数据链路层6学习教案

1、数据数据(shj)链路层链路层 6第一页，共154页。第1页/共154页第二页，共154页。第2页/共154页第三页，共154页。第3页/共154页第四页，共154页。局域网局域网广域网广域网主机主机(zhj) H1主机主机(zhj) H2路由器路由器 R1路由器路由器 R2路由器路由器 R3电话网电话网局域网局域网主机主机 H1 向向 H2 发送数据发送数据链路层链路层应用层应用层运输层运输层网络层网络层物理层物理层链路链路层层应用层应用层运输层运输层网络层网络层物理层物理层链路层链路层网络层网络层物理层物理层链路层链路层网络层网络层物理层物理层链路层链路层网络层网络层物理层物理层R1R2R

2、3H1H2从从层次层次上来看数据的流动上来看数据的流动第4页/共154页第五页，共154页。局域网局域网广域网广域网主机主机(zhj) H1主机主机(zhj) H2路由器路由器 R1路由器路由器 R2路由器路由器 R3电话网电话网局域网局域网主机主机 H1 向向 H2 发送数据发送数据链路层链路层应用层应用层运输层运输层网络层网络层物理层物理层链路层链路层应用层应用层运输层运输层网络层网络层物理层物理层链路层链路层网络层网络层物理层物理层链路层链路层网络层网络层物理层物理层链路层链路层网络层网络层物理层物理层R1R2R3H1H2仅从仅从数据链路层数据链路层观察帧的流动观察帧的流动第5页/共15

3、4页第六页，共154页。件加到链路上，就构成了数件加到链路上，就构成了数据链路。据链路。现在最常用的方法是使用适现在最常用的方法是使用适配器（即网卡）来实现这些配器（即网卡）来实现这些协议的硬件和软件。协议的硬件和软件。一般的适配器都包括了数据一般的适配器都包括了数据链路层和物理层这两层的功链路层和物理层这两层的功能。能。第6页/共154页第七页，共154页。IP 数据(shj)报1010 0110帧取出数据(shj)链路层网络层链路结点(ji din) A结点 B物理层数据链路层结点 A结点 B帧(a)(b)发送帧接收链路IP 数据报1010 0110帧装入数据链路层传送的是帧第7页/共15

4、4页第八页，共154页。议(xiy)是同义语。结点结点帧帧第8页/共154页第九页，共154页。第9页/共154页第十页，共154页。第10页/共154页第十一页，共154页。帧结束帧结束(jish)帧首部IP 数据(shj)报帧的数据部分帧尾部 MTU数据链路层的帧长数据链路层的帧长开始开始发送发送帧开始帧开始第11页/共154页第十二页，共154页。SOH装在帧中的数据(shj)部分帧帧帧开始帧开始(kish)符符帧结束符帧结束符发送在前发送在前EOT第12页/共154页第十三页，共154页。第13页/共154页第十四页，共154页。SOHEOT出现出现(chxin)了了“EOT”被接收端

5、当作被接收端当作(dn zu)无效帧而丢弃无效帧而丢弃被接收端被接收端误认为是一个帧误认为是一个帧数据部分数据部分EOT完整的帧完整的帧发送发送在前在前第14页/共154页第十五页，共154页。第15页/共154页第十六页，共154页。第16页/共154页第十七页，共154页。SOHSOHEOTSOHESCESCEOTESCSOHESC ESCESCSOH原始数据原始数据EOTEOT经过字节填充经过字节填充(tinchng)后发送的数据后发送的数据字节字节(z ji)填充填充字节字节(z ji)填充填充字节填充字节填充字节填充字节填充发送发送在前在前帧开始符帧开始符帧结束符帧结束符SOH第17

6、页/共154页第十八页，共154页。第18页/共154页第十九页，共154页。发送。发送。第19页/共154页第二十页，共154页。第20页/共154页第二十一页，共154页。第21页/共154页第二十二页，共154页。 110101 Q (商商) P (除数除数(ch sh) 1101 101001000 2nM (被除数被除数(ch sh) 1101 1110 1101 0111 0000 1110 1101 0110 0000 1100 1101 001 R (余数余数)，作为，作为 FCS 第22页/共154页第二十三页，共154页。出，但出，但 CRC 并非用来获得并非用来获得FCS

