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1、高等院校计算机专业精选教材.网络与通信技术1本章内容与要求掌握：数据链路层的基本概念了解：数据链路层的功能和作用了解：局域网的工作原理掌握：以太网的基础知识和常用标准掌握：数据链路层的部件掌握：数据链路层的设备掌握：虚拟局域网技术掌握：交换式局域网技术234.1数据链路层的基本概念1.数据链路层要解决的主要问题（1）封装成帧是指在数据的首位添加必要的控制信息。参见图4-1。（2）透明传输:是传输信道像一个透明的通道。（3）差错检测在帧尾封装差错检验码用来检查此次发送的数据帧是否发生了差错。2.数据链路层的功能（1）负责点到点的通信两个相邻结点可能是PC-PC、PC-路由器传递的数据流如图4-1
2、。（2）数据链路层的专业功能链路管理；帧同步；流量控制；差错控制；帧的透明传输；寻址；数据链路层协议。44.1数据链路层的基本概念3.数据链路层传输的数据单元作用：将可能有差错的物理信道改造成逻辑上无差错的数据链路。数据单元：为“数据帧（frame）”。4.数据链路层使用的两种通信信道类型位于OSI模型或TCPIP模型的低层。在应用中，会遇到两种信道类型：广播通信信道和点-点通信信道；使用不同信道的网络，数据链路层的处理就会不同。（1）广播式的通信信道确定使用广播信道的通信对象；解决多结点争用公用通信信道的问题。（2）点-点式的通信信道在广域网中，通常采用点-点式的通信信道。如何解决和选择路径
3、是重要问题。54.1数据链路层的基本概念6物理链路和数据链路物理链路：一段无源的点到点的物理连接，中间没有任何交换节点数据链路：包括一条物理连接和为实现数据传输而在两端配置的硬件及其相关的通信协议4.2差错控制技术84.2差错控制技术1.什么是差错？收到的数据与原来发送的数据不一致的现象称为“传输差错”。2.差错的分类与差错出现的可能原因（1）热噪声差错:是由传输介质的内部因素引起的差错。（2）冲击噪声差错：是由外部因素引起的差错。3.无差错传输通常采用的两种控制技术在差错控制技术中，通常包括“差错的检查”和“差错的纠正”两个主要内容。9104.2差错控制技术（1）检错法检错法与检错码。检错法
4、的特点：通过“检错码”检错，通过“重传机制”纠正差错。（2）纠错法（又称为正向纠错法）纠错法与纠错码。纠错法的特点：使用纠大量的“附加位”。适用场合适用于：第一，没有反向信道，无法发回ACK或NAK信息的场合。第二，线路传输时间长，要求重发不经济的场合。11检错码和校验和的工作机制：（1）在协议数据单元的头部（或尾）（例如：帧尾、IP头、TCP报文段头）设置一检错字段，这是协议本身规定好的（2）发送方根据协议规定，利用检错编码算法计算检错码，或者利用校验和算法计算校验和（3）将协议数据单元中检错字段置为检错码值或校验和值（即一个二进制序列）（4）数据单元发送到接收方后，接收方经过同样计算或检测
5、等操作后即可发现该数据单元在传输过程中是否有错校验和算法简单、实现容易，但检错强度较弱，IP、TCP、UDP、ICMP、等协议均使用了该算法以16位为例：4865H+6C6CH+6F20H+776FH+726CH+642EH+进位=71FCHHelloworld.48656C6C6F20776F726C642E71FC将发送的数据看成是二进制整数序列，并划分成一段段规定的长度（如8位、16位、32位等），计算它们的和，如计算和时有进位，则将进位加到最后的校验和中，并将校验和与数据一起发送；在接收端，重新计算校验和，并与接收到的原校验和比较，如要传输“Helloworld.”奇偶校验码原理通过增
