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  • 二、数据链路层

    2020-07-15 21:10:39
    数据链路层连接的建立、维持和释放过程 3.帧定界、帧同步与透明传输 两个工作中之间传输信息时,必须将网络层的分组封装成帧,以帧的格式进行传送。将一段数据的前后分别添加首部和尾部,就构成了帧。 而其首部跟...

    数据链路层

    主要功能:
    1.为网络层提供服务
    2.链路管理
    3.帧定界、帧同步与透明传输
    4.流量控制
    5.差错控制

    1.为网络层提供服务
    	对网络层而言,数据链路层额基本任务是将源机器中来自网络层的数据传输到目标机器的网络层。
    
    2.链路管理
    	数据链路层连接的建立、维持和释放过程
    
    3.帧定界、帧同步与透明传输
    	两个工作中之间传输信息时,必须将网络层的分组封装成帧,以帧的格式进行传送。将一段数据的前后分别添加首部和尾部,就构成了帧。
    而其首部跟尾部中含有很多控制信息。
    	之所以要把数据组合成帧为单位传输,是为了在出错时只重发出错的帧,而不必重发全部数据,从而提高效率
    	发送方必须依据一定规则把网络层递交的分组封装成帧(即组帧)。组帧主要解决帧定界、帧同步与透明传输等问题。通常有以下4种方法
    实现组帧。
    	1.字符计数法
    		字符计数法是指在帧头部使用一个计数字段来标明帧内字符数。通过计数字段可以知道字节数,从而确定帧结束的位置。
    	2.字符填充的首尾定界符法
    		用一些特定的字符来定界开始与结束,若在传输数据中有与开始、结束字符相同的数据,则可以在这些数据前面加一个转义字符,让
    	接收方明白这是一个数据,而不是开始或者结束。
    	3.零比特填充的首尾标志法
    		用01111110来标志一帧的开始和结束。为了防止误判,发送方在信息位中遇到5个连续的1时,将自动在其后插入一个0;而接收方在
    	每次收到5个连续的1时,自动删除紧跟其后的0,以恢复原信息。
    	4.违规编码法
    		借用违规编码序列来定界帧的起始和终止。
    
    4.流量控制
    	1.流量控制、可靠传输与滑动窗口机制
    		1.流量控制
    			流量控制涉及对链路上的帧的发送速率的控制,以使接收方有足够的缓冲空间来接收每个帧。
    		2.停止-等待流量控制基本原理
    			发送方:每发送一帧,都需要等待接收方的应答信号,之后才能发送下一帧。
    			接收方:每接收一帧,都要反馈一个应答信号,表示可接收下一帧。
    			如果接收方不反馈应答信号,那么发送方必须一直等待。
    		3.滑动窗口流量控制基本原理
    			发送窗口:在任意时刻,发送方都维持一组连续的允许发送的帧的序号。
    			接收窗口:在同一时刻,接收方也维持一组连续的允许接收的帧的序号。
    			其有以下重要特性:
    				1.只有接收窗口向前滑动(同时接收方发送了确认帧)时,发送窗口才有可能(只有发送方收到确认帧后才一定)向前滑动
    				2.从滑动窗口的概念上看:
    					停止-等待协议:发送窗口大小=1,接收窗口大小=1
    					后退N帧协议:发送窗口大小>1,接收窗口大小=1
    					选择重传协议:发送窗口大小>1,接收窗口大小>1
    				3.接收窗口的大小为1时,可保证帧的有序接收
    				4.数据链路层的滑动窗口协议中,窗口的大小在传输过程中是固定的
    		4.可靠传输机制
    			数据链路层的可靠传输通常使用确认和超时重传两种机制来完成。
    				确认:是一种无数据的控制帧,这种控制帧使得接收方可以让发送方知道哪些内容被正确接收。
    				超时重传:发送方在发送某个数据帧后就开启一个计时器,在一定时间内如果没有得到发送的数据帧的确认帧,那么就重新
    				发送该数据帧直到发送成功为止。
    	2.单帧滑动窗口与停止-等待协议
    		发送方每发送一帧,都需要等待接收方的应答信号,之后才能发送下一帧。接收方:每接收一帧,都要反馈一个应答信号,表示可接
    	收下一帧。从滑动窗口机制上看,停止-等待协议相当于发送窗口和接收窗口大小均为1的滑动窗口协议。
    	3.多帧滑动窗口与后退N帧协议(GBN)
    		发送方连续发送N个帧,接收方每次只接收一个帧,接收后发送确认帧,然后发送方便会滑动一下窗口。发送方的滑动窗口也是有限
    	制的
    	4.多帧滑动窗口与选择重传协议(SR)
    		发送方连续发送多个帧,接收方每次可以接收多个帧,接收后发送确认帧。
    
    5.差错控制
    	因为实际通信链路都不是理想的,比特在传输过程中可能会产生差错,1可能会变成0,0可能会变成1.而差错控制又可分为检错编码和纠错
    编码。
    	1.检错编码,即接收端检测出差错时,就设法通知发送端重发,直到接收到正确的码字为止
    		1.奇偶校验码
    			由n-1位信息元和1位校验元组成如。如果是奇校验码,那么在附加一个校验元后,码长为n的码字中“1”的个数为奇数。如果是
    		偶校验码,那么在附加一个校验元后,码长为n的码字中“1”的个数为偶数。
    		2.循环冗余码
    			多项式相除判断
    	2.纠错编码,接收端不但能发现差错,而且能确定比特串的错误位置,从而加以纠正。
    		其具体步骤如下:
    			1.确定海明码的位数
    			2.确定校验位的分布
    			3.分组以形成校验关系
    			4.校验位取值
    			5.海明码的校验原理
    	
    
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  • Chapter 3 数据链路层

    2019-08-15 16:27:59
    2 链路管理:数据链路层连接的建立、维持和释放 3 帧定界:首尾标志符 帧同步:接收方从接收到的比特流中区分出帧的首尾 透明传输:加上转义字符,避免产生二义性 4 流量控制:限制发送方的数据流量,使其速率...

