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  • 数据链路层设备
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    2016-10-06 22:06:29

    建立一种概念

    这里需要建立一种概念:在局域网之间建立一座桥梁,形成一个更大的以太网。如果一个家庭经常发生碰撞,将一个以太网比作一个家庭,那么这个大的以太网中的家庭之间是不会冲撞的,因为被桥给隔离开了。

    但是广播的话,这个大家庭还是一起听着的。这有点像是一个小村庄,每个家庭独占一个小岛屿,岛屿之间通过桥相连接。冲突只会发生在岛上。这个村庄共同听着一个大喇叭–听广播。

    那么,与没有一种真的扩大以太网,但是并不隔离碰撞域的呢?
    有。那就是集线器转发器

    所以,通过网桥相连接,可以隔离碰撞域但是不隔离广播域,在路由器那边我们会说到,路由器可以隔离广播域。

    到这里,可以回顾一下中继器和放大器这种在底层工作的设备了。

    网桥处理的数据对象是帧,所以它是工作在数据链路层的设备,中继器、放大器处理的是物理信号,其中中继器处理的是数字信号,也称基带信号,放大器放大的是模拟信号。

    网桥的工作过程####:

    网络1和网络2通过网桥连接后,网桥接收网络1发送的数据帧,检查数据帧中的地址。如果是网络2的地址,就转发给网路2,如果是网络1的地址,表示不用过桥,是家庭内部问题,直接丢弃,回去自己处理即可。换句话说就是:源站和目的站在同一个网段,目的站能够直接收到,不用借助网桥出去了。

    隔离冲突域的计算还牵涉到数据率的计算问题。
    同一个冲突域中,一次只能有两个点之间在交流。
    那么告诉你三个用网桥相连的以太网,每一个以太网的数据率都是10Mb/s,那么三个合在一起的便是30Mb/s。
    如果是用集线器或者转发器连起来的,那么只是一个大的以太网,数据率仍是10Mb/s。

    网桥具有存储转发能力。
    虽然根据协议可知,但是还是常常不考虑这个因素。
    具有存储转发能力的设备,都能进行协议转换。也就是说,网桥可以连接两个使用不同协议的局域网。

    网桥的基本特点

    下面看总结的网桥的基本特点

    • 寻址和路径选择能力:确定帧的传输方向
    • 源网络接收帧,以目的网络的介质访问控制协议转发该帧
    • 网桥可以连接不同类型的局域网
    • 网桥不对帧做修改,或者说只对封装格式做很小的修改
    • 网桥有足够大的缓冲空间,短期内帧的到达速度会大于转发速度,这就得先存一下

    再看优点:

    • 过滤通信量
    • 扩大物理范围
    • 物理层可以不同
    • 互联不同的局域网
    • 可靠性提高
    • 性能得到改善

    缺点:

    • 增加时延
    • MAC子层没有流量控制功能,编号机制在LLC子层,流量控制需要编号
    • 不同的MAC子层需要帧格式的转化(可以是有点也可以是缺点的特性)
    • 会有广播风暴,所以局域网数目有限制

    以太网么有实现LLC子层,所以不提供编号,也不提供确认机制。注意以太网用的是CSMA/CD协议,理解CSMA/CD是冲突检测协议就好对应了。

    路径选择算法

    • 透明网桥
    • 源路由网桥

    待更新:)

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    hupoi

    2020.01.14

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    物理层的主要设备:中继器、集线器。

    数据链路层主要设备:二层交换机、网桥

    网络层主要设备:路由器

    传统交换机从网桥发展而来,属于osi第二层即数据链路层设备。它根据mac

    地址寻址,通过站表选择路由,站表的建立和维护由交换机自动进行。路由器属于osi第三层即网络层设备,它根据

    ip

    地址进行寻址,通过路由表路由协议产生。交换机最大的好处是快速,由于交换机只须识别帧中mac

    地址,直接根据mac

    地址产生选择转发端口算法简单,便于asic实现,因此转发速度极高。但交换机的工作机制也带来一些问题。

    从过滤网络流量的角度来看,路由器(在网络层实现互连的设备)的作用与交换机和网桥非常相似。但是与工作在网络物理层、从物理上划分网段的交换机不同,路由器使用专门的软件协议从逻辑上对整个网络进行划分。

