2011年计算机网络考研辅导讲座(4、数据链路层--中)

第四讲
数据链路层(中)
第四讲：数据链路层—(中)
2011年考研大纲考查范围:
数据链路层（局域网部分）：
知识点归纳
(六)局域网
1.局域网的基本概念与体系结构
分析LAN特性的三个方面：传输介质、拓扑结构、介质访 问控制方法（MAC），其中MAC最重要。 传输介质：双绞线、同轴电缆、光纤、无线电、红外 拓扑结构：星形、总线形、环形、树形
100BASE-FX 实现:
100BASE-FX 使用 2 根多模或单模光纤 ，一根光纤用来发送, 一根用来接收，可使用SC(多使用此)或ST连接器。CSMA/CD半 双工与HUB连接时最长可400m(为确保能检测冲突)，使用多模光 纤全双工与交换机连接时可2km，而使用单模光纤全双工与交换 机连接时可10km。
知识点归纳
快速以太网的自动协商: 自动协商（Auto Negotiation）：
使连接在一条线路上的两个设备能够告知另一端可 能的速率，集线器或网卡将自动调整速率至最高的公共 水平，即线路两端可能具有的最高速率。
按优先权从高到低依次为：
100BASE-TX全双工 100BASE-T4 100BASE-TX 10BASE-T全双工 10BASE-T
知识点归纳
涉及与媒体访问有关的放MAC子层，根据具体网络的媒体访问 控制方法分别处理。其中主要的MAC协议有： IEEE 802.3载波监听多路访问/冲突检测CSMA/CD访问方法和物 理层协议； IEEE 802.4令牌总线（Token Bus）访问方法和物理层的协议；其 物理上是总线结构，逻辑上是令牌环； IEEE 802.5令牌环（Token Ring）访问方法和物理层协议； IEEE 802.6关于城域网的分布式队列双总线 DQDB （Distributed Queue Dual Bus）的标准等； IEEE 802.11是无线局域网的介质访问方法和物理层协议；(WiFi) IEEE 802.15是无线个人区域网WPAN的介质访问方法和物理层协 议； IEEE 802.16是无线城域网WMAN的标准。(WiMAX)
载波监听
Yes
介质忙？ No 发送帧
二进制指数退避， 延迟一随机时间 No
No
发送完？ Yes 发送成功 No
冲突窗口内检 测到冲突？
N≥16?
Yes
发送失败
冲突次数N++
Yes 发送Jam
知识点归纳（ CSMA/CD ）
具有冲突检测的载波监听多路访问 CSMA/CD： ■ 工作原理：某站点要发送数据帧前，先监听信道，若信道空闲, 则立即发送数据 帧，若信道忙，则坚持一直监听到信道空闲，然后立即发送数据帧， 发送数据帧的同时，边发送边监听(在冲突检测窗口的2τ时间内，其 中2τ为最远的两个端点间一来一回传输的时间), 若在此期间监听到 冲突，立即停止发送，并发送Jam干扰信号串到网上通知全网站点以 强化冲突，使各冲突的站点马上停止发送，使信道很快空闲下来，然 后按截断的二进制指数退避算法延迟一段随机时间，再监听信道尝试 发送。 ■ 1-坚持CSMA, 再加上CD (冲突检测)。 ■ 冲突检测方法： （1） 比较接收到的信号电压的大小 或（2） 检测曼彻斯特编码的过零点 或（3） 比较接收到的信号与刚发出的信号 ■ 退避算法：为截断的二进制指数退避算法，来决定重发时延：从 0, 1, 2, ..., 2k-1 中随机取一个数r，重发时延 = r (2τ)，其中 k = min[ 重发次数，10 ]
知识点归纳
快速以太网 (Fast Ethernet):
快速以太网 (Fast Ethernet，FE)，包括100BASE-X （100BASE-TX、100BASE-FX）和 100BASE-T4。 与10Mbps以太网的比较： 传输率快10倍，因而冲突域直径减小约10倍 MAC 子层仍采用 CSMA/CD, 但重新定义了物理层规范 帧类型、幀长、幀格式仍沿用 IEEE 802.3，但幀间间隔 由 9.6μs 调整为0.96 μs (因为传输速率提高了10倍)LLC MAC PHY C
知识点归纳
由于 Internet 发展很快， 而 TCP / IP 体系经常使用的局 域网是 DIX Ethernet II 标准的网络，而不大用 IEEE 802.3 标 准中的几种局域网，因此现在 IEEE 802 委员会制定的逻辑链 路控制子层 LLC（即 802.2 标准）的作用已经不大， 只用于 一些局域网体系结构分析的文章中， 很多厂商生产的网卡上 就仅装有 MAC 协议而没有 LLC 协议，在分析实际的 TCP / IP 网络时要注意这一点。
知识点归纳
IEEE在1980年2月成立了局域网标准化委员会（简称IEEE 802 委
