计算机网络(第7章)课件(7-111-30641-2)-新

计算机网络第7章数据链路层和局域网机械工业出版社ISBN978-7-111-30641-2计算机网络本章学习内容及要求•了解–面向字符的数据链路层协议BSC–多路访问协议的分类方法–局域网的发展过程和局域网的技术标准•掌握–数据链路层的基本概念–面向比特的数据链路层协议HDLC的协议机制–以太网的基本技术–掌握交换局域网–三层交换技术–虚拟局域网和无线局域网的基本知识和实现方法计算机网络7.1数据链路层•7.1.1数据链路层的基本概念•7.1.2数据链路层的用途•7.1.3帧边界的确定及成帧方法•7.1.4数据链路层的流量控制计算机网络开放系统互连OSI图示计算机网络7.1.1数据链路层的基本概念•数据链路层属于通信子网的层次，提供网络中相邻节点（一个源节点和一个目的节点）之间的可靠数据传输•这里讲的是相邻节点之间，中间不经过其他节点，也包括使用广播信道的点到点•数据链路层的协议数据单元为帧计算机网络数据链路层需要解决的问题•把从网络层交下来的IP分组封装成帧–给出帧的边界•把帧从一个节点发送到另一节点，实现节点之间的可靠传输–涉及到差错控制、流量控制、信道访问、丢失、重复、超时和失序控制等–这里实现可靠数据传输的机制与运输层类似•目的节点收到正确的帧后，从帧中取出IP分组交给上面的网络层•为网络层提供的服务可以是：–无确认的无连接服务；有确认的无连接服务；有确认的面向连接服务–物理寻址，保证每一帧都能送到目的站点–收、发双方均知道对方是谁计算机网络相邻节点之间的描述•相邻节点之间，中间不经过其他节点，也包括使用广播信道的一个节点对多个节点之间的通信•“链路”和“数据链路”是两个不同的概念•数据链路层的协议数据单元(PDU)为帧(Frame)计算机网络使用点对点信道的数据链路层的简化模型数据链路层的目的是使原始的有差错的物理线路成为无差错的数据链路数据链路层协议基本分为两类：面向字符的协议和面向位的协议。计算机网络数据链路层的简单模型(1)局域网广域网主机H1主机H2路由器R1路由器R2路由器R3电话网局域网主机H1向H2发送数据链路层应用层运输层网络层物理层链路层应用层运输层网络层物理层链路层网络层物理层链路层网络层物理层链路层网络层物理层R1R2R3H1H2从层次上来看数据的流动计算机网络数据链路层的简单模型(2）局域网广域网主机H1主机H2路由器R1路由器R2路由器R3电话网局域网主机H1向H2发送数据链路层应用层运输层网络层物理层链路层应用层运输层网络层物理层链路层网络层物理层链路层网络层物理层链路层网络层物理层R1R2R3H1H2仅从数据链路层观察帧的流动计算机网络7.1.2数据链路层的用途计算机网络数据链路层协议需要提供的主要服务•成帧，用来把分组封装成帧•物理寻址，在帧的首部包括有源节点和目的节点的物理地址•链路访问，也称为信道（介质）访问控制MAC•可靠数据传输，对出错率低的链路和出错率高的链路有不同的处理方法•流量控制，受到节点缓冲区和处理速度的限制，需要协调发送方节点的发送速率•差错控制，链路上出现差错是不可避免的，对差错进行控制包括差错检测和差错纠正•双向同时通信，数据链路两端的节点可以同时传输帧计算机网络7.1.3帧的组成及帧的边界•把二进制位流组成帧通常采用以下4种方法：–①字符计数法或字节计数法–②字符填充法–③位填充法–④物理违例法计算机网络位填充法的透明传输机制计算机网络IEEE802.5采用物理违例法成帧的机制物理违例信号J是数据0的正常编码信号去掉信号中间的跳变，K是数据1的正常编码信号去掉信号中间的跳变，SD和ED字段中的0和1为正常编码信号计算机网络7.1.4数据链路层的流量控制•流量控制是用来限制发送方发出的数据流量–使不要超过接收方接收数据的能力•通常流量控制采用由接收方控制的方法–通过反馈机制，使得发送方可以知道接收方接收数据的能力–流量控制协议告诉发送方在什么情况下可