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文檔簡介
數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層是OSI模型中的第二層,負(fù)責(zé)在兩個直接相連的節(jié)點之間可靠地傳輸數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)鏈路層主要功能包括:物理地址尋址、差錯檢測和糾正、流量控制和鏈路管理。by引言數(shù)據(jù)鏈路層計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的第二層。關(guān)鍵角色實現(xiàn)節(jié)點之間可靠的數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)幀在物理層比特流基礎(chǔ)上封裝數(shù)據(jù)幀,包含地址、控制信息等。多種協(xié)議如以太網(wǎng)、令牌環(huán)網(wǎng)、無線局域網(wǎng)。數(shù)據(jù)鏈路層概述物理連接數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)在相鄰節(jié)點之間建立物理連接,確保數(shù)據(jù)在物理鏈路上傳輸。錯誤檢測數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)檢測和糾正數(shù)據(jù)傳輸過程中的錯誤,保證數(shù)據(jù)完整性。數(shù)據(jù)幀封裝數(shù)據(jù)鏈路層將數(shù)據(jù)封裝成幀,添加幀頭和幀尾,以便識別和傳輸數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)鏈路層的功能11.幀封裝將數(shù)據(jù)分組封裝成幀,并在幀中添加必要的控制信息,例如幀起始符、幀結(jié)束符、地址信息和校驗和。22.物理地址識別使用MAC地址來識別網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點,確保數(shù)據(jù)幀能夠正確地發(fā)送到目標(biāo)節(jié)點。33.差錯控制檢測數(shù)據(jù)傳輸過程中出現(xiàn)的錯誤,并采取措施進(jìn)行糾正或重傳,確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?4.流量控制調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)傳輸速率,避免發(fā)送方過快地發(fā)送數(shù)據(jù),導(dǎo)致接收方處理不過來,造成數(shù)據(jù)丟失。數(shù)據(jù)鏈路層的服務(wù)無連接服務(wù)數(shù)據(jù)鏈路層不需要與網(wǎng)絡(luò)層建立連接。數(shù)據(jù)包直接發(fā)送,無需建立連接。面向連接服務(wù)數(shù)據(jù)鏈路層需要與網(wǎng)絡(luò)層建立連接,以確保數(shù)據(jù)包的可靠傳輸。可靠數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)鏈路層提供錯誤檢測和糾正機制,保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴|c對點鏈路控制點對點鏈路控制是數(shù)據(jù)鏈路層中的一種基本控制方式,用于在兩個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間建立可靠的通信連接。該方式通常用于局域網(wǎng)中,通過使用幀格式和鏈路控制協(xié)議來確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院陀行浴?數(shù)據(jù)傳輸發(fā)送節(jié)點將數(shù)據(jù)封裝成幀,并通過物理層發(fā)送到接收節(jié)點。2幀接收接收節(jié)點接收幀并進(jìn)行校驗,以確保數(shù)據(jù)完整性。3確認(rèn)機制接收節(jié)點發(fā)送確認(rèn)幀給發(fā)送節(jié)點,以確認(rèn)數(shù)據(jù)接收成功。點對點鏈路控制的基本工作過程1發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)幀2接收方接收數(shù)據(jù)幀3確認(rèn)發(fā)送確認(rèn)幀4重傳超時重傳數(shù)據(jù)幀點對點鏈路控制是數(shù)據(jù)鏈路層最基本的工作模式,該模式下的通信雙方稱為站。在點對點鏈路控制中,發(fā)送方將數(shù)據(jù)封裝成幀,并發(fā)送到接收方。接收方在收到數(shù)據(jù)幀后,會發(fā)送確認(rèn)幀給發(fā)送方,表示數(shù)據(jù)已成功接收。如果發(fā)送方在一定時間內(nèi)未收到確認(rèn)幀,則會重新發(fā)送數(shù)據(jù)幀。幀格式幀格式是數(shù)據(jù)鏈路層中用于封裝數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)。幀格式通常包含以下元素:幀起始符目標(biāo)地址源地址數(shù)據(jù)幀校驗序列幀結(jié)束符鏈路控制協(xié)議協(xié)議分類鏈路控制協(xié)議分為兩種類型:數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議和媒體訪問控制協(xié)議。數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議用于管理數(shù)據(jù)幀的傳輸,而媒體訪問控制協(xié)議則用于控制對共享網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)的訪問。功能鏈路控制協(xié)議負(fù)責(zé)在節(jié)點之間建立和維護(hù)可靠的數(shù)據(jù)傳輸。它們負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)幀的封裝、地址解析、錯誤檢測和糾正、流量控制等功能。停止-等待協(xié)議發(fā)送方發(fā)送幀發(fā)送方發(fā)送一個幀,并等待確認(rèn)幀。接收方收到幀接收方收到幀后,發(fā)送確認(rèn)幀,并繼續(xù)處理數(shù)據(jù)。發(fā)送方收到確認(rèn)幀發(fā)送方收到確認(rèn)幀后,發(fā)送下一個幀。