刘兰青——OSI数据链路层

1、成功成功=艰苦的劳动艰苦的劳动+正确的方法正确的方法+少说空话。少说空话。 爱因斯坦爱因斯坦 OSIOSI数据链路层数据链路层教教 师：刘兰青师：刘兰青课程回顾及引入课程回顾及引入传输层传输层 数据链路层数据链路层物理层物理层 网络层网络层 数据数据数据数据传输层报头传输层报头数据数据网络层报头网络层报头 表示层表示层应用层应用层会话层会话层源端口号源端口号+目的端口号目的端口号源源IP+目的目的IP网络层报头中的网络层报头中的ipip地址已标识地址已标识了通信双方，那么数据链路层了通信双方，那么数据链路层又要如何封装数据包，在通信又要如何封装数据包，在通信中起什么作用呢？中起什么作用呢？数据

2、段数据段数据包数据包数据数据OSI/RM成功成功=艰苦的劳动艰苦的劳动+正确的方法正确的方法+少说空话。少说空话。 爱因斯坦爱因斯坦 1. 1. 理解数据链路层的作用及其存在的必要性理解数据链路层的作用及其存在的必要性2. 2. 掌握数据帧的构成元素掌握数据帧的构成元素3. 3. 理解理解MACMAC技术原理及其选择依据技术原理及其选择依据4. 4. 了解定义数据链路层标准和协议的工程组织了解定义数据链路层标准和协议的工程组织知识目标知识目标成功成功=艰苦的劳动艰苦的劳动+正确的方法正确的方法+少说空话。少说空话。 爱因斯坦爱因斯坦 学会查看网卡的物理地址学会查看网卡的物理地址能力目标能力目标

3、成功成功=艰苦的劳动艰苦的劳动+正确的方法正确的方法+少说空话。少说空话。 爱因斯坦爱因斯坦 1.1. 理解数据链路层的作用及其存在的必要性理解数据链路层的作用及其存在的必要性2.2. 掌握数据帧的构成元素掌握数据帧的构成元素3.3. 理解理解MACMAC技术原理及其选择依据技术原理及其选择依据4.4.了解定义数据链路层标准和协议的工程组织了解定义数据链路层标准和协议的工程组织知识目标知识目标成功成功=艰苦的劳动艰苦的劳动+正确的方法正确的方法+少说空话。少说空话。 爱因斯坦爱因斯坦 802.11 无线帧无线帧802.11 无线帧无线帧PPP 帧帧HDLCFrame RelayEthernet

4、帧帧情景1：无线笔记本向台式机发送数据，沿途需要经过无线局域网、广域网、以太网多个不同的物理网络，如下图所示。无线无线局域网局域网PPPPPP广域网广域网HDLC广域网广域网FR广域网广域网以太网以太网成功成功=艰苦的劳动艰苦的劳动+正确的方法正确的方法+少说空话。少说空话。 爱因斯坦爱因斯坦 如何将如何将网络层数据包网络层数据包放到不同的介质上并进行传输，放到不同的介质上并进行传输，是数据链路层要解决的问题。是数据链路层要解决的问题。 不同的物理网络可能由不同的介质组成，如铜铜缆缆无无线线光光纤纤成功成功=艰苦的劳动艰苦的劳动+正确的方法正确的方法+少说空话。少说空话。 爱因斯坦爱因斯坦 数

5、据链路层的作用: 通过公共通过公共本地本地介质提供数据交换介质提供数据交换数据链路层提供的服务： 封装成封装成帧帧数据链路层的协议数据单元数据链路层的协议数据单元 媒介访问控制媒介访问控制和错误检测技术和错误检测技术知识目标一知识目标一 数据链路层的作用数据链路层的作用成功成功=艰苦的劳动艰苦的劳动+正确的方法正确的方法+少说空话。少说空话。 爱因斯坦爱因斯坦 知识目标一知识目标一 数据链路层存在的必要性数据链路层存在的必要性o 1. 源主机不能预测到达目的主机的路途中会经过哪些类型的物理网络和介质；o 2. 不同的网络对数据的编排格式不同；o 3.数据链路层负责将数据放置到网络介质上并从网络