    网桥工作在数据链路层,将两个

    lan

    连起来,根据

    mac

    地址来转发帧,可以看作一个“低层的路由器”(路由器工作在网络层,根据网络地址如ip

    地址进行转发)。远程网桥通过一个通常较慢的链路(如电话线)连接两个远程lan,对本地网桥而言,性能比较重要,而对远程网桥而言,在长距离上可正常运行是更重要的。

    网桥与路由器的比较:网桥并不了解其转发帧中高层协议的信息,这使它可以同时以同种方式处理

    ip、ipx等协议,它还提供了将无路由协议的网络(如netbeui)分段的功能。由于路由器处理网络层的数据,因此它们更容易互连不同的数据链路层,如令牌环网段和以太网段。网桥通常比路由器难控制。像ip等协议有复杂的路由协议,使网管易于管理路由;ip等协议还提供了较多的网络如何分段的信息(即使其地址也提供了此类信息)。而网桥则只用

    mac

    地址和物理拓扑进行工作。因此网桥一般适于小型较简单的网络。

    网桥不同于中继器和集线器:网桥是通过逻辑判断而确定如何传输帧。这个逻辑是基于以太网的协议的,符合

    osi的第二层规范。所以网桥可以被看作是第二层的设备。

    中继器(repeater

    )是连接网络线路的一种装置,常用于两个网络节点之间物理信号的双向转发工作。中继器工作于osi的物理层,是最简单的网络互联设备,主要完成物理层的功能,负责在两个节点的物理层上按位传递信息,完成信号的复制、调整和放大功能,以此来延长网络的长度。由于存在损耗,在线路上传输的信号功率会逐渐衰减,衰减到一定程度时将造成信号失真,因此会导致接收错误。中继器就是为解决这一问题而设计的。它完成物理线路的连接,对衰减的信号进行放大,保持与原数据相同。一般情况下,中继器用于完全相同的两类网络的互连。

    集线器(hub)属于数据通信系统中的基础设备,它和双绞线等传输介质一样,是一种不需任何软件支持或只需很少管理软件管理的硬件设备。它被广泛应用到各种场合。集线器工作在局域网(lan)环境,像网卡一样,应用于osi参考模型第一层,因此又被称为物理层设备。集线器内部采用了电器互联,当维护lan

    的环境是逻辑总线或环型结构时,完全可以用集线器建立一个物理上的星型或树型网络结构。在这方面,集线器所起的作用相当于多端口的中继器。其实,集线器实际上就是中继器的一种,其区别仅在于集线器能够提供更多的端口服务,所以集线器又叫多口中继器。

    自己整理的,希望能对你有点帮助:)

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  • 3.8 计算机网络之数据链路层设备(网桥、交换机)

    千次阅读 多人点赞 2020-03-22 18:24:34
    文章目录1.网桥(1)基本概念(2)网桥信息处理方式(3)网桥的吞吐量举例(4)基本特点(5)优缺点(6)透明网桥(7)源路由网桥(选择最佳路由)2.局域网交换机(1)基本概念(2)原理(3)特点(4...网桥工作在链...


    1.网桥

    • 首先我们了解一下·冲突域和广播域·

    在这里插入图片描述

    (1)基本概念

    • 两个或多个以太网通过网桥连接后,就成为一个覆盖范围更大的以太网,而原来的每个以太网就称为一个网段
    • 网桥工作在链路层的MAC子层,可以使以太网各网段成为隔离开的碰撞域。
    • 如果把网桥换成工作在物理层的转发器,那么就没有这种过滤通信量的功能。
    • 由于各网段相对独立,因此一个网段的故障不会影响到另一个网段的运行。

    注意:网桥处理数据的对象是帧,所以它是工作在数据链路层的设备,中继器、放大器处理数据的对象是信号,所以它是工作在物理层的设备。

    (2)网桥信息处理方式

    • 网络1和网络2通过网桥连接后,网桥接收网络1发送的数据帧,检查数据帧中的地址,如
      果是网络2的地址,那么就转发给网络2;如果是网络1的地址,那么就将其丢弃,因为源站和
      目的站处在同-一个网段,目的站能够直接收到这个帧而不需要借助网桥转发。

