【正文】 2021/11/11 第 3 章 數(shù)據(jù)鏈路層（續(xù)） 使用廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層 局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層 CSMA/CD 協(xié)議 使用廣播信道的以太網(wǎng) 使用集線器的星形拓撲 以太網(wǎng)的信道利用率 以太網(wǎng)的 MAC 層 2021/11/11 第 3 章 數(shù)據(jù)鏈路層（續(xù)） 擴展的以太網(wǎng) 在物理層擴展以太網(wǎng) 在數(shù)據(jù)鏈路層擴展以太網(wǎng) 高速以太網(wǎng) 100BASET 以太網(wǎng) 吉比特以太網(wǎng) 10 吉比特以太網(wǎng) 使用高速以太網(wǎng)進行寬帶接入 其他類型的高速局域網(wǎng)接口 2021/11/11 數(shù)據(jù)鏈路層 數(shù)據(jù)鏈路層使用的信道主要有以下兩種類型： ? 點對點信道 。這種信道使用一對一的點對點通信方式。這種信道使用一對多的廣播通信方式，因此過程比較復(fù)雜。 2021/11/11 數(shù)據(jù)鏈路層的簡單模型 局域網(wǎng) 廣域網(wǎng) 主機 H1 主機 H2 路由器 R1 路由器 R2 路由器 R3 電話網(wǎng) 局域網(wǎng) 主機 H1 向 H2 發(fā)送數(shù)據(jù) 鏈路層 應(yīng)用層 運輸層 網(wǎng)絡(luò)層 物理層 鏈路層 應(yīng)用層 運輸層 網(wǎng)絡(luò)層 物理層 鏈路層 網(wǎng)絡(luò)層 物理層 鏈路層 網(wǎng)絡(luò)層 物理層 鏈路層 網(wǎng)絡(luò)層 物理層 R1 R2 R3 H1 H2 從層次上來看數(shù)據(jù)的流動 2021/11/11 數(shù)據(jù)鏈路層的簡單模型( 續(xù)） 局域網(wǎng) 廣域網(wǎng) 主機 H1 主機 H2 路由器 R1 路由器 R2 路由器 R3 電話網(wǎng) 局域網(wǎng) 主機 H1 向 H2 發(fā)送數(shù)據(jù) 鏈路層 應(yīng)用層 運輸層 網(wǎng)絡(luò)層 物理層 鏈路層 應(yīng)用層 運輸層 網(wǎng)絡(luò)層 物理層 鏈路層 網(wǎng)絡(luò)層 物理層 鏈路層 網(wǎng)絡(luò)層 物理層 鏈路層 網(wǎng)絡(luò)層 物理層 R1 R2 R3 H1 H2 僅從數(shù)據(jù)鏈路層觀察幀的流動 2021/11/11 使用點對點信道的數(shù)據(jù)鏈路層 數(shù)據(jù)鏈路和幀 ? 鏈路 (link)是一條無源的點到點的物理線路段，中間沒有任何其他的交換結(jié)點。 ? 數(shù)據(jù)鏈路 (data link) 除了物理線路外，還必須有通信協(xié)議來控制這些數(shù)據(jù)的傳輸。 ? 現(xiàn)在最常用的方法是使用適配器（即網(wǎng)卡）來實現(xiàn)這些協(xié)議的硬件和軟件。 IP 數(shù)據(jù)報 1010… …0110 幀 取出 數(shù)據(jù) 鏈路層 網(wǎng)絡(luò)層 鏈路 結(jié)點 A 結(jié)點 B 物理層 數(shù)據(jù) 鏈路層 結(jié)點 A 結(jié)點 B 幀 (a) (b) 發(fā)送 幀 接收 鏈路 IP 數(shù)據(jù)報 1010… …0110 幀 裝入 數(shù)據(jù)鏈路層傳送的是 幀 2021/11/11 數(shù)據(jù)鏈路層像個數(shù)字管道 ? 常常在兩個對等的數(shù)據(jù)鏈路層之間畫出一個數(shù)字管道，而在這條數(shù)字管道上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)單位是 幀 。因此在數(shù)據(jù)鏈路層，規(guī)程和協(xié)議是同義語。確定幀的界限。 幀結(jié)束 幀首部 IP 數(shù)據(jù)報 幀的數(shù)據(jù)部分 幀尾部 ? MTU 數(shù)據(jù)鏈路層的幀長 開始 發(fā)送 幀開始 2021/11/11 用控制字符進行幀定界的方法舉例 SOH 裝在幀中的數(shù)據(jù)部分 幀 幀開始符 幀結(jié)束符 發(fā)送在前 EOT 2021/11/11 2. 透明傳輸 SOH EOT 出現(xiàn)了“ EOT” 被接收端當(dāng)作無效幀而丟棄 被接收端 誤認為是一個幀 數(shù)據(jù)部分 EOT 完整的幀 發(fā)送 在前 2021/11/11 解決透明傳輸問題 ? 發(fā)送端的數(shù)據(jù)鏈路層在數(shù)據(jù)中出現(xiàn)控制字符“ SOH”或“ EOT”的前面插入一個轉(zhuǎn)義字符“ ESC”(其十六進制編碼是 1B)。 ? 如果轉(zhuǎn)義字符也出現(xiàn)數(shù)據(jù)當(dāng)中，那么應(yīng)在轉(zhuǎn)義字符前面插入一個轉(zhuǎn)義字符。 2021/11/11 SOH SOH EOT SOH ESC ESC EOT ESC SOH ESC ESC ESC SOH 原始數(shù)據(jù) EOT EOT 經(jīng)過字節(jié)填充后發(fā)送的數(shù)據(jù) 字節(jié)填充 字節(jié)填充 字節(jié)填充 字節(jié)填充 發(fā)送 在前 幀開始符 幀結(jié)束符 用字節(jié)填充法解決透明傳輸?shù)膯栴} SOH 2021/11/11 3. 