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  • 如果网卡想和自己邻居通信,网卡发出帧必须是以太帧(Ethernet Frame)。正是基于这个共识,以太网才因其简单易用而流行起来。有同学可能会有不同意见,我网卡我想发什么就发什么,为何一定要发以太帧? 难道...

    如果网卡想和自己的邻居通信,网卡发出的帧必须是以太帧(Ethernet Frame)。

    正是基于这个共识,以太网才因其简单易用而流行起来。

    有同学可能会有不同的意见,我的网卡我想发什么就发什么,为何一定要发以太帧? 难道网卡就不能发一串“0123456789”?连以太帧头、尾(校验)都不需要,可不可以?

    当然可以,你的地盘你做主,问题是这个帧发出去了,别的网卡会接收吗?

    不会,因为别的网卡不理解这串数字是干嘛的!

    你可以自由操控自己的网卡,但是你却左右不了所有的网卡,对吗?

    基于此点共识,业界制定一套协议规范,网卡严格遵照这个规范,网卡就可以自由地通信。

    但以太帧的类型也有几种,如下图所示:

    以上4种帧类型,帧格式有细微的差别,差别主要在“Ethernet Type / Length”(缩写为E/L)起始的两个字节。

    如果E/L == 0xAAAA,帧类型为 IEEE 802.2 SNAP

    如果E/L == 0xFFFF,帧类型为 Novel raw IEEE 802.2

    如果E/L >= 0x1536,帧类型为 Ethernet II

    如果E/L <= 0x1500,帧类型为 IEEE 802.2 LLC

    有了这些协议规范的制约,不同网卡即使发送不同类型的帧,别的网卡照样可以理解并处理。

    学习计算机网络,每天都和这些协议打交道,理解上文对于理解协议是干嘛的非常有帮助。

    协议,是大家约定俗成一套规范,如果当初IPv4地址不是4个字节,而是16个字节可不可以? 当然可以,协议还不是人制定的吗?但是既然制定好了,大家必须严格遵守,通信才能成为可能。

    电话拨号

    电话线上的帧格式为PPP,这是电话线解决上网最后一公里的协议规范。

    为何不选择Ethernet?

    传输距离限制,Ethernet本身也没有认证用户的能力。

    宽带技术的飞速发展,以太网占据运营商的基础架构的绝大多数,运营商迫切需要使用以太网技术将用户接入网络。

    但又希望使用PPP协议来认证用户,以及为用户电脑分配IP地址,于是就有了将PPP、Ethernet两种技术融为一体的协议规范,它的名字叫PPPoE。

    PPPoE

    PPPoE是PPP Over Ethernet的缩写,顾名思义,PPP协议跑在Ethernet的上方。

    如果把Ethernet比作货车,那么PPP就是被运载的货物。

    当初电话拨号用户的IP报文是这么来运载的:

    PPP/IP/Payload

    在用户被允许发送IP报文之前,需要做以下的工作:

    1.协商物理链路MRU参数、协商接下来用什么方法认证用户

    PPP/LCP

    2. 完成步骤1,需要认证用户

    PPP/CHAP

    3. 认证成功,需要给用户分配IP地址等参数

    PPP/IPCP

    这三个过程,即俗称的拨号,报号成功后,就可以运载用户的IP报文了。

    PPPoE希望依然按照原先的方式来运输用户的IP报文“PPP/IP/Payload”,“”中的长长的一串可以看成货物,这件货物是这么来运输的。

    Ethernet/PPPoE/PPP/IP/Payload

    这个想法很美好,但是为了实现这个美好的想法依然需要做很多准备工作。

    如果把主动发起PPPoE拨号的设备,称作PPPoE Client,那么来终结PPPoE会话的设备称作 PPPoE Server。

    一个最现实的问题,PPPoE的MAC地址是多少?

    还有PPPoE协议的Ethertype是多少? 这个好办,分配一个就好,0x8863。

    不知道MAC地址,怎么完成Etherrnet的封装?对吗?

    自然希望PPPoE Client通过广播的方式去发现Server!