7、 的唯一方法。的唯一方法。第23页/共154页第二十四页，共154页。出现检测不到出现检测不到(b do)的差错的差错的概率就很小很小。的概率就很小很小。第24页/共154页第二十五页，共154页。第25页/共154页第二十六页，共154页。第26页/共154页第二十七页，共154页。第27页/共154页第二十八页，共154页。第28页/共154页第二十九页，共154页。用用户户至因特网至因特网已向因特网管理机构已向因特网管理机构申请申请(shnqng)到一批到一批 IP 地址地址ISP接入网接入网PPP 协议协议(xiy)第29页/共154页第三十页，共154页。第30页/共154页第三十一

8、页，共154页。第31页/共154页第三十二页，共154页。Control Protocol)。网络控制协议网络控制协议 NCP (Network Control Protocol)。第32页/共154页第三十三页，共154页。PPP 帧的长度都是整数字节。帧的长度都是整数字节。第33页/共154页第三十四页，共154页。IP 数据(shj)报1211字节字节12不超过不超过 1500 字节字节PPP 帧帧先发送先发送7EFF03FACFCSF7E协议协议信信 息息 部部 分分首部首部尾部尾部第34页/共154页第三十五页，共154页。第35页/共154页第三十六页，共154页。第36页/共1

9、54页第三十七页，共154页。面要加入一个面要加入一个 0 x7D 字节，同字节，同时将该字符的编码加以改变。时将该字符的编码加以改变。第37页/共154页第三十八页，共154页。第38页/共154页第三十九页，共154页。连续连续(linx)1时，就把这时，就把这 5 个连续个连续(linx) 1 后的一个后的一个 0 删除，删除，第39页/共154页第四十页，共154页。0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 00 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 00 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0信息字段中出现(

10、chxin)了和标志字段 F 完全一样的 8 比特组合发送端在 5 个连 1 之后(zhhu)填入 0 比特再发送出去在接收端把 5 个连 1之后的 0 比特(b t)删除会被误认为是标志字段 F 发送端填入 0 比特接收端删除填入的 0 比特零比特填充零比特填充第40页/共154页第四十一页，共154页。输也是可靠的。输也是可靠的。帧检验序列帧检验序列 FCS 字段可保证字段可保证(bozhng)无差错接受。无差错接受。第41页/共154页第四十二页，共154页。第42页/共154页第四十三页，共154页。设备(shbi)之间无链路链路静止(jngzh)链路建立(jinl)鉴别网络层协议链路

11、打开链路终止物理链路LCP 链路已鉴别的 LCP 链路已鉴别的 LCP 链路和 NCP 链路物理层连接建立物理层连接建立LCP 配置协商配置协商鉴别成功或无需鉴别鉴别成功或无需鉴别NCP 配置协商配置协商链路故障或链路故障或关闭请求关闭请求LCP 链路链路终止终止鉴别失败鉴别失败LCP 配置配置协商失败协商失败第43页/共154页第四十四页，共154页。第44页/共154页第四十五页，共154页。第45页/共154页第四十六页，共154页。第46页/共154页第四十七页，共154页。源。源。便于系统的扩展和逐渐地演便于系统的扩展和逐渐地演变变(ynbin)，各设备的位置，各设备的位置可灵活调整

12、和改变。可灵活调整和改变。提高了系统的可靠性、可用提高了系统的可靠性、可用性和残存性。性和残存性。第47页/共154页第四十八页，共154页。匹配(ppi)电阻集线器干线(gnxin)耦合器总线网总线网星形网星形网树形网树形网 环形网环形网指计算机、电缆和网络上其他组件的安排方式或物理布局。第48页/共154页第四十九页，共154页。第49页/共154页第五十页，共154页。受控接入受控接入 ，如多点线路探，如多点线路探询询(polling)，或轮询。，或轮询。第50页/共154页第五十一页，共154页。准的局域网准的局域网第51页/共154页第五十二页，共154页。层则与传输媒体无关，不管层

