEE802.3u,。,使用交换机可提供很好的服务质量，可在全双工方式下工作而无冲突发生，这时,CSMA/CD,协议不起作用。,半全双工方式时，一定要使用,CSMA/CD,协议。,MAC,帧格式仍然是,802.3,标准规定的帧格式。,IEEE802.3u,未包含对同轴电缆的支持。,为保证信道利用率，修改了,10Mb/s,以太网的某些规定。,74,4.4,局域网的数据链路层协议分析,典型的局域网介绍,快速局域网,三种不同物理层标准的,100base-T,以太网,100BASE-TX,使用,2,对,UTP5,类线或,STP,，一对用于发送，一对用于接收；,速率：,125Mbps,75,4.4,局域网的数据链路层协议分析,典型的局域网介绍,快速局域网,三种不同物理层标准的,100base-T,以太网,100Base-FX,使用,2,根光纤，一根用于发送，一根用于接收,100Base-T4,使用,4,对,UTP3,类线或者,5,类线，它同时使用,3,对线传送数据（每对线,33.33Mb/s,），,1,对线作为碰撞检测的接收信道,76,4.4,局域网的数据链路层协议分析,典型的局域网介绍,快速局域网,FDDI,使用光纤作为传输介质。,遵循,IEEE802.2,的,LLC,规范和,802.5,的令牌环,MAC,规范以及物理层规范。,使用多模光纤，且构成双环型的网络拓扑结构。,最多支持,1000,个物理连接。,具有动态带宽分配能力。,在使用多模光纤时，最大站间举例为,2000m,，环形网络总的环路长度可达,100 000m,。,77,4.4,局域网的数据链路层协议分析,典型的局域网介绍,快速局域网,千兆以太网,标准是,IEEE802.3z,仍然,使用,802.3,协议规定的帧格式,既支持无冲突的全双工工作方式（此时不需要使用,CSMA/CD,协议），也支持半双工工作方式（此时仍然使用,CSMA/CD,协议）,与,10M,和,100M,技术向后兼容,物理层使用两种成熟技术，一种来自现有的以太网，另一种是,ANSI,制定的光纤通道，因此，物理层有两个标准：,78,4.4,局域网的数据链路层协议分析,典型的局域网介绍,无线局域网,概述,硬件组成：无线网卡、接入点（,AP,）、远程无线网桥,无线网卡的作用同有线网卡基本一致,接入点的功能主要是：接收无线设备的数据，并向无线设备转发数据；作为有线网络和无线网络的桥梁。,远程无线网桥的作用：通过无线的途径连接多个网络,79,4.4,局域网的数据链路层协议分析,典型的局域网介绍,无线局域网,基本服务集,BSS,扩展的服务集,ESS,基本服务集,BSS,A,B,漫游,接入点,AP,接入点,AP,分配系统,DS,门桥,门桥,802.x,局域网,因特网,80,4.4,局域网的数据链路层协议分析,典型的局域网介绍,无线局域网,IEEE802.11,与无线局域网的模型,IEEE802.11,协议族,无线局域网的物理层,定义了三个物理层，包括两个扩散频谱技术和一个红外传播技术,无线局域网的数据链路层,采用,CSMA/CA,81,4.4,局域网的数据链路层协议分析,典型的局域网介绍,无线局域网,无线局域网的安全性,WEP,采用,RC4,加密算法,无线局域网的组建,点对点模式和基础结构模式,无线局域网的应用前景,前景广阔,82,4.5 Internet,数据链路层协议,概述,未定义数据链路层和物理层的协议，只是将它们集成到物理网卡上。,Internet,的网络接口有两类,设备驱动程序,包括了自身数据链路层协议的复杂的子系统,83,4.5 Internet,数据链路层协议,用户的接入方式,专线接入,使用调制解调器和专用电话线路,或使用路由器,84,4.5 Internet,数据链路层协议,用户的接入方式,拨号方式接入,仿真终端法,IP,拨号法,85,4.5 Internet,数据链路层协议,路由器,因特网服务提供者,ISP,（拥有批量的,IP,地址）,用户线,调制,解调器,用户,PC,机,调制,解调器,市,话,交,换,机,ISP,把,IP,地址,临时租给用户使用,IP,地址,1,IP,地址,2,IP,地址,n,若同一时间拨号上网用户数,超过,ISP,所能提供的,IP,地址数，,则有部分用户将得不到,IP,地址。,86,4.5 Internet,数据链路层协议,用户的接入方式,接入协议,串行线路网际协议（,SLIP,）,面向字符的协议,能在支持速率达,19.2kbps,的通信线路上提供主机、路由器和工作站之间的连接,87,4.5 Internet,数据链路层协议,用户的接入方式,接入协议,点对点协议（,PPP,）,可封装不同的网络层协议,可以用与网络适配器相同的方式发送数据报,既支持异步链路也支持面向比特的同步链路,88,4.5 Internet,数据链路层协议,用户的接入方式,接入协议,PPP,数据帧格式,标志,:,分隔符,(,标志帧的开始和结束,),地址,:,没有用,(,只是一个选项,),控制,:,没有用,;,今后可能使用控制域,协议,:,帧中封装的数据所属的上层协议,(,如,PPP-LCP,IP,IPCP,等,),信息,:,携带的上层数据,校验和,:,用于差错检测的循环冗余校验和,标志,地址,控制,协议,信息,校验和,标志,长度可变,89,