第3章-数据链路层.ppt

第三章 数据链路层 点对点信道点对点信道点对点信道点对点信道 广播信道广播信道广播信道广播信道2024/5/12 2024/5/12 周日周日周日周日.数据链路层的简单模型局域网局域网广域网广域网主机主机 H H1 1主机主机 H H2 2路由器路由器 R R1 1路由器路由器 R R2 2路由器路由器 R R3 3电话网电话网局域网局域网主机主机主机主机 H H1 1 向向向向 H H2 2 发送数据发送数据发送数据发送数据链路层链路层应用层应用层运输层运输层网络层网络层物理层物理层链路层链路层应用层应用层运输层运输层网络层网络层物理层物理层链路层链路层网络层网络层物理层物理层链路层链路层网络层网络层物理层物理层链路层链路层网络层网络层物理层物理层R R1 1R R2 2R R3 3H H1 1H H2 2从层次上来看数据的流动从层次上来看数据的流动2024/5/12 2024/5/12 周日周日周日周日.数据链路层的简单模型局域网局域网广域网广域网主机主机 H H1 1主机主机 H H2 2路由器路由器 R R1 1路由器路由器 R R2 2路由器路由器 R R3 3电话网电话网局域网局域网主机主机主机主机 H H1 1 向向向向 H H2 2 发送数据发送数据发送数据发送数据链路层链路层应用层应用层运输层运输层网络层网络层物理层物理层链路层链路层应用层应用层运输层运输层网络层网络层物理层物理层链路层链路层网络层网络层物理层物理层链路层链路层网络层网络层物理层物理层链路层链路层网络层网络层物理层物理层R R1 1R R2 2R R3 3H H1 1H H2 2仅从数据链路层观察帧的流动仅从数据链路层观察帧的流动2024/5/12 2024/5/12 周日周日周日周日.基本概念链路链路 Link Link Link Link 一条无源的点到点的物理线路段，一条无源的点到点的物理线路段，一条无源的点到点的物理线路段，一条无源的点到点的物理线路段，中间无交换结点中间无交换结点中间无交换结点中间无交换结点数据链路数据链路 Data Link Data Link Data Link Data Link 链路链路链路链路 +实现控制数据传输规程的实现控制数据传输规程的实现控制数据传输规程的实现控制数据传输规程的硬件及软件硬件及软件硬件及软件硬件及软件2024/5/12 2024/5/12 周日周日周日周日.三层简化模型三层简化模型只考虑数据链路层只考虑数据链路层数据数据链路层链路层结点结点 A A结点结点 B B帧帧发送发送帧帧接收接收链链链链 路路路路1010 01101010 0110帧帧取出取出数据数据链路层链路层网络层网络层传传传传 媒媒媒媒结点结点 A A结点结点 B B物理层物理层IP IP 数据报数据报1010 01101010 0110帧帧装入装入数据链路层基本数据单位帧(Frame)IP IP 数据报数据报2024/5/12 2024/5/12 周日周日周日周日.数据链路层=数字管道 结点结点结点结点帧帧帧帧2024/5/12 2024/5/12 周日周日周日周日.三个基本问题 封装成帧封装成帧 透明传输透明传输 差错控制差错控制 2024/5/12 2024/5/12 周日周日周日周日.封装成帧封装成帧(framing)在一段数据的前后分别添加首部和尾部，确定帧的界限在一段数据的前后分别添加首部和尾部，确定帧的界限在一段数据的前后分别添加首部和尾部，确定帧的界限在一段数据的前后分别添加首部和尾部，确定帧的界限帧结束帧结束帧首部帧首部IP IP 数据报数据报帧的数据部分帧的数据部分帧尾部帧尾部开始开始发送发送帧开始帧开始 MTUMTU数据链路层的帧长数据链路层的帧长2024/5/12 2024/5/12 周日周日周日周日.用控制字符进行帧定界SOHSOH装在帧中的数据部分装在帧中的数据部分帧帧帧开始符帧开始符帧结束符帧结束符发送在前发送在前EOTEOT2024/5/12 2024/5/12 周日周日周日周日.透明传输SOHSOHEOTEOT出现了出现了“EOT”EOT”被接收端当作无效帧而丢弃被接收端当作无效帧而丢弃被接收端被接收端误认为是一个帧误认为是一个帧数据部分数据部分EOTEOT完整的帧完整的帧发送发送在前在前2024/5/12 2024/5/12 周日周日周日周日.