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1、计算机职业技能培训计算机网络故障诊断与排除计算机职业技能培训第3讲：数据链路层故障诊断与排除本章重点介绍以下内容：w 数据链路层概述；w 网卡故障诊断与排除；w 网桥故障诊断与排除；w 交换机故障诊断与排除；w 数据链路层故障排除实例。计算机职业技能培训3.1 数据链路层概述w 数据链路层利用物理层提供的服务，与对等层进行以信元为信息单位的通信，它们对其上一层网络提供服务。w 数据链路层的功能为：在物理层提供比特流传输服务的基础上，在通信的实体之间建立数据链路连接，传送以帧为单位的数据，通过差错控制，流量控制方法，使有差错的物理线路变成无差错的数据链路。数据链路层在OSI模型中的位置如图3-1
2、所示。计算机职业技能培训计算机职业技能培训3.2 网卡故障诊断与排除计算机职业技能培训网卡是LAN的接入设备，是单机与网络间架设的桥梁。它主要完成如下功能：w 读入由其他网络设备(路由器、交换机、集线器或其他NIC)传输过来的数据包，经过拆包，将其变成客户机或服务器可以识别的数据，通过主板上的总线将数据传输到所需设备中(CPU、RAM或硬盘驱动器)；w 将PC设备(CPU、RAM或硬盘驱动器)发送的数据，打包后输送至其他网络设备中。目前，市面上常见的网卡种类繁多。按所支持的带宽分，有10Mbps网卡、100Mbps网卡、10/100Mbps自适应网卡、1000Mbps网卡和10000Mbps网
3、卡。按总线类型分，有PCI网卡、ISA网卡、EISA网卡及其他总线网卡。由于历史原因，以太网的传输介质并不统一，使网卡的网络接口有些复杂，按传统介质分，以太网可分为粗缆网(AUI接口)、细缆网(BNC接口)及双绞线网(RJ45接口)，网卡相应地分为RJ-45口、IPC口(RJ45+BNC)、TPO口(RJ45)、COMBO口(RJ45+AUI+BNC)和TP口(BNC+AUI)。其中TP口现在已经很少见到。在采购网卡之前应搞清楚自己的网络需要什么接口，以免买回来以后无法使用。一般来讲，10Mbps网卡大多为ISA总线，100Mbps网卡中全部是PCI总线；服务器端的网卡可能有EISA总线或其他
4、总线。众所周知，ISA为16位总线，PCI为32位总线，PCI网卡比ISA网卡的总线多，速度快。计算机职业技能培训w 老的网卡上用的都是分离元件，性能不稳定且设置复杂，兼容性差，且主要是采用逐帧处理技术，这种工作方式大大降低了系统的性能。针对这些缺点，后来进行了多方面的改进。例外如，提高了集成度，网卡的稳定性有所增强；采用了标准软件接口；传送方面采用了多帧处理技术，即多帧缓冲技术。发送数据时，网卡在发送前一帧的同时可以接收CPU发来的下一帧数据。同样，网卡在接收端口传来数据的同时，即可向内存发送上一帧数据，但必须是整帧整帧地发送或接收数据，并非完全意义上的并行处理。w 最新网卡采用ASIC和最
5、先进的元件，大大提高了性能和集成度。另外，成本也降低了许多。用网卡驱动软件优化传输操作时序，使管道任务的重叠达到最大，延时达到最小。从而得到真正并行机制，使性能平均提高了40%。在并行机制中，传送和接收是可叠加的流水过程，不再是从前的逐帧处理。在发送数据时，不等整帧装入网卡缓冲区即可开始向网络发送数据。在接收时，不等整帧进入网上缓冲区即可开始向系统内存发送数据。计算机职业技能培训w 并行处理技术对处理精度和定时要求非常准确，当数据帧还未完全发送完毕时，网卡缓冲区变空就称为下溢，网卡缓冲区里数据已满时，网络接口处又来数据或未传完便称为上溢。在接收端采用动态调整机制，其目的是将数据移入系统内存避免