员会），专门从事局域网的协议制订，形成了一簇的标准，称为 IEEE 802标准。该标准已被国际标准化组织ISO采纳，作为局域网的 国际标准系列，称为ISO 8802标准。在这些标准中，根据局域网的多 种类型，规定了各自的拓朴结构、帧格式、媒体访问控制方法等内容。 IEEE 802.1是局域网的体系结构、网络管理和网际互连协议。 IEEE 802.2规范了数据链路层与媒体无关的部分，放在 LLC子层。 LLC（Logical Link Control） 逻辑链路控制子层，负责完成通常意义下的数据链路层功能，如差 错控制、流量控制等。 MAC（Media Access Control） 介质访问控制子层，专门负责解决设备使用共享信道的问题。
每块以太网络接口卡(NIC)都有自己48位的MAC-48地址(硬件地址)，通用 名为扩展唯一标识符EUI-48，在全世界范围内地址唯一。其中，前24位为 IEEE分配的生产网卡公司的组织唯一标识符OUI(如3COM为02-60-8c)，后24 位由厂家给自己生产的每块网卡自行指派的序号。
知识点归纳(CSMA/CD工作流程)
知识点归纳
2. 以太网与IEEE 802.3
以太网的规范为IEEE 802.3，介质访问控制采用CSMA/CD。
为了通信的简便， 以太网采取了两种方法： 第一，采用无连接的工作方式，即不必先建立连接就可以直接发送 数据。 第二，不要求收到数据的目的站发回确认。不要确认的理由是局域 网信道的质量很好，因信道质量产生差错的概率是很小的。 因此，以太网提供的服务是不可靠的交付，即尽最大努力的交付。
长度无限制 单位：字节 数 DSAP SSAP 控制 据 DSAP：目的服务访问点地址 (如 B1、B3) LLC首部 SSAP： 源服务访问点地址 (如 A1、C1) 1 1 1 or 2
进程X
()
进程A A1
进程Y
()
进程C
()
()
A2
B1
()
B2 B3
()
C1
LLC MAC PHY A
LLC MAC PHY B
知识点归纳
■ 由于10M以太网最大直径时的一来一回的时延定为 512 位时间
(51.2μs)，最短的以太幀必须达到512位(64字节)，考虑到电信号在电缆 中传输速度200m /μs及在中继器中的延迟,10Mbps粗缆时两站间最长距 离不能超过2.5公里。
3-4-5原则：10Mbps以太网规划中应该遵循的规则， 从而保证以太网能够正常工作。 5－指任意两个站点间最多有5个以太网网段 4－任意两个站点间最多有4个中继器 3－表示任意两个站点间最多有3个网段有站点相连 也就是说如果两个站点间有5个以太网网段，并不是所有的网段都 可以连接站点，有些网段只是用来扩展网络的距离。

这种分层方法也使得IEEE 802标准具有良好的可扩充性，可以 很方便地接纳新的介质与介质访问控制方法。
知识点归纳
知识点归纳
IEEE 802标准定义了LLC子层和MAC子层的帧格式。数据传输过程中，
LLC子层将高层递交的报文分组作为LLC的信息字段，再加上LLC子层目的服 务访问点（DSAP）、源服务访问点（SSAP）及相应的控制信息以构成LLC帧。 LLC帧：
知识点归纳
10Mbps以太网的3-4-5原则与直径：
知识点归纳
HUB就像是一根缩短的总线：
知识点归纳
Category 3/4/5/6 UTP 支持的带宽：
Cat.3 UTP(1&2, 3&6) Cat.5 UTP(1&2, 3&6) Cat.5e UTP(1&2, 3&6,4&5,7&8)
10BASE-T 100BASE-TX 1000BASE-T
知识点归纳
Auto Negotiation 举例:
加电时，线路两端的设备互相告知另一端自己可能的速率，集线 器或网卡将自动调整速率至线路两端可能具有的最高公共速率，即 10BASE-T Half Duplex。
知识点归纳
快速以太网组网实例:
知识点归纳
千兆以太网(Gigabit Ethernet， GE):
当长度/类型字段 表示长度时 字节 802.3 MAC 帧 6 6 1 1 字节 1 802.2 LLC 帧 DSAP SSAP 控制 2 1 1 1
IP 层
数
据 4 FCS
LLC 子层
43 ~ 1497 数 据
目的地址 源地址 长度/类型 DSAP SSAP 控制
MAC 子层 IP 层
IP 数据报 字节 Ethernet II MAC 帧 插 入 8 字节 7 字节 10101010101010 1 字节 帧开始 定界符 MAC 帧 6 目的地址 6 源地址 2 类型 数 46 ~ 1500 据 4 FCS
知识点归纳
快速以太网物理层:
知识点归纳
快速以太网分类:
知识点归纳
100BASE-TX 实现:
100BASE-TX 使用 2 对 5 类 UTP 电缆，用线对 1/2(发 送), 3/6(接收)，电缆制作同10BASE-T，连接器使用8针RJ-45 连接器，从站点到集线器或交换机间的距离应小于 100m。