TCP/IP协议——数据链路层



同段的链路层可以采用不同的数据链路层协议，数据链路层使用的信道类型（ 1 ）点对点信道（ 2 ）广播信道

一、点对点信道的数据链路层

链路和数据链路：

（链路：物理链路）从一个结点到相邻结点的一段物理线路

（数据链路：逻辑链路）物理链路加上必要的通信协议，通信协议用来控制数据传输

三个基本问题：

1、封装成帧

在一段数据的前后分别添加首部和尾部就构成了一帧，帧的数据部分的长度——最大传输单元MTU

2、透明传输

数据部分为ASCII码：使用特殊的帧定界符SOH和EOT

数据部分为非ASCII码：

字节填充（异步传输，逐个字符地传送）

零比特填充（同步传输，一连串的比特连续传输）

3、差错检测

循环冗余检测CRC

（1）传输差错（帧丢失，帧重复，帧失序）

（2）比特差错

PPP协议：

PPP协议不是纯粹的数据链路层的协议，它还包含了物理层和网络层的内容

PPP协议需求

1、简单

2、封装成帧

3、透明性

4、多种网络层协议

5、多种类型链路

6、差错检查

7、检测连接状态

8、网络层地址协商

9、数据压缩协商

二、广播信道的数据链路层

局域网：

局域网的主要优点

1、具有广播功能，从一个站点可很方便地访问全网

2、便于系统的扩展和逐渐演变，各设备的位置可灵活调整和改变

3、提高了系统的可靠性，可用性和生存性

局域网的网络拓扑

1、星形网（使用集线器）

2、环形网（令牌环形网，简称令牌环）

3、总线网（以太网）

4、树形网（总线网的变形）

局域网的信道划分

1、静态划分信道

2、动态媒体接入控制

（1）随机接入（以太网）

（2）受控接入

计算机与外界局域网的连接是通过（适配器），这种接口板又称为（网络接口卡NIC）或简称为（网卡）

适配器的一个重要功能是对数据的串行传输和并行传输转换，另一个重要功能是对数据进行缓存，以平衡网络上和计算机总线上数据率的不同

计算机的硬件地址在适配器的ROM，软件地址（IP地址）在计算机的存储器中

 

以太网（局域网的一种）：

1、以太网（1）采用较为灵活的无连接工作方式（2）发送的数据使用曼彻斯特编码的信号

2、以太网的信道利用率

S=T0/（T0+t）=1/（1+a） S：信道利用率，T0：帧的发送时间，t：单程端到端时延，a=t/T0

3、以太网的MAC层

硬件地址又称物理地址或MAC地址，适配器根据MAC地址选择接收MAC帧，包括

（1）单播（一对一）

（2）广播帧（一对全）

（3）多播帧（一对多）

帧的格式如：

4、高速以太网

（1）10Mb/s 传统以太网

（2）100Mb/s 高速以太网/快速以太网

（3）1000Mb/s 吉比特以太网/1Gb/s

5、CSMA/CD

CSMA/CD要：

（1）多点接入

（2）载波监听

（3）碰撞检测

在使用CSMA/CD协议时，一个站不可能同时进行发送和接收，因此使用CSMA/CD协议的以太网不可能进行全双工通信而只能进行双向交替通信（半双工通信）

CSMA/CD的要点归结

（1）适配器从网络层获得一个分组，加上以太网的首部和尾部，组成以太网帧，放入适配器的缓存中，准备发送。

（2）若适配器检测到信道空闲，就发送这个帧。若检测到信道忙，则继续检测并等待信道转为空闲，然后发送这个帧。

（3）在发送过程中继续检测信道，若一直未检测到碰撞，就顺利把这个帧成功发送完毕。若检测到碰撞，则中止数据的发送，并发送人为干扰信号。

（4）在中止发送后，适配器就执行指数退避算法，等待r倍512比特时间后，返回到步骤（2）。

使用集线器的以太网在逻辑上仍然是一个总线网，各站共享逻辑上的总线，使用CSMA/CD，同一时刻只允许一个站发送数据，集线器是工作在物理层的

扩展的以太网：

以太网的覆盖范围可以在物理层扩展，也可以在数据链路层扩展，这种扩展的以太网在网络层看来仍然是一个网络。

1、在物理层扩展可以（1）使用光纤和一对光纤调制解调器（2）使用多个集线器

2、在数据链路层扩展可以使用网桥

网桥带来的好处

（1）过滤通信量，增大吞吐量

（2）扩大了物理范围

（3）提高了可靠性

（4）可以互连不同物理层，不同MAC子层和不同速率的以太网

网桥的工作原理

网桥的种类

（1）透明网桥（即插即用，容易安装）

（2）源路由网桥（由发送帧的远源站负责路由选择的网桥）

（3）以太网交换机（多接口网桥）