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  • 数据链路

    2014-12-05 14:35:13
    数据链路编辑 在数据通信网中,按一种链路协议的技术要求连接两个或多个数据站的电信设施,称为数据链路,简称数据链。数据链路(data link) 除了物理线路外,还必须有通信协议来控制这些数据的传输。若把...

    数据链路编辑

    数据通信网中,按一种链路协议的技术要求连接两个或多个数据站的电信设施,称为数据链路,简称数据链。数据链路(data link) 除了物理线路外,还必须有通信协议来控制这些数据的传输。若把实现这些协议的硬件和软件加到链路上,就构成了数据链路。
    中文名
    数据链路
    外文名
    data link

    1内容编辑

    数据链路包括传输的物理媒体、链路协议、有关设备以及有关计算机程序。但不包括提供数据的 功能设备(即数据源)和接收数据的功能设备。数据链路是根据不同的用途与特定的需求研制的,不同的数据链 路有其相应的标准与编号,例如,美军有link11、link16、link22 等多种数据链路。

    2链路协议编辑

    所谓“链路协议”,是指建立、保持 和释放一个逻辑数据链路以及经由链路传送数据的一组规则。数据是要通过一定的物理媒体如电话线、微波光缆传输的。

    3应用范围编辑

    不同的数据链路,可用于作战飞机之 间及与地面舰艇之间,卫星地面飞机舰艇之间,地面与舰艇及舰艇与舰艇之间的数据通信。在未来的战场上,数据链路作为信息基础设施的重要组成部分,将广泛应用于航天器、飞机、舰船、地面武器等平台 及C(U3)I系统的数据通信网。

    4主要功能编辑

    (1) 链路管理
    (5) 将数据和控制信息区分开
    (7)寻址
    工作在数据链路层的设备
    (1)交换机
    (2)网桥
    (3) 网络适配器(网卡

    http://baike.baidu.com/view/1128788.htm
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  • 3-1 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? (1)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...

    3-1 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?

         (1)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,数据链路比链路多了实现通信规程所需要的硬件和软件。

         (2)“电路接通了”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了。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,才是“数据链路接通了”。此后,由于数据链路连接具有检测、确认和重传等功能,才使不太可靠的物理链路变成可靠的数据链路,进行可靠的数据传输。当数据链路断开连接时,物理电路连接不一定跟着断开连接。 
     

    3-2 数据链路层中的链路控制包括哪些功能?试讨论数据链路层做成可靠的链路层有哪些优点和缺点。

             数据链路层中的链路控制包括以下功能:链路管理;帧同步;流量控制;差错控制;将数据和控制信息分开;透明传输;寻址。

            数据链路层做成可靠的链路层的优点和缺点:所谓“可靠传输”就是:数据链路层的发送端发送什么,在接收端就收到什么。这就是收到的帧并没有出现比特差错,但却出现了帧丢失、帧重复或帧失序。以上三种情况都属于“出现传输差错”,但都不是这些帧里有“比特差错”。“无比特差错”与“无传输差错”并不是同样的概念。在数据链路层使用CRC检验,能够实现无比特差错的传输,但这不是可靠的传输。
     

    3-3 网络适配器的作用是什么?网络适配器工作在哪一层?

            网络适配器能够对数据的串行和并行传输进行转换,并且能够对缓存数据进行出来,实现以太网协议,同时能够实现帧的传送和接受,对帧进行封闭等。

            网络适配器工作在物理层和数据链路层。

    3-4 如果不解决透明传输问题会出现什么问题?

         帧定界使收方能从收到的比特流中准确地区分出一个帧的开始和结束在什么地方;

         透明传输使得不管所传数据是什么样的比特组合,都应当能够在链路上传送,因此很重要;

          差错控制主要包括差错检测和差错纠正,旨在降低传输的比特差错率,因此也必须解决。

     3-5 要发送的数据为1101011011。采用CRC的生成多项式是P(x)=x4+x+1 。试求应添加在数据后面的余数。  

    (1)数据在传输过程中最后一个1变成了0,问接收端能否发现?  

    (2)若数据在传输过程中最后两个1都变成了0,问接收端能否发现? 

    (3)采用CRC检验后,数据链路层的传输是否就变成了可靠传输

    (1)检验序列的求法:1101011011为被除数,P(x)转化为二进制10011为除数,得到余数1110为检验序列

             当在传输过程中最后一个1变成了0,则被除数变为11010110101110,P(x)转化为二进制10011为除数,余数R为0011没有被除尽,所以可以被接收端发现

    (2)数据在传输过程中最后两个1都变成了0,11010110001110除以10011,余数为101,不为0,接收端可以发现差错。

    (3)不可以,所谓“可靠传输”就是:数据链路层的发送端发送什么,在接收端就收到什么(按序,无差错、无丢失、无重复)。这就是收到的帧并没有出现比特差错,但却出现了帧丢失、帧重复或帧失序。CRC检验能够实现无比特差错的传输,但这不是可靠的传输。

    3-6 要发送的数据为101110。采用CRC的生成多项式是P(X)=X3+1。试求应添加在数据后面的余数。

        余数是011

    3-7  停止等待协议需不需要为确认帧编号?

