《數據鏈路層》課件

數據鏈路層數據鏈路層負責在相鄰節(jié)點之間可靠地傳輸數據幀,它提供了訪問物理層的機制,確保數據幀的正確傳輸和成幀、尋址和流控等功能。數據鏈路層的任務數據傳輸數據鏈路層負責在物理層上建立、維護和拆除數據鏈路,確保數據正確、可靠地傳輸。差錯控制數據鏈路層會檢測和糾正在物理層傳輸過程中產生的差錯,確保數據完整。流量控制數據鏈路層調節(jié)發(fā)送方的發(fā)送速率,使接收方來得及接收和處理數據,避免緩存溢出。數據鏈路層的基本功能幀處理數據鏈路層將網絡層傳下來的數據包裝成幀,并添加必要的首部和尾部信息。錯誤檢測通過在幀中添加循環(huán)冗余碼(CRC)等措施,檢測在傳輸過程中可能產生的錯誤。流量控制控制發(fā)送方的發(fā)送速率,確保接收方能夠及時處理接收到的數據幀。訪問控制在共享傳輸媒體上協(xié)調各終端的訪問,避免沖突和爭用。組幀數據封裝數據鏈路層將上層傳送過來的數據添加上各種控制信息,形成一個完整的數據幀。這個過程稱為組幀。幀結構數據幀由幀頭、數據部分和幀尾三個部分組成。幀頭包含目標地址、源地址等控制信息,幀尾用于差錯檢測。同步劃分數據鏈路層需要在發(fā)送端和接收端建立數據傳輸的同步,以確保接收端能夠準確識別幀的邊界。差錯檢測1檢驗和校驗數據鏈路層會在幀頭和幀尾加入校驗碼，接收端可以驗證數據是否傳輸完整。2奇偶校驗通過設置數據位中1的個數為奇數或偶數來檢測單比特差錯。3循環(huán)冗余校驗利用多項式除法計算校驗碼，能夠檢測多比特差錯。廣泛應用于數據鏈路層?？煽總鬏斿e誤檢測在數據鏈路層,使用校驗和、奇偶校驗等方法檢測幀中的錯誤,確保數據傳輸的可靠性。自動重傳當檢測到錯誤時,接收方會要求發(fā)送方重新發(fā)送數據幀,保證最終數據的正確傳輸。確認機制發(fā)送方發(fā)送數據幀后,接收方會發(fā)送確認幀以確認數據幀正確接收,形成可靠的傳輸。流量控制流量監(jiān)控數據鏈路層負責監(jiān)控數據流量,避免發(fā)送端向接收端發(fā)送過多數據,造成接收端無法及時處理。速率控制通過調整發(fā)送速率,可以確保發(fā)送端的輸出不會超過接收端的處理能力,從而實現流量控制。擁塞避免數據鏈路層還需要檢測網絡擁塞情況,并采取措施預防擁塞的發(fā)生,保證數據能夠順暢傳輸。介質訪問控制1信道共享多個設備共享同一個數據傳輸介質,需要合理地協(xié)調這些設備對于信道的訪問。2沖突避免設計MAC層協(xié)議的關鍵目標是盡量避免多個設備同時發(fā)送數據而引起的沖突。3公平性MAC協(xié)議應確保各設備能公平地獲得對信道的訪問權,避免出現某些設備長期被"餓死"的情況。4效率性MAC協(xié)議應盡量提高信道的利用率,最大限度地提高網絡的吞吐量和響應速度。局域網概述局域網(LAN)是指在一定的地理范圍內相互連接在一起的計算機系統(tǒng)和外部設備,能夠進行數據通信和資源共享的網絡系統(tǒng)。它是現代網絡通信中最常見的一種網絡形式。CSMA/CD訪問協(xié)議信號檢測在發(fā)送數據之前,網卡會先檢測信道是否空閑。沖突檢測如果檢測到信號沖突,網卡會立即停止發(fā)送數據。退避算法網卡會根據隨機時間重試發(fā)送,避免持續(xù)沖突。以太網廣泛應用以太網是目前最為普及的有線局域網技術,應用范圍廣泛,從家庭到企業(yè)均有廣泛應用。