計算機網絡(一)-- 物理層與數據鏈路層


1 數據在網絡中的時延主要包括四個部分:

發送時延:主機或路由器在發送數據幀時需要的時間

傳播時延:電磁波在信道中的傳播時間

處理時延:主機或路由器收到分組之后處理花費的時間

排隊時延:分組在輸入隊列和輸出隊列的排隊時間,時間長短取決於網絡當時的通信量

物理層

在物理層上傳輸的數據單位是比特

頻分復用(FDM):所有的用戶在同樣的時間內占據不同的帶寬資源

時分復用(TDM):所有用戶在不同的時間內占有同樣的頻帶寬度

要解決的問題

數據鏈路層

向下:把網絡層交下來的IP數據報添加首部和尾部封裝成幀

向上:從收到的幀中提取出IP數據報上交給上面的網絡層

面臨的三個基本問題:

3.1 封裝成幀:

如下圖所示:

 

怎樣分辨幀的起始和結束呢?可以使用特殊的幀定界符

 

3.2 透明傳輸

所謂透明傳輸,是站在所傳輸的數據的角度看,"看不見"數據鏈路層有什么妨礙數據傳輸的東西.

要想實現透明傳輸,就要使數據中可能出現的SOH和EOT在接收端不被解釋成控制字符.

怎么實現?方法是一旦數據中出現了控制字符,就在前面插入一個轉義字符'ESC'

如果轉義字符也在當前的數據之中,那么就在轉義字符的前面再插入一個轉義字符

這種方法叫做字節填充(字符填充),如下圖所示:

 

3.3差錯檢測

比特差錯:比特在傳輸的過程中出現的差錯,比如1可能變為0,0可能變為1

使用循環冗余檢驗CRC,可以實現無比特差錯

可靠傳輸:數據鏈路層的發送端發送什么,在接收端就收到什么

傳輸差錯可以分為兩類:一類是比特差錯,另一類是沒有出現比特差錯,但卻出現了幀丟失,幀重復或幀失序

為了使數據鏈路層向上提供可靠傳輸,除了CRC,還增加了幀編號,確認和重傳機制

為了提升通信效率,對於通信質量較好的傳輸鏈路,數據鏈路層不使用確認和重傳機制.如果在數據鏈路層出現了差錯並且需要改正,則由上層協議(如TCP)來完成

對於通信質量較差的鏈路,數據鏈路層使用確認和重傳機制,向上提供可靠傳輸的服務

3.3對於點對點的鏈路,點對點協議(PPP)是使用最廣泛的數據鏈路層協議

PPP是用戶計算機和ISP進行通信時使用的數據鏈路層協議

3.4關於局域網與以太網

局域網為一個單位所擁有,且地理范圍和站點數目均有限

由於以太網已經在局域網市場中占有了絕對又是,經過多年的發展,以太網已經成為了局域網的同義詞

傳統以太網將數據鏈路層分成了兩個子層:邏輯鏈路控制LLC和媒體接入控制MAC,MAC子層與接入的傳輸媒體有關,且對LLC透明.隨着發展LLC的作用已經消失,如今適配器上僅裝有MAC協議

 計算機的網卡也叫適配器(adapter),主要工作在數據鏈路層和物理層

 

3.5關於CSMA/CD協議

CSMA/CD(carrier sense multiple access with collision detection)(載波監聽多點接入/碰撞檢測)

多點接入:證明這是總線型網絡

載波監聽:在發送前或者發送中檢測信道是不是有其他在發送的信號

碰撞檢測:邊發送邊監聽,如果總線上信號電壓變化幅度過大,說明產生了碰撞,應停止發送

一次次碰撞后下一次發送的時間是通過算法確定的

 3.6集線器

集線器使用電子器件模擬實際電纜線工作,使用集線器的以太網在邏輯上還是一個總線網

使用的仍是CSMA/CD協議,是一種星型總線結構.

集線器工作在物理層,在每個接口僅僅簡單地轉發比特,不進行碰撞檢測

3.7以太網的MAC層

硬件地址=物理地址=MAC地址,是固化在適配器中的ROM中的地址,長度為6字節

 適配器有過濾功能,每收到一個MaC幀就先檢查這個幀中的目的地址,如果是發往本站的就收下,否則丟棄.

以太網V2的MAC幀格式如下:

包括5個字段:

6字節長的目的地址,6字節長的源地址,2字節的類型字段表示上一層使用的什么協議.數據字段范圍在46(最小長度64減去18)到1500之間,最后一個字段是4字節的幀檢測序列FCS

獲取數據字段長度的方法:

IP層對填充字段的處理:

前面插入8個字節的原因:

以太網幀的傳遞情形:

無效幀的情形:

3.8 擴展的以太網:

擴展的以太網在網絡層看來仍然是一個網絡

分為在物理層擴展和在數據鏈路層擴展

物理層:

注意:集線器只在多端口進行轉發,不能緩存幀

數據鏈路層:

關於以太網交換機:

引入:

特點:

關於虛擬局域網(VLAN)

這是一個邏輯概念:

如下圖:

虛擬局域網限制了接收廣播信息的計算機數量,避免了廣播風暴引起的性能惡化

幀格式:

並且:

 


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