13、则与传输媒体无关，不管(bgun)采用何种协议的局域采用何种协议的局域网对网对 LLC 子层来说都是透明的子层来说都是透明的第52页/共154页第五十三页，共154页。局 域 网网络层物理层站点 1网络层物理层逻辑链路控制LLCLLC媒体接入控制MACMAC数据(shj)链路层站点 2第53页/共154页第五十四页，共154页。第54页/共154页第五十五页，共154页。驱动程序。驱动程序。实现以太网协议。实现以太网协议。第55页/共154页第五十六页，共154页。硬件(yn jin)地址至局域网适配器（网卡）串行通信(tng xn)CPU 和存储器生成发送的数据处理收到的数据把帧发送到局域网

14、从局域网接收帧计算机IP 地址并行通信第56页/共154页第五十七页，共154页。B向 D发送数据 C D A E匹配电阻（用来(yn li)吸收总线上传播的信号）匹配电阻不接受不接受不接受接受B只有 D 接受B 发送的数据第57页/共154页第五十八页，共154页。第58页/共154页第五十九页，共154页。第59页/共154页第六十页，共154页。第60页/共154页第六十一页，共154页。第61页/共154页第六十二页，共154页。 基带数字信号曼彻斯特(mn ch s t)编码 码元1111100000出现(chxin)电平转换保证在每一个码元的正中间出现一次电压的转换，而接受端就利用

15、这种电保证在每一个码元的正中间出现一次电压的转换，而接受端就利用这种电压的转换很方便地把位同步信号提取出来。压的转换很方便地把位同步信号提取出来。第62页/共154页第六十三页，共154页。第63页/共154页第六十四页，共154页。第64页/共154页第六十五页，共154页。第65页/共154页第六十六页，共154页。第66页/共154页第六十七页，共154页。第67页/共154页第六十八页，共154页。1 kmABt碰撞t = 2 A 检测到发生碰撞 t = B 发送数据B 检测到发生碰撞 t = t = 0单程(dnchng)端到端传播时延记为 传播时延对载波监听(jin tn)的影响

16、第68页/共154页第六十九页，共154页。1 kmABt碰撞t = B 检测到信道(xn do)空闲发送数据t = / 2发生(fshng)碰撞t = 2 A 检测到发生碰撞 t = B 发送数据B 检测到发生碰撞 t = ABABAB t = 0 A 检测到信道(xn do)空闲发送数据ABt = 0t = B 检测到发生碰撞停止发送STOPt = 2 A 检测到发生碰撞STOPAB单程端到端传播时延记为 第69页/共154页第七十页，共154页。第70页/共154页第七十一页，共154页。不会发生碰撞。不会发生碰撞。第71页/共154页第七十二页，共154页。重传所需的时延就是重传所需的

17、时延就是 r 倍的基倍的基本退避时间。本退避时间。当重传达当重传达 16 次仍不能成功次仍不能成功(chnggng)时即丢弃该帧，时即丢弃该帧，并向高层报告。并向高层报告。第72页/共154页第七十三页，共154页。第73页/共154页第七十四页，共154页。第74页/共154页第七十五页，共154页。第75页/共154页第七十六页，共154页。数据帧干扰信号TJABTBtB 发送数据A 检测(jin c)到冲突开始冲突信道占用时间A 发送数据B 也能够检测到冲突，并立即(lj)停止发送数据帧，接着就发送干扰信号。这里为了简单起见，只画出 A 发送干扰信号的情况。第76页/共154页第七十七页

18、，共154页。第77页/共154页第七十八页，共154页。第78页/共154页第七十九页，共154页。集线器集线器两对双绞线两对双绞线站点站点RJ-45 插头插头(chtu)第79页/共154页第八十页，共154页。第80页/共154页第八十一页，共154页。以太网在局域网中的统治地位奠定了牢固的基础。第81页/共154页第八十二页，共154页。器，工作在物理层。集线器是物理层的设备第82页/共154页第八十三页，共154页。集线器网卡工作站网卡工作站网卡工作站双绞线第83页/共154页第八十四页，共154页。第84页/共154页第八十五页，共154页。发发 送送 成成 功功 争用期争用期 争