6、上溢。在接收数据期间，并行机制使用预测中断，即在网卡已确定了帧地址时，CPU就开始处理中断，同时，已收到足够长的字节以预测来帧的数据量。在CPU处理完第一个预测中断时，CPU就开始将数据从网卡缓冲区送到主存，网卡在接收第一数据帧的末字节时，CPU已准备将数据移向内存。计算机职业技能培训3.2.2网卡的类型下面介绍网卡的类别和总线类型。1.网卡的类别从工作方式上来看，网卡大致有5类。(1)主CPU用IN和OUT指令对网卡的I/O端口寻址并交换数据。这种方式完全依靠主CPU实现数据传送。当数据进入网卡缓冲区时，LAN控制器发出中断请求，调用ISR，ISR发出I/O端口的读写请求，主CPU响应中断后
7、将数据帧读入内存。(2)网卡采用共享内存方式，即CPU使用MOV指令直接对内存和网卡缓冲区寻址。接收数据时数据帧先进入网卡缓冲区，ISR发出内存读写请求，CPU响应后将数据从网卡送至系统内存。(3)网卡采用DMA方式，ISR通过CPU对DMA控制器编程，DMA控制器一般在系统板上，有的网卡也内置DMA控制器。DMA控制器收到ISR请求后，向主CPU发出总线HOLD请求，获CPU应答后即向LAN发出DMA应答并接管总线，同时开始网卡缓冲区与内存之间的数据传输。计算机职业技能培训(4)主总线网卡能够裁决系统总线控制权，并对网卡和系统内存寻址，LAN控制器裁决总线控制权后以成组方式将数据传向系统内存
8、，IRQ调用LAN驱动程序ISR，由ISR完成数据帧处理，并同高层协议一起协调接收和发送操作。这种网卡由于有较高的数据传输能力，常常省去了自身的缓冲区。(5)智能网卡中有CPU、RAM、ROM和较大的缓冲区。其I/O系统可独立于主CPU，LAN控制器接收数据后由内置CPU控制所有数据帧的处理，LAN控制器裁决总线控制并将数据成组地在系统内存和网卡缓冲区之间传递。IRQ调用LAN驱动程序ISR，通过ISR完成数据帧处理，并同高层协议一起协调接收和发送操作。一般的网卡占用主机的资源较多，对主CPU的依赖较大，而智能型网卡拥有自己的CPU，可大大增加LAN带宽，同时有独立的I/O子系统，将通道处理移
9、至独立的自身处理器上。计算机职业技能培训100Mbps和1000Mbps高速以太网是由当今最为流行的10Mbps以太网发展而来的，其保留了CSMA/CD协议，从而使得10、100、1000Mbps以太网在带宽上可以方便地连接起来，不需要协议转换。100Mbps和1000Mbps以太网传输速率比传统的10Mbps以太网提高了10100倍，理论上数据吞吐量可达80Mbps8000Mbps。100Mbps和1000Mbps以太网网卡的推出使以太网进入了高速网的行列，基于交换机和共享集线器实现100/1000Mbps共享速度。高性能的网络需要高性能的网卡，由于有了高性能的硬件、软件和算法，以及先进的技
10、术，网卡的性能得到了大大的提高，也使网络用户可以得到更强大、更全面的服务。计算机职业技能培训2.网卡的总线类型从总线类型来看，网卡主要有ISA、EISA、PCMCIA、PCI、MC(MicroChannel，IBM称之为MC)5种类型，其作用分别如下所述。(1)ISA工业标准体系结构ISA卡ISA卡总线作为传送为10Mbps或100Mbps的媒介时，应注意如下几点：wISA总线只有16位宽；wISA总线的工作时钟频率只有8MHz；wISA总线不允许猝发式数据传输；w大多数ISA总线为I/O映射型，从而降低数据传输速度；wISA适配卡具有以下性能特点：w支持8位或者6位ISA插槽；w可利用软件进
11、行配置；w与NE2000兼容；w可编程I/O口或者共享内存操作方式；w支持RPL标准；w支持POST；w加电检测；w全双工(FDX)操作；w安装支持“即插即用”；w利用IBM的LANAID应用程序，安装过程轻松自如；w除支持对称多处理器(SMPs)和所有EISA、微通道或PCI插槽之外，同时带有ISA插槽的个人计算机；w带有RPL可选件。计算机职业技能培训(2)PCI适配卡PCI总线外部设备互联适配卡不仅具有32位或64位总线主控器，性能卓越，而且可以在UTP或AUI介质上，以高达10Mbps的速度进行操作。该适配卡具有以下性能特点：w 性能优良，具有32位或64位总线主控器；w 全双工(FD