        需要,在超时重传的时间小于2t(tao,2t表示一个往返时间)。

    3.8 考虑0/1比特交替停止等待协议(序号只有一位的停止等待协议),假定发送方和接收方之间的链路会造成帧失序。请画图说明该协议将不能应对所有出错情况(协议错误地收下或丢弃数据)。

              当在超时重传的时间小于2t/3(tao,2t表示一个往返时间),也就是说,在第一个接收方回复ack之前,发送方一共发送了三个data0,接收方回复第一个data0的ack0被发送方收到后,发送data1,接着发送方接收到回复ack1(实际上是对发送发发送的第2个data0的ack帧),误以为是data1的ack帧,接着发送方发送data2,此时若data1发生丢失或者ack没有返回,发送方并不知情

    3.9 信道带宽是4 kbit/s,传播延迟是20 ms,那么帧的大小在什么范围内时,停止等待协议才有至少50%的效率?

          设帧长xbit:x/(4kbit/s)=0.04s   得x=160bit,所以当x>160bit时,有50%的效率,(发送时延)/(发送时延+往返时延)

    3.10 判断正误:“由于Go-Back-N协议采用的是累积确认,当某个确认分组丢失时,不一定会导致发送方重传”,并画图举例说明。

           正确,原因是累计确认的意思是,当返回第n个帧的ack帧时,则默认前面所有的帧都已经到达且正确,因此在该ack前的ack即便丢失也不会重新传送之前的帧了。

    3.11考虑GBN协议,当收到序号不对的分组,如果接收方仅仅将它们丢弃而不对最近按序接收的分组进行确认,会出现什么错误情况。请画图举例说明。

    接收方没有收到该帧的确认帧和最近按序接收的分组进行确认,则会对前一个按序到达的帧重复发送

    3.12考虑在Go-Back-N协议中帧序号的长度问题,假设帧序号用3 bit,而发送窗口为8。试找出一种情况,使得在此情况下协议不能正确工作(考虑序号重用时造成的混乱,但不考虑信道失序情况)。

     在此条件下有两种情况,第一种是发送方发送的编号为0~7的8个帧均到达且返回ack帧到达发送发,则发送窗口后移,去发送后面的帧,编号依旧为0~7

    但是,当出现传输错误,接收方接收到了编号为0~7的8个帧,但是8个ack确认帧则均没有被发送方收到,此时超时重传机制启动将旧的0~7号帧再次传输,到达接收方后,接收方以为是新的帧,接受下来(本来应该丢失),则出现了帧重复

    3.13考虑选择重传协议中的上述问题,设编号用3 bit。再设发送窗口WT = 6 而接收窗口WR = 3。试找出一种情况,使得在此情况下协议不能正确工作。

             设发送窗口发送的是0,1,2,3,4,5,接收窗口接收的是6,7,0,则不能确定0是新帧还是重传的

    3.14一条链路传输带宽为2 Mbps,长度为10000 km,信号传播速率为2.0 *10^5 km/s,分组大小为100 B,忽略应答帧大小。如果采用停止等待协议,问最大吞吐率(实际可达的最高平均数据速率)是多少?信道利用率是多少?如果采用滑动窗口协议,要想达到最高吞吐率,发送窗口最小是多少?

             (1)传播时延=10^4/(2*10^5)=50ms,发送时延=100*8/(2*10^6)=0.4ms,一个周期长50ms*2(一个RTT)+0.4ms=100.4ms

                  平均数据速率=帧长/时间=8*100/(100.4*10^-3)=7968bps

             (2)信道利用率=实际数据速率/带宽速率=7968bps/(2*10^6bps)*100%=0.3984%

             (3)个数=周期时间长度/发送时延=100.4ms/0.4ms=251

    3.15 假定卫星信道的数据率为100 kbps,卫星信道的单程(即从发送方通过卫星到达接收方)传输时延为250 ms,每个数据帧长均为2000 b,忽略误码、确认字长、首部和处理时间等开销,为达到传输的最大效率,帧的序号至少多少位?此时信道最高利用率是多少?

              (1)发送时延=分组长度/数据率=2k/100k=20ms    一个帧时间周期=250ms*2+20ms=520ms

                       个数=周期时间长度/发送时延=520ms/20ms=26

              (2)  在此条件下,发送发可以持续不断发出帧,数据率为100kbps,信道利用率为100%

    3.16 使用1个64 kbps的卫星通道(端到端的传输延迟是270 ms)发送512字节的数据帧(在一个方向上),而在另一方向上返回很短的确认帧。若滑动窗口协议的窗口大小分别为1、7、15和127时的最大吞吐率是多少?

               (1)发送时延=512Bps*8/64kbps=64ms   一个时间周期为(很短的确认帧发送时延可以忽略不计)=270*2+64=604ms

                        604ms/64=9.3,也就是当滑动窗口大于9的时候最大吞吐率为100%,所以在15和127时,吞吐率为100%

                        窗口为1=4096b/604ms=6781bps

                        窗口为7=4096b*7/604ms=47470bps

    3.17 PPP协议的主要特点是什么?为什么PPP不使用帧的编号?PPP适用于什么情况?为什么PPP协议不能使数据链路层实现可靠传输?

    (1)主要特点:

    1. 点对点协议,既支持异步链路,也支持同步链路。                               
    2. PPP是面向字节的。

    (2)PPP不采用序号和确认机制是出于以下的考虑:

    1. 若使用能够实现可靠传输的数据链路层协议(如HDLC),开销就要增大。在数据链路层出现差错的概率不大时,使用比较简单的PPP协议较为合理。
    2. 在因特网环境下,PPP的信息字段放入的数据是IP数据报。假定我们采用了能实现可靠传输但十分复杂的数据链路层协议,然而当数据帧在路由器中从数据链路层上升到网络层后,仍有可能因网络授拥塞而被丢弃。因此,数据链路层的可靠传输并不能保证网络层的传输也是可靠的。
    3. PPP协议在帧格式中有帧检验序列FCS安段。对每一个收到的帧,PPP都要使用硬件进行CRC检验。若发现有差错,则丢弃该帧(一定不能把有差错的帧交付给上一层)。端到端的差错检测最后由高层协议负责。因此,PPP协议可保证无差错接受。

    (3)PPP协议适用于用户使用拨号电话线接入因特网的情况。

    (4)PPP协议不能使数据链路层实现可靠传输的原因:PPP有FCS来确保数据帧的正确性,如果错误则上报错误信息来确保传输的可靠性。当然它和其他L2协议一样,没有TCP的ACK机制,这也是传输层以下协议所具有的特性,以便于提高网络的性能。
     

    3.18一个PPP帧的数据部分(用十六进制写出)是7D 5E FE 27 7D 5D 7D 5D 65 7D 5E。试问真正的数据是什么(用十六进制写出)?

             7D是转义字符,7D 5E还原为7E,7D 5D还原为7D 所以数据为:7E FE 27 7D 7D 65 7E

    3.19 PPP协议使用同步传输技术传送比特串0110111111111100。试问经过零比特填充后变成怎样的比特串?若接收端收到的PPP帧的数据部分是0001110111110111110110,问删除发送端加入的零比特后变成怎样的比特串?

              零比特填充法传输的时候每逢5个1加一个0,接受的时候,每逢5个1去掉一个0

              于是:0110111111111100变为011011111[0]11111[0]00

              接收端:00011101111111111110

    3.20 PPP协议的工作状态有哪几种?当用户要使用PPP协议和ISP建立连接进行通信需要建立哪几种连接?每一种连接解决什么问题?

             PPP协议的工作状态分为:“链路终止”状态,“链路静止”状态,“链路建立”状态,“鉴别”状态,“网络层协议”状态,“链路打开”状态。

           用户要使用PPP协议和ISP建立连接进行通信需要建立的连接为: 链路静止,链路建立,鉴别,网络层协议,链路打开。链路静止时,在用户PC机和ISP的路由器之间并不存在物理层的连接。链路建立时,目的是建立链路层的LCP连接。

            鉴别时,只允许传送LCP协议的分组、鉴别协议的分组以及监测链路质量的分组。网络层协议时,PPP链路的两端的网络控制协议NCP根据网络层的不同协议无相交换网络层特定的网络控制分组。链路打开时,链路的两个PPP端点可以彼此向对方发送分组。
     

    3.21局域网的主要特点是什么?为什么局域网采用广播通信方式而广域网不采用呢?

    (1)局域网的主要特点。

    从功能的角度来看,局域网具有以下几个特点:

    共享传输信道。在局域网中,多个系统连接到一个共享的通信媒体上;

    1. 地理范围有限,用户个数有限。通常局域网仅为一个单位服务,只在一个相对独立的局部范围内联网,如一座楼或几种的建筑群内。一般来说,局域网的覆盖范围约为10m~10km内或更大一些;
    2. 传输速率高。局域网的传输速率一般为1~100Mb/s,能支持计算机之间的告诉通信,所以时延较低。
    3. 误码率低,因近距离传输,所以误码率很低,一般在10^-8~10^-11之间。
    4. 多采用分布式控制和广播式通信。在局域网中各站是平等关系而不是主从关系,可以进行广播或组播。

    从网络的体系结构和传输控制规程来看,局域网也有自己的特点:

    1. 底层协议简单。在局域网中,由于距离短、时延小、成本低、传输速率高、可靠性高,因此信道利用率已不是人们考虑的主要因素,所以底层协议较简单。
    2. 不单独设立网络层。局域网的拓扑结构多采用总线型、环型和星型等共享信道,网内一般不需要中间转接,流量控制和路由选择功能大为简化,通常在局域网不单独设立网络层。因此,局域网的体系结构仅相当于OSI/RM的最低两层。
    3. 采用多种媒体访问控制技术。由于采用共享广播信道,而信道又可用不同的传输媒体,所以局域网面对的是多源、多目的链路管理的问题。由此引发出多种媒体访问控制技术。

    (2)局域网采用广播通信是因为局域网中的机器都连接到同一条物理线路,所有主机的数据传输都经过这条链路,采用的通信方式是将主机要发送的数据送到公用链路上,发送至所有的主机,接收端通过地址对比,接收法网自己的数据,并丢弃其他数据的方式。广域网是由更大的的地理空间、更多的主机构成的,若要将广播用于广域网,可能会导致网络无法运行。首先,主机间发送数据时,将会独自占用通信链路,降低了网络的使用率;另一方面,主机A向主机B发送数据时,是想网络中所有的主机发送数据,当主机数目非常多时,将严重消耗主机的处理能力同时也造成了数据的无效流动;再次,极易产生广播风暴,是网络无法运行。
     

    3.22常用的局域网的网络拓扑有哪些种类?现在最流行的是哪种结构?