19、用期争用期 争用期争用期 2 2 2T0t占用占用(zhn yn)期期 发生碰撞发生碰撞 发送一帧所需的平均时间发送一帧所需的平均时间第85页/共154页第八十六页，共154页。0Ta0Ta(3-2) a0 表示一发生碰撞就立即可以检测出来表示一发生碰撞就立即可以检测出来(ch li)， 并立即停止发送，因而信道利用率很高。并立即停止发送，因而信道利用率很高。 a 越大，表明争用期所占的比例增大，每发越大，表明争用期所占的比例增大，每发 生一次碰撞就浪费许多信道资源，使得信道生一次碰撞就浪费许多信道资源，使得信道 利用率明显降低。利用率明显降低。 第86页/共154页第八十七页，共154页。第

20、87页/共154页第八十八页，共154页。aTTS1100max(3-3)第88页/共154页第八十九页，共154页。并不太严格。并不太严格。第89页/共154页第九十页，共154页。第90页/共154页第九十一页，共154页。“MAC地址地址”实际上就是适配器实际上就是适配器地址或适配器标识符地址或适配器标识符EUI-48。第91页/共154页第九十二页，共154页。广播广播(broadcast)帧（一对全体）帧（一对全体）多播多播(multicast)帧（一对多）帧（一对多）第92页/共154页第九十三页，共154页。第93页/共154页第九十四页，共154页。以太网 MAC 帧物理层MA

21、C层10101010101010 10101010101010101011前同步(tngb)码帧开始(kish)定界符7 字节(z ji)1 字节8 字节插入IP层目的地址源地址类型数 据FCS6624字节46 1500IP 数据报以太网的 MAC 帧格式 第94页/共154页第九十五页，共154页。第95页/共154页第九十六页，共154页。第96页/共154页第九十七页，共154页。MAC 帧物理层MAC 层IP 层目的地址源地址类型数 据FCS6624字节46 1500IP 数据报目的(md)地址字段 6 字节第97页/共154页第九十八页，共154页。MAC 帧物理层MAC 层IP 层

22、目的地址源地址类型数 据FCS6624字节46 1500IP 数据报源地址字段 6 字节(z ji)第98页/共154页第九十九页，共154页。MAC 帧物理层MAC 层IP 层目的地址源地址类型数 据FCS6624字节46 1500IP 数据报类型(lixng)字段 2 字节类型字段用来标志上一层使用的是什么协议类型字段用来标志上一层使用的是什么协议(xiy)，以便把收到的以便把收到的 MAC 帧的数据上交给上一层的这个协议帧的数据上交给上一层的这个协议(xiy)。 第99页/共154页第一百页，共154页。MAC 帧物理层MAC 层IP 层目的地址源地址类型数 据FCS6624字节46 1

23、500IP 数据报数据字段 46 1500 字节(z ji)数据字段的正式名称是数据字段的正式名称是 MAC 客户数据字段客户数据字段最小长度最小长度 64 字节字节(z ji) 18 字节字节(z ji)的首部和尾部的首部和尾部 = 数据字段的最小长度数据字段的最小长度 第100页/共154页第一百零一页，共154页。MAC 帧物理层MAC 层IP 层目的地址源地址类型数 据FCS6624字节46 1500IP 数据报FCS 字段 4 字节(z ji)当传输媒体的误码率为当传输媒体的误码率为 1108 时，时，MAC 子层可使未检测子层可使未检测(jin c)到的差错小于到的差错小于 110

24、14。 当数据字段的长度小于当数据字段的长度小于 46 字节时，字节时，应在数据字段的后面加入整数字节的填充字段，应在数据字段的后面加入整数字节的填充字段，以保证以太网的以保证以太网的 MAC 帧长不小于帧长不小于 64 字节。字节。 第101页/共154页第一百零二页，共154页。MAC 帧物理层MAC 层IP 层目的地址源地址类型数 据FCS6624字节46 1500IP 数据报10101010101010 10101010101010101011前同步码帧开始定界符7 字节1 字节8 字节插入在帧的前面插入的在帧的前面插入的 8 字节中的第一个字段共字节中的第一个字段共 7 个字节，个字

25、节，是前同步码，用来是前同步码，用来(yn li)迅速实现迅速实现 MAC 帧的比特同步。帧的比特同步。第二个字段是帧开始定界符，表示后面的信息就是第二个字段是帧开始定界符，表示后面的信息就是MAC 帧。帧。 为了达到比特同步，为了达到比特同步，在传输媒体上实际传送在传输媒体上实际传送(chun sn)的的要比要比 MAC 帧还多帧还多 8 个字节个字节第102页/共154页第一百零三页，共154页。第103页/共154页第一百零四页，共154页。第104页/共154页第一百零五页，共154页。第105页/共154页第一百零六页，共154页。第106页/共154页第一百零七页，共154页。第1