发送发送在前在前解决透明传输问题 SOHSOHSOHSOH原始数据原始数据原始数据原始数据EOTEOT经过字节填充后发送的数据经过字节填充后发送的数据经过字节填充后发送的数据经过字节填充后发送的数据字节填充字节填充字节填充字节填充字节填充字节填充字节填充字节填充帧开始符帧开始符帧结束符帧结束符SOHSOHESCESCESCESCESCESC SOHSOHESCESCESCESC SOHSOHEOTEOTSOHSOHEOTEOTEOTEOTECSECS2024/5/12 2024/5/12 周日周日周日周日.差错检测在传输过程中可能会产生比特差错在传输过程中可能会产生比特差错在传输过程中可能会产生比特差错在传输过程中可能会产生比特差错误码率误码率误码率误码率 BER BER(Bit Error Rate)(Bit Error Rate)一段时间内错误比特占传输比特总数的比率一段时间内错误比特占传输比特总数的比率一段时间内错误比特占传输比特总数的比率一段时间内错误比特占传输比特总数的比率误码率与信噪比有很大的关系误码率与信噪比有很大的关系误码率与信噪比有很大的关系误码率与信噪比有很大的关系必须采用各种差错检测措施必须采用各种差错检测措施必须采用各种差错检测措施必须采用各种差错检测措施2024/5/12 2024/5/12 周日周日周日周日.循环冗余检验 在发送端，先把数据划分为组，每组在发送端，先把数据划分为组，每组在发送端，先把数据划分为组，每组在发送端，先把数据划分为组，每组 k k 个比特个比特个比特个比特 假设待传送的一组数据假设待传送的一组数据假设待传送的一组数据假设待传送的一组数据 MM=101001=101001（现在（现在（现在（现在 k k=6=6）在在在在 M M 后面再添加供差错检测用的后面再添加供差错检测用的后面再添加供差错检测用的后面再添加供差错检测用的 n n 位位位位冗余码冗余码冗余码冗余码一起发送一起发送一起发送一起发送 用模用模用模用模 2 2 运算进行运算进行运算进行运算进行 2 2n n 乘乘乘乘 M M 运算（在运算（在运算（在运算（在 M M 后面添加后面添加后面添加后面添加 n n 个个个个 0 0）得到的得到的得到的得到的 (k k+n n)位的数除以事先选定好的长度为位的数除以事先选定好的长度为位的数除以事先选定好的长度为位的数除以事先选定好的长度为 (n n+1)+1)位位位位的的的的除数除数除数除数P P，得出，得出，得出，得出商商商商是是是是 Q Q 而而而而余数余数余数余数是是是是 R R，余数，余数，余数，余数 R R 比除数比除数比除数比除数 P P 少少少少1 1 位，即位，即位，即位，即 R R 是是是是 n n 位位位位2024/5/12 2024/5/12 周日周日周日周日.冗余码计算举例 现在现在现在现在 k k=6,=6,MM=101001=101001 设设设设 n n=3,=3,除数除数除数除数 P P=1101=1101 被除数是被除数是被除数是被除数是 2 2n nMM=101001000=101001000 模模模模 2 2 运算的结果是：运算的结果是：运算的结果是：运算的结果是：商商商商QQ=110101=110101，余数余数余数余数R R=001=001 把余数把余数把余数把余数 R R 作为作为作为作为冗余码冗余码冗余码冗余码添加在数据添加在数据添加在数据添加在数据 M M 的后面发送出去的后面发送出去的后面发送出去的后面发送出去发送的数据是：发送的数据是：发送的数据是：发送的数据是：2 2n nMM+R R=101001001=101001001，共，共，共，共 (k k+n n)位位位位2024/5/12 2024/5/12 周日周日周日周日.冗余码计算举例 110101110101 QQ （商）（商）（商）（商）P P(除数除数除数除数)1101 1010010001101 101001000 2 2n nM M（被除数）（被除数）（被除数）（被除数）1101 1101 1110 1110 1101 1101 0111 0111 0000 0000 1110 1110 1101 1101 0110 0110 0000 0000 1100 1100 1101 1101 001 001 R R(余数余数余数余数)，作为，作为，作为，作为 FCSFCS 2024/5/12 2024/5/12 周日周日周日周日.