          常用的局域网的网络拓扑有(1)总线网(2)星形网 (3)环形网 (4)树形网。

          现在最流行的是星形网。

           当时很可靠的星形拓扑结构较贵。人们都认为无源的总线结构更加可靠,但是实践证明,连接有大量站点的总线式以太网很容易出现故障,而现在专用的ASIC芯片的使用可以将星形结构的集线器做得非常可靠。因此现在的以太网一般都是用星形结构的拓扑结构。

     

    3.23什么叫做传统以太网?以太网有哪两个主要标准?

            以太网是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准,组建于七十年代早期。Ethernet(以太网)是一种传输速率为10Mbps的常用局域网(LAN)标准。在以太网中,所有计算机被连接一条同轴电缆上,采用具有冲突检测的载波侦听多路访问(CSMA/CD)方法,采用竞争机制和总线拓朴结构。基本上,以太网由共享传输媒体,如双绞线电缆或同轴电缆和多端口集线器、网桥或交换机构成。在星型或总线型配置结构中,集线器/交换机/网桥通过电缆使得计算机、打印机和工作站彼此之间相互连接。

           有DIX EthernetV2标准和802.3标准。
     

    3.24试说明10BASE-T中的“10”、“BASE”和“T”所代表的意思。

            10BASE-T:“10”表示数据率为10Mb/s,“BASE”表示电缆上的信号是基带信号,“T”表示使用双绞线的最大长度是500m。

    3.25以太网使用的CSMA/CD协议是以争用方式接入到共享信道。这与传统的时分复用TDM相比优缺点如何?

    CSMA/CD是一种动态的媒体随机接入共享信道方式,而传统的时分复用TDM是一种静态的划分信道,所以对信道的利用,CSMA/CD是用户共享信道,更灵活,可提高信道的利用率,不像TDM,为用户按时隙固定分配信道,即使当用户没有数据要传送时,信道在用户时隙也是浪费的;也因为CSMA/CD是用户共享信道,所以当同时有用户需要使用信道时会发生碰撞,就降低信道的利用率,而TDM中用户在分配的时隙中不会与别的用户发生冲突。对局域网来说,连入信道的是相距较近的用户,因此通常信道带宽较宽,如果使用TDM方式,用户在自己的时隙内没有数据发送的情况会更多,不利于信道的充分利用。

    对计算机通信来说,突发式的数据更不利于使用TDM方式。
     

    3.26在以太网帧中,为什么有最小帧长的限制?画图举例说明。

         因为CSMA/CD的一个要点是当发送站正在发送的时候,若检测到冲突就中止发送,然后推后一段时间再发送。如果帧过小,还没有来得及监测碰撞就发送完了,就无法进行冲突检测了。因此CSMA/CD要求所发帧的最短长度要在发送完毕之前能够检测到可能来的最晚的冲突信号。

    3.27 假定1 km长的CSMA/CD网络的数据率为1 Gbit/s。设信号在网络上的传播速率为200000 km/s。求能够使用此协议的最短帧长。

                传播时延=路程/传播速率=1/200000=5us;所以RTT=10us

                x/1Gbit/s=10us   得x=10000bit

    3.28假设两个结点在一个速率为R的广播信道上同时开始传输一个长度为L的分组。用t表示这两个结点之间的传播时延。如果,t>L/R会出现信号冲突吗(信号的叠加)?这两个结点能检测到冲突吗?为什么?通过该问题你能得到什么结论?

           会出现冲突,因为两个结点中间链路两个结点发送的信号会叠加起来,导致该链路上的其他结点无法识别信号。

           但是自己结点无法检测到冲突,因为当帧发送完了之后,另一个结点的确认信号才到达,即在这两个节点的位置并没有信号叠加。

            为检测出碰撞应当帧不能过短或者传播时延不能过长

    3.29 以太网不要求收到数据的目的站发回确认,为什么?

            因为局域网信道质量好,因信道差错而产生的的错误几率很小,绝大多数差错都是来自自媒体控制访问中的信号差错,这通过冲突检测和重传来解决。其他纠错由高层解决。接收端收到错误的帧丢弃即可。

    3.30 有10个站连接到以太网上。试计算以下三种情况下每一个站所能得到的带宽。

    (1) 10个站都连接到一个10 Mbit/s以太网集线器;

    (2) 10个站都连接到一个100 Mbit/s以太网集线器;

    (3) 10个站都连接到一个10 Mbit/s以太网交换机。

    (1)10个站共享10Mbit/s,若假定利用率为100%,则每个站得到1Mbit/s的带宽;  

    (2)10个站共享100Mbit/s,若假定利用率为100%,则每个站得到10Mbit/s的带宽;  

    (3)每一个站独占10Mbit/s。

    3.31有一个使用集线器的以太网,每个站到集线器的距离为d,数据发送速率为C,帧长为12 500字节,信号在线路上的传播速率为 m/s。距离d为25 m或2500 m,发送速率为10 Mbit/s或10 Gbit/s。这样就有4种不同的组合。试利用式(3-4)分别计算这4种不同情况下参数a的数值,并进行简单讨论。

