网站开发合同模板免费,wordpress cms怎么登陆界面,多人在线协作网站开发,建设通app官方下载数据链路层的地位#xff1a;网络中的主机、路由器等都必须实现数据链路层信道类型 点对点信道#xff1a;使用一对一的点对点通信方式广播信道 使用一对多的广播通信方式必须使用专用的共享信道协议来协调这些主机的数据发送 使用点对点信道的数据链路层
数据链路和帧
链… 数据链路层的地位网络中的主机、路由器等都必须实现数据链路层信道类型 点对点信道使用一对一的点对点通信方式广播信道 使用一对多的广播通信方式必须使用专用的共享信道协议来协调这些主机的数据发送 使用点对点信道的数据链路层
数据链路和帧
链路从一个节点到相邻节点的一段物理线路有线或无线中间没有其他交换节点数据链路把通信协议和软件加到链路中如网络适配器帧数据链路层的协议数据单元
三个基本问题
封装成帧 在一段数据的前后分别添加首部和尾部构成一个帧首部和尾部的一个重要作用就是进行帧定界即确定帧的界限最大传送单元 MTU规定了所能传送的帧的数据部分长度上限控制字符 SOH放在一帧的最前面表示帧的首部开始控制字符 EOT放在一帧的末尾表示帧的结束 透明传输 含义无论发送什么样的比特组合的数据这些数据都能够按照原样没有差错地通过这个数据链路层字节填充/字符填充发送端的数据链路层在数据中的控制字符SOH/EOT前插入转义字符ESC十六进制编码为1B二进制为00011011 差错检测 比特差错 1 → 0 、 1\to0、 1→0、 0 → 1 0\to1 0→1误码率BER传输错误的比特占所传输比特总数的比率循环冗余检测CRC 在发送端先把数据划分为组。假定每组 k 个比特CRC 运算在每组 M 后面再添加供差错检测用的 n 位冗余码然后构成一个帧发送出去。一共发送 (k n) 位帧检验序列 FCS在数据后面添加上的冗余码仅用循环冗余检验 CRC 差错检测技术只能做到无差错接受
点对点协议PPP
PPP协议的特点
PPP协议应满足的需求 简单首要要求封装成帧必须使用特殊的字符作为帧定界符透明性如果数据中碰巧出现了和界定符一样的比特组合时就要采取有效的措施来解决这个问题详见3.2.2多种网络层协议在同一条物理链路上同时支持多种网络层协议多种类型链路能够在多种类型的链路上运行差错检测对接收端收到的帧进行检测并立即丢弃有差错的帧检测连接状态能够及时自动检测出链路是否处于正常工作状态最大传送单元必须对每一种类型的点对点链路设置最大传送单元 MTU 的标准默认值促进各种实现之间的互操作性网络层地址协商必须提供一种机制使通信的两个网络层实体能够通过协商知道或能够配置彼此的网络层地址数据压缩协商必须提供一种方法来协商使用数据压缩算法 PPP协议的组成 一个将IP数据报封装到串行链路的方法链路控制协议LCP网络控制协议NCP
PPP协议的帧格式
各字段的意义 标志字段F0x7E首部的第一个字段和尾部的第二个字段标志一个帧的开始或结束连续两帧之间只需要用一个标志字段地址字段A0xFF控制字段C0x03协议字段 0x00221PPP帧的信息字段为IP数据报0xC021信息字段是PPP链路控制协议LCP的数据0x8021网络层控制数据 尾部第一个字段使用CRC的帧检测序列FCS 字节填充 当PPP使用异步传输时把转义字符定义为0x7D使用字节填充把每个0x7E字节转变为2字节序列0x7D0x5E把每个0x7D字节转变为2字节序列0x7D0x5D在每个ASCLL控制字符数值小于0x20前加入一个0x7D字节 零比特填充 当PPP使用同步传输时使用零比特填充5个连续1后填入0
PPP协议的工作状态
使用广播信道的数据链路层
局域网的数据链路层
局域网的主要特点 网络为一个单位所拥有地理范围和站点数目均有限 局域网的主要优点 具有广播功能从一个站点可很方便地访问全网便于系统的扩展和逐渐地演变各设备的位置可灵活调整和改变提高了系统的可靠性、可用性和生存性 局域网按网络拓扑分类 星形网由于集线器的出现和双绞线大量用于局域网中星形以太网/多级星形结构的以太网获得广泛应用环形网总线网 媒体共享技术 静态划分信道 频分复用、时分复用、波分复用、码分复用 动态媒体接入控制多点接入 随机接入所有用户可随机地发送信息受控接入用户必须服从一定的控制如探询轮询 以太网的两个主要标准 DIX Ethernet V2世界上第一个局域网产品的规约IEEE 802.3第一个IEEE的以太网标准局域网数据链路层 逻辑链路控制LLC与传输媒体无关媒体接入控制MAC与传输媒体有关 适配器的作用 计算机与外界局域网的连接是通过适配器重要功能 进行串行/并行转换对数据进行缓存在计算机的操作系统安装设备驱动程序实现以太网协议