6、介质接收数据，从而缓解上层的压力，为其提供透明传输。知识目标二成功成功=艰苦的劳动艰苦的劳动+正确的方法正确的方法+少说空话。少说空话。 爱因斯坦爱因斯坦 情景2：PC1向PC2发送数据，沿途需要经过不同的物理网络（以太网广域网以太网），如下图所示：数据包LAN报头LAN报尾WAN报头WAN报尾数据包LAN报头报头LAN报尾报尾数据包返回必要性课堂练习2成功成功=艰苦的劳动艰苦的劳动+正确的方法正确的方法+少说空话。少说空话。 爱因斯坦爱因斯坦 不同网络对数据采用不同的编排格式不同网络对数据采用不同的编排格式返回必要性成功成功=艰苦的劳动艰苦的劳动+正确的方法正确的方法+少说空话。少说空话。

7、爱因斯坦爱因斯坦 1. 1. 理解数据链路层的作用及其存在的必要性理解数据链路层的作用及其存在的必要性2. 2. 掌握数据帧的构成元素掌握数据帧的构成元素3. 3. 理解理解MACMAC技术原理及其选择依据技术原理及其选择依据4. 4. 了解定义数据链路层标准和协议的工程组织了解定义数据链路层标准和协议的工程组织知识目标知识目标成功成功=艰苦的劳动艰苦的劳动+正确的方法正确的方法+少说空话。少说空话。 爱因斯坦爱因斯坦 知识目标二知识目标二 数据帧结构数据帧结构数据包报头数据报尾帧位流网络层数据链路层物理层成功成功=艰苦的劳动艰苦的劳动+正确的方法正确的方法+少说空话。少说空话。 爱因斯坦爱因

8、斯坦 知识目标二知识目标二 数据帧结构数据帧结构-LAN-LAN帧帧成功成功=艰苦的劳动艰苦的劳动+正确的方法正确的方法+少说空话。少说空话。 爱因斯坦爱因斯坦 o 前导码和帧首定界符字段 ：“前导码”（7 个字节）和“帧首定界符 (SFD)”（1 个字节）字段用于同步发送设备与接收设备。如1010101011，告知接收方准备接收新帧。o 目的 MAC 地址字段：6 个字节，是预定接收方的标识符。如 R1 F0/1的MAC：0000.0CDE.89E5。o 源 MAC 地址字段：6 个字节，标识帧的源网卡或接口。如PC1的MAC：0090.0C42.728C。以太网协议帧格式字段含义以太网协议

9、帧格式字段含义成功成功=艰苦的劳动艰苦的劳动+正确的方法正确的方法+少说空话。少说空话。 爱因斯坦爱因斯坦 o 长度/类型字段：2 个字节，定义帧的数据字段的准确长度。在其中可以输入长度或类型。但在指定的实现中只能使用二者之一。如果字段用于指定类型，则“类型”字段将说明执行哪个协议。 如，0X800表示IP协议。o 数据和填充位字段：461500 个字节，包含来自较高层次的封装数据。所有帧至少必须有 64 个字节。如果封装的是小数据包，则帧使用填充位增大到最小值。 成功成功=艰苦的劳动艰苦的劳动+正确的方法正确的方法+少说空话。少说空话。 爱因斯坦爱因斯坦 o 帧校验序列字段：4 B，如0X0

10、，用于检测帧中的错误。它使用循环冗余校验 (CRC)。发送设备在帧的 FCS 字段中包含 CRC 的结果。接收设备将接收帧，并生成 CRC 来查找错误。如果计算匹配，就不会发生错误。计算不匹配则表明数据已经改变；因此帧会被丢弃。数据改变可能是由于代表比特的电信号中断所致。成功成功=艰苦的劳动艰苦的劳动+正确的方法正确的方法+少说空话。少说空话。 爱因斯坦爱因斯坦 知识目标二知识目标二 数据帧结构数据帧结构-WAN-WAN帧帧成功成功=艰苦的劳动艰苦的劳动+正确的方法正确的方法+少说空话。少说空话。 爱因斯坦爱因斯坦 PPPPPP协议帧格式字段含义协议帧格式字段含义n标志（FLG）：8位，值为0