    3.32公式(3-5)表示,以太网的极限信道利用率与连接在以太网上的站点数无关。能否由此推论出:以太网的利用率也与连接在以太网上的站点数无关?请说明你的理由。

           实际的以太网各站发送数据的时刻是随机的,而以太网的极限信道利用率的得出是假定以太网使用了特殊的调度方法(已经不再是CSMA/CD了),使各站点的发送不发生碰撞。 从概率上讲,这种理想条件发生的概率很小,因此是极限信道利用率。但实际上随着以太网上的站点数增加,碰撞的概率不断增大信道的利用率会越来越小。

    3.33 使用CSMA/CD协议时,若线路长度为100 m,信号在线路上传播速率为 2*10^8m/s。数据的发送速率为1 Gbit/s。试计算帧长分别为512字节、1500字节和64 000字节时的参数a的数值,并进行简单讨论。a=tao/发送时间

               (1)传播时延=100/(2*10^8)=0.5us;发送时延=512*8/10^9=4.096us,0.5/4=0.122

              (2)0.122/(1500/512)=0.0416

                (3)0.122/(64000/512)=0.000976

    3.34在以太网中,两个站发送数据冲突,不考虑其他站,它们再次冲突的概率是多少?最多两次重传就成功的概率是多少?

          再次发生冲突的概率是50%,最多两次重传就成功的概率是多少是7/8*100%=87.5%

    3.35在CSMA/CD中,为什么在检测到碰撞后要执行退避算法?再次重传碰撞为何要把随机选择退避时间的范围增加一倍?

            因为发生碰撞后等待信道变为空闲后就立即发送数据,这样会导致再次碰撞。因此在碰撞的站点停止发送数据后,要推迟一个随机的时间再监听信道进行重传。如果连续多次发生碰撞,也就是说当前多很多站点参与信道的竞争,因此要在比较大的范围内随机选择退避时间才能将各个站点发送数据的发送时间错开。因此,再次重传碰撞要把随机选择退避时间的范围增加一倍是为了减小再次碰撞的概率。

    3.36简述局域网交换机与集线器的区别?

           以太网交换机实质上是一个多端口网桥。工作在数据链路层。以太网交换机的每个端口都直接与一个单个主机或另一个集线器相连,并且一般工作在全双工方式。交换机能同时连通许多对的端口,使每一对相互通信的主机都能像独占通信媒体一样,进行无碰撞地传输数据。通信完成后就断开连接。

           区别:以太网交换机工作数据链路层,集线器工作在物理层。集线器只对端口上进来的比特流进行复制转发,不能支持多端口的并发连接。
     

    3.37为什么集线器不能互连工作在不同速率的LAN网段,而以太网交换机却可以。

          因为集线器工作在物理层是为了把信号方法后发出去,不缓存整个以太网数据帧。但以太网交换器可以将整个以太网数据帧缓存到内存然后从输出端口以新的速率发送出去。

    3.38 10 Mbit/s以太网升级到100 Mbit/s、1 Gbit/s甚至40/100 Gbit/s时,都需要解决哪些技术问题?为什么以太网能够在发展的过程中淘汰掉自己的竞争对手,并使自己的应用范围从局域网一直扩展到城域网和广域网?

           以太网升级时,由于数据传输率提高了,帧的发送时间会按比例缩短,这样会影响冲突的检测。所以需要减小最大电缆长度增大帧的最小长度使参数a保持为较小的值,才能有效地检测冲突。在帧的长度方面,几种以太网都采用802.3标准规定的以太网最小最大帧长,使不同速率的以太网之间可方便地通信。100Mbit/s的争用期是5.12us,帧现在以最小间隔为0.96us,都是10Mbit/s的1/10,将一个网段的最大电缆长度减小到100m。1Gbit/s以太网采用保持网段的最大长度为100m的方法,用“载波延伸”和“分组突法”的办法使最短帧仍为64字节,同时将争用字节增大为512字节。而10Gbit/s以上的以太网只工作在全双工方式,不再使用CSMA/CD协议,传输不再受到碰撞检测的限制,因此可以讲应用范围扩展到城域网和广域网。

              以太网可扩展性高,灵活、易于安装、稳健性好。
     

    3.39 以太网交换机有何特点?用它怎样组成虚拟局域网?

           以太网交换机工作在数据链路层。以太网交换机的每个端口都直接与单个主机相连,并且一般工作在全双工方式。交换机能同时连通许多对的端口,使每一对相互通信的主机都能像独占通信媒体一样,进行无碰撞地传输数据。

            虚拟局域网 VLAN 是由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组,这些网段具有某些共同的需求。虚拟局域网协议允许在以太网的帧格式中插入一个 4 字节的标识符,称为 VLAN 标记(tag),用来指明发送该帧的工作站属于哪一个虚拟局域网。

    3.40网桥的工作原理和特点是什么?网桥与转发器以及以太网交换机有何异同?

