計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)鏈路層02課件

計算機網(wǎng)絡(luò)第3章數(shù)據(jù)鏈路層二1計算機網(wǎng)絡(luò)課程回顧1、鏈路(link)是一條無源的點到點的物理線路段，中間沒有任何其他的交換結(jié)點。2、數(shù)據(jù)鏈路(datalink)除了物理線路外，還必須有通信協(xié)議來控制這些數(shù)據(jù)的傳輸。若把實現(xiàn)這些協(xié)議的硬件和軟件加到鏈路上，就構(gòu)成了數(shù)據(jù)鏈路。3、數(shù)據(jù)鏈路層傳輸?shù)臄?shù)據(jù)單位是()。4、誤碼率在二進制電平傳輸時，誤碼率等于二進制碼元在傳輸中被誤傳的比率，即用接收錯誤的碼元數(shù)除以被傳輸?shù)拇a元總數(shù)所得的值就是誤碼率。計算機學(xué)院2計算機網(wǎng)絡(luò)課程回顧5、冗余碼的計算。6、PPP協(xié)議有三個組成部分一個將IP數(shù)據(jù)報封裝到串行鏈路的方法。異步和同步鏈路控制協(xié)議LCP(LinkControlProtocol)。一個用來建立、配置和測試數(shù)據(jù)鏈路連接的鏈路控制協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議NCP(NetworkControlProtocol)。一套網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議，其中的每一個協(xié)議支持不同的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。7、零比特填充計算機學(xué)院3計算機網(wǎng)絡(luò)課程目標掌握以下內(nèi)容：1、局域網(wǎng)的定義、拓撲結(jié)構(gòu)。2、適配器的作用。3、CSMA/CD協(xié)議。4、以太網(wǎng)發(fā)送數(shù)據(jù)使用的編碼。了解并熟悉以下內(nèi)容：1、以太網(wǎng)的兩個標準。2、局域網(wǎng)中數(shù)據(jù)鏈路層的兩個子層。計算機學(xué)院5計算機網(wǎng)絡(luò)3.3使用廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層1、局域網(wǎng)的定義局域網(wǎng)是一個通信系統(tǒng)，它允許很多彼此獨立的計算機在適當(dāng)?shù)膮^(qū)域內(nèi)，以適當(dāng)?shù)膫鬏斔俾手苯舆M行溝通的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。2、局域網(wǎng)的特點(1)覆蓋的地理范圍和站點數(shù)有限。(2)具有較小的時延和較低的誤碼率。(3)各站點之間形成平等的關(guān)系而不是主從關(guān)系。(4)能進行廣播或多播。計算機學(xué)院6計算機網(wǎng)絡(luò)3.3使用廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層3、局域網(wǎng)的發(fā)展(1)1974年IBM公布SNA（系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)）。(2)1975年Xerox公司首先開發(fā)總線型局域網(wǎng)。(3)1980年9月，DEC、Intel、Xerox聯(lián)合提出了10Mbps以太網(wǎng)規(guī)約，1982年修改為第二版，即DIXEthernetV2。(4)90年代，網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的方向是：結(jié)構(gòu)上開放、標準化，功能上多樣化，互聯(lián)環(huán)境復(fù)雜化，產(chǎn)品多廠商兼容。計算機學(xué)院7計算機網(wǎng)絡(luò)3.3.1局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層

局域網(wǎng)最主要的特點是：網(wǎng)絡(luò)為一個單位所擁有，且地理范圍和站點數(shù)目均有限。

局域網(wǎng)具有如下的一些主要優(yōu)點：具有廣播功能，從一個站點可很方便地訪問全網(wǎng)。局域網(wǎng)上的主機可共享連接在局域網(wǎng)上的各種硬件和軟件資源。

便于系統(tǒng)的擴展和逐漸地演變，各設(shè)備的位置可靈活調(diào)整和改變。提高了系統(tǒng)的可靠性、可用性和生存性。計算機學(xué)院9計算機網(wǎng)絡(luò)局域網(wǎng)的拓撲匹配電阻集線器干線耦合器總線網(wǎng)星形網(wǎng)樹形網(wǎng)環(huán)形網(wǎng)計算機學(xué)院10計算機網(wǎng)絡(luò)媒體共享技術(shù)靜態(tài)劃分信道頻分復(fù)用時分復(fù)用統(tǒng)計時分復(fù)用波分復(fù)用碼分復(fù)用