6、加冗余位来使得码字中“1”的个数保持为奇数（奇校验）或偶数（偶校验）实际使用时将数据分成块，P位（行数），Q段（列数）（1）垂直奇偶校验（2）水平奇偶校验（3）水平垂直奇偶校验奇偶校验码垂直奇偶校验以一个字符作为校验单位纵向生成校验码位；垂直？使用ASCII编码的一个字符由8bit组成，其中低7bit为信息位，最高1bit作为校验位。能检出每列中的所有奇数个错，但检不出偶数个错；水平奇偶校验水平奇偶校验码是以字符组为校验单位而生成，对一组字符中的相同位进行校验。数据传输还是以字符为单位传输，传输按字符顺序一个个的进行，最后进行校验。能检出每行中的所有奇数个错，但检不出偶数个错；水平垂直奇偶校验
7、以若干个字符作为一个校验单位。每个字符各自生成一个垂直奇偶校验码，再为每个字符的相同位及其垂直奇偶校验码生成水平奇偶校验码，这些校验码形成一个校验字符，附加在被校验字符的后面一并传输到接收方，可以检验出1位、2位或3位的错误（因为此时至少在某一行或某一列上有一位错），而且可以自动纠正1位出错，纠错效果十分显著，广泛用于通信和某些计算机外部设备中循环冗余码CRC（CycleRedundancyCheck）是在数据通信中用得最广泛的检错码，CRC码检错能力强，且容易实现。如数据链路层hdlc，ppp协议，可以通过硬件实现，高效快捷CRC编码过程涉及多项式知识，多项式和比特串有一定的对应关系，长度为
8、Kbit，看成一个K-1次多项式比特串1110101可被解释成x6+x5+x4+x2+x0，反之亦然。在CRC校验中，发送方和接收方必须事先商定一个生成多项式G（x）（协议会做出规定）循环冗余码CRC发送端的编码步骤：（1）将要发送的二进制数据（k位比特序列），对应一个（k-1）阶多项式K（x）；再选取一个收发双方预先约定的r阶生成码多项式G（x）。Kr（2）在原数据尾添加r个0，即，xrK（x）。（3）进行xrK（x）G（x），求得余数R（x）。R（x）即为校验序列。（注意：求余数的过程是进行异或运算，加法不进位，减法不借位）（4）用R（x）替代xrK（x）最后的r个0（即xrK（x）+R（
9、x），得到待传送的CRC码多项式T（x）=xrK（x）+R（x）（数据位加校位）。（显然，T（x）能被G（x）除尽，即余数0）接收端的检验：（1）接收端收到的CRC码多项式T（x）（2）校验：进行T（x）G（x），求得余数。（3）若余数为0，则正确；若余数不为0，则出错。注意发送方和接收方使用的G（x）必须一致。CRC校验能力很强能够检测出:全部单个错误和全部随机的两位错误21224.3.1局域网的定义1.局域网LAN的定义LAN是一种小范围内，以实现资源共享、数据传递和彼此通信为基本目的，由网络结点（计算机或网络连接）设备和通信线路等硬件按照某种网络结构连接而成的，配有相应软件的高速计算机网
10、络。232.局域网的特点（1）共享传输信道（2）高传输速率（3）有限传输距离（4）低误码率（5）连接规范整齐（6）用户集中，归属与管理单一（7）采用多种传输介质及相应的访问控制技术（8）一般采用分布式控制和广播式通信（9）简单的低层协议（10）易于安装、组建和维护244.3.2IEEE802局域网的模型与标准IEEE802局域网参考模型分为：物理层、MAC子层和LLC子层，参见表4-4。254.3.2IEEE802局域网的模型与标准1.物理层IEEE802物理层的功能有：编码、解码、时钟的提取、发送、接收和载波检测功能；提供与数据链路层的接口。比特信号传输。信号类型。数据编码方式。传输介质的类
11、型.拓扑结构及访问控制类型.传输速率：有10Mbs10Gbs多种。262.IEEE802的数据链路层介质存取控制子层（MAC）和逻辑链路控制子层（LLC）。（1）MAC地址IEEE是世界上局域网全局地址的法定管理机构，负责分配高24位的地址，而低24位由生产厂商自己决定。定义：为硬件地址。组成与表示：由48位二进制数组成；使用12个十六进制数字表示。A0-D3-C1-1A-B3-7F主机网卡MAC地址通常由生产厂家事先写入，在全球范围内唯一标识一台主机274.3.2IEEE802局域网的模型与标准（2）MAC子层算法的应用规则与作用使用MAC算法的场合：确定使用共享信道通信的结点。无须MAC算