    (3)网桥的吞吐量举例

    • 如图所示,设每个网段的数据率都是10Mb/s,那么三个网段合起来的最大吞吐量就变
      成了30Mb/s。如果把两个网桥换成集线器或转发器,那么整个网络仍然是—个碰撞域(即冲突域),
      当A和B通信时,所有其他站点都不能通信,整个碰撞域的最大吞吐量仍然是10Mb/s。
      在这里插入图片描述

    (4)基本特点

    网桥的基本特点:

    • ①网桥必须具备寻址和路径选择能力,以确定帧的传输方向;
    • ②从源网络接收帧,以目的网络的介质访问控制协议向目的网络转发该帧;
    • ③网桥在不同或相同类型的LAN之间存储并转发帧,必要时还进行链路层上的协议转换。注意,一般情况下,存储转发类设备都能进行协议转换,即连接的两个网段可以使用不同的协议;
    • ④网桥对接收到的帧不做任何修改,或只对帧的封装格式做很少的修改;
    • ⑤网桥可以通过执行帧翻译互联不同类型的局域网,即把原协议的信息段的内容作为另-种协议的信息部分封装在帧中;
    • ⑥网桥应有足够大的缓冲空间,因为在短时间内帧的到达速率可能高于转发速率。

    (5)优缺点

    网桥的优点:

    • ①能过滤通信量;
    • ②扩大了物理范围;
    • ③可使用不同的物理层;
    • ④可互联不同类型的局域网;
    • ⑤提高了可靠性;
    • ⑥性能得到改善。

    网桥的缺点:

    • ①增大了时延;
    • ②MAC子层没有流量控制功能(流量控制需要用到编号机制,编号机制的实现在LLC子层);
    • ③不同MAC子层的网段桥接在一起时,需要进行帧格式的转换;
    • ④网桥只适合于用户数不多和通信量不大的局域网,否则有时还会因传播过多的广播信息而产生
      网络拥塞,这就是所谓的广播风暴。

    网桥必须具有路径选择的功能,接收到帧后,要决定正确的路径,将该帧转送到相应的目的
    局域网站点。根据路径选择算法的不同,可将网桥分为·透明网桥和源路由网桥·

    (6)透明网桥

    • 透明网桥以混杂方式工作,它接收与之连接的所有LAN传送的每一-帧。
    • 到达帧的路由选择过程取决于源LAN和目的LAN:
    • ①如果源LAN和目的LAN相同,那么丢弃该帧;
    • ②如果源LAN和目的LAN不同,那么转发该帧;
    • ③如果目的LAN未知,那么扩散该帧。

    自学习算法:

    • 当网桥刚连接到以太网时,其转发表是空的,网桥按照自学习算法处理收到的帧。
    • 该算法的基本思想是:
    • 若从站A发出的帧从某端口进入网桥,那么从这个端口出发沿相反方向一定可把一个帧传送到站A。
    • 所以网桥每收到一个帧,就记下其源地址和进入网桥的端口,作为转发表中的一个项目(源地址、进入的接口和时间)。
    • 在建立转发表时,把帧首部中的源地址写在“地址”一栏的下面。
    • 在转发帧时,则根据收到的帧首部中的目的地址来转发。这时就把在“地址”栏下面已经记下的源地址当作目的地址,而把记下的进入端口当作转发端口。网桥就是在这样的转发过程中逐渐将其转发表建立起来的。
      在这里插入图片描述

    (7)源路由网桥(选择最佳路由)

    • 在源路由网桥中,路由选择由发送数据帧的源站负责,网桥只根据数据真正的路由信息对帧进行接收和转发。

    源路由的生成过程是:

    • 在未知路径前,源站要先发送一一个发现帧;途中的每个网桥都转发此帧,最终该发现帧可能从多个
      途径到达目的站;
    • 目的站也将一一发送应答帧; 每个应答帧将通过原路径返回,途经的网桥把自己的标志记录在应答帧中;源站选择出一个最佳路由。
    • 以后,凡从这个源站向该目的站发送的帧的首部,都必须携带这一路由信息。
      在这里插入图片描述

    2.局域网交换机

    (1)基本概念

    • 桥接器的主要限制是在任一时刻通常只能执行一个帧的转发操作,于是出现了局域网交换机,又称以太网交换机。
    • 从本质上说,以太网交换机是一个多端口的网桥,它工作在数据链路层。交换机能经济地将网络分成小的冲突域,为每个工作站提供更高的带宽。