CSMA/CD协议
最早的以太网计算机连接到一根总线上总线 优点易于实现广播通信简单、可靠缺点多个站点同时发送时会产生发送碰撞或冲突导致发送失败 为通信的方便以太网采取了两种措施 采用较为灵活的无连接的工作方式 不必先建立连接就可以直接发送数据对发送的数据帧不进行编号也不要求对方发回确认 以太网发送的数据都使用曼彻斯特编码的信号 缺点所占的频带宽度比原始的基带信号增加了一倍 CSMA/CD协议载波监听多点接入/碰撞检测 多点接入总线型网络载波监听即“边发送边监听”。不管在想要发送数据之前还是在发送数据之中每个站都必须不停地检测信道碰撞检测适配器边发送数据边检测信道上的信号电压的变化情况。电压摆动值超过一定的门限值时就认为总线上至少有两个站同时在发送数据表明产生了碰撞或冲突电磁波在1km的电缆的传播时延约为5μs争用期碰撞窗口 以太网的端到端往返时延 2ττ为单程端到端的传播时延具体争用期时间为51.2μs 10Mbit/s的以太网以太网最大端到端单程时延必须小于争用期的一半 (即 25.6 μs)相当于以太网的最大端到端长度约为 5 km 碰撞后的重传机制 采用截断二进制指数退避确定发生碰撞的站停止发送数据后要退避一个随机时间后再发送数据基本退避时间2τ从整数集合 [ 0 , 1 , … , ( 2 k − 1 ) ] [0, 1, … , (2^k - 1)] [0,1,…,(2k−1)] 中随机地取出一个数记为 r重传所需的时延 r ∗ 基本退避时间 r*基本退避时间 r∗基本退避时间参数 k Min[重传次数, 10]当重传达 16 次仍不能成功时即丢弃该帧并向高层报告 强化碰撞人为干扰信号 发送站检测到冲突后立即停止发送数据帧接着就发送 32 或 48 比特的人为干扰信号以太网还规定了帧间最小间隔为 9.6 μs
使用集线器的星形拓扑
每个站到集线器的距离不超过100 m特点 使用电子器件来模拟实际电缆线的工作因此整个系统仍然像一个传统的以太网那样运行使用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网各工作站使用的还是 CSMA/CD 协议并共享逻辑上的总线同一时刻至多只允许一个站发送数据很像一个多端口的转发器工作在物理层每个端口仅仅简单地转发比特不进行碰撞检测采用了专门芯片进行自适应串音回波抵消减少了近端串音
以太网的信道利用率
成功发送一个帧需要占用信道的时间是 T 0 τ T_0 τ T0τ 比帧的发送时间要多一个单程端到端时延 τ要提高以太网的信道利用率就必须减小 τ 与 T 0 T_0 T0 之比在以太网中定义了参数 a 以太网单程端到端时延 τ 与帧的发送时间 T 0 T_0 T0 之比 a τ / T 0 aτ/T_0 aτ/T0 a → 0 a \to 0 a→0表示一发生碰撞就立即可以检测出来 并立即停止发送因而信道利用率很高a 越大表明争用期所占的比例增大每发生一次碰撞就浪费许多信道资源使得信道利用率明显降低为提高利用率以太网的参数 a 的值应当尽可能小些当数据率一定时以太网的连线的长度受到限制否则 t 的数值会太大以太网的帧长不能太短否则 T0 的值会太小使 a 值太大 极限信道利用率 S m a x S_{max} Smax S m a x T 0 T 0 τ 1 1 a S_{max}\frac{T_0}{T_0τ}\frac{1}{1a} SmaxT0τT01a1 只有当参数 a 远小于 1 才能得到尽可能高的极限信道利用率
以太网的MAC层