    写到这里,不得不写PPPoE Server的发现过程了。

    PPPoE Server的发现过程

    1. PPPoE Initiation

    2. PPPoE Offer

    3. PPPoE Request

    4. PPPoE Session Confirm

    以上4个过程和DHCP工作非常类似,就不展开了。

    这个发现过程的报文交互,可以用一个封装格式来高度概括:

    Ethernet(0x8863)/PPPoE

    以上的过程是为了使用PPPoE来运载IP报文所做的准备工作,通常称之为控制连接, Ethertype = 0x8863 也是为了描述这个过程。

    控制连接完成了,就可以来运输货物了吗?

    No!

    还需要PPP完成自己的准备工作,至于如何连接的,上文有详细描述。

    为了区别于控制连接,接下来将使用Ethertype = 0x8864来识别用户数据连接。

    用户数据连接

    按序进行以下工作

    Ethernet(0x8864)/PPPoE/PPP(0xC021)/LCP

    Ethernet(0x8864)/PPPoE/PPP(0xC223)/CHAP

    Ethernet(0x8864)/PPPoE/PPP(0x8021)/IPCP

    完成以上所有前戏工作,才可以真正运输用户的IP报文。

    用户数据运输

    Ethernet(Ethertype = 0x8864)/PPPoE/PPP(0x0021)/IP/Payload

    不知道大家留意括号中的数字了吗?这些内容是为了协议复用!

    当一个底层运输工具,需要运输多件货物时,必须采用货物类型来区分货物。

    虽然上文IP没有使用括号来区分货物类型,其实IP协议也是使用协议类型来区分自己的货物的,比如 0x06 代表TCP,0x11代表UDP。

    而如果一个运输工具,只运输一件货物,则不需要货物类型来区分自己的货物,接收方自然会知道货物是啥,而不会引起歧义!

    大家发现没有,即使使用PPPoE来运输货物,最底层的运输工具,依然是Ethernet,而不是PPP。

    更多内容请参考文章:数据链路层如何区分接收的数据属于什么网络协议?​mp.weixin.qq.coma7720435cf4f576f0dc039cb579bcbab.png

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  • 数据链路层的硬件设备 网卡 别名 网络适配器,Network Adapter 硬件组成 网卡是由RAM和ROM(read only memory)组成的,ROM中保存有MAC地址,由于在ROM中,所以不可更改。 网卡作用 1.计算机中的数据IO是并行的,而...

    数据链路层的硬件设备

    网卡

    别名

    网络适配器,Network Adapter

    硬件组成

    网卡是由RAM和ROM(read only memory)组成的,ROM中保存有MAC地址,由于在ROM中,所以不可更改。

    网卡作用

    • 1.计算机中的数据IO是并行的,而网络中传输的是比特流,属于串行IO。因此计算机如果想要使用网络和外界通信,就需要一个专门的硬件实现并行数据和串行数据的转换。
    • 2.网卡的ROM上保存有MAC地址,所以网卡的另一个作用是帧(数据链路层传输单位)的封装和解封装。

    网卡示意图在这里插入图片描述

    工作在计算机网络中的哪一层?

    • 1.网卡可以将计算机的并行数据转换为串行的比特流(物理层传输内容),因此网卡可以工作在物理层。
    • 2.网卡可以完成帧的封装和解封装,所以网卡也可以工作在数据链路层。

    集线器 Hub

    集线器样子

    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

    集线器的作用

    • 1.集线器将接受到的电信号,经过放大或再生,使信号能传输到更远的地方。
    • 2.集线器将接受的信号向其他所有的端口转发。
    • 3.由于集线器

    集线器工作的层次

    • 集线器接受和转发的信号都是电信号,不具有识别帧的攻击,因此可以说它工作在物理层。
    • 在交换机出现之前,局域网多使用总线结构,主要使用集线器和双绞线实现,使用集线器的以太网仍然是总线结构,依靠适配器(网卡)执行CDMA/CD协议

    交换机

    交换机的的本质作用

    在数据链路层扩展以太网(PS:在物理层扩展以太网的方式有使用光纤和多级集线器)
    在交换机出现以前,人们使用网桥(bridge)对MAC帧进行转发

    交换机名称

    交换机又被称为二层交换机,即说明他工作在数据链路层

    交换机的特点

    • 1.{\color{red} 全双工通信},因为每个站和交换机端口之间的信道是独占的,并且交换机可以实现MAC帧地址的识别和转发,相当于在两个栈之间建立了点对点的信道。