    在这里插入图片描述

    (2)原理

    • 以太网交换机的原理是,它检测从以太端口来的数据帧的源和目的地的MAC(介质访问层)地址,然后与系统内部的动态查找表进行比较,若数据帧的MAC地址不在查找表中,则将该地址加入查找表,并将数据帧发送给相应的目的端口。

    (3)特点

    在这里插入图片描述

    (4)两种交换模式

    在这里插入图片描述
    参考:https://www.bilibili.com/video/av70228743?p=37

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  • 1. 数据链路层概述1.1 数据链路层在网络体系结构中所处的地位1.2 数据链路的三个重要问题1.2.1 封装成帧1.2.2 差错检测1.2.3 可靠传输1.3 总结 1. 数据链路层概述 1.1 数据链路层在网络体系结构中所处的地位   ...

    计算机网络系列内容的学习目录 → \rightarrow 谢希仁计算机网络学习系列内容汇总

    1. 数据链路层概述

    1.1 数据链路层在网络体系结构中所处的地位

      如下图所示,主机H1给主机H2发送数据,中间要经过3个路由器和电话网、局域网及广域网等多种网络。

    在这里插入图片描述
      从五层协议的角度来看,主机应具有体系结构中的各个层次,而路由器只需具有体系结构中的下面三层,各设备通过物理层下面的传输媒体进行互连。当主机H1向H2发送数据时,数据的流动如下图所示。

    在这里插入图片描述
      研究数据链路层的所要解决的问题时,假设数据包只在数据链路层从左向右沿水平方向传送。从数据链路层来看,主机H1到H2的通信可以看成是4段不同的链路上的通信组成的,如下图所示。

    在这里插入图片描述
      链路(Link)就是从一个结点到相邻结点的一段物理线路,而中间没有任何其他的交换结点。
      数据链路(Data Link)是指把实现通信协议的硬件和软件加到链路上,就构成了数据链路。
      数据链路层以为单位传输和处理数据。

    1.2 数据链路层的三个重要问题

    1.2.1 封装成帧

      如图所示,两台主机通过一段链路互连。两台主机都会对所发送或接收的数据包,进行五个层次的封装或解封。

    在这里插入图片描述
      发送方将待发送的数据通过应用层封装成为应用层协议数据单元,然后交付给运输层。

    在这里插入图片描述
      运输层为其添加运输层协议首部,使之成为运输层协议数据单元,然后交付给网络层。

    在这里插入图片描述
      网络层为其添加网络层协议首部,使之成为网络层协议数据单元,然后交付给数据链路层。

    在这里插入图片描述
      数据链路层给网络层协议数据单元添加一个数据链路层协议首部,简称为帧头,还要给其添加一个帧尾。我们将数据链路层给网络层交付的协议数据单元添加帧头和帧尾的操作成为封装成帧。添加帧头和帧尾的目的都是为了在链路上以帧为单元来传送数据,也就是为了实现数据链路层本身的功能。例如,下图是以太网版本2的MAC帧格式。

    在这里插入图片描述

    1.2.2 差错检测

      发送方将封装好的帧通过物理层发送到传输媒体,帧在传输过程中遭遇干扰后可能会出现误码,也就是比特0可能变成了比特1,反之亦然。

    在这里插入图片描述
      接收方主机如何判断帧在传输过程中是否出现了误码?
      这可以通过检错码来发现。发送方在发送帧之前,基于待发送的数据和检错算法计算出检错码,并将其封装在帧尾。例如以太网版本2的MAC帧的帧尾就是4字节的帧检验序列FCS字段,要写入该字段的内容,也就是我们所说的检错码。
    在这里插入图片描述
      接收方主机收到帧后,通过检测码和检测算法就可以判断出帧在传输过程中是否出现了误码。

    在这里插入图片描述

    1.2.3 可靠传输

      接收方主机收到有误码的帧后,是不会接受该帧的,将其丢弃。如果数据链路层向其上层提供的是不可靠服务,那么丢弃就丢弃了,不会再有更多措施。如果数据链路层向其上层提供的是可靠服务,那么就还需要其他措施来确保接收方主机还可以重新收到被丢弃的这个帧的正确副本。换句话说,尽管误码是不能完全避免的,但若能实现发送方发送什么,接收方最终都能收到什么,就称为可靠传输。

