《数据链路层下》课件

数据链路层数据链路层是OSI模型中的第二层，负责在两个直接相连的节点之间可靠地传输数据。数据链路层主要功能包括：物理地址寻址、差错检测和纠正、流量控制和链路管理。by引言数据链路层计算机网络体系结构的第二层。关键角色实现节点之间可靠的数据传输。数据帧在物理层比特流基础上封装数据帧，包含地址、控制信息等。多种协议如以太网、令牌环网、无线局域网。数据链路层概述物理连接数据链路层负责在相邻节点之间建立物理连接，确保数据在物理链路上传输。错误检测数据链路层负责检测和纠正数据传输过程中的错误，保证数据完整性。数据帧封装数据链路层将数据封装成帧，添加帧头和帧尾，以便识别和传输数据。数据链路层的功能11.帧封装将数据分组封装成帧，并在帧中添加必要的控制信息，例如帧起始符、帧结束符、地址信息和校验和。22.物理地址识别使用MAC地址来识别网络中的节点，确保数据帧能够正确地发送到目标节点。33.差错控制检测数据传输过程中出现的错误，并采取措施进行纠正或重传，确保数据传输的可靠性。44.流量控制调节数据传输速率，避免发送方过快地发送数据，导致接收方处理不过来，造成数据丢失。数据链路层的服务无连接服务数据链路层不需要与网络层建立连接。数据包直接发送，无需建立连接。面向连接服务数据链路层需要与网络层建立连接，以确保数据包的可靠传输。可靠数据传输数据链路层提供错误检测和纠正机制，保证数据传输的可靠性。点对点链路控制点对点链路控制是数据链路层中的一种基本控制方式，用于在两个网络节点之间建立可靠的通信连接。该方式通常用于局域网中，通过使用帧格式和链路控制协议来确保数据传输的可靠性和有效性。1数据传输发送节点将数据封装成帧，并通过物理层发送到接收节点。2帧接收接收节点接收帧并进行校验，以确保数据完整性。3确认机制接收节点发送确认帧给发送节点，以确认数据接收成功。点对点链路控制的基本工作过程1发送方发送数据帧2接收方接收数据帧3确认发送确认帧4重传超时重传数据帧点对点链路控制是数据链路层最基本的工作模式，该模式下的通信双方称为站。在点对点链路控制中，发送方将数据封装成帧，并发送到接收方。接收方在收到数据帧后，会发送确认帧给发送方，表示数据已成功接收。如果发送方在一定时间内未收到确认帧，则会重新发送数据帧。帧格式帧格式是数据链路层中用于封装数据的结构。帧格式通常包含以下元素：帧起始符目标地址源地址数据帧校验序列帧结束符链路控制协议协议分类链路控制协议分为两种类型：数据链路控制协议和媒体访问控制协议。数据链路控制协议用于管理数据帧的传输，而媒体访问控制协议则用于控制对共享网络介质的访问。功能链路控制协议负责在节点之间建立和维护可靠的数据传输。它们负责数据帧的封装、地址解析、错误检测和纠正、流量控制等功能。停止-等待协议发送方发送帧发送方发送一个帧，并等待确认帧。接收方收到帧接收方收到帧后，发送确认帧，并继续处理数据。发送方收到确认帧发送方收到确认帧后，发送下一个帧。超时机制如果发送方在一定时间内没有收到确认帧，则超时，重新发送该帧。连续ARQ协议连续ARQ协议是一种可靠的数据传输协议，用于确保数据在传输过程中不会丢失或损坏。它通过在发送和接收数据帧之间建立一个滑动窗口，来实现数据传输的可靠性。1确认帧接收方发送确认帧ACK以确认收到数据帧2定时器发送方使用定时器来检测数据帧是否丢失3滑动窗口发送方和接收方使用滑动窗口来管理数据帧的传输4序列号数据帧使用序列号来标识数据帧的顺序连续ARQ协议中，发送方可以连续发送多个数据帧，而无需等待接收方的确认。接收方则根据收到的数据帧的序列号，判断数据帧的顺序是否正确。如果出现丢失或损坏的帧，接收方将向发送方发送重传请求。发送方收到重传请求后，将重新发送丢失或损坏的帧。空间分割11.频分多址将信道带宽分成若干个子信道，每个用户占用一个子信道。22.时分多址将时间分成若干个时间片，每个用户占用一个时间片。33.码分多址将每个用户的信号用不同的码字进行区分。44.空间分割将物理信道分成若干个独立的信道，每个用户占用一个信道。时分多址访问技术时间片轮流每个用户分配一个时间片，轮流使用信道。信道时间被分成若干时间片，每个时间片分配给一个用户。时间片固定每个时间片分配给不同的用户，轮流使用。用户在自己的时间片内可以独占信道，不受其他用户的干扰。低成本时分多址技术相对简单，成本较低。不需要额外的硬件设备，只需要通过软件实现即可。效率提升多个用户共享信道，提高了信道利用率，减少了信道浪费。频分多址访问技术频分多址访问技术概述频分多址访问技术(FDMA)将通信信道划分为多个频率段，每个用户分配一个独立的频率段，在同一时间使用不同的频率段进行通信。每个用户在分配的频率段内独占带宽，不受其他用户干扰。