由于靜態(tài)劃分信道的方法代價高，所以在局域網(wǎng)中很少采用。計算機學(xué)院11計算機網(wǎng)絡(luò)1、以太網(wǎng)的兩個標準DIXEthernetV2是世界上第一個局域網(wǎng)產(chǎn)品（以太網(wǎng)）的規(guī)約。IEEE的802.3標準。DIXEthernetV2標準與IEEE的802.3標準只有很小的差別，因此可以將802.3局域網(wǎng)簡稱為“以太網(wǎng)”。嚴格說來，“以太網(wǎng)”應(yīng)當(dāng)是指符合DIXEthernetV2標準的局域網(wǎng)計算機學(xué)院13計算機網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈路層的兩個子層為了使數(shù)據(jù)鏈路層能更好地適應(yīng)多種局域網(wǎng)標準，802委員會就將局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層拆成兩個子層：邏輯鏈路控制LLC(LogicalLinkControl)子層媒體接入控制MAC(MediumAccessControl)子層。計算機學(xué)院14計算機網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈路層的兩個子層與接入到傳輸媒體有關(guān)的內(nèi)容都放在MAC子層。LLC子層則與傳輸媒體無關(guān)。不管采用何種傳輸媒體，局域網(wǎng)對LLC子層來說都是透明的計算機學(xué)院15計算機網(wǎng)絡(luò)各層的功能物理層的主要功能：信號的編碼與譯碼為進行同步用的前同步碼的產(chǎn)生與去除比特的傳輸與接收計算機學(xué)院17計算機網(wǎng)絡(luò)各層的功能MAC子層的主要功能將上一層交下來的數(shù)據(jù)封裝成“幀”進行發(fā)送，接收時進行相反的過程實現(xiàn)和維護MAC協(xié)議比特差錯檢測尋址計算機學(xué)院18計算機網(wǎng)絡(luò)各層的功能LLC子層的主要功能建立和釋放數(shù)據(jù)鏈路層的邏輯連接提供與高層的接口差錯控制給幀加序號與媒體接入無關(guān)的部分都集中在邏輯鏈路控制LLC子層。計算機學(xué)院19計算機網(wǎng)絡(luò)LLC子層界面服務(wù)原語調(diào)用方法：用抽象的方法表示LLC子層和網(wǎng)際層。MAC與LLC、MAC與PHY之間通過服務(wù)訪問點接口傳輸信息。指示原語是服務(wù)提供者向服務(wù)用戶表示某種狀態(tài)服務(wù)。請求原語是服務(wù)用戶向服務(wù)提供者請求指定的服務(wù)。計算機學(xué)院21計算機網(wǎng)絡(luò)LLC與MAC的區(qū)別高層數(shù)據(jù)LLC首部LLC數(shù)據(jù)MAC首部MAC數(shù)據(jù)MAC尾部網(wǎng)絡(luò)層及以上用戶數(shù)據(jù)LLC子層LLCPDUMAC子層MAC幀計算機學(xué)院22計算機網(wǎng)絡(luò)以后一般不考慮LLC子層由于TCP/IP體系經(jīng)常使用的局域網(wǎng)是DIXEthernetV2而不是802.3標準中的幾種局域網(wǎng)，因此現(xiàn)在802委員會制定的邏輯鏈路控制子層LLC（即802.2標準）的作用已經(jīng)不大了。很多廠商生產(chǎn)的適配器上就僅裝有MAC協(xié)議而沒有LLC協(xié)議。計算機學(xué)院23計算機網(wǎng)絡(luò)計算機通過適配器

和局域網(wǎng)進行通信硬件地址至局域網(wǎng)適配器（網(wǎng)卡）串行通信CPU和存儲器生成發(fā)送的數(shù)據(jù)處理收到的數(shù)據(jù)把幀發(fā)送到局域網(wǎng)從局域網(wǎng)接收幀計算機IP地址并行通信計算機學(xué)院25計算機網(wǎng)絡(luò)在了解了局域網(wǎng)中的層次及其關(guān)系后，我們來討論一個問題：在局域網(wǎng)中【以總線型為例】，站點發(fā)送數(shù)據(jù)是否會出現(xiàn)沖突？如果出現(xiàn)了沖突怎么辦？總線網(wǎng)ABCD計算機學(xué)院26計算機網(wǎng)絡(luò)為了通信的簡便