超時機制如果發(fā)送方在一定時間內(nèi)沒有收到確認(rèn)幀,則超時,重新發(fā)送該幀。連續(xù)ARQ協(xié)議連續(xù)ARQ協(xié)議是一種可靠的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議,用于確保數(shù)據(jù)在傳輸過程中不會丟失或損壞。它通過在發(fā)送和接收數(shù)據(jù)幀之間建立一個滑動窗口,來實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?確認(rèn)幀接收方發(fā)送確認(rèn)幀ACK以確認(rèn)收到數(shù)據(jù)幀2定時器發(fā)送方使用定時器來檢測數(shù)據(jù)幀是否丟失3滑動窗口發(fā)送方和接收方使用滑動窗口來管理數(shù)據(jù)幀的傳輸4序列號數(shù)據(jù)幀使用序列號來標(biāo)識數(shù)據(jù)幀的順序連續(xù)ARQ協(xié)議中,發(fā)送方可以連續(xù)發(fā)送多個數(shù)據(jù)幀,而無需等待接收方的確認(rèn)。接收方則根據(jù)收到的數(shù)據(jù)幀的序列號,判斷數(shù)據(jù)幀的順序是否正確。如果出現(xiàn)丟失或損壞的幀,接收方將向發(fā)送方發(fā)送重傳請求。發(fā)送方收到重傳請求后,將重新發(fā)送丟失或損壞的幀??臻g分割11.頻分多址將信道帶寬分成若干個子信道,每個用戶占用一個子信道。22.時分多址將時間分成若干個時間片,每個用戶占用一個時間片。33.碼分多址將每個用戶的信號用不同的碼字進(jìn)行區(qū)分。44.空間分割將物理信道分成若干個獨立的信道,每個用戶占用一個信道。時分多址訪問技術(shù)時間片輪流每個用戶分配一個時間片,輪流使用信道。信道時間被分成若干時間片,每個時間片分配給一個用戶。時間片固定每個時間片分配給不同的用戶,輪流使用。用戶在自己的時間片內(nèi)可以獨占信道,不受其他用戶的干擾。低成本時分多址技術(shù)相對簡單,成本較低。不需要額外的硬件設(shè)備,只需要通過軟件實現(xiàn)即可。效率提升多個用戶共享信道,提高了信道利用率,減少了信道浪費。頻分多址訪問技術(shù)頻分多址訪問技術(shù)概述頻分多址訪問技術(shù)(FDMA)將通信信道劃分為多個頻率段,每個用戶分配一個獨立的頻率段,在同一時間使用不同的頻率段進(jìn)行通信。每個用戶在分配的頻率段內(nèi)獨占帶寬,不受其他用戶干擾。碼分多址訪問技術(shù)碼片序列每個用戶分配一個唯一的碼片序列,用于區(qū)分不同的用戶。正交性不同用戶的碼片序列相互正交,確保不同用戶之間不會互相干擾。擴頻技術(shù)將信號的帶寬擴展到比原始信號帶寬更大的范圍,提高信號抗干擾能力。多路訪問的基本原理多路訪問技術(shù)指多個用戶共享同一信道,有效利用信道資源。使用多路訪問技術(shù),可以實現(xiàn)多個設(shè)備共享網(wǎng)絡(luò)帶寬,降低成本。以太網(wǎng)以太網(wǎng)是一種常用的局域網(wǎng)技術(shù),它使用CSMA/CD訪問方法,并基于IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)。以太網(wǎng)通常使用UTP雙絞線進(jìn)行連接,傳輸速率包括10Mbps、100Mbps、1Gbps和10Gbps等。以太網(wǎng)廣泛應(yīng)用于各種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中,例如企業(yè)網(wǎng)絡(luò)、家庭網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)接入等。以太網(wǎng)的物理層物理介質(zhì)以太網(wǎng)使用雙絞線、同軸電纜或光纖等物理介質(zhì)傳輸數(shù)據(jù)。這些介質(zhì)的類型會影響傳輸速度和距離。網(wǎng)絡(luò)接口卡網(wǎng)絡(luò)接口卡(NIC)連接計算機和網(wǎng)絡(luò),并負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)從計算機轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)信號,反之亦然。集線器集線器是連接多個設(shè)備的簡單設(shè)備,它將所有設(shè)備連接到一個公共的網(wǎng)絡(luò)。交換機交換機比集線器更智能,它可以根據(jù)數(shù)據(jù)包的目的地址進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā),提高網(wǎng)絡(luò)效率。以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層以太網(wǎng)幀以太網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層使用以太網(wǎng)幀進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,它包含幀頭、數(shù)據(jù)部分和幀尾。MAC地址以太網(wǎng)幀中包含源MAC地址和目的MAC地址,用于識別網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。CSMA/CD以太網(wǎng)使用載波偵聽多路訪問/沖突檢測(CSMA/CD)協(xié)議來管理網(wǎng)絡(luò)訪問。以太網(wǎng)的協(xié)議幀格式以太網(wǎng)幀格式包括前導(dǎo)碼、幀起始符、目的MAC地址、源MAC地址、類型、數(shù)據(jù)字段和幀校驗序列。其中數(shù)據(jù)字段包含上層協(xié)議的數(shù)據(jù),幀校驗序列用于檢測幀傳輸過程中是否出現(xiàn)錯誤。以太網(wǎng)的CSMA/CD訪問方式載波偵聽發(fā)送數(shù)據(jù)前,先偵聽網(wǎng)絡(luò)上是否有其他設(shè)備正在發(fā)送數(shù)據(jù)。碰撞檢測如果檢測到碰撞,立即停止傳輸數(shù)據(jù),并發(fā)送一個稱為“干擾信號”的信號。隨機退避發(fā)送干擾信號后,等待一個隨機的時間,然后再次嘗試發(fā)送數(shù)據(jù)。指數(shù)退避如果多次發(fā)生碰撞,等待的時間會指數(shù)級地增長,以避免頻繁的碰撞。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是指網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點之間的連接方式,決定了數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)穆窂?。