11、1111110，表示一帧的开始。n地址（ADR）：8位，值为11111111，标准目的广播地址，表示谁都可以接收，没有源地址。因为是点到点的广域网链路，一个节点发送，另外一个节点接收，所以不用太多地址信息控制帧的来源和去向。这一点和以太网帧有很多区别。n控制(CTR):8位，值为0 x3，表示是一个无序号帧。n协议（PROTOCOL）：16位，值为0 x21表示封装的是一个ip数据报文。n数据：由LCP协商为可变长度。n帧校验序列（FCS）：16位。n标志（FLG）：8位，表示一个帧的结束。成功成功=艰苦的劳动艰苦的劳动+正确的方法正确的方法+少说空话。少说空话。 爱因斯坦爱因斯坦 课堂练习课

12、堂练习1 1o 请同学们比较以太网协议帧和广域网PPP协议帧，分析它们字段的异同？成功成功=艰苦的劳动艰苦的劳动+正确的方法正确的方法+少说空话。少说空话。 爱因斯坦爱因斯坦 参考答案参考答案o 相同之处：o 均有地址、类型、数据、帧校验序列字段o 不同之处：o 1.PPP协议帧比以太网帧多了控制和标志结束字段o 2. 表示开始的前导码和承载的数据长度不同；以太网帧的地址字段表示两个节点的物理地址，而PPP帧的地址是广播地址。成功成功=艰苦的劳动艰苦的劳动+正确的方法正确的方法+少说空话。少说空话。 爱因斯坦爱因斯坦 课堂练习课堂练习2 2o 在情景2中，以太网和PPP广域网是不同类型的网络，

13、采用不同的数据链路层协议，刚刚大家一起分析了它们封装成数据帧格式的异同。o 那么相同类型的两个以太网帧是否一样呢？成功成功=艰苦的劳动艰苦的劳动+正确的方法正确的方法+少说空话。少说空话。 爱因斯坦爱因斯坦 课堂练习课堂练习2 2数据包LAN报头LAN报尾数据包LAN报头报头LAN报尾报尾两个帧格式相同，地址字段的地址不同：两个帧格式相同，地址字段的地址不同：蓝色帧头中目的地址蓝色帧头中目的地址0000.0CDE.89E50000.0CDE.89E5是是R1R1的的 f0/1f0/1的的MACMAC地址；地址；源地址源地址0040.0B03.D9950040.0B03.D995是是Pc1Pc1

14、的的MACMAC地址；地址；绿色帧头中目的地址绿色帧头中目的地址0001.C7A2.4EEC0001.C7A2.4EEC是是Pc2Pc2的的MACMAC地址；地址；源地址源地址0001.9730.89D00001.9730.89D0是是R2R2的的f0/1f0/1的的MACMAC地址。地址。地址字段的地址仅代表本段链路两端节点的地地址字段的地址仅代表本段链路两端节点的地址，在经过路由器或网关设备转发时，是要改址，在经过路由器或网关设备转发时，是要改变的，被重新封装下一段链路需要的地址。因变的，被重新封装下一段链路需要的地址。因此，此，MACMAC地址只具有本地意义。地址只具有本地意义。成功成功

15、=艰苦的劳动艰苦的劳动+正确的方法正确的方法+少说空话。少说空话。 爱因斯坦爱因斯坦 知识目标二知识目标二 数据链路层的物理实体数据链路层的物理实体网卡网卡o 网卡作用：o 1.将计算机上运行的软件进程与物理介质相连；o 2.封装或解封装数据帧o 3.准备好传输数据并将数据编码为可在相关介质上发送的信号。成功成功=艰苦的劳动艰苦的劳动+正确的方法正确的方法+少说空话。少说空话。 爱因斯坦爱因斯坦 成功成功=艰苦的劳动艰苦的劳动+正确的方法正确的方法+少说空话。少说空话。 爱因斯坦爱因斯坦 能力目标能力目标o 网卡地址，即主机的物理地址。o 查看方法：o 开始/运行/cmd/确定，然后在命令提示