接收端的 CRC 检验 若得出的余数若得出的余数 R R=0=0，判定帧没有差错，判定帧没有差错，接受接受接受接受(accept)(accept)若余数若余数 R R 0 0，判定帧有差错，判定帧有差错，丢弃丢弃丢弃丢弃 不能确定究竟是哪些比特出现了差错不能确定究竟是哪些比特出现了差错 除数除数 P P 必须经过严格挑选，且位数足够多必须经过严格挑选，且位数足够多2024/5/12 2024/5/12 周日周日周日周日.敬请注意 仅使用差错检测技术只能做到无差错接受仅使用差错检测技术只能做到无差错接受(accept)(accept)“凡是接收端数据链路层接受的帧都没有传输差错凡是接收端数据链路层接受的帧都没有传输差错”（有差错的帧就丢弃而不接受）（有差错的帧就丢弃而不接受）要做到要做到“可靠传输可靠传输”，必须再加上确认和重传机制，必须再加上确认和重传机制2024/5/12 2024/5/12 周日周日周日周日.点对点协议 PPP Point-to-Point ProtocolPoint-to-Point Protocol用用户户至因特网至因特网已向因特网管理机构已向因特网管理机构申请到一批申请到一批 IP IP 地址地址ISPISPPPPPPP 协议协议接接入入网网动态分配给各个用户动态分配给各个用户2024/5/12 2024/5/12 周日周日周日周日.PPP 协议应满足的需求 简单（这是首要的要求）简单（这是首要的要求）封装成帧封装成帧 透明性透明性 多种网络层协议多种网络层协议 多种类型链路多种类型链路 差错检测差错检测 检测连接状态检测连接状态 最大传送单元最大传送单元 网络层地址协商网络层地址协商 数据压缩协商数据压缩协商 2024/5/12 2024/5/12 周日周日周日周日.PPP 协议不需要的功能 纠错纠错 流量控制流量控制 序号序号 多点线路多点线路 半双工或单工链路半双工或单工链路 2024/5/12 2024/5/12 周日周日周日周日.面向比特的链路控制规程HDLC 面向字符面向字符面向字符面向字符传送的数据只能由传送的数据只能由传送的数据只能由传送的数据只能由规定字符集（如规定字符集（如规定字符集（如规定字符集（如ASCIIASCII码）码）码）码）中的字符所组成中的字符所组成中的字符所组成中的字符所组成传送的控制信息也是传送的控制信息也是传送的控制信息也是传送的控制信息也是同一个字符集同一个字符集同一个字符集同一个字符集中的若干控制字符构成中的若干控制字符构成中的若干控制字符构成中的若干控制字符构成 从面向字符到面向比特从面向字符到面向比特从面向字符到面向比特从面向字符到面向比特High Level Data Link ControlHigh Level Data Link Control 2024/5/12 2024/5/12 周日周日周日周日.HDLC协议帧结构标标标标 志志志志F F地地地地 址址址址A A控控控控 制制制制C C信信信信 息息息息InfoInfo帧检验序列帧检验序列帧检验序列帧检验序列FCSFCS标标标标 志志志志F F8 88 88 88 8可变可变可变可变1616比特比特比特比特检验区间检验区间检验区间检验区间透明传输区间透明传输区间透明传输区间透明传输区间0 0N(S)N(S)P/FP/FN(R)N(R)1 1 2 2 3 3 4 45 5 6 6 7 7 8 81 1SSSSP/FP/FN(R)N(R)0 01 1MMP/FP/FMM1 1监督帧监督帧监督帧监督帧 S S信息帧信息帧信息帧信息帧 I I无编号帧无编号帧无编号帧无编号帧 U U2024/5/12 2024/5/12 周日周日周日周日.PPP 协议组成 PPP RFC 1661 since 1992 三个组成部分 一个将一个将 IP IP 数据报封装到串行链路的方法数据报封装到串行链路的方法链路控制协议链路控制协议 LCPLCP (Link Control Protocol)(Link Control Protocol)网络控制协议网络控制协议 NCP(Network Control Protocol NCP(Network Control Protocol)2024/5/12 2024/5/12 周日周日周日周日.PPP 协议帧格式F F7E7EA AFFFFC C0303协协协协 议议议议信信信信 息息息息 部部部部 分分分分FCSFCSF F7E7EIP IP 数数数数 据据据据 报报报报 首部首部首部首部 尾部尾部尾部尾部先发送先发送先发送先发送 1 1 1 1 1 1 2 2不超过不超过不超过不超过15001500字节字节字节字节 2 2 1 1PPPPPP帧帧帧帧字节字节字节字节2024/5/12 