以发送下一帧•数据链路层的流量控制采用滑动窗口协议–在帧中设计序号字段–通过超时机制，判断数据帧或应答帧是否发生了丢失计算机网络7.2数据链路层协议•7.2.1二进制同步通信协议•7.2.2高级数据链路控制协议•7.2.3因特网中的数据链路层协议计算机网络7.2.1二进制同步通信协议•二进制同步通信协议BSC（BinarySynchronousCommunication）为面向字符的协议–利用已经定义好的一种标准字符编码集的子集，例如ASCAII码的控制字符实现通信传输控制•ASCII码中的10个控制字符执行通信功能–可以用来规定数据帧和控制帧的格式，以及协议的操作过程•面向字符的协议存在两个问题–使用不同字符编码集的计算机之间很难利用面向字符协议的–在用户数据字段中出现与控制字符编码相同的编码时，若没有给出处理的方法，会导致错误发生计算机网络BSC用到的ASCII控制字符计算机网络BSC帧格式•开始是两个同步字符SYN，SOH表示帧的开始，STX表示正文字段开始，每块结束用ETB结束。用ETX结束。BCC是校验字段•当数据字段出现与控制字符相同的编码时，会自动在其后面插入一个转义字符DLE，接收方在接收数据字段的值时，会通过硬件自动删除转义字符DLE计算机网络7.2.2高级数据链路控制协议•高级数据链路控制协议HDLC（High-levelDataLinkControl）–是从IBM的系统网络体系结构SNA的数据链路层协议同步数据链路控制协议SDLC（SynchronousDataLinkControl）演变来的–ANSI和ISO把SDLC接受为美国标准和世界标准，并进行了部分修改，形成:•ANSI的高级数据通信控制过程ASCCP•和ISO的高级数据链路控制协议HDLC•HDLC的由来•HDLC帧格式•3种类型的帧•HDLC协议通信示例计算机网络HELC帧格式及三种类型的帧HDLC采用面向位的协议，使用位填充实现数据的透明传输HELC三种类型的帧计算机网络监控帧的作用监控帧的类型字段S占用两位，可以有4种不同的编码组合，用来标识监控帧的类型通过使用监控帧，可以实现停-等协议，回退N协议和选择重传协议。RR帧和RNR帧还具有流量控制的作用实现捎带确认，P/F位中P标识命令，F标识响应计算机网络无编号帧的命令编码和响应编码计算机网络HDLC协议通信示例•约定帧的标识为：地址、帧名、N(S)N(R)、P/F计算机网络7.2.3因特网中的数据链路层协议•点对点协议(PPP)的由来•PPP协议的组成部分•PPP的帧格式•PPP的应用–PPPoE(PPPoverEthernet)是目前ADSL接入方式中应用最广泛的标准计算机网络PPP的要点•因特网中用到的数据链路层协议是点对点协议PPP（Point-to-Point）。用户接入因特网的方法主要有两种–一种方法是使用拨号电话线接入–另一种方法是通过专线接入，都要用到数据链路层协议•1992年制订了PPP协议，该协议在1993年和1994年又经过了修订，成为因特网的正式标准，RFC编号为1661。PPP协议由三个部分组成：–⑴一个将IP分组封装到串行链路的方法，支持异步链路（无奇偶校验的8比特数据），也支持面向比特的同步链路。帧中的最大接收单元MRU的默认值为1500字节–⑵用来建立、配置和测试数据链路连接的链路控制协议LCP，通信双方可以协商一些选项，定义了11种类型的LCP分组–⑶针对不同的网络层协议，定义了一组网络控制协议NCP，可以支持不同的网络层协议，包括IP、IPX、DECnet和AppleTalk等计算机网络PPP协议的组成计算机网络PPP协议的帧格式描述PPP帧由7个字段组成前3个字段和后2个字段与HDLC的格式是一样的PPP是面向字节的，而不是面向位的，要求帧的长度都是整数个字节PPP不支持使用序号和确认的可靠传输计算机网络7.3局域计算机网络•7.3.1局域网概述•7.3.2局域网涉及的问题•7.3.3局域网标准IEEE