    1 数据链路层的功能

    将物理层连接改造为逻辑上无差错的数据链路

    1 为网络层提供服务

    2 链路管理:数据链路层连接的建立、维持和释放

    3 帧定界:首尾标志符

       帧同步:接收方从接收到的比特流中区分出帧的首尾

       透明传输:加上转义字符,避免产生二义性

    4 流量控制:限制发送方的数据流量,使其速率不超过接收方的接收能力。

    这个过程需要某种反馈机制,即使发送方知道在什么情况下发送下一帧。在数据链路层主要是控制两个结点间数据链路上的流量;在运输层控制从源端到目的端的流量

    5 差错控制:位错:CRC校验码

                         帧错:帧丢失、帧重复、失序------在数据链路层引入定时器和编号机制

    2 组帧

    组帧的目的就是为了在出错时能够只传送出错的帧,而不需要重发全部数据,以提高效率。

    解决帧定界、帧同步、透明传输等问题。常用的方法是  字符填充法。防止出现连续的多个0或者多个1.

    3 流量控制与可靠传输机制

    流量控制目的是限制发送方的数据发送速率,从而使接收方有充分的时间接收。

    流量控制的基本方法:

    停止-等待协议:发送方每发送一帧,都要等待接收方的应答信号。

    滑动窗口机制: 发送端每次发送一帧,收到一个确认帧之后再向前移动。接收端接收到数据帧后,将窗口向前移动,并发回确认帧。只有接收窗口先向移动发送窗口才有可能向前移动。

    后退N帧协议:GBN   在连续收到好几个正确的数据帧之后对最后一个数据帧发送确认信息;或在自己有数据要发送时才将对以前正确收到的帧加以捎带确认。

    选择重传协议:只重传计时器超时或者出现差错的帧;每个发送缓冲区对应一个计时器,进行超时重传。另外,一旦接收方怀疑帧出错,就会发一个NAK给发送方,要求NAK中指定的帧进行重传。

    3 介质访问控制

    主要任务:为使用介质的每个结点隔离来自同一信道上其他结点所传送的信号。

    内容:采取一定措施,使得两对结点之间的通信不会发生互相干扰。

    帧的传输时延至少要两倍于信号在总线中的传播时延,总线网中的所有数据帧必须大于一个最小帧长。

    最小帧长=总线传播时延*数据传输率*2=64B(以太网最短帧长)

    二进制指数退避算法

    1)基本退避时间为2倍传输时延,即一个争用期

    2)确定参数k为重传次数,k不超过10

    3)r=random[1,2,3,...2的k次方-1],重传所需要的时间就是    r*争用期

    4)重传不超过16次

    CSMA/CA(Carrier sensor multiple access with colission avoidence)载波监听多点接入碰撞避免

     

    4 以太网与802.3

    IEEE 802.3是一种基带总线形的局域网标准,描述物理层和数据链路层的MAC子层实现方法。

    网卡:计算机与外界局域网的连接;功能:实现与局域网传输介质间的物理连接和电信号的匹配,帧的发送与接收,帧的封装与拆封,介质访问控制,数据的编码与解码及数据缓存功能。

    全世界的每块网卡在出厂时只有一个唯一的代码,即MAC地址。

    MAC地址:用于控制主机在网络上的数据通信,数据链路层设备都使用各个网卡的MAC地址。

    5  IEEE 802.11无线局域网协议标准

    广域网数据链路层控制协议:PPP协议   HDLC协议

    PPP协议:应用在直接连接两个结点的链路上,设计目的主要是:通过拨号或专线方式建立点对点连接,发送数据,使其成为各种主机、网桥、和路由器之间简单连接的一种共同的简单方案。面向字节。

    HDLC高级数据链路控制协议:面向比特的数据链路层协议

     

    6 数据链路层设备

    网桥:连接以太网,必须具有路径选择功能

    优点:1)过滤通信量 2)扩大物理范围  3)使用不同物理层  4)可互连不同类型的局域网  5)提高可靠性

    缺点:   1)  增大了时延 2)没有流量控制功能  3)不同的网桥段连接时要进行帧格式的转换。

    透明网桥:选择的不是最佳路由

    原路由网桥:选择的是最佳路由(即往返时间最短)

    局域网交换机:多端口的网桥

    原理:检测从以太网端口来的数据真的源和目的地的MAC地址,与系统内部的动态查找表进行比较,如果数据帧的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。

    特点:1)每个端口都直接与单台主机相连,一般工作在全双工方式。2)同时连通多对端口,无碰撞的传输数据。3)即插即用设备。4)交换效率极高,独占传输媒体的带宽。

    两种交换方式:直通式交换,只检查帧的目的地址,接收后马上传出去。

                             存储式交换,先将接收到的帧存到高速缓存中,并检查数据,无误后查找表找到对应的端口将帧转发出去。可靠性高,支持不同速率间的转换,延迟较大。

     

    7 本章疑难解惑

    链路:从一个节点到相邻接点的一段物理线路,中间没有任何其他交换结点。

    数据链路:包括将数据传输一段路的过程中的协议、软件、硬件。

    “电路接通”表示链路两端的结点交换机已经开机,物理连接已经能够传送比特流,但是数据传输并不可靠,在物理连接基础上再建立数据链路连接。

     

     

     

     

     

    谢谢你陪我走过一段路,丰富了那段时光。我喜欢过你,但,不过是那时的我恰好喜欢那时的你罢了。

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  • 数据链路层功能 为网络层提供服务 对网络层而言,数据链路层的基本任务是将源机器中来自网络...数据链路层连接的建立、维持和释放过程就称为链路管理 在多个站点共享统一物理信道的情况下(例如局域网中)如何在...

