1314_链路层_链路层服务.ppt

1、1,林楠,电子邮件：lynn_ 办公电话办公室：408,数据链路层,2,进程,主机,进程,主机,结点,结点,结点,结点,结点,数据链路层,网络层,传输层,传输层：实现进程与进程之间的通信。 网络层：实现主机与主机之间的通信。 数据链路层：实现结点与结点之间的通信。,Review,数据链路层,3,数据链路层功能 数据帧的组成 物理寻址 差错控制 流量控制,数据链路层功能,4,结点 Nodes：主机或路由器 连接 Links： 在通信路径中连接邻近结点的通信连接。 有线连接 Wired links 无线连接 Wireless links 帧Frame ：一个数据链路层

2、帧封装一个网络层数据报。,传送数据报从一结点到邻近结点。 一个传输结点封装数据报到一数据链路层帧，再发送帧到连接上。,数据链路层功能,5,6,端口号：标识不同进程,主机,数据链路层功能: 物理寻址,进程,域名：标识不同主机,网络接口,逻辑地址：IP地址 物理地址：MAC地址 标识不同的网络接口,7,数据链路层协议大多在适配器中执行 (Adaptor： NICs: Network Interface Cards 网络接口卡，网卡，) 将计算机接入网络时，每台计算机都需要安装网卡，通过网卡计算机才和网线相连。 网卡：是计算机上的“收发室”，是计算机联网的必需设备，它负责向外发送数据，并从网络中判断

3、接收属于自己的数据。,数据链路层功能: 物理寻址,8,逻辑地址 = IP地址: 网络层地址 使得数据报到达目的主机IP子网（发送与接收主机可能不在同一子网） 物理地址 = 网卡地址 = MAC地址 = LAN地址 = 以太网地址 : 使得数据报从一接口传送到另一物理连接的接口（两接口在同一子网） 48 位MAC，永久性，唯一性（出厂时固化到网卡的ROM中）,数据链路层功能: 物理寻址,9,第十三讲 数据链路层,数据链路层功能 点对点网络：数据链路控制协议 (PPP) 广播网络：多路访问控制协议 (CSMA/CD，CSMA/CA) 局域网 IEEE802局域网标准 以太网 Ethernet 局域

4、网主要互连设备 虚拟局域网 VLAN 无线局域网,10,点对点 （ 例如：PPP拨号访问） 广播式 （ 共享线路或介质; 例如：传统以太网, 无线网,等） 交换式 （ 例如：交换式以太网, ATM 等 ）,有三种类型的 “链路”:,11,一个发送端，一个接收端，一个连接 不需要介质访问控制 不需要进行MAC寻址 应用： 两路由器之间，SONET/SDH链路。 拨号或ADSL访问Internet,在家用MODEM与ISP路由器之间。 常见的点对点数据链路控制 DLC（Data Link Control）协议: PPP： ( 点对点协议 Point-to-Point Protocol ) HDLC

5、：( 高级数据链路控制 High Level Data Link Control ) SDLC：（同步数据链路控制 Synchronous Data Link Control) SLIP：( 串行线互联网协议Serial Line Internet Protocol）,点对点数据链路控制协议,在网络中两个设备通过一个专用链路连接在一起，两个设备可以在任何时间访问链路，这种访问称为点对点访问（Point-to-Point access）,12,第十三讲 数据链路层,数据链路层功能 点对点网络：数据链路控制协议 (PPP) 广播网络：多路访问控制协议 (CSMA/CD，CSMA/CA) 局域网 I

6、EEE802局域网标准 以太网 Ethernet 局域网主要互连设备 虚拟局域网 VLAN 无线局域网,13,各结点共享一条传输介质，两个或多个结点同时传输数据时 相互干扰，产生 冲突 collision ！ 在某一时刻只有一个结点可以成功地发送信号。 当一个结点同时接收两个或更多信号的时候产生冲突。,多路访问控制 MAC Multiple Access Control,各结点怎样共享介质？ 答：多路访问协议 multiple access protocol 解决各结点怎样共享介质。 例如：确定哪个结点可以发送数据，什么时刻发送？ 不同的物理连接，有不同的多路访问协议。 应用： 局域网 LAN

