使用广播信道的数据链路层

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1、IT Education & Training,计算机网络原理与应用,复习,使用点对点信道的数据链路层 数据链路和帧 封装成帧、透明传输和差错检测 点对点协议 PPP 特点 帧格式 工作状态 提问：P105习题第1、4题,第 3 章 数据链路层 3.3 使用广播信道的数据链路层,使用广播信道的数据链路层 掌握局域网基础知识 理解局域网基本组成 掌握局域网介质访问方法,3.3.1 局域网概述,局域网（Local Area Network，简称LAN）是指在某一区域内由多台计算机互联成的计算机组。局域网可以实现文件管理、应用软件共享、打印机共享、扫描仪共享、工作组内的日程安排、电子邮件和传真通信服

2、务等功能。,1. 局域网特点,网络所覆盖的地理范围比较小； 数据的传输速率比较高，一般为1Mbps1000Mbps； 具有较低的延迟和误码率,误码率通常在10-1110-8； 局域网的经营权和管理权属于某个单位； 便于安装、维护和扩充，建网成本低、周期短；,局域网的优点,能方便地共享昂贵的外部设备、主机以及软件 便于系统的扩展和逐渐地演变，各设备的位置可灵活调整和改变 提高了系统的可靠性、可用性,局域网在家庭中的应用,文件的共享 外部设备的共享 Internet共享 联机游戏 ,局域网在校园中的应用,多媒体教学 网络学校 学生信息管理 ,局域网在办公中的应用,企业内部的文件共享、打印共享服务

3、提高企业的办公自动化水平 使企业局域网与Internet相连 ,2. 常见的局域网拓扑结构,星型拓扑 总线拓扑 环型拓扑 树型拓扑,（1）星型拓扑,星型拓扑结构工作原理,在星型拓扑结构中，每个结点都通过点到点通信线路与中心结点连接，结点间的通信都通过中心结点进行。 中心结点通常是集线器或交换机。,星型拓扑优缺点,优点： 结构简单，管理方便，可扩充性强，组网容易,缺点： 成本较高，中央结点故障全网停工,（2）总线拓扑,同轴电缆,总线拓扑结构工作原理,网络中所有设备通过连接器并行连接到一个传输电缆(通常称之为 “总线”)上，并在两端加装一个称之为“终接器”的组件。 总线型网络所采用的传输介质一般也

4、是同轴电缆(包括粗缆和细缆)，现在也有采用光缆作为总线型传输介质的。 结点之间按广播方式通信，一个结点发出的信息，总线上的其它结点均可“收听”到。,总线拓扑优缺点,优点： 结构简单、布线容易、可靠性较高，易于扩充，是局域网常采用的拓扑结构。最著名的总线拓扑结构是以太网（Ethernet）。,缺点： 所有的数据都需经过总线传送，总线成为整个网络的瓶颈；出现故障诊断较为困难。,（3）环型拓扑,环型拓扑结构工作原理,在环型拓扑结构中，所有结点通过点到点通信线路连接成闭合环路。 每个结点能够接收同一条链路传来的数据， 当消息中的目标地址与通过某结点的地址相同时，该消息就被该结点复制下来，继续向下传递，

5、直到回到原发送结点为止。,环型拓扑优缺点,优点： 有效避免冲突；消息单向传输，不需要路径选择。,缺点： 环中任何一段故障都会使结点之间通信受阻；故障检测困难。,环线拓扑主要应用于宽带高速网络,（4）树型拓扑,树型拓扑结构工作原理,树型结构是总线型结构的扩展，它是在总线网上加上分支形成的，其传输介质可有多条分支，但不形成闭合回路。 树型网是一种分层网，其结构可以对称，联系固定，具有一定容错能力，一般一个分支和结点的故障不影响另一分支结点的工作。 任何一个结点送出的信息都由根接收后重新发送到所有的结点，可以传遍整个传输介质，也是广播式网络。,树型拓扑优缺点,优点： 易于扩展，故障隔离较容易。,缺点

6、： 各个结点对根的依赖性大，对根的可靠性要求高,拓扑结构的选择,经济性安装与维护费用 灵活性灵活性与可扩充性 可靠性故障检测和故障隔离的方便性,3. 局域网的发展,传统以太网（2.94Mb/s,10Mb/s） 快速以太网（100Mb/s） 吉比特以太网（1Gb/s） 10吉比特以太网（10Gb/s） 以太网在局域网市场上占据绝对优势 现在以太网几乎成为局域网的同义词,4.局域网使用的传输介质,双绞线：1-2Mb/s,10Mb/s,100Mb/s,1Gb/s 50同轴电缆：10Mb/s 75同轴电缆：几百Mb/s 光纤：10Mb/s,100Mb/s,1Gb/s,10Gb/s,5. IEEE 80

7、2标准,为规范局域网技术，使不同系统能够交换信息，美国电气和电子工程师学会IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers)在1980年2月专门成立了机构来制定局域网的有关标准，并按成立时间取名为“IEEE802局域网标准委员会”，简称“IEEE802委员会”。,IEEE802标准的主要成员,802.3 - CSMA/CD（以太网） 802.4 - Token Bus （令牌总线） 802.5 - Token Ring（令牌环） 802.7 宽带技术 802.11 无线局域网 802.15 无线个人局域网 802.1q - 虚拟局域网