    数据链路层功能

    • 为网络层提供服务

      • 对网络层而言,数据链路层的基本任务是将源机器中来自网络层的数据传输到目标机器的网络层。
      • 数据链路层可为网络层提供的服务有:
        • 无确认的无连接服务
        • 有确认的无连接服务
        • 有确认的面向连接服务
        • 有连接一定要有确认,即不存在无确认的面向连接的服务
    • 链路管理

      • 数据链路层连接的建立、维持和释放过程就称为链路管理
      • 在多个站点共享统一物理信道的情况下(例如局域网中)如何在要求通信的站点间分配和管理新道也属于数据链路层管理范畴
    • 帧定界、帧同步和透明传输

      • 首部和尾部中含有很多控制信息,它们的一个重要作用是确定帧的界限,即帧定界
      • 帧同步指的是接收方应当能从接收到的二进制比特流中区分出帧的起始与终止
      • 透明传输就是不管所传数据是什么样的比特组合,都应当能在链路上传送
    • 流量控制

      • 流量控制实际上就是限制发送方的数据流量,使其发送速率不超过接收方的接受能力
      • 对于数据链路层来说,控制的是相邻两结点之间数据链路上的流量,而对于运输层来说,控制的是从源端到目的端之间的流量
    • 差错控制

      • 用以使发送方确定接收方是否正确收到了由他发送的数据的方法称为差错控制
      • 这些错误可以分为帧错位错
      • 位错指帧中某些位出现了差错。通常采用循环冗余校验(CRC)方式发现位错,通过自动重传请求(Automatic Repeat reQuest ,ARQ)方式来重传出错的帧;汉明码和循环冗余码都用于差错控制
      • ARQ法仅返回很少的控制信息,便可有效的确认所发数据帧是否被真正接收
      • 帧错是指帧的丢失、重复或乱序等错误。在数据联络层引入定时器和编号机制,可以保证每一帧最终都能有且仅有一次正确地交付给目的结点

    补充知识点

    • 数据链路层的主要功能包括组帧,组帧即定义数据格式
    • 数据链路层在物理层提供的不可靠的物理连接上实现结点到结点的可靠性传输
    • 控制对物理传输介质的访问是由数据链路层的介质访问机制(MAC)子层完成
    • 数据链路层不需要考虑物理层如何实现比特传输细节

    组帧

    • 数据链路层之所以要把比特组合成帧为单位传输,是为了在出错时只重发出错的帧,而不必重发全部数据,从而提高了效率。为了使接收方能正确地接收并检查所传输的帧,发送方必须依据一定规则把网络层递交的分组封装成帧(称为组帧)。组帧主要解决帧定界、帧同步、透明传输等问题
    • 字符计数法
    • 字符填充的首尾定界法
    • 比特填充的首位标志法
    • 违规编码法

    差错控制

    • 一般说,数据的传输差错是由噪声引起的。通信信道的噪声可以分为两类:热噪声和冲击噪声。热噪声一般是信道固有的,引起的差错是随机差错,可以通过提高信噪比来降低他对数据传输的影响。冲击噪声一般是有外界电磁干扰引起的,引起的差错是突发差错,它是引起传输差错的主要原因
    • 链路层的差错控制有两种基本策略:检错编码(Error-Detecting Code)和纠错编码(Error-Correcting Code),常见的纠错码有海明码,他能发现双比特错,但只能纠正单比特错误。常见的检错编码有奇偶校验码和循环冗余码
    • 循环冗余码(Cyclic Redundancy Code,CRC)可以检测出所有的单比特错误·
    • 奇偶校验码只能检测出错误而无法对其进行修正,也无法检测出双位错误

    流量控制与可靠传输机制

    • 流量控制、可靠传输与滑动窗口机制

      • 流量控制涉及对链路上的帧的发送速率的控制,以使接收方有足够的缓冲空间来接收每一个帧
      • 流量控制的基本方法是由接收方控制发送方发送数据的速率,常见的方法有停止等待协议和滑动窗口协议
    • 停止-等待流量控制基本原理

      • 传输效率低
    • 滑动窗口流量控制基本原理

      • 滑动窗口有以下特性:
        • 只有接受窗口向前滑动时(同时接受方发送了确认帧),发送窗口才有可能(只有发送方收到确认帧才是一定)向前滑动
        • 从滑动窗口的概念看,停止-等待协议、后退N帧协议和选择重传协议只在发送窗口大小和接受窗口大小上有所差别
        • 停止-等待协议:发送窗口大小 = 1,接受窗口大小 = 1
        • 后退N帧协议:发送窗口大小 > 1,接受窗口大小 = 1
        • 选择重传协议:发送窗口大小 > 1,接受窗口大小 > 1
        • 当接受窗口的大小为1时,可保证帧的有序接收
        • 数据链路层的滑动窗口协议中,窗口的大小在传输过程中是固定的
    • 可靠传输机制

      • 数据链路层的可靠传输通常使用确认超时重传两种机制完成
      • 自动重传请求(Automatic Repeat reQuest,ARQ)通过接收方请求发送方重传出错的数据帧来恢复出错的帧,是通信中用于处理信道所带来差错的方法之一。传统自动重传请求分为三种:停止-等待(Stop-and-Wait)ARQ、后退N帧(Go-back-N)ARQ以及选择重传(Selective Repeat)ARQ。后两种协议是滑动窗口技术与请求重发技术的结合,由于窗口尺寸开到足够大时,帧在线路上可以连续地流动,因此又称为连续ARQ协议。
      • 在数据链路层中流量控制机制和可靠传输机制是交织在一起的
    • 单帧滑动窗口与停止-等待协议