以太網(wǎng)采取了兩種重要的措施采用較為靈活的無連接的工作方式，即不必先建立連接就可以直接發(fā)送數(shù)據(jù)。以太網(wǎng)對發(fā)送的數(shù)據(jù)幀不進行編號，也不要求對方發(fā)回確認。這樣做的理由是局域網(wǎng)信道的質(zhì)量很好，因信道質(zhì)量產(chǎn)生差錯的概率是很小的。計算機學(xué)院29計算機網(wǎng)絡(luò)以太網(wǎng)提供的服務(wù)以太網(wǎng)提供的服務(wù)是不可靠的交付，即盡最大努力的交付。當(dāng)目的站收到有差錯的數(shù)據(jù)幀時就丟棄此幀，其他什么也不做。差錯的糾正由高層來決定。如果高層發(fā)現(xiàn)丟失了一些數(shù)據(jù)而進行重傳，但以太網(wǎng)并不知道這是一個重傳的幀，而是當(dāng)作一個新的數(shù)據(jù)幀來發(fā)送。計算機學(xué)院30計算機網(wǎng)絡(luò)以太網(wǎng)發(fā)送的數(shù)據(jù)都使用

曼徹斯特(Manchester)編碼基帶數(shù)字信號曼徹斯特編碼碼元1111100000出現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換計算機學(xué)院31計算機網(wǎng)絡(luò)以太網(wǎng)發(fā)送的數(shù)據(jù)都使用

曼徹斯特(Manchester)編碼計算機學(xué)院32計算機網(wǎng)絡(luò)以太網(wǎng)發(fā)送的數(shù)據(jù)都使用

曼徹斯特(Manchester)編碼曼徹斯特編碼（ManchesterEncoding），也叫做相位編碼(PE)；常用于局域網(wǎng)傳輸。在曼徹斯特編碼中，每一位的中間有一跳變，位中間的跳變既作時鐘信號，又作數(shù)據(jù)信號。但在不同的書籍中，曼徹斯特編碼中，電平跳動表示的值不同，這里產(chǎn)生很多歧義：

1、在網(wǎng)絡(luò)工程師考試以及與其相關(guān)的資料中：

位中間電平從高到低跳變表示"0"；

位中間電平從低到高跳變表示"1"。

計算機學(xué)院33計算機網(wǎng)絡(luò)以太網(wǎng)發(fā)送的數(shù)據(jù)都使用

曼徹斯特(Manchester)編碼2、在一些《計算機網(wǎng)絡(luò)》書籍中：

位中間電平從高到低跳變表示“1”；

位中間電平從低到高跳變表示“0”。

在清華大學(xué)出版的《計算機通信與網(wǎng)絡(luò)教程》《計算機網(wǎng)絡(luò)（第4版）》也是這么說的，就以此為標準，我們就叫這為標準曼徹斯編碼。至于第一種，我們在這里就叫它曼徹斯特編碼。計算機學(xué)院34計算機網(wǎng)絡(luò)以太網(wǎng)發(fā)送的數(shù)據(jù)都使用

曼徹斯特(Manchester)編碼差分曼徹斯特編碼：

在信號位開始時不改變信號極性，表示邏輯"1"

在信號位開始時改變信號極性，表示邏輯"0"；

計算機學(xué)院35計算機網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)訪問控制協(xié)議是什么？如何工作的？總線網(wǎng)計算機學(xué)院36計算機網(wǎng)絡(luò)載波監(jiān)聽多點接入/碰撞檢測CSMA/CD

