数据链路层

数据链路层

目录

• 数据链路层
  • 数据链路层使用的信道
  • 链路与数据链路
  • MAC地址
  • 网桥/交换机
    • 交换机的优点
    • 交换机交换的方式
  • PPP协议
  • 网卡/适配器的作用
  • PPPoE

数据链路层使用的信道

• 点对点信道。这种信道使用一对一的点对点通信方式
• 广播信道。这种信道使用一对多的广播通信方式，因此过程比较复杂。广播信道上连接的主机很多，因此必须使用专用的共享信道协议来协调这些主机的数据发送

链路与数据链路

• 链路 (link) 是一条无源的点到点的物理线路段，中间没有任何其他的交换结点。
  一条链路只是一条通路的一个组成部分。

• 数据链路 (data link) 除了物理线路外，还必须有通信协议来控制这些数据的传输。若把实现这些协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路

  数据链路层传送的是帧

  

  • 三个基本问题

    1. 封装成帧(framing)

       就是在一段数据的前后分别添加首部和尾部，然后就构成了一个帧。确定帧的界限。

       

       首部和尾部的一个重要作用就是进行帧定界。

    2. 透明传输

       如果数据中的某个字节的二进制代码恰好和 SOH 或 EOT 一样，数据链路层就会错误地“找到帧的边界”。

       解决透明传输问题

       字节填充 (byte stuffing)

       发送端的数据链路层在数据中出现控制字符“SOH”或“EOT”的前面插入一个转义字符“ESC” (其十六进制编码是 1B)。

       如果转义字符也出现在数据当中，那么应在转义字符前面插入一个转义字符 ESC。当接收端收到连续的两个转义字符时，就删除其中前面的一个。

       接收端的数据链路层在将数据送往网络层之前删除插入的转义字符。

       

    3. 差错控制

       • 在传输过程中可能会产生比特差错：1 可能会变成 0 而 0 也可能变成 1。

       • 在一段时间内，传输错误的比特占所传输比特总数的比率称为误码率 BER (Bit Error Rate)。

       • 为了保证数据传输的可靠性，在计算机网络传输数据时，必须采用各种差错检测措施。

       在数据链路层传送的帧中，广泛使用了循环冗余检验 CRC的检错技术。

MAC地址

在局域网中，硬件地址又称为物理地址，或 MAC 地址

请注意，如果连接在局域网上的主机或路由器安装有多个适配器，那么这样的主机或路由器就有多个“地址”。更准确些说，这种 48 位“地址”应当是某个接口的标识符。

IEEE 的注册管理机构 RA 负责向厂家分配地址字段 6 个字节中的前三个字节 (即高位 24 位)，称为组织唯一标识符。
地址字段 6 个字节中的后三个字节 (即低位 24 位) 由厂家自行指派，称为扩展唯一标识符，必须保证生产出的适配器没有重复地址。

生产适配器时，6 字节的 MAC 地址已被固化在适配器的 ROM，因此，MAC 地址也叫做硬件地址 (hardware address)或物理地址。

“MAC地址”实际上就是适配器地址或适配器标识符 EUI-48。

网桥/交换机

早期使用网桥，现在使用以太网交换机扩张以太网

网桥工作在数据链路层。
它根据 MAC 帧的目的地址对收到的帧进行转发和过滤。
当网桥收到一个帧时，并不是向所有的接口转发此帧，而是先检查此帧的目的 MAC 地址，然后再确定将该帧转发到哪一个接口，或把它丢弃。

• 以太网交换机实质上就是一个多接口的网桥。通常都有十几个或更多的接口。
• 每个接口都直接与一个单台主机或另一个以太网交换机相连，并且一般都工作在全双工方式。
• 以太网交换机具有并行性。能同时连通多对接口，使多对主机能同时通信。
• 相互通信的主机都是独占传输媒体，无碰撞地传输数据。

交换机的优点

• 用户独享带宽，增加了总容量。
  对于普通 10 Mbit/s 的共享式以太网，若共有 N 个用户，则每个用户占有的平均带宽只有总带宽 (10 Mbit/s)的 N 分之一。
  使用以太网交换机时，虽然在每个接口到主机的带宽还是 10 Mbit/s，但由于一个用户在通信时是独占而不是和其他网络用户共享传输媒体的带宽，因此对于拥有 N 个接口的交换机的总容量为 N*10 Mbit/s
• 从共享总线以太网转到交换式以太网时，所有接入设备的软件和硬件、适配器等都不需要做任何改动。
• 以太网交换机一般都具有多种速率的接口，方便了各种不同情况的用户。

交换机交换的方式

• 存储转发方式
  把整个数据帧先缓存后再进行处理。

• 直通 (cut-through) 方式
  接收数据帧的同时就立即按数据帧的目的 MAC 地址决定该帧的转发接口，因而提高了帧的转发速度。
  缺点是它不检查差错就直接将帧转发出去，因此有可能也将一些无效帧转发给其他的站。

PPP协议

对于点对点的链路，目前使用得最广泛的数据链路层协议是点对点协议 PPP (Point-to-Point Protocol)。
用户使用拨号电话线接入互联网时， 用户计算机和 ISP 进行通信时所使用的数据链路层协议就是 PPP 协议。

• PPP 帧的首部和尾部分别为 4 个字段和 2 个字段。
• PPP 是面向字节的，所有的 PPP 帧的长度都是整数字节。

网卡/适配器的作用

网络接口板又称为通信适配器(adapter) 或网络接口卡 NIC (Network Interface Card)，或“网卡”。

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。

PPPoE

PPPoE (PPP over Ethernet) 的意思是“在以太网上运行 PPP”，它把 PPP 协议与以太网协议结合起来 —— 将 PPP 帧再封装到以太网中来传输。
现在的光纤宽带接入 FTTx 都要使用 PPPoE 的方式进行接入。在 PPPoE 弹出的窗口中键入在网络运营商购买的用户名和密码，就可以进行宽带上网了。
利用 ADSL 进行宽带上网时，从用户个人电脑到家中的 ADSL 调制解调器之间，也是使用 RJ-45 和 5 类线（即以太网使用的网线）进行连接的，并且也是使用 PPPoE 弹出的窗口进行拨号连接的。