            网桥的每个端口与一个网段相连,网桥从端口接收网段上传送的各种帧。每当收到一个帧时,就先暂存在其缓冲中。若此帧未出现差错,且欲发往的目的站MAC地址属于另一网段,则通过查找站表,将收到的帧送往对应的端口转发出去。若该帧出现差错,则丢弃此帧。网桥过滤了通信量扩大了物理范围提高了可靠性可互连不同物理层、不同MAC子层和不同速率的局域网。但同时也增加了时延,对用户太多和通信量太大的局域网不适合。

            网桥与转发器不同,(1)网桥工作在数据链路层,而转发器工作在物理层;(2)网桥不像转发器转发所有的帧,而是只转发未出现差错,且目的站属于另一网络的帧或广播帧;(3)转发器转发一帧时不用检测传输媒体,而网桥在转发一帧前必须执行CSMA/CD算法;(4)网桥和转发器都有扩展局域网的作用,但网桥还能提高局域网的效率并连接不同MAC子层和不同速率局域网的作用。

           以太网交换机通常有十几个端口,而网桥一般只有2-4个端口;它们都工作在数据链路层;网桥的端口一般连接到局域网,而以太网的每个接口都直接与主机相连,交换机允许多对计算机间能同时通信,而网桥允许每个网段上的计算机同时通信。所以实质上以太网交换机是一个多端口的网桥,连到交换机上的每台计算机就像连到网桥的一个局域网段上。网桥采用存储转发方式进行转发,而以太网交换机还可采用直通方式转发。以太网交换机采用了专用的交换机构芯片,转发速度比网桥快。
     

    3.41图3-49表示有五个站分别连接在三个局域网上,并且用网桥B1和B2连接起来。每一个网桥都有两个接口(1和2)。在一开始,两个网桥中的转发表都是空的。以后有以下各站向其他的站发送了数据帧:A发送给E,C发送给B,D发送给C,B发送给A。试把有关数据填写在表3-3中。

    习题3-41的图

    发送的帧

    B1的转发表

    B2的转发表

    B1的处理

    (转发?丢弃?登记?)

    B2的处理

    (转发?丢弃?登记?)

    地址

    接口

    地址

    接口

    A → E

     A

    1

    A

    1

    转发、登记

    转发、登记

    C → B

    2

    C

    转发、登记

    转发、登记

    D → C

    D

    2

    D

    2

    登记,丢弃

    转发、登记

    B → A

    B

    1

    -

    -

    登记,丢弃

    不接收这个帧

    3.42网桥中的转发表是用自学习算法建立的。如果有的站点总是不发送数据而仅仅接收数据,那么在转发表中是否就没有与这样的站点相对应的项目?如果要向这个站点发送数据帧,那么网桥能够把数据帧正确转发到目的地址吗?

    如果站点仅仅接受数据那么在转发表中就没有这样的项目。网桥能把数据帧正确的发送到目的地址。如果不知道目的地地址的位置,源机器就发布一广播帧,询问它在哪里。每个网桥都转发该查找帧(discovery frame),这样该帧就可到达互联网中的每一个LAN。当答复回来时,途经的网桥将它们自己的标识记录在答复帧中,于是,广播帧的发送者就可以得到确切的路由,并可从中选取最佳路由。
     

    3.43 假设结点A、B和C都连接到同一个共享式以太网上(通过它们的适配器)。如果A发送上千个IP数据报给B,每个封装的帧都是B的MAC地址,C的适配器会处理这些帧吗?如果会,C的适配器会将这些帧中的IP数据报传递给C的IP协议软件吗?如果A用MAC广播地址来发送帧,你的答案会有怎样的变化?

    (1)会,因为在同一个广播LAN上,所有的适配器都会接收这些帧,并检测该帧的目的MAC地址

    (2)不会,因为适配器只会把目的MAC地址为自己或广播地址的帧中的数据提交给主机。

    (3)适配器会将广播地址中的IP数据包给主机的IP协议软件去处理,但是C的IP协议软件会丢弃该报文

    3.44在以太网帧结构中有一个“类型”字段,简述其作用,在PPP帧的首部中哪个字段的功能与之最接近?

        该字段指明了以太网帧中的 数据部分应交给哪个网络层协议或者上层协议,如是IP协议还是ARP协议。PPP帧的首部中的协议字段与之最接近。

    3.45无线局域网的MAC协议有哪些特点?为什么在无线局域网中不能使用CSMA/CD协议而必须使用CSMA/CA协议?结合隐蔽站问题说明RTS帧和CTS帧的作用。

           无线局域网的MAC协议提供了一个名为分布式协调功能(DCF)的分布式接入控制机制以及工作于其上的一个可选的集中式控制,该集中式控制算法称为点协调功能(PCF)。DCF采用争用算法为所有通信量提供接入;PCF提供无争用的服务,并利用了DCF特性来保证它的用户可靠接入。PCF采用类似轮询的方法将发送权轮流交给各站,从而避免了冲突的产生,对于分组语音这样对于时间敏感的业务,就应提供PCF服务。 由于无线信道信号强度随传播距离动态变化范围很大,不能根据信号强度来判断是否发生冲突,因此不适用有线局域网的的冲突检测协议CSMA/CD。802.11采用了CSMA/CA技术,CA表示冲突避免。

           这种协议实际上是在发送数据帧前需对信道进行预约。 这种CSMA/CA协议通过RTS(请求发送)帧和CTS(允许发送)帧来实现。源站在发送数据前,先向目的站发送一个称为RTS的短帧,目的站收到RTS后向源站响应一个CTS短帧,发送站收到CTS后就可向目的站发送数据帧。

    3.46 为什么在无线局域网上发送数据帧后要对方必须发回确认帧,而以太网就不需要对方发回确认帧?