码分多址访问技术码片序列每个用户分配一个唯一的码片序列，用于区分不同的用户。正交性不同用户的码片序列相互正交，确保不同用户之间不会互相干扰。扩频技术将信号的带宽扩展到比原始信号带宽更大的范围，提高信号抗干扰能力。多路访问的基本原理多路访问技术指多个用户共享同一信道，有效利用信道资源。使用多路访问技术，可以实现多个设备共享网络带宽，降低成本。以太网以太网是一种常用的局域网技术，它使用CSMA/CD访问方法，并基于IEEE802.3标准。以太网通常使用UTP双绞线进行连接，传输速率包括10Mbps、100Mbps、1Gbps和10Gbps等。以太网广泛应用于各种网络环境中，例如企业网络、家庭网络和互联网接入等。以太网的物理层物理介质以太网使用双绞线、同轴电缆或光纤等物理介质传输数据。这些介质的类型会影响传输速度和距离。网络接口卡网络接口卡（NIC）连接计算机和网络，并负责将数据从计算机转换为网络信号，反之亦然。集线器集线器是连接多个设备的简单设备，它将所有设备连接到一个公共的网络。交换机交换机比集线器更智能，它可以根据数据包的目的地址进行转发，提高网络效率。以太网的数据链路层以太网帧以太网数据链路层使用以太网帧进行数据传输，它包含帧头、数据部分和帧尾。MAC地址以太网帧中包含源MAC地址和目的MAC地址，用于识别网络设备。CSMA/CD以太网使用载波侦听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）协议来管理网络访问。以太网的协议帧格式以太网帧格式包括前导码、帧起始符、目的MAC地址、源MAC地址、类型、数据字段和帧校验序列。其中数据字段包含上层协议的数据，帧校验序列用于检测帧传输过程中是否出现错误。以太网的CSMA/CD访问方式载波侦听发送数据前，先侦听网络上是否有其他设备正在发送数据。碰撞检测如果检测到碰撞，立即停止传输数据，并发送一个称为“干扰信号”的信号。随机退避发送干扰信号后，等待一个随机的时间，然后再次尝试发送数据。指数退避如果多次发生碰撞，等待的时间会指数级地增长，以避免频繁的碰撞。拓扑结构网络拓扑结构是指网络中各节点之间的连接方式，决定了数据在网络中传输的路径。常见的网络拓扑结构有总线型、星型、环型、树型、网状型等。不同的拓扑结构具有不同的优缺点，例如总线型结构简单但可靠性较低，星型结构可靠性较高但成本较高，环型结构效率较高但容易出现单点故障，网状型结构最复杂但可靠性最高。交换机高效连接交换机连接多个网络设备，如计算机、服务器和路由器。集中控制交换机管理网络流量，提高网络性能，并确保数据传输的安全和可靠性。交换机的工作原理1接收数据帧交换机接收来自网络设备的数据帧，并分析帧中的目标MAC地址。2查找MAC地址表交换机根据目标MAC地址查找MAC地址表，以确定目标设备所在的端口。3转发数据帧交换机将数据帧转发到目标端口，只发送给目标设备，不会广播到所有端口。交换机的转发机制1接收帧交换机接收来自网络设备的帧，检查帧中的目标MAC地址。2查找MAC地址表交换机在MAC地址表中查找目标MAC地址，以确定对应端口。3转发帧交换机将帧转发到相应的端口，以便将数据传递到目标设备。交换机的生成树协议生成树协议生成树协议(STP)是一个网络协议，用于防止网络环路的产生。它通过识别网络中的冗余路径并将其阻塞，从而防止数据包在网络中无限循环。虚拟局域网虚拟局域网(VLAN)是一种网络技术，它允许在同一物理网络中创建多个逻辑网络，从而提高网络效率和安全性。VLAN允许将用户分组到不同的广播域中，从而减少网络流量和广播风暴，并提高安全性。虚拟局域网概述虚拟局域网的概念虚拟局域网(VLAN)是一种网络技术，它将物理上位于不同网段的计算机逻辑地分组到一起，形成独立的广播域。VLAN允许用户在一个物理网络中创建多个虚拟网络，并对这些虚拟网络进行独立的管理和控制。VLAN的优势VLAN具有以下优势：提高网络安全性、简化网络管理、优化网络性能、灵活配置网络资源。VLAN的应用VLAN在现代网络中得到了广泛应用，例如：企业网络、校园网络、数据中心网络。虚拟局域网的工作原理1主机发送数据主机将数据帧发送到交换机2交换机查找VLAN交换机根据数据帧中的VLANID，确定目标主机所属的VLAN3转发数据帧交换机将数据帧转发到同一个VLAN内的目标主机虚拟局域网（VLAN）允许将逻辑网络构建在物理网络之上，实现网络隔离和资源管理。交换机是实现VLAN的关键设备，它通过VLANID将主机划分到不同的逻辑网络。当主机发送数据帧时，交换机根据数据帧中的VLANID确定目标主机所属的VLAN，并将数据帧转发到同一个VLAN内的目标主机。虚拟局域网的配置1端口配置将端口分配到不同的VLAN中，允许不同VLAN的设备之间进行通信。2VLANI