      封装成帧、差错检测、可靠传输是数据链路层中最基本、最重要的问题。
      需要说明的是,在介绍这三个问题的时候,使用的是点对点信道的数据链路层来举例的。对于使用广播信道的数据链路层,除了包含这三个问题外,还有一些其他需要解决的问题。如图所示,主机A、B、C、D、E通过一根总线进行互连,主机A要给主机C发送帧,代表帧的信号会通过总线传输到总线上的其他各主机。那么主机B、D、E如何知道所收到的帧不是发送给它们的?而主机C又如何知道所收到的帧恰恰是发送给自己的?
    在这里插入图片描述
      可以想起地址或者编制的问题,也就是将帧的目的地址添加在帧中一起传输。比如,下图是以太网版本2的MAC帧格式,其首部中的三个字段中有两个字段和地址相关,一个是目的地址字段,另一个是源地址字段。

    在这里插入图片描述
      除了编制问题外,当总线上多台主机同时使用总线来传输帧时,传输信号就会产生碰撞,这是采用广播信道的共享式局域网不可避免的。

    在这里插入图片描述
      以太网采用的协调方法是使用一种特殊的协议CSMA/CD,也就是载波监听多点接入/碰撞检测

      随着技术的发展,交换技术的成热和成本的降低,具有更高性能的、使用点对点链路和链路层交换机的交换式局域网在有限领域已完全取代了共享式局域网。那么,网络中的交换机又是如何转发帧的呢?

    在这里插入图片描述
      另外由于无线信道的广播天性,无线局域网仍然使用的是共享信道技术。比如,802.11局域网采用的媒体接入控制协议是CSMA/CA,也就是载波监听多点接入/碰撞避免。它的工作原理又是怎样的呢?

    在这里插入图片描述

    1.3 总结

      ■ 数据链路层在网络体系结构中的地位
      ■ 使用点对点信道的数据链路层
        ⋄ \diamond 三个重要问题:封装成帧、差错检测、可靠传输
      ■ 使用广播信道的数据链路层
        ⋄ \diamond 共享式以太网的媒体接入控制协议CSMA/CD
        ⋄ \diamond 802.11局域网的媒体接入控制协议CSMA/CA
      ■ 数据链路层的互连设备
        ⋄ \diamond 网桥和交换机的工作原理
        ⋄ \diamond 集线器(物理层互连设备)与交换机的区别

    1.4 课后练习

      1. 数据链路层传输和处理数据的单位是( D )
        A. 报文段  B. 比特流   C. 数据报   D. 帧
       分析: 数据链路层以帧为单位传输和处理数据。

      2. 下列不属于数据链路层功能的是( D )
        A. 封装成帧   B. 差错检测  C. 可靠传输   D. 拥塞控制
       分析: 数据链路层功能有封装成帧、差错检测、可靠传输。

      3. 共享式以太网的媒体接入控制协议和802.11局域网的媒体接入控制协议分别是 ( A )
        A. CSMA/CD, CSMA/CA   B. CSMA/CD, CDMA
        C. CSMA/CA, CDMA   D. CSMA/CA, Wi-Fi
       分析: 共享式以太网的媒体接入控制协议为CSMA/CD,也就是载波监听多点接入/碰撞检测。802.11局域网的媒体接入控制协议为CSMA/CA,也就是载波监听多点接入/碰撞避免。

      4. 下列属于数据链路层的互连设备是( B )
        A. 集线器  B. 网桥和交换机   C. 路由器   D. 网关
       分析: 数据链路层的互连设备网桥和交换机。

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  • 计算机网络第三章答案 复习三 (数据链路层

    万次阅读 多人点赞 2018-12-17 23:30:56
    1. 数据链路 (即逻辑链路 )与链路 (即物理链路 )有何区别 ? “电路接通了 ”与”数据链路接通了 ”的区别何在 ? 答:数据链路与链路的区别在于数据链路除链路外,还必须有一些必要的规程来控制数据的传输,因此, ...
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  • 数据链路层-点对点通信方式

    千次阅读 2022-03-06 13:33:47
    数据链路层中的点对点通信方式

空空如也

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哪个设备工作在数据链路层