12、法的场合：两个站点间具有独立、双向信道时。（3）MAC介质存取控制子层的功能维护和管理通信链路成帧拆帧实现和维护MAC协议差错检测寻址28（4）LLC逻辑链路控制子层的功能：向网络层提供服务的逻辑接口。（5）划分LLC和MAC子层的目的LLC感觉不到局域网的类型3.IEEE802的标准：2930IEEE802.1：LAN体系结构、网络管理和网络互连；IEEE802.2：逻辑链路控制子层的功能；IEEE802.3：CSMACD总线介质访问控制方法及物理层技术规范；IEEE802.4：令牌总线访问控制方法及物理层技术规范；IEEE802.5：令牌环网访问控制方法及物理层技术规范；IEEE802.6
13、：城域网访问控制方法及物理层技术规范；IEEE802.7：宽带技术；IEEE802.8：光纤技术；IEEE802.9：综合业务数字子网ISDN技术；IEEE802.10：局域网安全技术；IEEE802.11：无线局域网；IEEE802.15：无线个域网4.3.3局域网的访问控制方式及分类1.MAC介质存取（访问）控制介质访问控制方法需要解决的问题：该哪个结点发送数据？发送时会不会出现冲突？出现冲突怎么办？网络上MAC协议的使用就是为了保证数据在彼此传送时没有障碍，而且不会遗失。时间片轮转：预约竞争312.介质存取控制访问方式的分类（1）集中式控制方式：网络中有一个独立的集中控制器，由它控制通信
14、（2）分布式控制方式：著名的有以下两种：IEEE802.3争用型介质访问控制协议:CSMACD协议。IEEE802.5确定型介质访问控制协议:Token-Ring协议。3.分布式控制访问方式的分类（1）“争用”型：使用CSMACD访问方式是基于“争用”的存取方法。（2）“定时”型：分配给每个站点一个可采用的带宽片，并确保当时间到来时对局域网进行存取。324.3.4以太网的MAC算法和工作原理IEEE802.3的标准制定的CSMACD协议主要用于物理拓扑结构为总线（bus）、星型或树型（tree）的以太网中。331CSMA方法1.载波侦听与多路访问（CSMA）查看信道上有无数字信号传输称为“载波
15、侦听”。同时有多个节点在侦听信道是否空闲和发送数据称为多路访问2.冲突检测（CD）（1）当侦听到信道空闲，两个节点同时发送数据（2）节点A侦听到信道空闲，但是节点B已经发送了数据，由于介质上信号传输延迟，数据信号还未到A，这时A又发送了数据冲突的检测信号电平法基于基带传输，两个帧信号叠加后，电压大一倍过零点检测法用曼切斯特编码时，零点在每比特的正中央，当有干扰时，则可能偏移自收自发检测法在发送数据的同时也在接收，并逐个比特比较CSMA的基本思想是：网络上任一站要发送，先监听总线，若总线空闲，则立即发送；若总线正被占有，则等待某一时间间隔后（固定时间或随机时间）再发送这种等待某一时间的做法就叫二
16、进制退避算法根据监听后的退避策略，CSMA有3种不同的类型：1坚持非（N）坚持P坚持361坚持CSMA每个站在发送前，先侦听信道，如信道正忙，则等待并持续侦听，一旦信道空闲，立即发送；如冲突，则延时一随机时隙数后，重新发送特点：信道利用率高，易产生冲突非（N）坚持每个站在发送前，先侦听信道，如信道正忙，则不再继续侦听，而是延时一随机时隙数后，再侦听信道特点：利用随机重发减少冲突概率，易造成介质空闲浪费P坚持CSMA（p-persistentCSMA）先侦听信道，如信道正忙，则等到下一时隙；如信道空闲，则以概率p发送，而以概率q=(1-p)把本次发送延至下一时隙，直至发送成功2CSMACD媒体访问控制方法CSMACD媒体访问方法用于IEEE802.3的总线型以太网中CSMACD协议的工作过程为：先听后发边听边发冲突停发（发的过程中检测冲突）随机重发该工作过程是