CSMA/CD表示CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection?！岸帱c接入”表示許多計算機以多點接入的方式連接在一根總線上?！拜d波監(jiān)聽”是指每一個站在發(fā)送數(shù)據(jù)之前先要檢測一下總線上是否有其他計算機在發(fā)送數(shù)據(jù)，如果有，則暫時不要發(fā)送數(shù)據(jù)，以免發(fā)生碰撞?？偩€上并沒有什么“載波”。因此，“載波監(jiān)聽”就是用電子技術(shù)檢測總線上有沒有其他計算機發(fā)送的數(shù)據(jù)信號。計算機學(xué)院37計算機網(wǎng)絡(luò)碰撞檢測“碰撞檢測”就是計算機邊發(fā)送數(shù)據(jù)邊檢測信道上的信號電壓大小。當(dāng)幾個站同時在總線上發(fā)送數(shù)據(jù)時，總線上的信號電壓擺動值將會增大（互相疊加）。當(dāng)一個站檢測到的信號電壓擺動值超過一定的門限值時，就認為總線上至少有兩個站同時在發(fā)送數(shù)據(jù)，表明產(chǎn)生了碰撞。所謂“碰撞”就是發(fā)生了沖突。因此“碰撞檢測”也稱為“沖突檢測”。計算機學(xué)院38計算機網(wǎng)絡(luò)檢測到碰撞后在發(fā)生碰撞時，總線上傳輸?shù)男盘柈a(chǎn)生了嚴重的失真，無法從中恢復(fù)出有用的信息來。每一個正在發(fā)送數(shù)據(jù)的站，一旦發(fā)現(xiàn)總線上出現(xiàn)了碰撞，就要立即停止發(fā)送，免得繼續(xù)浪費網(wǎng)絡(luò)資源，然后等待一段隨機時間后再次發(fā)送。計算機學(xué)院39計算機網(wǎng)絡(luò)電磁波在總線上的

有限傳播速率的影響當(dāng)某個站監(jiān)聽到總線是空閑時，也可能總線并非真正是空閑的。A向B發(fā)出的信息，要經(jīng)過一定的時間后才能傳送到B。B若在A發(fā)送的信息到達B之前發(fā)送自己的幀(因為這時B的載波監(jiān)聽檢測不到A所發(fā)送的信息)，則必然要在某個時間和A發(fā)送的幀發(fā)生碰撞。碰撞的結(jié)果是兩個幀都變得無用。計算機學(xué)院40計算機網(wǎng)絡(luò)CSMA/CD的流程圖媒體忙？發(fā)送幀碰撞？發(fā)送完？發(fā)送JamN≥16?YesNoNoYes發(fā)送成功Yes發(fā)送失敗No延遲隨機時間NoYes發(fā)送幀碰撞次數(shù)N++計算機學(xué)院41計算機網(wǎng)絡(luò)1kmABt碰撞t=2

A檢測到發(fā)生碰撞t=

B發(fā)送數(shù)據(jù)B檢測到發(fā)生碰撞t=t=0傳播時延對載波監(jiān)聽的影響【tao】----單程端到端的時延【delta】---在0和之間計算機學(xué)院42計算機網(wǎng)絡(luò)1kmABt碰撞t=

B檢測到信道空閑發(fā)送數(shù)據(jù)t=

/2發(fā)生碰撞t=2

A檢測到發(fā)生碰撞t=

B發(fā)送數(shù)據(jù)B檢測到發(fā)生碰撞t=ABABABt=0A檢測到信道空閑發(fā)送數(shù)據(jù)ABt=0t=B檢測到發(fā)生碰撞停止發(fā)送STOPt=2

A檢測到發(fā)生碰撞STOPAB單程端到端傳播時延記為

計算機學(xué)院43計算機網(wǎng)絡(luò)重要特性使用CSMA/CD協(xié)議的以太網(wǎng)不能進行全雙工通信而只能進行雙向交替通信（半雙工通信）。每個站在發(fā)送數(shù)據(jù)之后的一小段時間內(nèi)，存在著遭遇碰撞的可能性。這種發(fā)送的不確定性使整個以太網(wǎng)的平均通信量遠小于以太網(wǎng)的最高數(shù)據(jù)率。計算機學(xué)院44計算機網(wǎng)絡(luò)爭用期最先發(fā)送數(shù)據(jù)幀的站，在發(fā)送數(shù)據(jù)幀后至多經(jīng)過時間2就可知道發(fā)送的數(shù)據(jù)幀是否遭受了碰撞。以太網(wǎng)的端到端往返時延2稱為爭用期，或碰撞窗口。經(jīng)過爭用期這段時間還沒有檢測到碰撞，才能肯定這次發(fā)送不會發(fā)生碰撞。發(fā)生碰撞之后，應(yīng)該如何處理呢？計算機學(xué)院45計算機網(wǎng)絡(luò)二進制指數(shù)類型退避算法(truncatedbinaryexponentialtype)發(fā)生碰撞的站在停止發(fā)送數(shù)據(jù)后，要推遲（退避）一個隨機時間才能再發(fā)送數(shù)據(jù)。確定基本退避時間，一般是取為爭用期2。定義重傳次數(shù)k，k10，即