常見的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有總線型、星型、環(huán)型、樹型、網(wǎng)狀型等。不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有不同的優(yōu)缺點,例如總線型結(jié)構(gòu)簡單但可靠性較低,星型結(jié)構(gòu)可靠性較高但成本較高,環(huán)型結(jié)構(gòu)效率較高但容易出現(xiàn)單點故障,網(wǎng)狀型結(jié)構(gòu)最復(fù)雜但可靠性最高。交換機高效連接交換機連接多個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,如計算機、服務(wù)器和路由器。集中控制交換機管理網(wǎng)絡(luò)流量,提高網(wǎng)絡(luò)性能,并確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩涂煽啃浴=粨Q機的工作原理1接收數(shù)據(jù)幀交換機接收來自網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的數(shù)據(jù)幀,并分析幀中的目標(biāo)MAC地址。2查找MAC地址表交換機根據(jù)目標(biāo)MAC地址查找MAC地址表,以確定目標(biāo)設(shè)備所在的端口。3轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀交換機將數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)到目標(biāo)端口,只發(fā)送給目標(biāo)設(shè)備,不會廣播到所有端口。交換機的轉(zhuǎn)發(fā)機制1接收幀交換機接收來自網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的幀,檢查幀中的目標(biāo)MAC地址。2查找MAC地址表交換機在MAC地址表中查找目標(biāo)MAC地址,以確定對應(yīng)端口。3轉(zhuǎn)發(fā)幀交換機將幀轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的端口,以便將數(shù)據(jù)傳遞到目標(biāo)設(shè)備。交換機的生成樹協(xié)議生成樹協(xié)議生成樹協(xié)議(STP)是一個網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,用于防止網(wǎng)絡(luò)環(huán)路的產(chǎn)生。它通過識別網(wǎng)絡(luò)中的冗余路徑并將其阻塞,從而防止數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中無限循環(huán)。虛擬局域網(wǎng)虛擬局域網(wǎng)(VLAN)是一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù),它允許在同一物理網(wǎng)絡(luò)中創(chuàng)建多個邏輯網(wǎng)絡(luò),從而提高網(wǎng)絡(luò)效率和安全性。VLAN允許將用戶分組到不同的廣播域中,從而減少網(wǎng)絡(luò)流量和廣播風(fēng)暴,并提高安全性。虛擬局域網(wǎng)概述虛擬局域網(wǎng)的概念虛擬局域網(wǎng)(VLAN)是一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù),它將物理上位于不同網(wǎng)段的計算機邏輯地分組到一起,形成獨立的廣播域。VLAN允許用戶在一個物理網(wǎng)絡(luò)中創(chuàng)建多個虛擬網(wǎng)絡(luò),并對這些虛擬網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行獨立的管理和控制。VLAN的優(yōu)勢VLAN具有以下優(yōu)勢:提高網(wǎng)絡(luò)安全性、簡化網(wǎng)絡(luò)管理、優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能、靈活配置網(wǎng)絡(luò)資源。VLAN的應(yīng)用VLAN在現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)中得到了廣泛應(yīng)用,例如:企業(yè)網(wǎng)絡(luò)、校園網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)。虛擬局域網(wǎng)的工作原理1主機發(fā)送數(shù)據(jù)主機將數(shù)據(jù)幀發(fā)送到交換機2交換機查找VLAN交換機根據(jù)數(shù)據(jù)幀中的VLANID,確定目標(biāo)主機所屬的VLAN3轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀交換機將數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)到同一個VLAN內(nèi)的目標(biāo)主機虛擬局域網(wǎng)(VLAN)允許將邏輯網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建在物理網(wǎng)絡(luò)之上,實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)隔離和資源管理。交換機是實現(xiàn)VLAN的關(guān)鍵設(shè)備,它通過VLANID將主機劃分到不同的邏輯網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)主機發(fā)送數(shù)據(jù)幀時,交換機根據(jù)數(shù)據(jù)幀中的VLANID確定目標(biāo)主機所屬的VLAN,并將數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)到同一個VLAN內(nèi)的目標(biāo)主機。虛擬局域網(wǎng)的配置1端口配置將端口分配到不同的VLAN中,允許不同VLAN的設(shè)備之間進(jìn)行通信。2VLANI
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