MAC层的硬件地址 硬件地址又称物理地址或MAC地址IEEE 802 标准为局域网规定了一种 48 位的全球地址简称为地址 IEEE 注册管理机构 RA 负责向厂家分配前 3 个字节 (即高 24 位)称为组织唯一标识符 OUI公司标识符厂家自行指派后 3 个字节 (即低 24 位)称为扩展标识符必须保证生产出的适配器没有重复地址地址被固化在适配器的 ROM 中 IEEE 规定地址字段的第 1 字节的最低位为 I/G 位 单个站地址I/G 位 0组地址I/G 位 1用来进行多播广播地址所有 48 位都为 1全 1。只能作为目的地址使用 IEEE 把地址字段第 1 字节的最低第 2 位规定为 G/L 位 全球管理G/L 位 0厂商向 IEEE 购买的 OUI 都属于全球管理本地管理G/L 位 1这时用户可任意分配网络上的地址 适配器具有过滤功能 每收到一个 MAC 帧先用硬件检查帧中的 MAC 地址如果是发往本站的帧则收下然后再进行其他的处理 发往本站的帧 单播帧一对一广播帧一对全体多播帧一对多 否则就将此帧丢弃不再进行其他的处理以混杂方式工作的以太网适配器只要“听到”有帧在以太网上传输就都接收下来 MAC帧的格式 常用的以太网 MAC 帧格式 DIX Ethernet V2 标准IEEE 的 802.3 标准 目的地址6字节源地址6字节类型2字节用来标志上一层使用的是什么协议以便把收到的 MAC 帧的数据上交给上一层的这个协议数据MAC 客户数据46-1500字节 当数据字段的长度小于 46 字节时应在数据字段的后面加入整数字节的填充字段以保证以太网的 MAC 帧长不小于 64 字节 FCS4字节由硬件在帧的前面插入 8 字节。第一个字段共 7 个字节是前同步码用来迅速实现 MAC 帧的比特同步。第二个字段 1 个字节是帧开始定界符表示后面的信息就是 MAC 帧 无效的MAC帧 数据字段的长度与长度字段的值不一致帧的长度不是整数个字节用收到的帧检验序列 FCS 查出有差错数据字段的长度不在 46 ~ 1500 字节之间有效的 MAC 帧长度为 64 ~ 1518 字节之间 对于检查出的无效 MAC 帧就简单地丢弃以太网不负责重传丢弃的帧 IEEE 802.3 MAC 与以太网 V2 MAC 帧格式的区别 当“长度/类型”字段值大于 0x0600 时表示“类型”小于 0x0600 时表示“长度”当“长度/类型”字段值小于 0x0600 时数据字段必须装入逻辑链路控制 LLC 子层的 LLC 帧在 802.3 标准的文档中MAC 帧格式包括了 8 字节的前同步码和帧开始定界符
扩展的以太网
在物理层扩展以太网
使用光纤扩展 主机使用光纤和一对光纤解调器连接到集线器 使用集线器扩展 用多个集线器连成更大的以太网优点 使原来属于不同碰撞域冲突域的计算机能够跨碰撞域通信扩大了以太网覆盖的地理范围 缺点 碰撞域增大了总的吞吐量未提高如果使用不同的以太网技术如数据率不同那么就不能用集线器将它们互连起来
在数据链路层扩展以太网
早期使用网桥现在使用以太网交换机 网桥根据 MAC 帧的目的地址对收到的帧进行转发和过滤。或者转发或者丢弃以太网交换机多端口的网桥可明显地提高以太网的性能
以太网交换机的特点 实质上是一个多接口网桥通常有十几个或更多的接口每个接口都直接与一个单台主机或另一个以太网交换机相连并且一般都工作在全双工方式以太网交换机具有并行性 能同时连通多对接口使多对主机能同时通信相互通信的主机都独占传输媒体无碰撞地传输数据每一个端口和连接到端口的主机构成了一个碰撞域 接口有存储器能在输出端口繁忙时把到来的帧进行缓存即插即用。其内部的帧交换表又称为地址表是通过自学习算法自动地逐渐建立起来的。这种交换表就是一个内容可寻址存储器CAM使用专用的交换结构芯片用硬件转发其转发速率要比使用软件转发的网桥快很多 以太网交换机的自学习功能 2. 消除回路生成树协议STP 1. 不改变网络的实际拓扑但在逻辑上则切断某些链路使得从一台主机到所有其他主机的路径是无环路的树状结构从而消除了兜圈子现象从总线以太网到星形以太网 早期 采用无源的总线结构使用CSMA/CD协议以半双工方式工作 现在 以太网交换机为中心的星形结构不使用共享总线没有碰撞问题不使用 CSMA/CD 协议以全双工方式工作。但仍然采用以太网的帧结构
虚拟局域网