7、s 无线局域网 Wireless LANs 卫星网络 Satellite Networks,14,CSMA/CD：载波检测多路访问 / 冲突检测，传统局域网。 CSMA/CA：载波检测多路访问 / 冲突避免，无线局域网。,多路访问协议 (小结),15,CSMA/CD: 载波侦听多路访问 / 冲突检测 Carrier sense multiple access / Collision Detection 当冲突发生后，发送结点在很短时间内可探测到， 结点立即中断传输，冲突的传输数据被丢弃，减少带宽浪费， 然后，结点采取持续性或非持续性重传。 应用于：传统的LAN中。,CSMA/CA: 载波侦听多

8、路访问 / 冲突避免 Carrier sense multiple access / Collision Avoidance 在此过程中不产生冲突。 结点检测介质不忙时，等待一时间再发送帧，并设置一定时器 如果在定时器到时之前接收到对方的确认，则认为传输成功； 否则，则认为帧丢失，再重新检测介质重发数据。 应用于：无线LAN中。,多路访问协议:1) 随机访问协议,16,第十四讲 数据链路层,数据链路层功能 点对点网络：数据链路控制协议 (PPP) 广播网络：多路访问控制协议 (CSMA/CD，CSMA/CA) 局域网 IEEE802局域网标准 以太网 Ethernet 局域网主要互连设备 虚拟

9、局域网 VLAN 无线局域网,17,局域网,局域网工作在物理层和数据链路层 最常见的有线LAN: Ethernet 以太网 最具有发展潜力的LAN：无线局域网,18,第十四讲 数据链路层,数据链路层功能 点对点网络：数据链路控制协议 (PPP) 广播网络：多路访问控制协议 (CSMA/CD，CSMA/CA) 局域网 IEEE802局域网标准 以太网 Ethernet 局域网主要互连设备 虚拟局域网 VLAN 无线局域网,19,互联网没有对LAN，WAN做详细的说明，因此就必须有另外的 协议标准 (IEEE802局域网标准) 来处理LAN。 IEEE802: 电气和电子工程师协会802委员会:

10、802工程 IEEE802局域网标准 把数据链路层分为上下两层: LLC 逻辑链路控制子层 MAC 介质访问控制子层,IEEE802 局域网标准,802项目,MAC,IEEE802局域网标准,LLC,20,以太网 Ethernet,主机通过LAN连接到Internet需要五层网络协议的服务。 上面三层（应用层，运输层，网络层）对所有的LAN是相同的。 数据链路层中LLC子层设计对于所有LAN是相同的。 所以局域网之间的区别仅仅在于它们的MAC子层和物理层。 对于每一个不同的局域网，MAC子层差别不大，但物理层完全不同。,21,以太网 Ethernet,网络拓扑结构 Topology 网络中计算

11、机所连成的几何形状: 1 总线形 Bus （淘汰） 2 星形 Star （流行） 3 环形 Ring（没普及） 4 网形 Mesh （广域网）,22,无连接: 在发送端和接收端的网卡之间不需要握手连接。 不可靠: 接收端网卡不发送确认消息到发送端网卡。 因此： 数据包流向网络层可能有间隔， 如果运输层使用TCP，间隔将被添满， 否则应用层将看到间隔。,以太网 Ethernet,以太网技术为网络层提供无连接，不可靠服务。,随着以太网的发展，可分为： 1、传统以太网 10Mbps2、快速以太网 100Mbps3、千兆以太网 1000Mbps,23,传统以太网10Mbps使用持续性的多路访问协议：C

12、SMA/CD,以太网: 1) 传统以太网 10Mbps,10Base5 粗缆以太网 使用物理总线拓扑结构，传输介质使用粗同轴电缆。 10Base2 细缆以太网 使用物理总线拓扑结构，传输介质使用细同轴电缆。 10Base-T 双绞线以太网 ( T 代表双绞线 Twisted Pair ) 使用物理星型拓扑结构，双绞线。所有结点连接到集线器HUB上。 10Base-FL 光纤链路以太网 使用物理星型拓扑结构，光纤。所有结点连接到集线器HUB上。,传 统 以 太 网 类 型,24,集线器 Hub 本质是物理层的中继器 集线器/中继器/转发器都是物理层设备，工作在物理层。 集线器处理位，而不处理帧。