2024/5/12 周日周日周日周日.PPP 协议帧格式 标志字段标志字段标志字段标志字段 F=0 x7E F=0 x7E 地址字段地址字段地址字段地址字段 A A 只置为只置为只置为只置为 0 xFF0 xFF，实际上并不起作用，实际上并不起作用，实际上并不起作用，实际上并不起作用 控制字段控制字段控制字段控制字段 C C 通常置为通常置为通常置为通常置为 0 x030 x03 PPP PPP 有一个有一个有一个有一个 2 2 个字节协议字段个字节协议字段个字节协议字段个字节协议字段 当协议字段为当协议字段为当协议字段为当协议字段为 0 x0021 0 x0021 时，时，时，时，PPP PPP 帧的信息字段就是帧的信息字段就是帧的信息字段就是帧的信息字段就是IP IP 数据报数据报数据报数据报 若为若为若为若为 0 xC0210 xC021，则信息字段是，则信息字段是，则信息字段是，则信息字段是PPPPPP链路控制数据链路控制数据链路控制数据链路控制数据 若为若为若为若为 0 x80210 x8021，则表示信息字段是，则表示信息字段是，则表示信息字段是，则表示信息字段是PPPPPP网络控制数据网络控制数据网络控制数据网络控制数据 PPPPPP 面向字节，所有面向字节，所有面向字节，所有面向字节，所有 PPP PPP 帧的长度都是整数字节帧的长度都是整数字节帧的长度都是整数字节帧的长度都是整数字节 2024/5/12 2024/5/12 周日周日周日周日.透明传输问题 当当当当 PPP PPP 用在同步传输链路时，协议规定采用硬件来完成比特填充用在同步传输链路时，协议规定采用硬件来完成比特填充用在同步传输链路时，协议规定采用硬件来完成比特填充用在同步传输链路时，协议规定采用硬件来完成比特填充 （和（和（和（和 HDLC HDLC 的做法一样）的做法一样）的做法一样）的做法一样）当当当当 PPP PPP 用在异步传输时，就使用一种特殊的字符填充法用在异步传输时，就使用一种特殊的字符填充法用在异步传输时，就使用一种特殊的字符填充法用在异步传输时，就使用一种特殊的字符填充法 将信息字段中出现的将信息字段中出现的 0 x7E 0 x7E 字节转变成为字节转变成为2 2字节序列（字节序列（0 x7D,0 x5E0 x7D,0 x5E）若信息字段中出现若信息字段中出现 0 x7D 0 x7D 字节字节,将其转变成为将其转变成为2 2字节序列（字节序列（0 x7D,0 x5D0 x7D,0 x5D）若信息字段中出现若信息字段中出现 ASCII ASCII 码的控制字符（即数值小于码的控制字符（即数值小于 0 x20 0 x20 的字符），的字符），则在该字符前面要加入一个则在该字符前面要加入一个 0 x7D 0 x7D 字节，同时将该字符的编码加以改变字节，同时将该字符的编码加以改变2024/5/12 2024/5/12 周日周日周日周日.零比特填充 当当当当PPP PPP 协议被用在协议被用在协议被用在协议被用在 SONET/SDH SONET/SDH 链路时，使用同步传输（一链路时，使用同步传输（一链路时，使用同步传输（一链路时，使用同步传输（一连串的比特连续传送）连串的比特连续传送）连串的比特连续传送）连串的比特连续传送）这时这时这时这时 PPP PPP 协议采用协议采用协议采用协议采用零比特填充法零比特填充法零比特填充法零比特填充法来实现透明传输来实现透明传输来实现透明传输来实现透明传输 在发送端，只要发现有在发送端，只要发现有在发送端，只要发现有在发送端，只要发现有5 5个连续个连续个连续个连续“1”1”，则立即填入一个，则立即填入一个，则立即填入一个，则立即填入一个“0”0”接收端收到帧后对帧中的比特流进行扫描。每当发现接收端收到帧后对帧中的比特流进行扫描。每当发现接收端收到帧后对帧中的比特流进行扫描。每当发现接收端收到帧后对帧中的比特流进行扫描。每当发现 5 5 个连续个连续个连续个连续“1”1”时，就把这时，就把这时，就把这时，就把这5 5个连续个连续个连续个连续“1”1”后的一个后的一个后的一个后的一个“0”0”删删删删除除除除2024/5/12 2024/5/12 周日周日周日周日.