可靠性高以太網采用CSMA/CD訪問方式,能夠有效避免數據沖突,提高了通信的可靠性。數據傳輸快以太網網速高,從1Mbps發(fā)展到如今的千兆網,滿足了高速數據傳輸的需求。交換機交換機概述交換機是一種網絡設備,用于連接和管理局域網內部的設備,實現數據包的轉發(fā)和交換。它能根據目的地址自動建立數據通路,提高網絡的效率。交換機功能交換機的主要功能包括：MAC地址學習、幀轉發(fā)、VLAN劃分、端口鏡像、安全隔離等。通過這些功能,交換機可以增強局域網的性能和安全性。虛擬局域網（VLAN）什么是VLAN?VLAN（VirtualLocalAreaNetwork）是一種邏輯上的局域網，可以將物理上連接在同一交換機上的設備劃分到不同的廣播域中。VLAN的優(yōu)勢VLAN可以提高網絡的靈活性和安全性,減少廣播流量,并實現基于用戶、應用程序或部門的邏輯劃分。PPP協(xié)議點對點協(xié)議PPP是一種安全可靠的數據鏈路層協(xié)議,可在不同類型的物理層上傳輸數據,廣泛應用于廣域網連接。握手建立連接PPP協(xié)議會先通過LCP階段建立、配置和測試數據鏈路,然后進入NCP階段協(xié)商網絡層協(xié)議。幀格式結構PPP幀包括標志、地址、控制、協(xié)議、數據和校驗等字段,采用可靠的差錯檢測和重傳機制。HDLC協(xié)議可靠傳輸HDLC協(xié)議提供可靠的數據鏈路層連接,確保數據正確傳輸。時序控制HDLC使用定時器和序號實現對數據傳輸的時序控制。多點連接HDLC支持點對點以及多點連接,適合廣域網環(huán)境。無線局域網無線局域網是一種靈活且便捷的網絡方式,通過無線電波實現設備之間的連接和數據傳輸。與傳統(tǒng)有線網絡相比,無線局域網具有更高的移動性和部署靈活性。MAC幀格式數據部分MAC幀的數據部分用于承載需要傳輸的數據信息,其長度可變,最大長度通常為1500字節(jié)?？刂撇糠諱AC幀的控制部分包括目標MAC地址、源MAC地址和幀類型等字段,用于控制和管理數據傳輸。校驗部分MAC幀末尾的校驗部分用于檢測和糾正傳輸過程中可能出現的差錯,確保數據的完整性。無線網絡接入1無線電頻譜無線網絡依賴于無線電頻譜資源進行通信。網絡設備需通過合規(guī)的頻段進行發(fā)射與接收。2多種無線標準常見的無線網絡標準包括Wi-Fi、藍牙、LTE等,提供不同的傳輸速率和覆蓋范圍。3物理層特點無線網絡的物理層存在諸如信號衰減、干擾等特點,需要智能管理以提高可靠性。4安全隱患無線信號泄露可能造成安全隱患,需采取加密等措施保護網絡安全。無線網絡安全無線網絡防護采用加密技術、訪問控制等措施來保護無線網絡免受非法訪問和攻擊,確保數據安全傳輸。入侵檢測與預防部署無線入侵檢測系統(tǒng),實時監(jiān)測網絡流量,及時發(fā)現并阻止非法訪問企圖。身份認證與授權建立嚴格的身份認證機制,限制僅授權用戶可訪問網絡資源,有效控制網絡使用權限。點對點協(xié)議簡介點對點協(xié)議(PPP)是一種用于在直接連接的兩個計算機之間建立數據鏈路層連接的標準協(xié)議。它支持多種網絡層協(xié)議,如IP、IPX和AppleTalk。特點PPP提供了錯誤檢測、流量控制和認證等功能,能夠在點對點鏈路上可靠地傳輸數據。它廣泛應用于Internet接入、廣域網以及各種遠程連接中。幀中繼1數據鏈路層協(xié)議幀中繼是一種基于電路交換的數據鏈路層協(xié)議,通過建立永久虛擬電路來傳輸數據。