802计算机网络7.3.1局域网概述•局域网LAN（LocalAreaNetwork）的属性涉及到网络地域范围的大小–一般把10千米范围内的网络划为LAN–LAN属于通信子网的范畴•LAN的3个要素有三个：–拓扑结构–传输介质–信道访问协议计算机网络7.3.2局域网涉及的问题•局域网在应用中多是采用广播链路，广播信道也称为多路访问信道或随机访问信道–多个站点同时对信道使用时，存在冲突和竞争–需要解决信道访问的争用问题•局域网要实现–差错控制、差错恢复、流量控制、超时和重传–以及提供与传输介质的连接•局域网的体系结构采用层次结构–局域网的层次分几层为好呢？–层次划分怎样能够体现局域网的特点？计算机网络7.3.3局域网标准IEEE802计算机网络7.4信道访问协议•7.4.1信道访问协议概述•7.4.2固定信道划分协议•7.4.3随机访问协议•7.4.4轮流访问协议计算机网络7.4.1信道访问协议概述•信道共享技术的分类有：–①固定信道划分协议–②随机访问协议–③轮流访问协议•固定信道划分协议主要有:•时分复用；频分复用；码分多址等•随机访问协议主要有：•纯ALOHA、时隙ALOHA、CSMA、CSMA/CD、CSMA/CA等•轮流访问协议主要有：•轮询协议和令牌传递协议计算机网络7.4.2固定信道划分协议•固定信道划分协议的例子有：–常采用的时分复用TDM和频分复用FDM•可以进行固定信道划分协议前提是：–单一信道的传输能力大于一路信号传输所需要的能力，把信道划分为子信道–每一路信号占用一个子信道，实现信道的共享•信道划分协议不会存在冲突和争用问题计算机网络7.4.3随机访问协议•随机访问协议有许多种，常用的随机访问协议有：–纯ALOHA、时隙ALOHA、CSMA、CSMA/CD、CSMA/CA等•随机访问协议适用广播信道，节点以随机的方式发送数据，当多个节点同时发送数据时，存在冲突和竞争发送–节点总是想立即占用整个信道计算机网络ALOHA协议ALOHA协议是1970年由美国夏威夷大学设计的，用于美国夏威夷群岛的无线计算机网络的信道访问。ALOHA是夏威夷群岛土著居民的问候语。ALOHA协议分为纯ALOHA和时隙ALOHA计算机网络载波侦听多路访问CSMA协议CSMA分为非持续CSMA和持续CSMA两种机制，持续CSMA又分为1-持续和p-持续两种1-持续是若信道空闲，立即发送数据，P-持续用于分隙信道计算机网络载波侦听多路访问/冲突检测CSMA/CD协议载波侦听多路访问/冲突检测CSMA/CD协议，也称为“边讲边听”协议计算机网络1kmABt碰撞t=2A检测到发生碰撞t=B发送数据B检测到发生碰撞t=t=0单程端到端传播时延记为传播时延对载波监听的影响计算机网络1kmABt碰撞t=B检测到信道空闲发送数据t=/2发生碰撞t=2A检测到发生碰撞t=B发送数据B检测到发生碰撞t=ABABABt=0A检测到信道空闲发送数据ABt=0t=B检测到发生碰撞停止发送STOPt=2A检测到发生碰撞STOPAB单程端到端传播时延记为计算机网络二进制指数退避算法•确定基本退避时间，一般为端到端往返时间2τ，2τ也称为冲突窗口或争用期•定义参数k，k与冲突次数有关，规定k不能超过10，k＝Min[冲突次数，10]。在冲突次数大于10，小于16时，K不再增大，一直取值为10•从离散的整数集合[0，1，2，…，(2k－1)]中随机的取出一个数r–等待的时延是r倍的基本退避时间，等于r×2τ。r的取值范围与冲突次数k有关，r可选的随机取值数为2k个。这也是称为二进制指数退避的起因•当冲突次数大于10以后，都是从0—210-1个2τ中随机选择一个作为等待时间•当冲突次数超过16次，发送失败，丢弃所传输的帧，发出错误报告计算机网络7.4.4轮流访问协议•轮流访问协议是无冲突的协议，轮流访问协议也有许多种–比较重要的是轮询协议和令牌传递协议•轮询协议在使用时，需要指定网络中的某一个节点为主节点–主节点以循环