信息字段中出现了和信息字段中出现了和标志字段标志字段 F F 完全一样完全一样的的 8 8 比特组合比特组合发送端在发送端在 5 5 个连个连“1”“1”之后之后填入填入“0”0”比特再发送出去比特再发送出去在接收端把在接收端把 5 5 个连个连“1”1”之后的之后的“0”0”比特删除比特删除0 1 00 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 00 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 00 0 1 0 1 0发送端填入发送端填入“0”0”比特比特0 10 1 0 0 1 1 1 1 1 0 10 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 00 0 0 1 0 1 0接收端删除填入的接收端删除填入的“0”0”比特比特0 1 00 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 00 0 1 0 1 0会被误认为是标志字段会被误认为是标志字段 F F 零比特填充法2024/5/12 2024/5/12 周日周日周日周日.不提供使用序号和确认的可靠传输 在数据链路层在数据链路层出现差错的概率不大出现差错的概率不大时，时，使用比较简单的使用比较简单的 PPP PPP 协议较为合理协议较为合理因特网环境下，因特网环境下，PPP PPP 的信息字段放入的数据是的信息字段放入的数据是 IP IP 数据报，数据报，数据链路层的可靠传输并不能够保证网络层的可靠传输数据链路层的可靠传输并不能够保证网络层的可靠传输帧检验序列帧检验序列 FCS FCS 字段可字段可保证无差错接受保证无差错接受2024/5/12 2024/5/12 周日周日周日周日.PPP 协议工作状态 当用户拨号接入当用户拨号接入 ISP ISP 时，路由器的调制解调器对拨号做出确认，时，路由器的调制解调器对拨号做出确认，并并建立一条物理连接建立一条物理连接 PC PC 机向路由器机向路由器发送一系列的发送一系列的 LCP LCP 分组分组（封装成多个（封装成多个 PPP PPP 帧）帧）这些分组及其响应选择一些这些分组及其响应选择一些 PPP PPP 参数和进行网络层配置，参数和进行网络层配置，NCP NCP 给新接给新接入的入的 PCPC机机分配一个临时的分配一个临时的 IP IP 地址地址，使，使 PC PC 机成为因特网上的一个主机机成为因特网上的一个主机 通信完毕时，通信完毕时，NCP NCP 释放网络层连接释放网络层连接，收回原来分配出去的收回原来分配出去的 IP IP 地址地址；接着接着LCP LCP 释放数据链路层连接释放数据链路层连接；最后；最后释放物理层的连接释放物理层的连接2024/5/12 2024/5/12 周日周日周日周日.设备之间无链路设备之间无链路链路静止链路静止链路建立链路建立鉴别鉴别网络层协议网络层协议链路打开链路打开物理链路物理链路LCPLCP链路链路已鉴别的已鉴别的LCPLCP链路链路已鉴别已鉴别的的LCPLCP链路链路和和NCPNCP链路链路物理层连接建立物理层连接建立物理层连接建立物理层连接建立LCPLCP配置协商配置协商配置协商配置协商鉴别成功或无需鉴别鉴别成功或无需鉴别鉴别成功或无需鉴别鉴别成功或无需鉴别NCPNCP配置协商配置协商配置协商配置协商链路故障或链路故障或链路故障或链路故障或关闭请求关闭请求关闭请求关闭请求LCPLCP链路链路链路链路终止终止终止终止鉴别失败鉴别失败鉴别失败鉴别失败LCPLCP配置配置配置配置协商失败协商失败协商失败协商失败链路终止链路终止2024/5/12 2024/5/12 周日周日周日周日.基于广播信道的局域网 网络为一个单位所拥有，地理范围和站点数目均网络为一个单位所拥有，地理范围和站点数目均有限有限 具有具有广播广播功能，从一个站点可很方便地访问全网功能，从一个站点可很方便地访问全网 主机可主机可共享共享连接在局域网上的各种硬件和软件资源连接在局域网上的各种硬件和软件资源 设备位置可灵活设备位置可灵活调整调整，便于系统的扩展和逐渐地演变，便于系统的扩展和逐渐地演变 系统系统可靠性高，时延小、误码率低可靠性高，时延小、误码率低局域网LAN(Local Area Network)将小区域内的各种通信设备连接在一起所形成的网络将小区域内的各种通信设备连接在一起所形成的网络将小区域内的各种通信设备连接在一起所形成的网络将小区域内的各种通信设备连接在一起所形成的网络覆盖范围一般局限在房间、大楼或园区内覆盖范围一般局限在房间、大楼或园区内覆盖范围一般局限在房间、大楼或园区内覆盖范围一般局限在房间、大楼或园区内2024/5/12 2024/5/12 周日周日周日周日.