    • 多帧滑动窗口与后退N帧协议(GBN)

      • 当接收方检测出失序的信息帧后,要求发送方重发最后一个正确接收的信息帧之后的所有未被确认的帧;或者当发送方发送了N个帧后,若发现该N个帧的前一个帧在计时超时后仍未返回其确认信息,则该帧被判为出错或丢失,此时发送方就不得不又重传该出错帧及随后的N个帧
      • 后退N镇协议一方面因连续发送数据帧提高了信道的利用率,但另一方面,在重传时又必须把原来已传送正确的数据帧进行重传(仅因这些数据帧的前面有一个数据帧出错了),这种做法又使传送效率降低。由此可见,若信道的传输质量很差导致误码率较大时,后退N帧协议不一定优于停止-等待协议
    • 多帧滑动窗口与选择重传协议(SR)

      • 只重传出现差错的数据帧或者是计时器超时的数据帧
      • 但此时必须加大接受窗口,以便先收下发送序号不连续但仍处在接受窗口中的那些数据帧
      • 信道的效率,也称为信道利用率:指发送方在一个发送周期的时间内,有效地发送数据所需要的时间占整个发送周期的比率
      • **信道利用率 (L/C)/T
      • L:在这个周期内发送L比特的数据;C:发送方数据传输率;则发送方用于发送有效数据的时间为L/C
      • 信道吞吐率 = 信道利用率 * 发送方的发送速率

    补充知识点

    • 在后退N帧的协议中,序列号个数不小于MAX_SEQ+1,;发送窗口WT = 2n - 1;
    • 在选择重传协议中,若采用n个比特对帧进行编号,为避免接收端向前移动窗口后,新的窗口与旧的窗口产生重叠,接受窗口的最大尺寸应该不超过序号范围的一半:WR <= 2n-1

    介质访问控制

    • 介质访问控制所要完成的主要任务是为使用介质的每个结点隔离来自同一信道其他结点所传送的信号,以协调活动结点的传输。用来决定广播信道中信道分配的协议属于数据链路层的一个字层,称为介质访问控制(Medium Access Control,MAC)子层
    • 介质访问控制的内容就是,采取一定的措施,是的两对结点之间的通信不会发生互相干扰的情况
    • 常见的介质访问控制方法有:信道划分介质访问控制、随机访问介质访问控制和轮训访问介质访问控制。其中前者是静态划分信道的方法,而后两者是动态分配信道的方法

    • 信道划分介质访问控制

      • 信道划分介质访问控制将使用介质的每个设备与来自同一通信信道上的其他设备的通信隔离开来,把时域和频域资源合理地分配给网络上的设备
      • 多路复用技术:当传输介质的带宽超过了传输单个信号所需的带宽时,人们就通过在一条介质上同时携带多个传输信号的方法来提高传输系统的利用率

        • 多路复用技术把多个信号组合在一条物理信道上进行传输,使多个计算机或终端设备共享信道资源,提高信道的利用率
      • 信道划分的实质就是通过分时、分频、分码等方法把原来的一条广播信道,逻辑上分为几条用于两个结点之间通信的互不干扰的子信道,实际上就是把广播信道转变为点对点信道

      • 频分多路复用 (FDM)

        • 频分多路复用是一种将多路基带信号调制到不同频率载波上再进行叠加形成一个复合信号的多路复用技术
        • 优点:充分利用了传输介质的带宽,系统效率较高;由于技术比较成熟,实现也较容易
        • 共享空间,而不共享时间
      • 时分多路复用(TDM)

        • 时分多路复用是将一条物理信道按时间分成若干个时间片,轮流地分配给多个信号使用。
        • 就某一时刻来看,时分多路复用信道上传送的仅是某一对设备之间的信号,但就某一段时间而言,则传送着按时间分割的多路复用信号。
        • 统计时分多路复用(STDM),又称异步时分多路复用是TDM的一种改进,它采用STDM帧,STDM帧不是固定分配时隙,而是按需动态地分配时隙,当终端有数据要传送时才会分配到时间片,因此可以提高线路的利用率
        • 共享时间,而不共享空间
      • 波分多路复用(WDM)

        • 波分多路复用就是光的频分多路复用
      • 码分多路复用(CDM)

        • 码分多路复用是靠不同的编码来区分各路原始信号的一种复用方式。与FDM和TDM不同,它既共享信道的频率,又共享时间
        • 码分多路复用技术具有频谱利用率高、抗干扰能力强、保密性强、语音质量好等优点,还可以减少投资和降低运行成本,主要用于无线通信系统,特别是移动通信系统
    • 随机访问介质访问控制

      • 在随机访问协议中,不采用集中控制方式解决发送信息的次序问题,所有用户都可以根据自己的意愿随机地发送信息,占用信道全部速率。在总线网中,当有两个或更多个用户同时发送信息时,就会产生帧的冲突(碰撞,即前面所说的相互干扰),这导致所有冲突用户的发送均以失败告终。为了解决随机接入发生的碰撞,每个用户需按照一定的规则反复地重传它的帧,直到该帧无碰撞地通过。这些规则就是随机访问介质访问控制协议,常用的协议有:ALOHA协议、CSMA协议、CSMA/CD协议、CSMA/CA协议等,它们的核心思想都是:胜利者通过争用获得信道,从而获得信息的发送权。因此,随机访问介质访问控制又称争用型协议
      • ALOHA 协议

        • Additive Link On-line HAwaii system
        • ALOHA协议分为纯ALOHA协议和时隙ALOHA两种
        • 纯ALOHA协议