8、 一般情况下，我们将802.3局域网都称为以太网,6. 局域网的体系结构,局域网是一种通信网络，只涉及到OSI模型中的数据链路层和物理层，不涉及高层的内容,局域网的体系结构中为什么没有网络层？,局域网的拓扑结构简单，且各个站点共享传输信道，在任意两个结点之间只有唯一的一条链路，不需要进行路由选择，所以在局域网中不单独设置网络层。,局域网的体系结构,物理层原始比特流的传送、局域网所使用的信号、编码、传输介质、拓扑结构和传输速率。 数据链路层,LLC子层逻辑链路控制，负责与硬件无关的功能，包括数据链路的建立和释放、LLC帧的封装和拆卸、差错控制、提供与高层的接口等。 MAC子层媒体接入控制，提供L

9、LC层和物理层的接口,主要用来解决多个结点如何使用共享介质的问题。,MAC子层,局域网中的多个设备共享公共传输媒体，在设备之间传输数据时，首先要解决由哪些设备占有媒体的问题，所以局域网的数据链路层必须设置媒体接入控制功能。,LLC 子层,由于局域网采用的媒体有多种，对应的媒体接入控制方法也有多种，为了使数据帧的传送独立于所采用的物理媒体和媒体接入控制方法，IEEE 802 标准特意把 LLC 独立出来形成一个单独子层。 与接入到传输媒体有关的内容都放在 MAC子层，而 LLC 子层则与传输媒体无关，不管采用何种协议的局域网对 LLC 子层来说都是透明的。,局域网对 LLC 子层 是透明的,局

10、域 网,网络层,物理层,站点 1,网络层,物理层,数据 链路层,站点 2,LLC 子层看不见 下面的局域网,3.3.2 局域网基本组成,硬件系统 软件系统,1. 硬件系统,（1）网络服务器 服务器是网络环境下为客户提供某种服务的专用高性能计算机，专注于数据吞吐能力，所以支持的外设（硬盘、IO插槽等）较多。存储、处理网络上80的数据、信息，被称为网络网络服务器的性能要求的灵魂。 高速度 大容量 安全可靠性高,（2）工作站 工作站是一种高档的微型计算机，通常配有高分辨率的大屏幕显示器，专注于图形处理能力，所以外设则相对少一些，但采用特别为图形处理设计的架构，采用高档显示卡，支持3D图像处理。工作站

11、主要应用在各种设计、多媒体制作领域。,1. 硬件系统,（3）适配器 适配器(adapter)又称为网卡或网络接口卡 NIC (Network Interface Card)，是指插入与网络连接的PC机或工作站内的硬件设备，通过它能将工作站或服务器连接到网络上，实现网络资源的相互通信。,1. 硬件系统,适配器的作用,适配器的重要功能： 进行串行/并行转换。 对数据进行缓存。 在计算机的操作系统安装设备驱动程序。 实现以太网协议。,计算机通过适配器和局域网进行通信,硬件地址,至局域网,适配器 （网卡）,串行通信,CPU 和 存储器,生成发送的数据 处理收到的数据,把帧发送到局域网 从局域网接收帧,

12、计算机,IP 地址,并行 通信,1. 硬件系统,（4）传输介质 传输介质是网络中信息传输媒体，是网络通信的物质基础。须根据不同的通信要求，合理的选择传输介质。 常见的传输介质双绞线、同轴电缆、光纤以及各种无线传输介质。,2. 软件系统,协议软件 通信软件 管理软件 网络操作系统软件（服务器操作系统） Windows类 、Unix系统、Linux 网络应用软件等,3.3.3 局域网介质访问方法,静态划分信道 频分复用 时分复用 波分复用 动态媒体接入控制（多点接入） 随机接入 受控接入 ，如令牌环网,3.3.3 局域网介质访问方法,当多个结点发送的消息在总线上混合，这种现象称为冲突现象，这使目标

13、结点无法辨认。 介质访问问题是指：如何避免冲突，以及当冲突发生时，如何处理这些冲突。,1. 介质访问方法简介,带冲突检测的载波监听多路访问CSMA/CD 令牌环访问控制 令牌总线访问控制,2. CSMA/CD,CSMA/CD ( Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)，包含两个方面的内容：载波监听多路访问和冲突检测。 CSMA/CD概括为：先听后发、边发边听、冲突停止、随机延迟后重发。,（1）载波监听多路访问,“多路访问”表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。 “载波监听”是指每一个站在发送数据之前先要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据，如果有，则暂时不要发送数据，以免发生碰撞。 总线上并没有什么“载波”。因此， “载波监听”就是用电子技术检测总线上有没有其他计算机发送的数据信号。,导致冲突有两种情况： 一种是两个或两个以上的结点同时发现总线空闲，同时向总线发送数据信号。 另一种是由于时延的存在，检测时认为总线是空闲的，但实际上总线已被其他结点占用，并非真正的空闲。,（2）冲突检测,处理冲突方法,当检测到发生冲突后，停止发送数据，然后延迟一段时间，再去抢占总线，为了尽量减少冲突，延迟时间采用“随机数”的控制方法。,本节小结,局域网基础知识 局域网基本组成 局域网介质访问方法,