局域网拓扑结构 匹配电阻匹配电阻集线器集线器干线耦合器干线耦合器总线网总线网总线网总线网星形网星形网星形网星形网树形网树形网树形网树形网 环形网环形网环形网环形网2024/5/12 2024/5/12 周日周日周日周日.媒体共享技术 静态划分信道静态划分信道静态划分信道静态划分信道 频分复用频分复用频分复用频分复用 时分复用时分复用时分复用时分复用 波分复用波分复用波分复用波分复用 码分复用码分复用码分复用码分复用 动态媒体接入控制（多点接入）动态媒体接入控制（多点接入）动态媒体接入控制（多点接入）动态媒体接入控制（多点接入）随机接入随机接入随机接入随机接入 受控接入受控接入受控接入受控接入 ，如多点线路探询，如多点线路探询，如多点线路探询，如多点线路探询 (polling)(polling)，或轮询，或轮询，或轮询，或轮询2024/5/12 2024/5/12 周日周日周日周日.令牌网(Token Ring)QQ 将各结点连接成一个环型拓扑结构将各结点连接成一个环型拓扑结构将各结点连接成一个环型拓扑结构将各结点连接成一个环型拓扑结构QQ 所有信号均通过环接口送上环或从环中取出所有信号均通过环接口送上环或从环中取出所有信号均通过环接口送上环或从环中取出所有信号均通过环接口送上环或从环中取出QQ 数据只能沿环单方向运动，不存在路径选择问题数据只能沿环单方向运动，不存在路径选择问题数据只能沿环单方向运动，不存在路径选择问题数据只能沿环单方向运动，不存在路径选择问题接口控制器接口控制器接口控制器接口控制器环接口环接口环接口环接口干线耦合器干线耦合器干线耦合器干线耦合器2024/5/12 2024/5/12 周日周日周日周日.令牌网SenderSenderReceiverReceiver1 1 1 1、计算机使用名为、计算机使用名为、计算机使用名为、计算机使用名为令牌令牌令牌令牌的的的的 特殊短报文来协调环的使用特殊短报文来协调环的使用特殊短报文来协调环的使用特殊短报文来协调环的使用2 2 2 2、在任何时候环上只有一个令牌在任何时候环上只有一个令牌在任何时候环上只有一个令牌在任何时候环上只有一个令牌3 3 3 3、计算机等待令牌到来计算机等待令牌到来计算机等待令牌到来计算机等待令牌到来，传输一帧传输一帧传输一帧传输一帧 后向下一计算机传输令牌后向下一计算机传输令牌后向下一计算机传输令牌后向下一计算机传输令牌4 4 4 4、当没有计算机要发送数据时，、当没有计算机要发送数据时，、当没有计算机要发送数据时，、当没有计算机要发送数据时，令牌以高速在环上循环令牌以高速在环上循环令牌以高速在环上循环令牌以高速在环上循环2024/5/12 2024/5/12 周日周日周日周日.以太网 DIX Ethernet V2DIX Ethernet V2 是世界上第一个局域网产品规约是世界上第一个局域网产品规约 IEEE IEEE 提出提出 802.3 802.3 标准，与标准，与DIX Ethernet V2 DIX Ethernet V2 标准差别很小标准差别很小 通常把满足通常把满足802.3802.3标准的局域网称为标准的局域网称为“以太网以太网”严格说来严格说来，“以太网以太网”应指符合应指符合DIX Ethernet V2DIX Ethernet V2 标准的局域网标准的局域网 2024/5/12 2024/5/12 周日周日周日周日.以太网数据链路层的两个 子层局局局局 域域域域 网网网网网络层网络层网络层网络层物理层物理层物理层物理层站点站点 1 1网络层网络层网络层网络层物理层物理层物理层物理层逻辑链路控制逻辑链路控制LLCLLCLLCLLC媒体接入控制媒体接入控制MACMACMACMAC数据数据链路层链路层站点站点 2 2LLCLLC子层看不见子层看不见下面的局域网下面的局域网2024/5/12 2024/5/12 周日周日周日周日.计算机计算机适配器实现局域网通信 硬件地址硬件地址至局域网至局域网适配器适配器（网卡）（网卡）串行通信串行通信CPU CPU 和和存储器存储器IP IP 地址地址并行并行通信通信生成发送的数据生成发送的数据处理收到的数据处理收到的数据把帧发送到局域网把帧发送到局域网从局域网接收帧从局域网接收帧2024/5/12 2024/5/12 周日周日周日周日.