          • 但网络中的任何一个站点需要发送数据时,可以不进行任何检测就发送数据。如果在一段时间内没有收到确认,该站点就认为传输过程中发生了冲突。发送站点需要等待一段时间后再发送数据,直至发送成功
          • ALOHA系统采用的重传策略是让各站等待一段随机的时间,然后再进行重传。若再发生碰撞,则需要再等待一段随机的时间,直到重传成功为止
          • ALOHA网络的吞吐量很低,为了克服这一缺点,在原始的纯ALOHA协议的基础上进行改进,产生了时隙ALOHA协议
        • 时隙ALOHA协议

          • 时隙ALOHA是把所有各站在时间上都同步起来,并将时间划分成一段段等长的时隙(Slot),规定只能在每个时隙开始时才能发送一个帧。从而避免了用户发送数据的随意性,减少了数据产生冲突的可能性,提高了新到的利用率
          • 时隙ALOHA比纯ALOHA的吞吐量大了一倍
        • CSMA协议

          • 载波侦听多路访问(Carrier Sense Multiple Access,CSMA)
          • 每个站点在发送前都先侦听一下公用的信道,发现信道空闲后再发送,那将会大大减小冲突的可能,从而提高新到的利用率。
          • CSMA协议是在ALOHA协议的基础上提出的一种改进协议,与ALOHA协议的主要区别就是多了一个载波侦听装置
          • 根据侦听方式和侦听到信道忙后的处理方式不同,有三种不同的CSMA方式

            • 1-坚持 CSMA (1-persistent CSMA)
            • 当一个结点要发送数据时,首先要侦听信道;如果信道空闲就立即发送数据;如果信道忙则等待,同时继续侦听直至信道空闲;如果发生冲突,则随机等待一段时间后,再重新开始侦听信道
            • 传播延迟对 1-坚持 CSMA协议的性能影响较大

            • 非坚持 CSMA(Non-persistent CSMA)

            • 当一个结点要发送数据时,首先侦听信道;如果信道空闲就立即发送数据;如果信道忙就放弃侦听,等待一个随机时间后再重复上述过程
            • 使得数据在网络中的平均延迟增加了。可见,信道利用率的提高是以增加数据在网络中的延迟时间为代价的

            • p-坚持 CSMA (p-persistent CSMA

            • 当一个结点要发送数据时,首先侦听信道;如果信道忙,则等待下一个时隙再侦听;如果信道空闲,则仍以概率p发送数据,以概率1-p推迟到下一个时隙;如果下一个时隙信道仍然空闲,则仍以概率p发送数据,,以概率1-p推迟到下一个时隙;这个过程一直持续到数据发送成功或者因其他结点发送数据而检测到信道忙为止,若是后者,则等待一个随机的时间后再重新侦听

            • 是非坚持CSMA和1-坚持CSMA协议的折中方案
        • CSMA/CD协议

          • 载波侦听多路访问/碰撞检测(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection,CSMA/CD)协议是CSMA协议的改进方案,适用于总线型网络或半双工网络环境
          • 先听后发,边听边发(区别于CSMA协议),冲突停发,随机重发
          • 总线的传播时延对CSMA/CD的影响很大,CSMA/CD中的站不可能同时进行发送和接收,因此CSMA/CD的以太网不可能进行全双工通信,而只能进行半双工通信
          • 出了检测冲突,CSMA/CD还能从冲突中回复
          • 当重传达16次时,抛弃此帧,并向高层报告出错
        • CSMA/CA协议

          • CSMA/CD协议已成功地应用于使用有线连接的局域网,但在无线局域网的环境下,却不能简单地搬用CSMA/CD协议,特别是碰撞检测部分
          • CSMA/CA协议,即对CSMA/CD协议进行了修改,把碰撞检测改为碰撞避免CA(Collision Aoidance)
          • 碰撞避免并不是指协议可以完全避免碰撞,而是指协议的设计要尽量减少碰撞发生的概率
          • CSMA/CA还使用预约信道、ACK帧、RTS/CTS帧等三种机制来实现碰撞
            • 预约信道
            • 发送方在发送时间的同时向其他站点通知自己传输数据需要的时间长度,以便让其他站点在这段时间内不发送数据,从而避免碰撞
            • ACK帧
            • 所有站点在正确接收到发给自己的数据帧(除广播帧和组播帧)后,都需要向发送方发回一个ACK帧,如果接收失败则不采取任何行动。发送方在发送完一个数据帧后,在规定的时间内如果没有收到ACK帧,则认为发送失败,将进行该数据的重发,直到收到ACK帧或者达到规定重发次数为止
            • RTS/CTS帧
            • 是可选的碰撞避免机制,主要用于解决无线网中的“隐蔽站”问题
      • CSMA/CD 和 CSMA/CA区别

        • CSMA/CD可以检测冲突,但无法避免;CSMA/CA发送包的同时不能检测到信道上有无冲突,本结点没有冲突并不意味着在接受结点处就没有冲突,只能尽量避免
        • 传输介质不同。CSMA/CD用于总线式以太网,而CSMA/CA则用于无线局域网
        • 检测方式不同。CSMA/CD通过电缆中电压的变化来检测;而CSMA/CA采用能量检测、载波检测和能量载波混合检测三种检测信道空闲的方式
        • 在本结点有(无)冲突,并不一定意味着在接受结点处就有(无)冲突
      • **总结:**CSMA/CA协议的结伴思想就是在发送数据时先广播告知其他结点,让其他结点在某段时间内不要发送数据,以免出现碰撞;CSMA/CD协议的基本思想就是发送前侦听,边发送边侦听,一旦出现碰撞马上停止发送