26、07页/共154页第一百零八页，共154页。以太网以太网集线器集线器光纤光纤光纤光纤调制解调器调制解调器光纤光纤调制解调器调制解调器第108页/共154页第一百零九页，共154页。三个独立三个独立(dl)的碰撞域的碰撞域一系一系二系二系三系三系碰撞域碰撞域碰撞域碰撞域碰撞域碰撞域第109页/共154页第一百一十页，共154页。一系三系二系主干(zhgn)集线器一个(y )更大的碰撞域碰撞域第110页/共154页第一百一十一页，共154页。第111页/共154页第一百一十二页，共154页。第112页/共154页第一百一十三页，共154页。站表接口(ji ku)管理 软件网桥协议(xiy) 实体缓

27、存接口(ji ku) 1接口 2网段 B网段 A111222站地址接口网桥网桥接口 1接口 212第113页/共154页第一百一十四页，共154页。第114页/共154页第一百一十五页，共154页。B2B1碰撞(pn zhun)域碰撞(pn zhun)域碰撞域ABCDEF第115页/共154页第一百一十六页，共154页。第116页/共154页第一百一十七页，共154页。用户(yngh)层IPMAC站 1用户(yngh)层IPMAC站 2物理层网桥 1网桥 2AB用户(yngh)数据IP-HMAC-HMAC-TDL-HDL-T 物理层DLRMAC物理层物理层DLRMAC物理层物理层LANLAN两

28、个网桥之间还可使用一段点到点链路 网桥不改变它转发的帧的源地址第117页/共154页第一百一十八页，共154页。第118页/共154页第一百一十九页，共154页。第119页/共154页第一百二十页，共154页。第120页/共154页第一百二十一页，共154页。地址(dzh) 接口B2B1ABCDEF1212地址(dzh) 接口B 1B AA BA 1F CF 2A BA 1F CF 2第121页/共154页第一百二十二页，共154页。第122页/共154页第一百二十三页，共154页。第123页/共154页第一百二十四页，共154页。第124页/共154页第一百二十五页，共154页。第125页/

29、共154页第一百二十六页，共154页。局域网 2局域网 1网桥 2网桥 1 AF不停地不停地兜圈子兜圈子A 发出(fch)的帧F1网桥 1 转发的帧F2网桥 2 转发的帧网络资源白白消耗了网络资源白白消耗了第126页/共154页第一百二十七页，共154页。第127页/共154页第一百二十八页，共154页。第128页/共154页第一百二十九页，共154页。第129页/共154页第一百三十页，共154页。第130页/共154页第一百三十一页，共154页。第131页/共154页第一百三十二页，共154页。一系三系二系10BASE-T至因特网100 Mb/s100 Mb/s100 Mb/s万维网服务器

30、电子邮件(din z yu jin) 服务器以太网交换机路由器第132页/共154页第一百三十三页，共154页。第133页/共154页第一百三十四页，共154页。以太网交换机A4B1以太网交换机VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太网交换机以太网交换机三个虚拟三个虚拟(xn)局域网局域网: VLAN1, VLAN2 和和 VLAN3第134页/共154页第一百三十五页，共154页。以太网交换机A4B1以太网交换机VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太网交换机以太网交换机三个虚拟三个虚拟(xn)局域网局域网 VLAN1, VLAN2和和 VLAN3 的构成的构成 当当 B1 向向 VLAN2 工作组内成员工作组内成员(chngyun)发送数据时，发送数据时，工作站工作站 B2 和和 B3 将会收到广播的信息。将会收到广播的信息。第135页/共154页第一百三十六页，共154页。以太网交换机A4B1以太网交换机VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太网交换机以太网交换机三个虚拟三个虚拟(xn)局域网局域网 VLAN1, VLAN2和和 VLAN3 的构成的构成 B1 发送数据时，工作站发送数据时，工作站 A1, A2 和和 C1都不会都不会(b hu)收到