适配器作用 适配器适配器适配器适配器 (adapter)(adapter)=网络接口网络接口网络接口网络接口卡卡 NIC(Network Interface Card)NIC(Network Interface Card)=“网卡网卡网卡网卡”进行串行进行串行进行串行进行串行/并行转换并行转换并行转换并行转换 对数据进行缓存对数据进行缓存对数据进行缓存对数据进行缓存 在计算机的操作系统安装设备驱动程序在计算机的操作系统安装设备驱动程序在计算机的操作系统安装设备驱动程序在计算机的操作系统安装设备驱动程序 实现以太网协议实现以太网协议实现以太网协议实现以太网协议 2024/5/12 2024/5/12 周日周日周日周日.C C D DA A E E匹配电阻（用来吸收总线上传播的信号）匹配电阻（用来吸收总线上传播的信号）匹配电阻匹配电阻B B总线连接的传统以太网B B向向D D发送数据发送数据不接受不接受不接受不接受不接受不接受接受接受只有只有 D D 接受接受B B 发送的数据发送的数据在具有广播特性的总线上实现了一对一的通信在具有广播特性的总线上实现了一对一的通信2024/5/12 2024/5/12 周日周日周日周日.以太网技术要点 采用较为灵活的采用较为灵活的无连接工作方式无连接工作方式对发送的数据帧对发送的数据帧不进行编号不进行编号，也不要求对方发回确认，也不要求对方发回确认以太网提供以太网提供不可靠不可靠的、尽最大努力的交付的、尽最大努力的交付目的站收到差错数据帧时就丢弃此帧，目的站收到差错数据帧时就丢弃此帧，差错的纠正由高层来决定差错的纠正由高层来决定当当高高层层发发现现丢丢失失了了一一些些数数据据而而进进行行重重传传，以以太太网网并并不不知知道道这这是是一一个重传的帧，而是当作一个新的数据帧来发送个重传的帧，而是当作一个新的数据帧来发送2024/5/12 2024/5/12 周日周日周日周日.以太网采用曼彻斯特(Manchester)编码 基带数字信号基带数字信号曼彻斯特编码曼彻斯特编码 码元码元1 1 1 11 11 11 11 10 00 00 00 00 0出现电平转换出现电平转换2024/5/12 2024/5/12 周日周日周日周日.载波监听多点接入/碰撞检测 CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access with Collision DetectionCarrier Sense Multiple Access with Collision Detection 多点接入多点接入：许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上：许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上 载波监听载波监听：用电子技术检测总线上有没有其他计算机：用电子技术检测总线上有没有其他计算机 发送的数据信号，实际总线上并不存在发送的数据信号，实际总线上并不存在“载波载波”碰撞检测碰撞检测：计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小：计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小2024/5/12 2024/5/12 周日周日周日周日.发送时机选择 每个站在发送数据之前先要检测一下总线上是否有其他站每个站在发送数据之前先要检测一下总线上是否有其他站正在发送数据，如果有，则暂时不要发送数据，以免发生正在发送数据，如果有，则暂时不要发送数据，以免发生碰撞碰撞（绝不干扰其他正在进行的发送行为）（绝不干扰其他正在进行的发送行为）ALOHAALOHA（A Additive dditive L Link ink O On-line n-line HAHAwaiiwaii system system）1 1持续持续CSMACSMA 非持续非持续CSMACSMA P P持续持续CSMACSMA2024/5/12 2024/5/12 周日周日周日周日.