    • 轮询访问介质访问控制:令牌传递协议

      • 在轮询访问中,用户不能随机地发送信息,而是通过一个集中控制的监控站,一循环的方式轮询每个站点,再决定信道的分配。当某结点使用信道时,其他结点都不能使用信道。典型的轮询访问介质访问控制是令牌传递协议,它主要使用在令牌局域网中
      • 轮询介质访问控制非常适合负载很高的广播信道。所谓负载很高的信道是指多个结点在同一时刻发送概率很大的信大,可以想象,如果这样的广播信道采用随机介质访问控制,发生冲突的概率将会很大,而采用轮询介质访问控制则可以很好满足各结点间的通信需求
      • 轮询介质访问控制既不共享时间,也不共享空间,它实际上是在随机介质访问控制的基础上,限定了有权力发送数据的只能有一个 –> 不会发生冲突
      • 最小帧长 = 总线传播时延 * 数据传输速率 * 2
    • 即使是广播信号,都可以通过介质访问控制机制使广播信道逻辑上变为点对点的信道,所以说,数据链路层是“点对点”之间的通信

    补充知识点

    • TDM所利用的传输介质的性质是介质的位速率大于单个信号的位速率
    • TDM与FDM相比,抗干扰能力强,可以逐级再生整形,避免干扰的积累,而且数字信号比较容易实现自动转换,所以根据FDM和TDM的工作原理,FDM适合于传输模拟信号,TDM适合传输数字信号
    • 时分多路复用(TDM)可分为同步时分多路复用和异步时分多路复用(又叫统计时分复用)。同步时分多路复用是一种静态时分复用技术,他预先分配时间片(即时隙),而异步时分多路复用则是一种动态时分复用技术,他动态地分配时间片(时隙)
    • p-坚持CSMA协议是1-坚持CSMA协议和非坚持CSMA协议的折中。p-坚持 CSMA在检测到信道空闲时,以概率p发送数据,以概率1-p推迟到下一个时隙,其目的是降低1-坚持CSMA中多个结点检测到信道空闲后同时发送数据的冲突概率;采用坚持“侦听”,是试图客服非坚持CSMA中由于随机等待造成延时时间较长的特点
    • CSMA/CD协议中定义的冲突检测时间(即争议期)是指,信号在最远的两个端点之间往返传输的时间
    • 二进制回退算法可以动态的适应发送站点的数量,后退延时的取值范围与重发次数n形成二进制指数关系。当网络负载较小时,后退延时的取值范围也小;当负载很大时,后退延时的取值范围也随着增大。二进制回退算法的优点是把后退延时的平均取值与负载的大小联系了起来。所以二进制回退算法考虑了负载对冲突的影响
    • **二进制回退算法可是重传需要推迟的平均时间随重传次数的增大而增大(这也称为动态退避),因而减小发生碰撞的概率,有利于整个系统的稳定
    • CSMA/CD适用于有线网络,而CSMA/CA则广泛适用于无线局域网

    局域网

    • 局域网的基本概念和体系结构

      • 主要特点:

        • 为一个单位所拥有,且地理范围和站点数目均有限
        • 所有的站共享较高的总带宽(即较高的数据传输速率)
        • 较低的时延和较低的误码率
        • 各站为平等关系而不是主从关系
        • 能进行广播和组播
      • 局域网的特点有三个元素决定:拓扑结构、传输介质、介质访问控制方式,其中最重要的是介质访问控制方式,决定着局域网的技术特性

        • 常见的网络拓扑结构有:星形、环形、总线形、星形和总线形结合的复合型结构
        • 介质访问控制方式:CSMA/CD、令牌总线和令牌环。其中前两种主要用于总线形局域网,令牌环用于环形局域网
        • 以太网 –> 逻辑拓扑是总线形结构,物理拓扑是星形或扩展星形结构
        • IEEE802标准定义的局域网参考模型只对应OSI参考模型的数据链路层和物理层,并将数据链路层拆分为两个子层:逻辑链路控制LLC子层和媒体接入控制MAC子层。与接入到传输媒体有关的内容都放在MAC子层,他向上层屏蔽对物理层访问的各种差异,提供对物理层的统一访问接口,主要功能包括:组帧和拆卸帧、比特传输差错检测、寻址、竞争处理透明传输。LLC子层与传输媒体无关,他向网络层提供无确认无连接、面向连接、带确认无连接、高速传送4种不同的连接服务类型,主要功能:建立和释放数据链路层的逻辑连接、提供与高层的接口、差错控制、给帧加序号;物理层主要功能:信号的编码和译码、比特的接收和传输 –> 以太网没有网络层
    • 以太网与IEEE802.3

      • 通常将802.3局域网称为以太网
      • 以太网几乎成为局域网的代名词,是局域网的一种实现形式
      • 以太网采用两项措施简化通信:采用无连接的工作方式;不对发送的数据帧编号,也不要求接收方发送确认,即以太网尽最大努力交付数据,提供的是不可靠服务,对于差错的纠正则由高层完成

