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第三章:資料鏈路層

2021-10-03 07:42:02 軟體設計

3.1 使用點對點信道的資料鏈路層

資料鏈路層使用的信道主要有以下兩種型別:
1、 點對點信道,這種信道使用一對一的點對點通信方式;
2、 廣播信道,這種信道使用一對多的廣播通信方式,因此程序比較復雜,廣播信道上連接的主機很多,因此必須使用專用的共享信道協議來協調這些主機的資料發送,

資料鏈路層傳送的是幀,

資料鏈路層三個主要問題:
1、 封裝成幀;
2、 透明傳輸;
3、 差錯檢測,

封裝成幀
封裝成幀(framing)就是在一段資料的前后分別添加首部和尾部,然后就構成了一個幀,確定幀的界限,首部和尾部的一個重要作用就是進行幀定界,幀開始符(SHO)、幀結束符(EOT),

透明傳輸
1、 發送端的資料鏈路層在資料中出現控制字符“SOH”或“EOT”的前面插入一個轉義字符“ESC”(其十六進制編碼是 1B);
2、 位元組填充(bytestuffing)或字符填充(characterstuffing)就是指:接收端的資料鏈路層在將資料送往網路層之前洗掉插入的轉義字符;
3、 如果轉義字符也出現資料當中,那么應在轉義字符前面插入一個轉義字符,當接收端收到連續的兩個轉義字符時,就洗掉其中前面的一個,
資料鏈路層的幀
差錯檢測:在資料鏈路層傳送的幀中,廣泛使用了回圈冗余檢驗 CRC 的檢錯技術,

3.2 點對點協議 PPP

現在全世界用得最多的資料鏈路層協議是點對點協議 PPP(Point-toPointProtocol),

3.3 使用廣播信道的資料鏈路層

配接器
網路介面板又稱為通信配接器(adapter)或網路介面卡NIC(NetworkInterfaceCard),或“網卡”,

計算機通過配接器和局域網進行通信的原理:
在這里插入圖片描述
具有廣播特性的總線上實作了一對一的通信的原理:
1、 總線上的每一個作業的計算機都能檢測到 B 發送的資料信號;
2、 由于只有計算機 D 的地址與資料幀首部寫入的地址一致,因此只有 D 才接收這個資料幀;
3、 其他所有的計算機(A,C 和 E)都檢測到不是發送給它們的資料幀,因此就丟棄這個資料幀而不能夠收下來,

為了通信的簡便以太網采取了兩種重要的措施:
1、 采用較為靈活的無連接的作業方式,即不必先建立連接就可以直接發送資料;
2、 以太網對發送的資料幀不進行編號,也不要求對方發回確認,

以太網提供的服務是不可靠的服務:
1、 以太網提供的服務是不可靠的交付,即盡最大努力的交付;
2、 當目的站收到有差錯的資料幀時就丟棄此幀,其他什么也不做,差錯的糾正由高層來決定;
3、 如果高層發現丟失了一些資料而進行重傳,但以太網并不知道這是一個重傳的幀,而是當作一個新的資料幀來發送,

碰撞檢測
“碰撞檢測”就是計算機邊發送資料邊檢測信道上的信號電壓大小,當幾個站同時在總線上發送資料時,總線上的信號電壓擺動值將會增大(互相疊加),當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送資料,表明產生了碰撞,

爭用期
最先發送資料幀的站,在發送資料幀后至多經過時間 2?(兩倍的端到端往返時延)就可知道發送的資料幀是否遭受了碰撞,以太網的端到端往返時延 2?稱為爭用期,或碰撞視窗,經過爭用期這段時間還沒有檢測到碰撞,才能肯定這次發送不會發生碰撞,

最短有效幀長
以太網在發送資料時,若前 64 位元組沒有發生沖突,則后續的資料就不會發生沖突,以太網規定了最短有效幀長為 64 位元組,凡長度小于 64 位元組的幀都是由于沖突而例外中止的無效幀,

以太網的 MAC 層
在局域網中,硬體地址又稱為物理地址,或 MAC 地址,

配接器檢查 MAC 地址
1、 配接器從網路上每收到一個 MAC 幀,就首先用硬體檢查 MAC 幀中的MAC 地址,如果是發往本站的幀,則收下,然后再進行其他的處理,否則就將此幀丟棄,不再進行其他的處理;
2、 “發往本站的幀”包括以下三種幀:單播(unicast)幀(一對一)、廣播(broadcast)幀(一對全體)、多播(multicast)幀(一對多),

3.4 擴展的以太網

虛擬局域網 VLAN
每一個 VLAN 的幀都有一個明確的識別符號,指明發送這個幀的作業站是屬于哪一個 VLAN,虛擬局域網協議允許在以太網的幀格式中插入一個 4 位元組的識別符號,稱為 VLAN 標記(tag),用來指明發送該幀的作業站屬于哪一個虛擬局域網,

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