两种类型信道:
- 点对点信道:PPP协议
- 广播信道:CSMA/CD协议
三个基本问题: - 封装成帧
- 透明传输
- 差错校验
主机1和主机2之间通信
主机1和主机2都是五层协议栈,路由器是三层协议栈
当我们讨论数据链路层时,可以水平的只看数据链路层
点对点信道
链路:节点与相邻节点之间的路,又叫物理链路
数据链路:链路+通信协议,又叫逻辑链路
帧
数据链路层把网络层交下来的数据封装成帧发送到链路上,以及从帧中提取数据交到网络层
- 网络层协议数据单元:IP数据报
路由器之间(节点之间)的通信:
数据链路层之间的传输:
1 把物理层的IP数据报添加首部和尾部封装成帧
2 把帧发送给下一个节点
3 如果节点收到的帧无差错,去掉帧的首部和尾部,否则丢弃
三个基本问题
封装成帧
帧:IP数据报加上首部和尾部
首部尾部作用:帧定界
最大传送单元:帧的数据部分的长度上线
帧开始符:SOH(Start of Head)
帧结束符:EOT (End of Transmission)
开始符合结束符都是键盘打不出来的符号
收到的帧如果只有SOH或者只有EOT,那么这个帧不完整,就会丢弃
透明传输
如果数据中含有帧开始符或者帧结束符,那么久不清楚帧的实际的开始位置或者实际的结束位置了,就会出现错误
但是帧的开始符和结束符是键盘敲不出来的符号,所以你通过键盘输入任何的组合都能安全的传输,所以称作透明传输
但是如果是非ASC||码的文件或者图像时,就有可能出现SOH和EOT,就会出现帧的定界错误,叫不透明传输
解决办法:
字符填充(字节填充):在数据中出现SOH和EOT的地方之前加上ESC,然后在收到帧的时候把ESC去掉
如图:
差错检测
比特差错:比特在传输过程中可能出现差错,比如0变成1或者1变成0
误码率BER:错误的比特与全部比特的比值
信噪比:信号噪声比,减小误码率
差错检测方法:循环冗余检验CRC
点对点协议PPP
PPP协议:用户计算机到ISP之间通信使用的协议
PPP协议组成
- 一个将IP数据报封装成帧的方法
- 一个链路控制协议LCP
- 一套网络控制协议NCP
帧格式如图:
ppp协议状态图:
广播信道
局域网使用的就是广播信道
局域网特点:网络为一个单位所有,且地理位置和范围有限
局域网三大类:
共享信道方法:
静态划分信道
动态媒体接入控制:随机接入,受控接入
随机接入:用户随机发送信息,可能产生碰撞
适配器(网卡):计算机与局域网之间通信
适配器与双绞线之间是串行通信的
适配器与计算机之间是并行通信的
所以适配器的作用是串行和并行之间的转换
CSMA/CD协议
以太网的两种通信措施:
1:无连接的工作方式
对数据帧不进行编码,也不需要对方发回确认
随机接入会产碰撞,比如一条总线上有两个人同时发出信号
处理这种情况的协议就是CSMA/CD协议,意思是载波监听多点接入/碰撞检测
2:曼切斯特编码
波下降是1,升高是0
CSMA/CD协议要点:
- 多点接入
- 载波监听
- 碰撞检测
使用CSMA/CD协议发送数据的要点 - 准备发送:发送帧直线需要检测信道
- 如果信道忙,就一直检测,如果信道空闲并且在96比特时间之内空闲就发送
- 边发送边监听
集线器的星型拓扑
这种传播方式取代了总线方式,是局域网发展史上一个重要的里程碑
以太网的MAC层
硬件地址又叫做物理地址,MAC地址
MAC地址格式:6字节(48位)
标识系统:一个核心的问题
名字指出我要寻找的那个资源,地址指出那个资源在哪,路由指出我怎么去那个地址
局域网的地址其实就是适配器(网卡)的地址,适配器换了,地址变了,适配器没换,地址不变
适配器的一种工作模式,只要有帧就接受下来,不管这个帧是发送给谁的,其实是一种监听模式
以太网IEEE802.3标准的帧格式
MAC帧格式:五个字段组成,分别是:目的地址,源地址,类型字段,数据字段,帧检验序列
扩展以太网
物理层
多个集线器扩展以太网
好处:
- 不同集线器之间可以通信
- 整个局域网的范围更大
缺点:
- 碰撞域:每个集线器一个碰撞域,组成了多个碰撞域,一个集线器发送信息,其他集线器发送信息就会碰撞
- 如果不同的系使用不同的以太网协议,那么就不能用集线器将他们连在一起
数据链路层扩展以太网
网桥-交换机
以太交换机:实际就是多接口的网桥
特点:
- 独占传输媒体,无碰撞传输数据
- 全双工方式
- 具有缓存机制,可以在输出端口繁忙时把到来的帧暂存
- 即插即用,地址表采用自学习算法
- 多种速率接口,满足用户需求
- 可以直通转发,不进行缓存处理直接转发,速度快
自学习功能:
记录发送帧的地址,而且会广播给附近的交换机
交换机:查表转发的交换方式
- 能找到目的地,点对点
- 不能找到目的地,广播转发
全双工(相当于点对点方式,不需要CSMA/CD)
独占带宽:加入接口是100Mb/s,发送和接收可以都是100Mb/s
广播域:整个网络
碰撞域:一个接口
高速以太网
吉比特以太网特点
- 允许1Gbit/s以下使用半双工和全双工两种工作方式
- 使用IEEE802.3协议
- 半双工使用CSMA/CD协议,全双工不使用CSMA/CD协议
- 向后兼容
- 帧间隔:96bit
两种成熟的技术
- 现有以太网
- 光纤
虚拟局域网
逻辑上,按照某种需求对资源重新进行划分
当交换机找不到目的地址,广播,可能造成广播风暴
解决办法:一个广播域内,计算机数量不能太多
vlan:隔离广播技术
广播只能在vlan中传播,比如a1,a2发送信息并广播,只有a3,a4能收到广播
特点:
- 每个vlan 是一个广播域
- 同一个vlan可以通信,不同vlan在数据链路层是隔离的
虚拟局域网中的帧格式
基于接口划分vlan特点:
- 最简单也是最常用的方法
- 属于在第一层划分虚拟局域网的方法
- 缺点:不允许用户移动
基于计算机网卡的MAC地址方法特点:
- 根据用户的网卡的MAC地址划分vlan
- 属于在第二次划分虚拟局域网
基于IP子网地址划分方法特点:
- 根据IP子网类型划分vlan
- 属于第三层划分虚拟局域网
思科交换机的四种工作模式:
- 用户模式:enable
- 特权模式:show
- 全局配置模式(config):config t,interface
- 接口配置模式:
交换机vlan两种工作模式:
- access:只能划分为一个vlan,switchport access vlan 10
- trunk S-S:允许多个vlan报文通过,默认允许所有, switchport mode trunk