k=Min[重傳次數(shù),10]從整數(shù)集合[0,1,…,(2k

1)]中隨機地取出一個數(shù)，記為r。重傳所需的時延就是r倍的基本退避時間。當(dāng)重傳達16次仍不能成功時即丟棄該幀，并向高層報告。計算機學(xué)院46計算機網(wǎng)絡(luò)爭用期的長度以太網(wǎng)取51.2s為爭用期的長度。對于10Mb/s以太網(wǎng)，在爭用期內(nèi)可發(fā)送512bit，即64字節(jié)。以太網(wǎng)在發(fā)送數(shù)據(jù)時，若前64字節(jié)沒有發(fā)生沖突，則后續(xù)的數(shù)據(jù)就不會發(fā)生沖突。計算機學(xué)院47計算機網(wǎng)絡(luò)最短有效幀長如果發(fā)生沖突，就一定是在發(fā)送的前64字節(jié)之內(nèi)。由于一檢測到?jīng)_突就立即中止發(fā)送，這時已經(jīng)發(fā)送出去的數(shù)據(jù)一定小于64字節(jié)。以太網(wǎng)規(guī)定了最短有效幀長為64字節(jié)，凡長度小于64字節(jié)的幀都是由于沖突而異常中止的無效幀。如果某用戶要發(fā)送的數(shù)據(jù)構(gòu)成幀后，其長度小于64字節(jié)，是否該用戶就不能發(fā)送數(shù)據(jù)了呢？計算機學(xué)院48計算機網(wǎng)絡(luò)強化碰撞當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)的站一旦發(fā)現(xiàn)發(fā)生了碰撞時：立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)；再繼續(xù)發(fā)送32比特或48比特的人為干擾信號(jammingsignal)，以便讓所有用戶都知道現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)生了碰撞。計算機學(xué)院49計算機網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)幀干擾信號TJ人為干擾信號ABTBtB發(fā)送數(shù)據(jù)A檢測到?jīng)_突開始沖突信道占用時間A發(fā)送數(shù)據(jù)B也能夠檢測到?jīng)_突，并立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)幀，接著就發(fā)送干擾信號。這里為了簡單起見，只畫出A發(fā)送干擾信號的情況。計算機學(xué)院50計算機網(wǎng)絡(luò)信道占用時間從上圖可知A站從發(fā)送數(shù)據(jù)開始到發(fā)現(xiàn)碰撞并停止發(fā)送的時間間隔是TB。A站得知碰撞已經(jīng)發(fā)生時所發(fā)送的強化碰撞的干擾信號的持續(xù)時間是TJ。發(fā)生碰撞使A浪費時間TB+TJ。整個信道被占用的時間是TB+TJ+。以太網(wǎng)規(guī)定幀間最小間隔為9.6us，相當(dāng)于96比特時間。計算機學(xué)院51計算機網(wǎng)絡(luò)CSMA/CD協(xié)議的要點1、適配器從網(wǎng)絡(luò)層獲得一個分組，加上以太網(wǎng)的首部和尾部，組成以太網(wǎng)幀，放入適配器的緩存中，準備發(fā)送。2、若適配器檢測到信道空閑，就發(fā)送該幀。若檢測到信道忙，則繼續(xù)檢測并等待信道轉(zhuǎn)為空閑（加上96比特時間），然后發(fā)送這個幀。計算機學(xué)院52計算機網(wǎng)絡(luò)CSMA/CD協(xié)議的要點3、在發(fā)送過程中繼續(xù)檢測信道，若一直未檢測到碰撞，就順利地把這個幀成功發(fā)送完畢。若檢測到碰撞，則中止數(shù)據(jù)的發(fā)送，并發(fā)送人為干擾信號。4、在中止發(fā)送后，適配器就執(zhí)行指數(shù)退避算法，等待r倍512比特的時間后，返回到步驟2。計算機學(xué)院53計算機網(wǎng)絡(luò)補充CSMA/CD協(xié)議的要點1、作用載波監(jiān)聽多點接入/碰撞檢測CSMA/CD是為防止連接在總線上的各站點之間發(fā)生沖突，協(xié)調(diào)總線上各計算機工作而設(shè)計的協(xié)議。2、要點多點接入