      • 以太网的传输介质与网卡

        • 局域网通常采用类似10BaseT这样的方式来表示,其中第1部分的数字表示数据传输率,如10表示10Mb/s;第2部分的Base表示基带传输(采用曼切斯特编码);第3部分如果是字母,则表示传输介质,如T表示双绞线,F表示光纤,如果是数字,则表示所支持的最大传输距离,如2表示200m,5表示500m
        • 曼切斯特编码是一种“自含时钟编码”的编码方式
        • 5类非屏蔽双绞线(UTP)所能支持的最大长度是100m,因此若要覆盖范围位200m的以太网,则必须延长UTP所支持的长度。放大器是用来加强宽带信号(用于传输模拟信号)的设备(大多数以太网采用基带传输);中继器使用来加强基带信号(用于传输数字信号)的设备
        • 全世界的每块网卡在出厂时都有一个唯一的代码,称为介质访问控制(MAC)地址,这个地址用于控制主机在网络上的数据通信。数据链路层设备(网桥、交换机等)都使用各个网卡的MAC地址。另外,网卡控制着主机对介质的访问,因此网卡也工作在物理层,因为它只关注比特,而不关注任何的地址信息和高层协议信息
        • 在使用静态地址的系统中,如果有重复的硬件地址,那么这两个设备都不能正产通信,原因是:
          • 目的MAC地址等于本机MAC地址的帧是不会被发送到网上去的;
          • 其他设备的用户发送给一个设备的帧也会被另一个设备接收,其中必有一个设备必须处理不属于本设备的帧,浪费了资源
          • 正确实现的ARP软件都会禁止把同一个MAC地址绑定到两个不同的IP地址,这使具有相同MAC地址的设备上的用户在会话时都会发生时断时续的现象
      • 高速以太网

        • **10BASE-T以太网、100BASE-T以太网、吉比特以太网都是用了CSMA/CD协议,故可以工作在半双工模式下。**10Gbit以太只工作在全双工方式,因此没有争用问题,也不使用CSMA/CD协议,并且他只是用光纤作为传输介质

    令牌环网的基本原理

    • 令牌环网使用令牌在各个结点之间传递来分配信道的使用权,每个结点都可以在一定的时间内(令牌持有时间内)获得发送数据的权力,并不是无限制地持有令牌
    • 在最坏的情况下,即所有的结点都要发送数据,一个结点获得令牌的等待时间等于逻辑环上所有其他结点依次获得令牌,并在令牌持有时间内发送数据帧的时间总和

    补充知识点

    • 在无线局域网不能简单地使用CSMA/CD协议,特别是碰撞检测部分,原因是
      • 在无线局域网的适配器上,接收信号的强度往往会远小于发送信号的强度,因此若要实现碰撞检测,那么在硬件上花费就会过大
      • 在无线局域网中,并非所有的站点都能听见对方,由此引发了隐蔽站和暴露站问题,而“所有站点都能够听见对方”正是实现CSMA/CD协议必备的基础

    广域网

    • 广域网不等于互联网。互联网可以连接不同类型的网络(即可以连接局域网,也可以连接广域网),通常使用路由器来连接。广域网是单一的网络,通常使用结点交换机连接各个主机(或路由器),而不是用路由器连接网络。其中结点交换机是在单个网络中转发分组,而路由器在多个网络构成的互联网中转发分组。
    • 从层次上考虑,广域网和局域网的区别很大,因为局域网使用的协议主要在数据链路层(还有少量在物理层),而广域网使用的协议主要在网络层。从互联网的角度看,广域网和局域网之间并非包含关系,而是平等关系。不管在广域网还是局域网,主机间在网内进行通信时,只需要使用其物理地址即可
    • 广域网的通信子网使用主要使用分组交换技术,将分布在不同地区的局域网或计算机系统互联起来,达到资源共享的目的
    • 广域网通常是指覆盖范围很广的长距离网络,他由一些结点交换机以及连接这些交换机的链路组成,其中结点交换机执行分组存储转发功能

    PPP协议

    • Point-to-Point Protocol 是使用串行线路通信的面向字节的协议,该协议应用在直接连接两个结点的链路之上。设计目的主要是用来通过拨号或专线方式建立点对点链接发送数据,使其成为各种主机、网桥和路由器之间简单连接的一种共同的解决方案
    • 是一种面向字节的协议,所有帧长度都是整数个字节,使用一种特殊的字符填充完成数据的填充
    • PPP两端的网络层可以运行不同的网络层协议,但仍然可使用同一个PPP进行通信。
    • PPP提供差错检测但不提供纠错功能 –> 具有差错控制能力,他是不可靠的传输协议
    • PPP支持两种认证,一种是PAP,一种是CHAP。相对来说PAP的认证方式没哟CHAP高。PAP在传输密码时是明文,而CHAP在传输过程中不传输密码,取代密码的是hash。PAP认证是通过两次握手实现的,而CHAP是通过三次握手实现的。PAP认证是被叫方提出连续请求,主叫方响应。而CHAP则是主叫方发出请求,被叫方回复一个数据报,这个数据报里面有主叫方发送的随机的哈希值,主叫方在确认无误后发送一个连接成功的数据报连接 –> 支持身份验证
    • PPP可用于拨号连接因此支持动态分配IP地址
    • PPP协议主要由3个部分组成

      • 链路连接协议LCP:一种扩展链路控制协议,用于建立、配置、测试和管理数据链路
      • 网络控制协议NCP:PPP允许同时采用多种网络层协议,每个不同的网络层协议要用一个相应的NCP配置,为网络层协议建立和配置逻辑连接
      • 一个将IP数据报封装到串行链路的方法。IP数据报在PPP帧中就是其信息部分。这个信息部分的长度受最大传送单元MTU的限制
    • PPP协议帧在默认配置下,地址和控制域总是常量,所以LCP提供了必要的机制,允许双方协商一个选项。在建立状态阶段,LCP协商数据链路协议中的选项,他并不关心这些选项本身,只提供一个协调选择的机制

    HDLC

    • 高级数据链路控制 High-level Data Link Control,HDLC 协议是ISO制定的面向比特(PPP是面向字节的) 的数据链路层协议
    • 该协议不依赖与任何一种字符编码集;数据报文可透明传输,用于实现透明传输的“0比特插入法”(两个标志字段之间不出现6个连续的“1”)易于硬件实现;全双工通信,有较高的数据链路传输速率;所有帧采用CRC校验,对信息帧进行顺序编号,可防止漏收或重发,传输可靠性高;传输控制功能与处理功能分离,具有较大灵活性
    • 在HDLC三中数据操作方式中,正常响应模式和异步响应模式属于非平衡配置方式。在正常响应模式中,主站向从站传输数据,从站进行响应传输,但是从战只能在收到主站的许可后,才可进行相应
    • 根据控制字段最前面两位的取值,可将HDLC帧划分为三类:信息帧(I帧)、监督帧(S帧)、和无编号帧(U帧)