12、X)操作；w 安装支持“即插即用”；w 配有外部状态LED，用来显示链路(Link)和活动(Activity)状态；w 带有RPL可选件；w 支持POST。100/10MbpsPCI以太网适配卡可以采用全双工(FDX)或半双工(HDX)工作方式，运行速率为100Mbps或10Mbps(可选)。该适配卡符合IEEE802.3的高速以太网规程，可以操作于共享式或交换式以太网两种方式。其具有以下性能特点：w 目前支持10Mbps速率，将来可以支持100Mbps速率，以适应网络不断发展的需求；w 对现有网络无需作大幅度改动，即可通过数种途径来改善网络性能；w 利用单个RJ-45接头即可连接到速率为10
13、Mbps或100Mbps的网络；w 支持SMPs。计算机职业技能培训(3)专为便携机设计的PCMCIA适配卡PC存储器接口卡PCMCIA对于遵循PCMCIARelease2.0的便携机，IBM还提供以太网信用卡型适配卡型(用于10BASE-T或10BASE2)。该适配卡与IEEE802.3/EthernetVersion2.0网络兼容。另外，同一块以太网信用卡型适配卡，既可以连接10BASE-T缆线，也可以连接10BASE2缆线。这样就可以为那些需要使用两种网络的用户，提供一个经济有效的解决方案。计算机职业技能培训(4)专为微通道(MCA)系统设计的MC适配卡w 对于那些基于微通道体系结构的系
14、统，IBM提供3种以太网适配卡以供选择，IBMLANAdapter/AuforEthernet便是其中之一。它是一种客户机适配卡，支持16位或32位。该适配卡配有接头，用于将微通道系统与所有的以太网配线系统相连。它还具有以下性能特性：w 共享内存操作方式；w 支持RPL标准；w 支持POST.计算机职业技能培训(5)EISA卡EISA卡是为服务器和高性能工作站提供的一种32位总线主控器适配卡。它能够减少发送和接收数据所需的主机CPU时钟数，增加以太网的数据吞吐量，从而极大地提高了网络性能。可以使用10BASE-T、10BASE2或AUI3种介质来接入网络。计算机职业技能培训3.网卡接口的传输介
15、质w 网卡与网络进行连接是通过传输介质连接的。不同的网卡接口传输介质适用于不同的网络类型。目前常见的网卡接口主要有RJ-45接口、细同轴电缆BNC接口、粗同轴电AUI接口、光纤接口等。而且有的网卡为了适用于更广泛的应用环境，提供了两种或多种类型的接口，如有的网卡会同时提供RJ-45、BNC接口或AUI接口。w BNC接口、AUI接口目前很少见。w 。计算机职业技能培训4.网卡状态指示灯w网卡在工作正常的情况下，网卡的指示灯是长亮的(而在传输数据时，会快速地闪烁)。当网卡没有指示灯被点亮时，表明计算机与网络设备之间没有建立正常连接，物理链路有故障发生。w无论是SC光纤端口还是RJ-45端口，每个
16、端口都有一个LED指示灯用于指示该端口是否处于工作状态，即连接至该端口的计算机或网络设备是否处于工作状态、连通性是否完好。无论该端口所连接的设备处于关机状态，还是链路的连通性有问题，都会导致相应端口的LED指示灯熄灭。w随着计算机网络的不断普及，为了进一步计算机的提高性价比，现在越来越多的主板集成了网卡，不同品牌集成的网卡，其指示灯所代表的意义有所不同。w例如：1）Intel的Pro/100网卡指示灯w通常情况下，Pro/100集成网卡只有两个指示灯，黄色指示灯用于表明连接是否正常，绿色指示灯则表示计算机主板是否已经供电，正处于待机状态。因此，当计算机正常连接至交换机时，即使处于计算机处于待机状态（绿色灯被点亮），黄色指示灯也应当被点亮，否则，就表示发生了连通性故障。2）Pro/1000MT网卡指示灯wPro/1000MT网卡指示灯通常有4个，分别用于表示连接状态（Link指示灯）、数据传输状态（ACT指示灯）和连接速率。当正常连接时，Link指示灯呈绿色，有数据传输时，ACT指示灯不停闪烁。当连接速率为10Mbps时，速率指示灯熄灭；w连接速率为100Mbps时，速率指示灯呈绿色；连
