《数据链路层》课件

数据链路层数据链路层负责在相邻节点之间可靠地传输数据帧,它提供了访问物理层的机制,确保数据帧的正确传输和成帧、寻址和流控等功能。数据链路层的任务数据传输数据链路层负责在物理层上建立、维护和拆除数据链路,确保数据正确、可靠地传输。差错控制数据链路层会检测和纠正在物理层传输过程中产生的差错,确保数据完整。流量控制数据链路层调节发送方的发送速率,使接收方来得及接收和处理数据,避免缓存溢出。数据链路层的基本功能帧处理数据链路层将网络层传下来的数据包装成帧,并添加必要的首部和尾部信息。错误检测通过在帧中添加循环冗余码(CRC)等措施,检测在传输过程中可能产生的错误。流量控制控制发送方的发送速率,确保接收方能够及时处理接收到的数据帧。访问控制在共享传输媒体上协调各终端的访问,避免冲突和争用。组帧数据封装数据链路层将上层传送过来的数据添加上各种控制信息,形成一个完整的数据帧。这个过程称为组帧。帧结构数据帧由帧头、数据部分和帧尾三个部分组成。帧头包含目标地址、源地址等控制信息,帧尾用于差错检测。同步划分数据链路层需要在发送端和接收端建立数据传输的同步,以确保接收端能够准确识别帧的边界。差错检测1检验和校验数据链路层会在帧头和帧尾加入校验码，接收端可以验证数据是否传输完整。2奇偶校验通过设置数据位中1的个数为奇数或偶数来检测单比特差错。3循环冗余校验利用多项式除法计算校验码，能够检测多比特差错。广泛应用于数据链路层。可靠传输错误检测在数据链路层,使用校验和、奇偶校验等方法检测帧中的错误,确保数据传输的可靠性。自动重传当检测到错误时,接收方会要求发送方重新发送数据帧,保证最终数据的正确传输。确认机制发送方发送数据帧后,接收方会发送确认帧以确认数据帧正确接收,形成可靠的传输。流量控制流量监控数据链路层负责监控数据流量,避免发送端向接收端发送过多数据,造成接收端无法及时处理。速率控制通过调整发送速率,可以确保发送端的输出不会超过接收端的处理能力,从而实现流量控制。拥塞避免数据链路层还需要检测网络拥塞情况,并采取措施预防拥塞的发生,保证数据能够顺畅传输。介质访问控制1信道共享多个设备共享同一个数据传输介质,需要合理地协调这些设备对于信道的访问。2冲突避免设计MAC层协议的关键目标是尽量避免多个设备同时发送数据而引起的冲突。3公平性MAC协议应确保各设备能公平地获得对信道的访问权,避免出现某些设备长期被"饿死"的情况。4效率性MAC协议应尽量提高信道的利用率,最大限度地提高网络的吞吐量和响应速度。局域网概述局域网(LAN)是指在一定的地理范围内相互连接在一起的计算机系统和外部设备,能够进行数据通信和资源共享的网络系统。它是现代网络通信中最常见的一种网络形式。CSMA/CD访问协议信号检测在发送数据之前,网卡会先检测信道是否空闲。冲突检测如果检测到信号冲突,网卡会立即停止发送数据。退避算法网卡会根据随机时间重试发送,避免持续冲突。以太网广泛应用以太网是目前最为普及的有线局域网技术,应用范围广泛,从家庭到企业均有广泛应用。可靠性高以太网采用CSMA/CD访问方式,能够有效避免数据冲突,提高了通信的可靠性。数据传输快以太网网速高,从1Mbps发展到如今的千兆网,满足了高速数据传输的需求。交换机交换机概述交换机是一种网络设备,用于连接和管理局域网内部的设备,实现数据包的转发和交换。它能根据目的地址自动建立数据通路,提高网络的效率。交换机功能交换机的主要功能包括：MAC地址学习、帧转发、VLAN划分、端口镜像、安全隔离等。通过这些功能,交换机可以增强局域网的性能和安全性。虚拟局域网（VLAN）什么是VLAN?VLAN（VirtualLocalAreaNetwork）是一种逻辑上的局域网，可以将物理上连接在同一交换机上的设备划分到不同的广播域中。VLAN的优势VLAN可以提高网络的灵活性和安全性,减少广播流量,并实现基于用户、应用程序或部门的逻辑划分。PPP协议点对点协议PPP是一种安全可靠的数据链路层协议,可在不同类型的物理层上传输数据,广泛应用于广域网连接。握手建立连接PPP协议会先通过LCP阶段建立、配置和测试数据链路,然后进入NCP阶段协商网络层协议。帧格式结构PPP帧包括标志、地址、控制、协议、数据和校验等字段,采用可靠的差错检测和重传机制。HDLC协议可靠传输HDLC协议提供可靠的数据链路层连接,确保数据正确传输。时序控制HDLC使用定时器和序号实现对数据传输的时序控制。多点连接HDLC支持点对点以及多点连接,适合广域网环境。无线局域网无线局域网是一种灵活且便捷的网络方式,通过无线电波实现设备之间的连接和数据传输。与传统有线网络相比,无线局域网具有更高的移动性和部署灵活性。