13、 位从一接口输入，以同样的速率发送到其他所有输出接口。 所有结点通过网线连接到集线器上 物理上呈现出 “星型拓扑”，逻辑上仍然是总线形。 CSMA/CD 算法在集线器（Hub）中实现。,以太网: 1) 传统以太网 10Mbps,25,网桥：以太网发展的第一步是使用网桥将局域网分段的。 网桥工作在数据链路层设备，处理帧。 可以连接不同链路层技术的网段，通过多个网段互连扩展局域网。,以太网: 1) 传统以太网 10Mbps,26,网桥的功能一：提高带宽，扩大网络的规模 在非桥接的传统以太网中，带宽10Mbps由所有结点共享 a.假设一12个结点的传统以太网，每个结点平均享受10Mbps/12。 通

14、过一个网桥，将一个网络分割成两个或更多的网段，每个网段 独立享受带宽10Mbps。 b.假设分为2个网段，每个结点平均享受10Mbps/6。,以太网: 1) 传统以太网 10Mbps,27,网桥的功能二：分割冲突域 collision domain,以太网: 1) 传统以太网 10Mbps,28,交换式以太网：桥接以太网的概念进一步发展为交换LAN。 如有N个结点，带宽为每个结点与交换机共同享受，各10Mbps。 冲突域分为N个冲突域。,以太网: 1) 传统以太网 10Mbps,29,10Base5和10Base2以太网是半双工的，而10Base-T是全双工的。全双工交换式以太网：将每个冲突域

15、的能力从10Mbps增到20Mbps。 如有N个结点，带宽为每个结点与交换机共享受，各10Mbps。 每个结点与交换机之间配置两个信道，一个用于发送一个用于接收。 不需要CSMA/CD，不需要载波侦听冲突检测。,以太网: 1) 传统以太网 10Mbps,30,半双工的快速以太网使用：CSMA/CD，全双工的快速以太网不使用：CSMA/CD。,快速以太网100Mbps类型：两线的：100Base-TX（双绞线），物理星型拓扑结构，使用两对5类双绞线。100Base-FX（光缆），物理星型拓扑结构，使用两对光缆。四线的：100Base-T4（双绞线）,物理星型拓扑结构，使用四对3类或更高级双绞线。

16、,以太网: 2) 快速以太网 100Mbps,31,千兆以太网1000Mbps类型：两线的：1000Base-SX（短波光缆），物理星型拓扑结构，使用两对短波光缆。1000Base-LX（长波光缆），物理星型拓扑结构，使用两对长波光缆。1000Base-CX（铜缆），物理星型拓扑结构，使用两对短铜跳线。四线的：1000Base-T4（双绞线）,物理星型拓扑结构，使用四对5类UTP双绞线。,以太网: 3) 千兆以太网 1000Mbps,半双工的快速以太网使用：CSMA/CD，全双工的快速以太网不使用：CSMA/CD。,32,第十四讲 数据链路层,数据链路层功能 点对点网络：数据链路控制协议 (P

17、PP) 广播网络：多路访问控制协议 (CSMA/CD，CSMA/CA) 局域网 IEEE802局域网标准 以太网 Ethernet 局域网主要互连设备 虚拟局域网 VLAN 无线局域网,33,网络设备的功能层次,局域网主要互连设备,34,交换机：隔离冲突,交换机在不同网段之间隔离冲突域。 交换机 过滤帧: 同一网段的帧不会被传到其他网段。,一个交换机端口成为一个独立的 冲突域 一个网段成为一个独立的 冲突域,冲突域 collision domain 一冲突域里的设备发送数据包时,强迫该网段的其他设备都接收这个数据包; 在同一时间内,该网段的不同设备同时发送数据包时,将导致冲突,降低网络性能,局

18、域网主要互连设备：交换机 Switch,35,广播域,独立的冲突域,独立的冲突域,交换机,交换机只能分隔冲突域，但不能分隔广播域,HUB,冲突域/广播域,网段2,网段1,局域网主要互连设备：交换机 Switch,36,路由器：可以隔离广播域。 交换机：不能隔离广播域。,局域网主要互连设备：路由器Router,37,两者都是存储并转发设备 路由器： 网络层设备 ，使用IP地址交换，三层交换， 路由器维持路由表，运行路由协议执行路由算法 交换机： 链路层设备，使用MAC地址交换，两层交换， 交换机维持交换表，执行过滤、自我学习算法。,局域网主要互连设备：交换机对比路由器,38,交换机 对比 路由器,交换机 “ 即插即用 ” ：管理方便，相对速度快， 路由器 非 “ 即插即用 ” : 要配置IP地址。 不会循环传输数据报（IP分级管理，MAC扁平管理） 可以利用从发送端到接收