碰撞检测 碰撞碰撞：发生了冲突：发生了冲突 当几个站同时在总线上发送数据时，信号在总线上产生当几个站同时在总线上发送数据时，信号在总线上产生相互叠加相互叠加，信号，信号的电压摆动值将会因此而增大的电压摆动值将会因此而增大 发生碰撞时，信号产生了发生碰撞时，信号产生了严重的失真严重的失真，无法从中恢复出有用的信息来，无法从中恢复出有用的信息来 当一个站检测到的信号当一个站检测到的信号电压摆动值超过一定的门限值电压摆动值超过一定的门限值时，就认为总线上时，就认为总线上至少有两个站同时在发送数据，这表明产生了碰撞至少有两个站同时在发送数据，这表明产生了碰撞 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，然后发送，免得继续浪费网络资源，然后等待一段随机时间等待一段随机时间后再次发送后再次发送2024/5/12 2024/5/12 周日周日周日周日.1 km1 kmA AB Bt t碰撞碰撞t t=2=2 A A 检测到发生碰撞检测到发生碰撞 t t=B B 发送数据发送数据B B 检测到发生碰撞检测到发生碰撞 t t=t t=0=0单程端到端传播时延为单程端到端传播时延为 传播时延对载波监听的影响 2024/5/12 2024/5/12 周日周日周日周日.1 km1 kmA AB Bt t碰撞t t=B B 检测到信道空闲检测到信道空闲发送数据发送数据t t=/2/2发生碰撞发生碰撞t t=2=2 A A 检测到发生碰撞检测到发生碰撞 t t=B B 发送数据发送数据B B 检测到发生碰撞检测到发生碰撞 t t=A AB BA AB BA AB B t t=0=0 A A 检测到检测到信道空闲信道空闲发送数据发送数据A AB Bt t=0=0t t=B B 检测到发生碰撞检测到发生碰撞停止发送停止发送STOPSTOPt t=2=2 A A 检测到检测到发生碰撞发生碰撞STOPSTOPA AB B单程端到端单程端到端传播时延记为传播时延记为 2024/5/12 2024/5/12 周日周日周日周日.敬请注意 使用使用CSMA/CDCSMA/CD协议的以太网只能进行半双工通信协议的以太网只能进行半双工通信 每个站在发送数据后的一小段时间内，存在遭遇碰撞的可能性每个站在发送数据后的一小段时间内，存在遭遇碰撞的可能性 这种不确定性使整个以太网的平均通信量远小于最高数据率这种不确定性使整个以太网的平均通信量远小于最高数据率2024/5/12 2024/5/12 周日周日周日周日.争用期 发送数据帧的站，在发送数据帧后至多经过时间发送数据帧的站，在发送数据帧后至多经过时间 2 2 （两倍的端到端往（两倍的端到端往返时延）返时延）就可知道数据帧是否遭受了碰撞就可知道数据帧是否遭受了碰撞 以太网的以太网的 端到端往返时延端到端往返时延2 2 称为争用期，或碰撞窗口称为争用期，或碰撞窗口 经过一个争用期仍然没有检测到碰撞，可以肯定此次发送不会发生碰撞经过一个争用期仍然没有检测到碰撞，可以肯定此次发送不会发生碰撞 以太网取以太网取 51.2 51.2 s s 为争用期的长度为争用期的长度 对于对于10Mb/s10Mb/s的传统以太网的传统以太网，在争用期内可发送，在争用期内可发送512bit512bit，即，即6464字节字节 发送数据时，若前发送数据时，若前6464字节没有发生冲突，后续的数据就不会发生冲突字节没有发生冲突，后续的数据就不会发生冲突 以太网最短有效帧长：以太网最短有效帧长：6464字节字节，凡长度小于，凡长度小于6464字节的帧都是无效帧字节的帧都是无效帧2024/5/12 2024/5/12 周日周日周日周日.二进制指数类型退避算法(truncated binary exponential type)确定基本退避时间，一般取为争用期确定基本退避时间，一般取为争用期 2 2 定义重传次数定义重传次数 k k ，k k 1010，即，即 k k=Min =Min 重传次数重传次数,10,10 从整数集合从整数集合 0,1,(2 0,1,(2k k 1)1)中随机地取出一个数，记为中随机地取出一个数，记为 r r，重传所需的时延就是重传所需的时延就是 r r 倍的基本退避时间倍的基本退避时间 当重传达当重传达 16 16 次仍不能成功时即丢弃该帧，并向高层报告次仍不能成功时即丢弃该帧，并向高层报告2024/5/12 2024/5/12 周日周日周日周日.使用人为干扰信号来强化碰撞 数据帧数据帧干扰信号干扰信号 T TJ JA AB BT TB Bt t B B 发送数据发送数据A A 检测检测到冲突到冲突开始冲突开始冲突信信道道占占用用时时间间A A 发送数据发送数据B B 也能够检测到冲突，并立即停止发送数据帧也能够检测到冲突，并立即停止发送数据帧接着发送干扰信号接着发送干扰信号2024/5/12 2024/5/12 周日周日周日周日.以太网的连接模式 总线细缆细缆细缆细缆终