差錯檢測 ? 在傳輸過程中可能會產(chǎn)生 比特差錯 ： 1 可能會變成 0 而 0 也可能變成 1。 ? 誤碼率與信噪比有很大的關(guān)系。 2021/11/11 循環(huán)冗余檢驗的原理 ? 在數(shù)據(jù)鏈路層傳送的幀中，廣泛使用了 循環(huán)冗余檢驗 CRC 的檢錯技術(shù)。假定每組 k 個比特。我們在 M 的后面再添加供差錯檢測用的 n 位 冗余碼 一起發(fā)送。 ? 得到的 (k + n) 位的數(shù)除以事先選定好的長度為 (n + 1) 位的 除數(shù) P，得出 商 是 Q 而 余數(shù) 是 R，余數(shù) R 比除數(shù) P 少 1 位，即 R 是 n 位。 ? 設(shè) n = 3, 除數(shù) P = 1101， ? 被除數(shù)是 2nM = 101001000。 ? 把余數(shù) R 作為 冗余碼 添加在數(shù)據(jù) M 的后面發(fā)送出去。 2021/11/11 110101 ← Q (商 ) P (除數(shù) ) → 1101 101001000 ← 2nM (被除數(shù) ) 1101 1110 1101 0111 0000 1110 1101 0110 0000 1100 1101 001 ← R (余數(shù) )，作為 FCS 循環(huán)冗余檢驗的原理說明 2021/11/11 幀檢驗序列 FCS ? 在數(shù)據(jù)后面添加上的冗余碼稱為 幀檢驗序列 FCS (Frame Check Sequence)。 ? CRC 是一種常用的 檢錯方法 ，而 FCS 是添加在數(shù)據(jù)后面的 冗余碼 。 2021/11/11 接收端對收到的每一幀進行 CRC 檢驗 ? (1) 若得出的余數(shù) R = 0， 則判定這個幀沒有差錯 ， 就 接受 (accept)。 ? 但這種檢測方法并不能確定究竟是哪一個或哪幾個比特出現(xiàn)了差錯 。 2021/11/11 應(yīng)當(dāng)注意 ? 僅用循環(huán)冗余檢驗 CRC 差錯檢測技術(shù)只能做到無差錯 接受 (accept)。 ? 也就是說： “ 凡是接收端數(shù)據(jù)鏈路層接受的幀都沒有傳輸差錯 ” （ 有差錯的幀就丟棄而不接受 ） 。 2021/11/11 點對點協(xié)議 PPP PPP 協(xié)議的特點 ? 現(xiàn)在全世界使用得最多的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議是 點對點協(xié)議 PPP (PointtoPoint Protocol)。 2021/11/11 用戶到 ISP 的鏈路使用 PPP 協(xié)議 用 戶 至因特網(wǎng) 已向因特網(wǎng)管理機構(gòu) 申請到一批 IP 地址 ISP 接入網(wǎng) PPP 協(xié)議 2021/11/11 1. PPP 協(xié)議應(yīng)滿足的需求 ? 簡單 ——這是 首要的要求 ? 封裝成幀 ? 透明性 ? 多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議 ? 多種類型鏈路 ? 差錯檢測 ? 檢測連接狀態(tài) ? 最大傳送單元 ? 網(wǎng)絡(luò)層地址協(xié)商 ? 數(shù)據(jù)壓縮協(xié)商 2021/11/11 2. PPP 協(xié)議不需要的功能 ? 糾錯 ? 流量控制 ? 序號 ? 多點線路 ? 半雙工或單工鏈路 2021/11/11 3. PPP 協(xié)議的組成 ? 1992 年制訂了 PPP 協(xié)議。 ? PPP 協(xié)議有三個組成部分 ? 一個將 IP 數(shù)據(jù)報封裝到串行鏈路的方法。 ? 網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議 NCP (Network Control Protocol)。十六進制的 7E 的二進制表示是 01111110）。地址字段實際上并不起作用。 ? PPP 是面向字節(jié)的，所有的 PPP 幀的長度都是整數(shù)字節(jié)。 ? 當(dāng)協(xié)議字段為 0x0021 時， PPP 幀的信息字段就是IP 數(shù)據(jù)報。 ? 若為 0x8021，則表示這是網(wǎng)絡(luò)控制數(shù)據(jù)。 ? 當(dāng) PPP 用在異步傳輸時，就使用一種特殊的 字符填充法 。 ? 若信息字段中出現(xiàn)一個 0x7D 的字節(jié) , 則將其轉(zhuǎn)變成為 2 字節(jié)序列 (0x7D, 0x5D)。 2021/11/11 零比特填充 ? PPP 協(xié)議用在 SONET/SDH 鏈路時，是使用同步傳輸（一連串的比特連續(xù)傳送）。 ? 在發(fā)送端，只要發(fā)現(xiàn)有 5 個連續(xù) 1，則立即填入一個 0。每當(dāng)發(fā)現(xiàn) 5 個連續(xù) 1時，就把這 5 個連續(xù) 1 后的一個 0 刪除， 0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 信息字段中出現(xiàn)了和 標(biāo)志字段 F 完全一樣 的 8 比特組合 發(fā)送端在 5 個連