MAC帧格式数据部分MAC帧的数据部分用于承载需要传输的数据信息,其长度可变,最大长度通常为1500字节。控制部分MAC帧的控制部分包括目标MAC地址、源MAC地址和帧类型等字段,用于控制和管理数据传输。校验部分MAC帧末尾的校验部分用于检测和纠正传输过程中可能出现的差错,确保数据的完整性。无线网络接入1无线电频谱无线网络依赖于无线电频谱资源进行通信。网络设备需通过合规的频段进行发射与接收。2多种无线标准常见的无线网络标准包括Wi-Fi、蓝牙、LTE等,提供不同的传输速率和覆盖范围。3物理层特点无线网络的物理层存在诸如信号衰减、干扰等特点,需要智能管理以提高可靠性。4安全隐患无线信号泄露可能造成安全隐患,需采取加密等措施保护网络安全。无线网络安全无线网络防护采用加密技术、访问控制等措施来保护无线网络免受非法访问和攻击,确保数据安全传输。入侵检测与预防部署无线入侵检测系统,实时监测网络流量,及时发现并阻止非法访问企图。身份认证与授权建立严格的身份认证机制,限制仅授权用户可访问网络资源,有效控制网络使用权限。点对点协议简介点对点协议(PPP)是一种用于在直接连接的两个计算机之间建立数据链路层连接的标准协议。它支持多种网络层协议,如IP、IPX和AppleTalk。特点PPP提供了错误检测、流量控制和认证等功能,能够在点对点链路上可靠地传输数据。它广泛应用于Internet接入、广域网以及各种远程连接中。帧中继1数据链路层协议帧中继是一种基于电路交换的数据链路层协议,通过建立永久虚拟电路来传输数据。2简化的帧格式帧中继使用简化的帧格式,只包含基本的头部和尾部信息,减少开销。3点对点连接帧中继建立的是点对点的永久虚拟电路,通信双方可以直接交换数据。4较低的费用与专线电路相比,帧中继线路的费用较低,适合中小企业使用。ATM技术高带宽能力ATM技术可以提供高达155Mbps的传输带宽,非常适用于大容量多媒体数据传输。灵活的交换机制ATM采用基于电路交换的异步分组交换技术,可以实现跨网络的虚拟电路配置。服务质量保证ATM可为不同类型的业务提供差异化的服务质量保证,如实时性、可靠性等。ATM网络结构核心交换机ATM网络核心由高性能ATM交换机组成,负责高速数据交换和路由管理。边缘设备ATM网络边缘包括用户终端和接入设备,用于向核心网提供业务流量。虚电路连接ATM通过虚电路技术建立端到端的逻辑连接,提供确定性的服务质量。ATM层次结构1物理层定义了ATM传输的物理特性,如电信号、光信号等。2ATM层负责ATM单元的传输、交换和多路复用,以及流量和拥塞控制。3自适应层提供适配不同服务类型的接口,如语音、数据等。4管理面负责信令和控制,提供连接建立、维护和释放等功能。ATM服务类型恒定比特率(CBR)为连续性业务提供固定的传输速率,适用于语音、视频等实时业务。可变比特率(VBR)根据业务特性动态调整传输速率,适用于视频会议、视频点播等业务。可用比特率(ABR)根据网络状态动态分配可用带宽,适用于弹性性要求较高的业务。非指定比特率(UBR)提供尽力而为的最大可承载能力,适用于电子邮件、文件传输等不需保证服务质量的业务。拥塞控制防止网络拥堵当网络负载过重时,拥塞控制机制能够有效地降低数据传输速率,防止网络崩溃。提高传输效率合理的拥塞控制策略可以最大化网络资源的利用,提高整体的传输效率。保证服务质量拥塞控制确保关键业务能够在恶劣网络条件下仍然获得可靠的服务质量。公平性调度拥塞控制机制能够公平地分配网络带宽资源,避免部分用户垄断网络。链路层设备交换机交换机是链路层设备的重要组成部分,可以实现数据包的高速转发和隔离网络。路由器路由器能够连接不同的网段,根据不同的传输协议选择最佳路径进行转发。网卡网卡是链路层的终端设备,负责将主机与网络进行互联,实现数据的收发。集线器集线器可以连接多个设备,将信号在各端口之间传递,实现物理层网络的互联。链路层协议的性能指标吞吐量吞吐量是指单位时间内成功传输的数据量,是衡量网络性能的重要指标。高吞吐量意味着网络资源利用率高。时延时延是指数据从发送端到接收端所需的时间,包括传输延迟、排队延迟等。低时延有利于实时应用。错误率错误率是指在数据传输过程中发生错误的比率。低错误率有利于提高数据传输的可靠性。可用性可用性是指网络系统的总体可用时间占总时间的比例。高可用性意味着网络稳定性强。链路层协议的发展趋势朝向软件定义网络随着云计算和物联网的兴起,软件定义网络为链路层协议带来了新的发展方向,增加了更大的灵活性和可编程性。支持更高速率传输随着用户对带宽需求的不断增加,链路层协议需要提升到更高的传输速率,以满足数据密集型应用的需求。加强安全性和隐私保护随着网络安全问题日益凸显,链路层协议需要更好地防御网络攻击,并保护用