以太网存在的问题 广播风暴一个以太网是一个广播域交换机之间的冗余链路形成广播风暴安全问题交换机每个接口都处于一个独立的碰撞域或冲突域中但所有计算机都处于同一个广播域中管理困难 虚拟局域网VLAN 利用以太网交换机可以很方便地实现虚拟局域网 VLANIEEE 802.1Q 对虚拟局域网 VLAN 的定义虚拟局域网 VLAN 是由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组而这些网段具有某些共同的需求。每一个 VLAN 的帧都有一个明确的标识符指明发送这个帧的计算机是属于哪一个 VLAN虚拟局域网其实只是局域网给用户提供的一种服务并不是一种新型局域网 虚拟局域网优点 改善了性能简化了管理降低了成本改善了安全性 划分虚拟局域网的方法 基于交换机端口 最简单、也是最常用的方法属于在第 1 层划分虚拟局域网的方法缺点不允许用户移动 基于计算机网卡的 MAC 地址 根据用户计算机的 MAC 地址划分虚拟局域网属于在第 2 层划分虚拟局域网的方法允许用户移缺点需要输入和管理大量的 MAC 地址。如果用户的 MAC 地址改变了则需要管理员重新配置VLAN 基于协议类型 根据以太网帧的第三个字段“类型”确定该类型的协议属于哪一个虚拟局域网属于在第 2 层划分虚拟局域网的方法 基于 IP 子网地址 根据以太网帧的第三个字段“类型”和 IP 分组首部中的源 IP 地址字段确定该 IP 分组属于哪一个虚拟局域网属于在第 3 层划分虚拟局域网的方法 基于高层应用或服务 根据高层应用或服务、或者它们的组合划分虚拟局域网更加灵活但更加复杂
高速以太网
100BASE-T 以太网快速以太网
在双绞线上传送 100 Mbit/s 基带信号的星形拓扑以太网仍使用 IEEE 802.3 的 CSMA/CD 协议1995 定为正式标准IEEE 802.3u特点 可在全双工方式下工作而无冲突发生在全双工方式下工作时不使用 CSMA/CD 协议使用 IEEE 802.3 协议规定的 MAC 帧格式保持最短帧长不变但将一个网段的最大电缆长度减小到 100 米帧间时间间隔从原来的 9.6 ms 改为现在的 0.96 ms
吉比特以太网
特点 允许在 1 Gbit/s 下以全双工和半双工 2 种方式工作使用 IEEE 802.3 协议规定的 MAC 帧格式在半双工方式下使用 CSMA/CD 协议而在全双工方式不使用 CSMA/CD 协议与 10BASE-T 和 100BASE-T 技术向后兼容 吉比特以太网的物理层 自有以太网美国国家标准协会ANSI制定的光纤通道FC 半双工方式工作的吉比特以太网 半双工时采用 CSMA/CD必须进行碰撞检测为保持 64 字节最小帧长度以及 100 米的网段的最大长度增加了 2 个功能 载波延伸将争用时间增大为 512 字节。凡发送的 MAC 帧长不足 512 字节时就用一些特殊字符填充在帧的后面分组突发当很多短帧要发送时第 1 个短帧采用载波延伸方法进行填充随后的一些短帧则可一个接一个地发送只需留有必要的帧间最小间隔即可。这样就形成可一串分组的突发直到达到 1500 字节或稍多一些为止
10吉比特以太网10GbE和更快的以太网
特点 万兆比特与 10、100 Mbit/s 和 1 Gbit/s 以太网的帧格式完全相同保留了 IEEE 802.3 标准规定的以太网最小和最大帧长只使用光纤作为传输媒体只工作在全双工方式没有争用问题不使用 CSMA/CD 协议 端到端的以太网传输 以太网的工作范围已经扩大到城域网和广域网实现了端到端的以太网传输好处 技术成熟互操作性很好在广域网中使用以太网时价格便宜采用统一的以太网帧格式简化了操作和管理
使用以太网进行宽带接入
特点 可以提供双向的宽带通信可以根据用户对带宽的需求灵活地进行带宽升级可以实现端到端的以太网传输中间不需要再进行帧格式的转换不支持用户身份鉴别 PPPoE 在以太网上运行 PPP将 PPP 帧封装到以太网中来传输现在的光纤宽带接入 FTTx 都要使用 PPPoE 的方式进行接入利用 ADSL 进行宽带上网时从用户个人电脑到家中的 ADSL 调制解调器之间的连接也使用 RJ-45 和 5 类线也使用 PPPoE