             由于无线局域网的MAC协议不进行碰撞检测,而且无线信道易受干扰,导致大量帧因为碰撞或其他干扰不能被目的站正确接收,因此在无线局域网上发送数据帧后要对方必须发回确认帧,若超时后不到确认,则进行重传。而以太网有线网络中,可以很容易实现碰撞检测,当信号碰撞时能及时检测并进行重发,如果信号不碰撞,在有线网络中误码率是非常低的,因此没有必要实现可靠传输。

    3.47 802.11的MAC协议中的SIFS和DIFS的作用是什么?

    SIFS:短帧间间隔,SIFS是最短的时间区段,用来间隔需要立即响应的帧,如控制帧(RTS/CTS/ACK)等。在帧交换顺序地两次传输之间使用最短间隔,可以防止其它正在等待介质的站点试图使用介质。

    DIFS:分布协调功能帧间间隔,只能够由工作于DCF模式的站点来使用。

    3.48 试解释无线局域网中的名词:BSS、ESS、AP、DCF和NAV。

    BSS:一种非凡的Ad-hoc LAN 的应用,称为Basic Service Set (BSS),一群计算机设定相同的BSS 名称,即可自成一个Group,而此BSS 名称,即所谓BSSID。

    ESS:一种infrastructure 的应用,一个或多个以上的BSS,即可被定义成一个ExtendedService Set ( ESS ),使用者可于ESS 上Roaming 及存取BSS 中的任何资料,其中AccessPoints 必须设定相同的ESSID 及channel 才能允许Roaming.

    AP 接入点: 用于无线网络的无线HUB,是无线网络的核心。它是移动计算机用户进入有线以太网骨干的接入点,AP 可以简便地安装在天花板或墙壁上,它在开放空间最大覆盖范围可达300 米,无线传输速率可以高达11Mbps。

    DCF:分布协调功能,DCF 不采用任何中心控制,而是在每一个节点使用CSMA 机制的分布式接入算法,让各个站通过争用信道来获取发送权。

    NAV:网络分配向量指出了信道处于忙状态的持续时间,信道处于忙状态就表示:或者是由于物理层的载波监听检测到信道忙,或者是由于MAC 层的虚拟载波监听机制指出了信道忙。

    3.49 Wi-Fi和WLAN是完全相同的意思吗?请简单说明一下。

    在概念上完全不相同。WiFi(Wireless Fidelity,即无线保真度)是IEEE 802.11无线局域网的代名词。从理论上来讲,不采用IEEE 802.11标准的无线局域网不能称为WiFi,但实际上目前流行的无线局域网都是IEEE802.11系列标准的,因此,在当前,WiFi几乎成为了无线局域网WLAN的同义词了。

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  • 数据链路协议,数据链路协议是什么意思 数据链路可以粗略地理解为数据通道。物理层要为终端设备间的数据通信提供传输媒体及其连接。媒体是长期的,连接是有生存期的。在连接生存期内,收发两端可以进行不等的一次或...

      数据链路协议,数据链路协议是什么意思

      数据链路可以粗略地理解为数据通道。物理层要为终端设备间的数据通信提供传输媒体及其连接。媒体是长期的,连接是有生存期的。在连接生存期内,收发两端可以进行不等的一次或多次数据通信。每次通信都要经过建立通信联络和拆除通信联络两过程。这种建立起来的数据收发关系就叫做数据链路。而在物理媒体上传输的数据难免受到各种不可靠因素的影响而产生差错,为了弥补物理层上的不足,为上层提供无差错的数据传输,就要能对数据进行检错和纠错。数据链路的建立,拆除,对数据的检错,纠错是数据链路层的基本任务。

      1.数据链路层的主要协议

      数据链路层协议是为发对等实体间保持一致而制定的,也为了顺利完成对网络层的服务。主要协议如下:

      ISO1745—1975:“数据通信系统的基本型控制规程”。这是一种面向字符的标准,利用10个控制字符完成链路的建立,拆除及数据交换对帧的收发情况及差错恢复也是靠这些字符来完成。ISO1155,ISO1177,ISO2626,ISO2629等标准的配合使用可形成多种链路控制和数据传输方式。

      ISO3309—1984:称为“HDLC 帧结构”。ISO4335—1984称为“HDLC 规程要素”。

      ISO7809—1984:称为“HDLC 规程类型汇编”这3个标准都是为面向比特的数据传输控制而制定的。有人习惯上把这3个标准组合称为高级链路控制规程。

      ISO7776:称为“DTE数据链路层规程”。与CCITT X.25LAB“平衡型链路访问规程”相兼容。

      2.数据链路层协议应提供的最基本功能

      数据在数据链路上的正常传输(建立、维护和释放)

      定界与同步,也处理透明性问题

      差错控制

      顺序控制

      流量控制

      3.链路层产品

      独立的链路产品中最常见的当属网卡,网桥也是链路产品。MODEM的某些功能有人认为属于链路层,对些还有争议。数据链路层将本质上不可靠的传输媒体变成可靠的传输通路提供给网络层。在IEEE802.3情况下,数据链路层分成了两个子层,一个是逻辑链路控制,另一个是媒体访问控制。下图为所示为IEEE802.3LAN体系结构。

      AUI=连接单元接口 PMA=物理媒体连接

      MAU=媒体连接单元 PLS=物理信令

      MDI=媒体相关接口

    594100cee20444474a534ab3e3153b1f.png
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  • 数据链路

    2019-07-12 20:06:39
    数据链路层基本概念 数据链路层的三个基本问题 三个基本问题 点对点信道的数据链路层 使用广播信道的数据链路层 适配器的作用 CSMA/CD 协议 最短有效帧长 以太网的 MAC 层 扩展的局域网 在物理层扩展...

