3 使用广播信道的数据链路层

Wu Jun 2019-09-21 21:21:45
04 计算机网络 > 3 数据链路层

广播信道可以实现一对多的通信,局域网使用的是广播信道

1. 局域网的数据链路层

主要有以太网、令牌环网、FDDI 和 ATM 等局域网技术,目前以太网占领着有线局域网市场。

1) 按网络拓扑分类

2) 共享信道的实现

局域网使用较多的是随机接入

3) 以太网的两个标准

局域网的数据链路层拆成两个子层

目前实际使用中,LLC 子层已消失,只有 MAC 子层

4) 适配器的作用

计算机与外界局域网的连接是通过通信适配器(网卡,网络接口卡)进行的。

适配器的一个重要功能就是进行数据串行传输和并行传输的转换。包含数据链路层和物理层两个层次的功能

当适配器收到正确的帧时,交付给网络层。当计算机要发送 IP 数据报时,下交给适配器,发送到局域网。

2. CSMA/CD 协议

1)总线

2)简便措施

为了通信简便,以太网采取了两种措施

3)CSMA/CD 协议要点

CSMA/CD,即载波监听多点接入/碰撞检测,是以太网采用的协调方法

发送的不确定性

由于电磁波在总线上的传播存在传播时延,以太网不能保证某一时间内一定可以成功发送数据帧,可能产生碰撞

争用期

端到端传播的往返时间称为争用期,又称为碰撞窗口,只有经过争用期这段时间还没有检测到碰撞,才能肯定这次发送不会发生碰撞

争用期能至少能发送最短帧长(64 字节),若接收到小于最短帧长的数据,都是冲突异常中止的无效帧,应该丢弃

解决碰撞问题

使用截断二进制指数退避算法:让发生碰撞的站在停止发送数据后,推迟一个随机的时间再发送数据,能够减小再次发生碰撞的概率

  1. 确认基本退避时间,即争用期
  2. 从定义好的一个离散整数集合里随机取出一个数r,则重传应推迟的时间为r倍的争用期
  3. 当重传达16次仍不能成功时,则丢弃该数据帧
要点总结
  1. 准备发送:适配器从网络层获得一个分组,加上以太网的首部和尾部,组成以太网帧,放入适配器的缓存中,准备发送
  2. 检测信道:若适配器检测到信道空闲,即在帧最小间隔(96比特)时间内没有检测到信道上有信号,就发送这个帧,若检测到信道被占用,则继续检测并等待信道转为空闲
  3. 边发送边监听:在发送过程中继续检测信道
    • 发送成功:若在争用期一直未检测到碰撞,则这个帧肯定能发送成功
    • 发送失败::若在争用期内检测到碰撞,则中止数据的发送,并发送人为干扰信号。适配器执行指数退避算法,等待r倍512比特时间后,返回到步骤2

3. 使用集线器的星型拓扑

以太网使用双绞线和星型拓扑,在星形的中心使用集线器(hub)

集线器的特点:

4. 以太网的信道利用率

据统计,当以太网的利用率达到30%时就己经处于重载的情况。很多的网络容量被网上的碰撞消耗掉了。

5. 以太网的MAC层

1) MAC层的硬件地址

嗅探器:设置为混杂方式的网络适配器。只要听到有帧在以太网上传输就悄悄接收下来。

2) MAC帧的格式

常用以太网V2标准的MAC帧格式

由五个字段组成:目的地址、源地址、类型字段、数据字段和帧检验序列

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