2簡化的幀格式幀中繼使用簡化的幀格式,只包含基本的頭部和尾部信息,減少開銷。3點對點連接幀中繼建立的是點對點的永久虛擬電路,通信雙方可以直接交換數據。4較低的費用與專線電路相比,幀中繼線路的費用較低,適合中小企業(yè)使用。ATM技術高帶寬能力ATM技術可以提供高達155Mbps的傳輸帶寬,非常適用于大容量多媒體數據傳輸。靈活的交換機制ATM采用基于電路交換的異步分組交換技術,可以實現跨網絡的虛擬電路配置。服務質量保證ATM可為不同類型的業(yè)務提供差異化的服務質量保證,如實時性、可靠性等。ATM網絡結構核心交換機ATM網絡核心由高性能ATM交換機組成,負責高速數據交換和路由管理。邊緣設備ATM網絡邊緣包括用戶終端和接入設備,用于向核心網提供業(yè)務流量。虛電路連接ATM通過虛電路技術建立端到端的邏輯連接,提供確定性的服務質量。ATM層次結構1物理層定義了ATM傳輸的物理特性,如電信號、光信號等。2ATM層負責ATM單元的傳輸、交換和多路復用,以及流量和擁塞控制。3自適應層提供適配不同服務類型的接口,如語音、數據等。4管理面負責信令和控制,提供連接建立、維護和釋放等功能。ATM服務類型恒定比特率(CBR)為連續(xù)性業(yè)務提供固定的傳輸速率,適用于語音、視頻等實時業(yè)務?？勺儽忍芈?VBR)根據業(yè)務特性動態(tài)調整傳輸速率,適用于視頻會議、視頻點播等業(yè)務?？捎帽忍芈?ABR)根據網絡狀態(tài)動態(tài)分配可用帶寬,適用于彈性性要求較高的業(yè)務。非指定比特率(UBR)提供盡力而為的最大可承載能力,適用于電子郵件、文件傳輸等不需保證服務質量的業(yè)務。擁塞控制防止網絡擁堵當網絡負載過重時,擁塞控制機制能夠有效地降低數據傳輸速率,防止網絡崩潰。提高傳輸效率合理的擁塞控制策略可以最大化網絡資源的利用,提高整體的傳輸效率。保證服務質量擁塞控制確保關鍵業(yè)務能夠在惡劣網絡條件下仍然獲得可靠的服務質量。公平性調度擁塞控制機制能夠公平地分配網絡帶寬資源,避免部分用戶壟斷網絡。鏈路層設備交換機交換機是鏈路層設備的重要組成部分,可以實現數據包的高速轉發(fā)和隔離網絡。路由器路由器能夠連接不同的網段,根據不同的傳輸協(xié)議選擇最佳路徑進行轉發(fā)。網卡網卡是鏈路層的終端設備,負責將主機與網絡進行互聯,實現數據的收發(fā)。集線器集線器可以連接多個設備,將信號在各端口之間傳遞,實現物理層網絡的互聯。鏈路層協(xié)議的性能指標吞吐量吞吐量是指單位時間內成功傳輸的數據量,是衡量網絡性能的重要指標。高吞吐量意味著網絡資源利用率高。時延時延是指數據從發(fā)送端到接收端所需的時間,包括傳輸延遲、排隊延遲等。低時延有利于實時應用。錯誤率錯誤率是指在數據傳輸過程中發(fā)生錯誤的比率。低錯誤率有利于提高數據傳輸的可靠性?？捎眯钥捎眯允侵妇W絡系統(tǒng)的總體可用時間占總時間的比例。高可用性意味著網絡穩(wěn)定性強。鏈路層協(xié)議的發(fā)展趨勢朝向軟件定義網絡隨著云計算和物聯網的興起,軟件定義網絡為鏈路層協(xié)議帶來了新的發(fā)展方向,增加了更大的靈活性和可編程性。支持更高速率傳輸隨著用戶對帶寬需求的不斷增加,鏈路層協(xié)議需要提升到更高的傳輸速率,以滿足數據密集型應用的需求。加強安全性和隱私保護隨著網絡安全問題日益凸顯,鏈路層協(xié)議需要更好地防御網絡攻擊,并保護用