    • 2.{\color{red} 交换机自学习功能},交换机有一张交换表,可以记录MAC帧和对应端口。交换表是不断改变的,因此不必担心网卡更换是否导致通信失败,自学习功能可以做到即插即用。
      在这里插入图片描述

    • 3.交换机实现了生成树协议,解决如下问题。当两个交换机相连,某一个帧要从左边交换机的端口发送到右侧交换机的端口,此时自学习过程可能使得该帧一直在兜圈子。使用生成树协议可以切断某些不必要的链路,从而去掉环路。

    • 在这里插入图片描述

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  • 数据链路层

    2018-10-06 19:58:00
    数据链路层使用信道类型数据链路层属于计算机网络底层,数据链路层使用信道类型主要有以下两种: ⦁ 点对点信道的数据链路层,这种信道使用一对一点对点通信方式,用户与ISP之间通信就是如此 ⦁ 广播...

    数据链路层使用的信道类型
        数据链路层属于计算机网络的底层,数据链路层使用的信道类型主要有以下两种:
      ⦁ 点对点信道的数据链路层,这种信道使用一对一的点对点的通信方式,用户与ISP之间的通信就是如此
      ⦁ 广播信道:这种方式使用一对多的广播通信方式,使用专用的信道共享协议

     

    数据链路层研究的问题
        局域网虽然是一个网络,但是局域网中的主要的问题是如何将分组从一个主机转发到另一个主机,不经过路由器,属于数据链路层的范围。
        主要是点对点协议PPP,和广播CSMA/CD协议

     

    数据链路层和网络层的关系

      数据链路处于网络层的下一层,因此网络层也要使用数据链层提供的服务,数据链路层将网络层交下来的数据,加上帧头帧尾封装成一个帧,然后再将帧交给物理层进行传输,如同数据链路层和物理层之间的关系一样,网络层和数据链路层之间具有同样的关系,数据链路层的任务是屏蔽掉不同的通信信道的区别,使网络层感受不到这些区别,网络层不知道数据链路使用的是点对点信道还是广播信道,网络层只知道,把数据交给数据链层,数据链层就能帮它把分组传送出去,当然数据链层也读不懂网路层的数据的内容,只知道是0还是1,而这些01代表什么含义它不知道,什么源IP地址,目的IP地址啊,数据链路层都看不懂,它只是将网络层交下来的分组,当成帧的数据部分,然后传送出去。

      数据链路层和网络层之间的耦合度也是很低的,可见网络分层的思想是非常有利用计算机网络的发展。

     

    数据链路和帧
        链路和数据链路的异同:
        链路:链路是指从一个结点到相邻节结点的一段物理线路,可以是有线或者无线。
        数据链路:把现实通信协议的软硬件加到链路上,就构成了数据链路。
        可以使用网络适配器(包括硬件和软件)来实现这些协议,一般的适配器包括了数据链路层和物理的功能。
        数据链路层的协议数据单元-----帧
        数据链路层把网络层交下来的数据构成帧发送到链路上,以及把收到的帧中的数据取出并上交给网络层,网络层使用的协议数据单元是IP数据报(数据报、分组或者包)
        点对点信道的数据链路层在通信时的主要步骤:
      ⦁     结点A的数据链路层把网络层交下来的IP数据报添加首部和尾部封装成帧
      ⦁     结点A的数据链路层通过物理层把帧发送给结点B的数据链路层
      ⦁     结点B的数据链路层收到这个帧之后进行差错检验,若无差错,则提取帧中的IP数据报上交给网络层,如有差错,丢弃该帧。

        

     

    数据链路层需要解决的三个问题

      数据链路层的协议有许多种,但是有三个问题是共同的:
      ⦁ 封装成帧
      ⦁ 透明传输
      ⦁ 差错检测

      封装成帧
      数据链路层把网络层交下来的IP数据报,添加首部和尾部之后,构成一个帧,接收端能根据帧头和帧尾识别出一个帧的开始和结束,首部和尾部起到了帧定界的作用。每一种数据链路层协议都规定了所能传送的帧的数据部分的最大长度MTU。