16、符窗口输入ipconfig/all命令.查看网卡地址命令网卡MAC地址成功成功=艰苦的劳动艰苦的劳动+正确的方法正确的方法+少说空话。少说空话。 爱因斯坦爱因斯坦 1. 1. 理解数据链路层的作用及其存在的必要性理解数据链路层的作用及其存在的必要性2. 2. 掌握数据帧的构成元素掌握数据帧的构成元素3. 3. 理解理解MACMAC技术原理及其选择依据技术原理及其选择依据4. 4. 了解定义数据链路层标准和协议的工程组织了解定义数据链路层标准和协议的工程组织知识目标知识目标成功成功=艰苦的劳动艰苦的劳动+正确的方法正确的方法+少说空话。少说空话。 爱因斯坦爱因斯坦 o 什么是介质访问控制？o 规

17、范数据帧在介质上的放置的方法称为介质访问控制。o 控制方法取决于：如何共享介质和拓扑结构知识目标三：知识目标三： MACMAC技术技术成功成功=艰苦的劳动艰苦的劳动+正确的方法正确的方法+少说空话。少说空话。 爱因斯坦爱因斯坦 知识目标三：介质访问控制的必要性知识目标三：介质访问控制的必要性成功成功=艰苦的劳动艰苦的劳动+正确的方法正确的方法+少说空话。少说空话。 爱因斯坦爱因斯坦 o 对于共享介质，有两种基本介质访问控制方法：受控 每个节点各自都有使用介质的时间争用 所有节点自由竞争介质的使用权知识目标三知识目标三成功成功=艰苦的劳动艰苦的劳动+正确的方法正确的方法+少说空话。少说空话。 爱

18、因斯坦爱因斯坦 受控受控成功成功=艰苦的劳动艰苦的劳动+正确的方法正确的方法+少说空话。少说空话。 爱因斯坦爱因斯坦 争用争用成功成功=艰苦的劳动艰苦的劳动+正确的方法正确的方法+少说空话。少说空话。 爱因斯坦爱因斯坦 o 针对非共享介质的介质访问控制协议需要少量甚至不需要控制。这些协议具有更简单的介质访问控制规则和过程，如点到点。o 在点对点连接中，数据链路层需要考虑通信为全双工还是半双工。知识目标三：知识目标三：成功成功=艰苦的劳动艰苦的劳动+正确的方法正确的方法+少说空话。少说空话。 爱因斯坦爱因斯坦 o 物理拓扑 是节点与它们之间的物理连接的布局。o 逻辑拓扑 是网络将帧从一个节点传输

19、到另一节点的线路。o 常见的逻辑拓扑和物理拓扑类型：n 点到点 n 多路访问 n 环形 知识目标三：知识目标三：成功成功=艰苦的劳动艰苦的劳动+正确的方法正确的方法+少说空话。少说空话。 爱因斯坦爱因斯坦 点对点拓扑点对点拓扑o 点对点拓扑将两个节点直接连接在一起。成功成功=艰苦的劳动艰苦的劳动+正确的方法正确的方法+少说空话。少说空话。 爱因斯坦爱因斯坦 多路访问拓扑多路访问拓扑o 逻辑多路访问拓扑使多个节点通过共享介质相互通信。o 在某一时刻，可将某个节点的数据放置到介质上。每个节点都可以看见介质上的所有帧，但是只有帧的目的节点会处理帧内容。o 逻辑多路访问拓扑所采用的典型的介质访问控制方法为 CSMA/CD (载波侦听多路访问/冲突检测)或 CSMA/CA(载波侦听多路访问/冲突避免) 。成功成功=艰苦的劳动艰苦的劳动+正确的方法正确的方法+少说空话。少说空话。 爱因斯坦爱因斯坦 多路访问拓扑多路访问拓扑成功成功=艰苦的劳动艰苦的劳动+正确的方法正确的方法+少说空话。少说空话。 爱因斯坦爱因斯坦 环形拓扑环形拓扑o 在逻辑环形拓扑中，各节点依次接收帧。若