    PPP和HDLC两者的不同

    • PPP是面向字节的,HDLC协议是面向比特的
    • PPP帧比HDLC帧多一个2字节的协议字段。当协议字段值为0x0021时,表示信息字段是IP数据报
    • PPP不使用序号和确认机制,只保证无差错接收(通过硬件进行CRC检验),而端到端差错检测由高层协议负责。HDLC协议的信息帧使用了编号和确认机制,能够提供可靠传输
    展开全文
  • 数据链路层简介 数据链路层是OSI参考模型中的第二层,介乎于物理层和网络层之间。数据链路层在物理层提供的服务的基础上向网络层... 数据链路层的分类 1、逻辑控制子层 数据链路层的LLC子层用于设备间单个连接的
  • 第三章-数据链路层

    2018-01-30 22:01:23
    2)链路管理:数据链路层连接的建立、维持和释放的过程。 3)帧同步、帧定界、透明传输 帧定界:帧的头部和尾部的控制信息,它们的主要作用是确定帧的界限。 帧同步:用相同的二进制比特流控制帧的开始和结束。 ...

    数据链路层功能

    加强物理层传输原始比特流的功能,将物理层可能出错的物理连接改造成逻辑上无差错的数据链路。

    1)为网络层提供服务

    2)链路管理:数据链路层连接的建立、维持和释放的过程。

    3)帧同步、帧定界、透明传输

    帧定界:帧的头部和尾部的控制信息,它们的主要作用是确定帧的界限。

    帧同步:用相同的二进制比特流控制帧的开始和结束。

    透明传输:数据中可能出现与帧定界符相同的比特组合,采取有效措施解决这个问题就是透明传输。

        透明传输的三种方法:字符计数法、字节传输法、比特填充法。

    4)流量控制

    5)差错控制


    可靠传输机制

    确认、超时重传、自动重传请求。

    1.确认:一种控制帧,使发送方知道接收方哪些内容被正确接收。

    2.超时重传:发送方在发送完数据帧后一段时间内如果没有收到确认,则重新发送这部分数据帧。

    3.自动重传请求(ARQ):

    1)停止-等待式ARQ:发送窗口=1,接收窗口=1.

    2)后退N帧ARQ(GBN):发送窗口>1,接收窗口=1。 发送窗口Wt <= 2^n-1。

    3)选择性重传ARQ(SR):发送窗口>1,接收窗口>1。 发送窗口Wt + 接收窗口Wr <= 2^n。

    其中后两种协议是滑动窗口技术与请求重发技术的结合。


    信道效率、信道吞吐率

    信道效率(信道利用率):对于发送方而言。指发送方在一个发送周期的时间内,有效的发送数据的时间整个发送周期的比率。

    信道吞吐率:信道吞吐率 = 信道利用率 * 发送方的发送速率。


    以太网

    1.概念:所有计算机连接在一条线路上,所有计算机都可以同时接收到消息,如果接收到的消息不是发给自己的,则丢掉这个数据包。


    2.使用协议:CSMA/CD协议(载波监听与多点接入/碰撞检测)


    3.争用期

    以太网端到端的往反时延2r成为争用期,或碰撞窗口。通常为51.2us。

    最短有效帧长:一检测到冲突就立即中止发送,这时已经发送出去的数据一定小于争用期发送的数据量,该数据量就是最短有效帧长。


    4.二进制指数类型退避算法

    基本退避时间2r

    定义参数k=Min[重传次数,10] 

    从整数集合[0,1,...,(2^k - 1)]中随机取出一个数,记为s。重传所需时延就是s倍的基本退避时间。

    当重传达16次仍不能成功时丢弃该帧,并向高层报告。


    5.以太网的两个标准

    1)DIX Ethernet V2 

    2)IEEE的802.3标准

    802委员会将局域网的数据链路层拆成两个子层:LLC子层(逻辑链路控制)、MAC子层(媒体接入控制)


    6.以太网MAC地址

    又称硬件地址、物理地址。



    网桥

    网桥工作在数据链路层的MAC子层,可以使以太网各网段成为隔离开的碰撞域。


    优点:隔绝了冲突

    缺点:有存储转发功能,所以速度较低。

    网桥的自学习算法


    交换机

    现在使用高级网桥,即交换机。

    交换机优点:安全、效率高。


    LAN和CLAN

    LAN:局域网

    VLAN(虚拟局域网):将一个交换机的接口可以再分为几个逻辑上的局域网段。

    VLAN干道链路和访问链路。


    ppp协议(点对点协议): 



    展开全文
  • 数据链路层连接的建立、维持和释放 帧定界 帧同步 接收方能从接收到的二进制比特流中区分出帧的起始和终止 透明传输 差错控制 组帧 概念 为了在出错时不需要重发全部数据,使接受方能够正确接受并检查所传输的帧 ...
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  • 透明传输链路管理:数据链路层有三种基本服务。无确认的无连接服务,有确认的无连接服务,有确认的有连接服务。链路管理主要是负责链路的建立,维护和释放。主要面向有连接的服务。帧同步:接收方收到的比特流中,一帧...
  • 物理是 OSI 分层结构体系中最基础,它建立在通信媒体基础上,实现系统和通信媒体物理接口,为数据链路实体之间进行透明传输,为建立、保持和拆除计算机和网络之间物理连接提供服务。物理层的故障主要...

空空如也

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数据链路层连接的建立