     

     

     



      透明传输
      透明传输是指无论什么样的比特组合的数据都能通过数据链路层,如:发送前在“SOH”和“EOT”等帧定界符之前插入一个转义字符“ESC”,称为字节填充,接收端在接收时,删除“ESC”。

      差错检测
      数据链路层广泛使用了CRC循环冗余检验技术,使用CRC技术产生帧检验序列FCS,在发送之前加上FCS。CRC是一种检错方法,FCS时添加在数据之后的冗余码,在检错方法上,可以使用CRC,也可以使用其他技术。
      过程:
      ⦁ 使用CRC运算得到FCS序列
      ⦁ 添加序列到数据部分之后
      ⦁ 接收方以帧为单位进行CRC检验
      ⦁ 有差错丢弃,无差错接收
      可靠传输:可靠传输是指发送端发送什么接收端就接收什么,但是数据链路层只能对帧进行无比特差错接收:即有差错则丢弃,无差则错接收。
      传输差错可以分为:
      ⦁ 比特差错
      ⦁ 帧丢失、重复、失序
      数据链路层能实现无比特差错的传输

      OSI的观点是:数据链路层向上提供可靠的传输服务,除了CRC检验技术之外,还需增加帧编号、确认和重传机制。但是现在的通信质量提高,数据链路层出现差错的概率较小,现在的因特网采用区别对待的方式:
      ⦁ 通信质量较好的有线传输链路,数据链路层不提供可靠的传输服务,网络层提供
      ⦁ 通信质量较差的无线线传输链路,数据链路层提供可靠的传输服务,
      这样做的目的是提高通信效率

     

    转载于:https://www.cnblogs.com/yusiming/p/9748261.html

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  • 数据链路层使用信道主要有两种类型:点对点信道,这种信道使用一对一点对点通信方式。广播信道。局域网一般并不在网络层中去讨论,网络层要解决多个网络互连问题,讨论分组如何通过路由,转发到另一个网络。...

    数据链路层使用的信道主要有两种类型:

    点对点信道,这种信道使用一对一的点对点通信方式。

    广播信道。

    局域网一般并不在网络层中去讨论,网络层要解决多个网络互连的问题,讨论分组如何通过路由,转发到另一个网络。局域网属于数据链路层的范围,讨论分组如何在一个网络中不经过路由转发,主机进行通信。

    路由器在转发分组时和主机不同,有完整的五层协议栈,他们只有三层。

    使用点对点信道的数据链路层

    链路 (link)是一条无源的点到点的物理线路段,中间没有任何其他的交换结点。一条链路只是一条通路的一个组成部分。

    数据链路 (data link) 除了物理线路外,还有通信协议来控制这些数据的传输。把实现这些协议的硬件和软件加到链路上,就成了数据链路。现在常用的方法是使用适配器(即网卡)来实现这些协议的硬件和软件。一般的适配器都包括了数据链路层和物理层这两层的功能。

    点对点信道的数据链路层在通信时主要步骤如下:

    节点 A 的数据链路层把网络层交下来的 IP 数据报添加首部和尾部封装成帧。

    A 发给 B 的数据链路层

    B 收到后,检查无差错,则提取 IP 数据报交给上面的网络层,否则丢弃。

    数据链路层协议有许多种,但有三个基本问题则是共同的。这三个基本问题是:

    封装成帧

    透明传输

    差错控制

    1.封装成帧

    封装成帧 (framing) 就是在一段数据的前后分别添加首部和尾部,然后就构成了一个帧。确定帧的界限。

    首部和尾部的一个重要作用就是进行帧定界。

    首部和尾部包含许多必要的控制信息。

    其他的功能以后讨论,目前三个问题,重点理解 封装成帧。

    点对点协议PPP

    现在全世界使用得最多的数据链路层协议是点对点协议 PPP (Point-to-Point Protocol)。

    用户使用拨号电话线接入因特网时,一般都是使用 PPP 协议。

    PPP 协议有三个组成部分

    一个将 IP 数据报封装到串行链路的方法。

    链路控制协议 LCP (Link Control Protocol)。

    网络控制协议 NCP (Network Control Protocol)。

    PPP 协议的工作状态

    当用户拨号接入 ISP 时,路由器的调制解调器对拨号做出确认,并建立一条物理连接。

    PC 机向路由器发送一系列的 LCP 分组(封装成多个 PPP 帧)。

    这些分组及其响应选择一些 PPP 参数,并进行网络层配置,NCP 给新接入的 PC 机分配一个临时的 IP 地址,使 PC 机成为因特网上的一个主机。

    通信完毕时,NCP 释放网络层连接,收回原来分配出去的 IP 地址。接着,LCP 释放数据链路层连接。最后释放的是物理层的连接。

    可见,PPP 协议已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。

    使用广播信道的数据链路层

    局域网最主要的特点是:

    网络为一个单位所拥有。

    地理范围和站点数目均有限。

    局域网具有如下主要优点:

    具有广播功能,从一个站点可很方便地访问全网。局域网上的主机可共享连接在局域网上的各种硬件和软件资源。

    系统的优点。

    以太网的由来和两个标准:

    DIX Ethernet V2是世界上第一个局域网产品(以太网)的规约,IEEE802.3是第一个IEEE的以太网标准。

    DIX Ethernet V2标准与IEEE的802.3标准只有很小的差别,因此可以将802.3局域网简称为“以太网”。

    严格说来,“以太网”应当是指符合DIX Ethernet V2标准的局域网。

    为了使数据链路层能更好地适应多种局域网标准,IEEE 802委员会就将局域网的数据链路层拆成两个子层:

    逻辑链路控制LLC (Logical Link Control)子层;媒体接入控制MAC (Medium Access Control)子层。

    与接入到传输媒体有关的内容都放在MAC子层,而LLC子层则与传输媒体无关。

    不管采用何种协议的局域网,对 LLC 子层来说都是透明的。

    由于TCP/IP体系经常使用的局域网是DIX Ethernet V2,因此现在的逻辑链路控制子层LLC的作用已经不大了。很多厂商生产的适配器上就仅装有MAC协议而没有LLC协议。

    适配器的作用:

    网络接口板又称为通信适配器(adapter)或网络接口卡NIC (Network Interface Card),或“网卡”。

    适配器的重要功能: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

    计算机通过适配器和局域网进行通信

    CSMA/CD 协议:

    最初的以太网是将许多计算机都连接到一根总线上。当初认为这样的连接方法既简单又可靠,因为总线上没有有源器件。

    总线上的每一个工作的计算机都能检测到B发送的数据信号。只有计算机D的地址与数据帧首部写入的地址一致,因此只有D才接收这个数据帧。其他所有的丢弃这个数据帧而不能够收下来。在具有广播特性的总线上实现了一对一的通信。

    为了通信的简便,以太网采取了两种重要的措施:(1)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。(2)以太网发送的数据都使用曼彻斯特(Manchester)编码

    “多点接入”表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。

    “载波监听”是指每一个站在发送数据之前先要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据,有则暂时不发送数据,以免发生碰撞。

    总线上并没有什么“载波”。因此,“载波监听”就是用电子技术检测总线上有没有其他计算机发送的数据信号。

    CSMA/CD 重要特性:

    使用CSMA/CD协议的以太网不能进行全双工通信而只能进行双向交替通信(半双工通信)。

    每个站在发送数据之后的一小段时间内,存在着遭遇碰撞的可能性。

    这种发送的不确定性使整个以太网的平均通信量远小于以太网的最高数据率。

    以太网的 MAC 层:

    如果连接在局域网上的主机或路由器安装有多个适配器,那么这样的主机或路由器就有多个“MAC地址”。更准确些说,这种48位“地址”应当是某个接口的标识符。

    类比虚拟局域网使用的局域网帧格式:

    在数据链路层扩展以太网:

    扩展以太网更常用的方法是在数据链路层进行。

    早期使用网桥,现在使用以太网交换机。

    以太网交换机实质上就是一个多接口的网桥。

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    万次阅读 多人点赞 2018-11-19 08:26:26
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空空如也

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