    目录

    数据链路层基本概念

    数据链路层的三个基本问题

    三个基本问题

    点对点信道的数据链路层

    使用广播信道的数据链路层

    适配器的作用 

    CSMA/CD 协议

    最短有效帧长

    以太网的 MAC 层

    扩展的局域网

    在物理层扩展局域网

    在数据链路层扩展局域网

    网桥转发表的建立


    数据链路层基本概念

    数据链路层讨论的是如何把网络层的数据封装成帧,有效的进行通信传输。

    链路是指:一个结点到另一个结点的具体的物理线路。

    数据链路是指:在链路上加之实现通信协议的软件和硬件。

    实现数据链路层的硬件和软件主要是网卡(但适配器工作在物理层和数据链路层)。

    此层的协议数据单元——。这是将数据报加之首部和尾部形成的。

    数据链路层不考虑物理层的实现细节。

    数据链路层的三个基本问题

    三个基本问题

    封装成帧


    指将数据报加之首部和尾部形成帧。首部(SOH)和尾部(EOT)是必要的,主要作用是帧定界、添加控制信息,以及差错控制。

    透明传输:

     

    透明是指无论什么样的比特组合的数据,都能够按照原样没有差错的通过这个数据链路层。(帧定界是以SOH和EOT当做控制符,当文本中出现这两个控制符时,在前面加上‘ESC’)

     

    差错检测:

    奇偶检测、循环冗余CRC等。

    采用CRC,采用n+1位除数(由生成多项式得到),得到n位余数,称作帧检验序列FCS。

    点对点信道的数据链路层

    由三个部分组成:

        1一个将数据报封装成帧的方法

        2 一个用来建立、配置和据除以同一个除数,若余数0,则可以说无差错。

          若有差错,直接丢弃,除此之外,不做任何操作。

         故差错检测只是检测了bit错误,并不能解决帧失序、丢失、重复等问题。

         也就是说,数据链路层实现的是尽最大努力的交付,即不可靠的传输。

         测试数据链路连接的链路控制协议LCP。

    3一套网络控制协议。

    PPP帧的格式如下:

      F是标志字段。A是地址,C无意义

    PPP 有一个 2 个字节的协议字段。

    当协议字段为 0x0021 时,PPP 帧的信息字段就是IP 数据报。

    若为 0xC021, 则信息字段是 PPP 链路控制数据。

    若为 0x8021,则表示这是网络控制数据。 

    使用广播信道的数据链路层

    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。 

    CSMA/CD 协议

    意思是:载波监听多点接入/碰撞检测 

    “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,如果有,则暂时不要发送数据,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。 

    “碰撞检测”就是计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小。

    当几个站同时在总线上发送数据时,总线上的信号电压摆动值将会增大(互相叠加)。一旦发现总线上出现了碰撞,就要立即停止发送。

    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

    最短有效帧长

    规定了最短有效帧长为 64 字节,凡长度小于 64 字节的帧都是由于冲突而异常中止的无效帧。

    以太网的 MAC 层

    在局域网中,硬件地址又称为物理地址,或 MAC 地址。
    MAC 帧格式

    扩展的局域网

    在物理层扩展局域网

    主机使用光纤和一对光纤调制解调器连接到集线器,用多个集线器可连成更大的局域网。

    优点

    使原来属于不同碰撞域的局域网上的计算机能够进行跨碰撞域的通信。

    扩大了局域网覆盖的地理范围。

    缺点

    碰撞域增大了,但总的吞吐量并未提高。

    如果不同的碰撞域使用不同的数据率,那么就不能用集线器将它们互连起来。  

    在数据链路层扩展局域网

    在数据链路层扩展局域网是使用网桥

    网桥工作在数据链路层,它根据 MAC 帧的目的地址对收到的帧进行转发。

    网桥具有过滤帧的功能。当网桥收到一个帧时,并不是向所有的接口转发此帧,而是先检查此帧的目的 MAC 地址,然后再确定将该帧转发到哪一个接口。

    网桥转发表的建立

    若从 A 发出的帧从接口 x 进入了某网桥,那么从这个接口出发沿相反方向一定可把一个帧传送到 A。(逆向学习)

    网桥每收到一个帧,就记下其源地址和进入网桥的接口,作为转发表中的一个项目。

    在建立转发表时是把帧首部中的源地址写在“地址”这一栏的下面。

    在转发帧时,则是根据收到的帧首部中的目的地址来转发的。这时就把在“地址”栏下面已经记下的源地址当作目的地址,而把记下的进入接口当作转发接口。

    工作原理:

    -网桥刚启动时,地址/端口对应表为空,采用洪泛(flooding)方法转发帧;

    -在转发过程中采用逆向学习(backward learning)算法收集MAC地址。网桥通过分析帧的源MAC地址得到MAC地址与端口的对应关系,并写入地址/端口对应表

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