第5章 数据链路层(2)

“冲突检测”就是计算机边发送数据边检测信道上是否发生了冲突
北京化工大学北方学院信息院
2. 802.3MAC层规范——CSMA/CD协议
（1）当一个站点想要发送数据的时候，它检测网络查看是否有其他 站点正在传输，即监听信道是否空闲。 （2）如果信道忙，则等待，直到信道空闲；如果信道闲，站点就传 输数据。 （3）在发送数据的同时，站点继续监听网络确信没有其他站点在同 时传输数据。因为有可能两个或多个站点都同时检测到网络空闲 然后几乎在同一时刻开始传输数据。如果两个或多个站点同时发 送数据，就会产生冲突。 （4）当一个传输结点识别出一个冲突，它就发送一个拥塞信号，这 个信号使得冲突的时间足够长，让其他的节点都能发现。 （5）其他节点收到拥塞信号后，都停止传输，等待一个随机产生的 时间间隙（回退时间，Backoff Time）后重发。
5.6 局域网概述
2 局域网的拓扑结构
•星形网。近年来由于集线器
集线器
(hub)的出现和双绞线大量用 于局域网中，星形以太网以及 多级星形结构的以太网获得了
非常广泛的应用。
北京化工大学北方学院信息院

•环形网，环形拓扑由一些
中继器（干线耦合器是一种
干线耦合器
北京化工大学北方学院信息院

OSI 参考模型
应用层
局域网参考模型
高层协议
表示层
会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 传输媒体
北京化工大学北方学院信息院
高层协议 LLC子层 MAC子层 物理层 传输媒体
高层协议 LLC子层 MAC子层 物理层

•5.6.2 以太网与IEEE802.3
•为了通信的简便以太网采取了两种重要的措施。
第一、采用较为灵活的无连接的工作方式，即不必先建 立连接就可以直接发送数据。 第二、以太网发送的数据都使用曼彻斯特(Manchester)
编码的信号。曼彻斯特(Manchester)编码信号自含同
步信号。在每个码元的正中间出现一次电压的变换，而 接收端很方便地把位同步信号提取出来。
中继器）和连接中继器的点
到点链路首尾相连形成一个
闭合的环。最典型的就是令
牌环形网(token ring)，它
又称为令牌环。
北京化工大学北方学院信息院
匹配电阻
• 总线网，各站直接连在总线
上。总线网可使用两种协议。
一种是传统以太网使用的 CSMA/CD，另一种是令牌传
IEEE802.5—Token Ring（令牌环）访问方法和物理层规范 IEEE802.6—城域网访问方法和物理层规范
IEEE802.7—宽带技术咨询和物理层课题与建议实施
IEEE802.8—光纤技术咨询和物理层课题 IEEE802.9—综合声音／数据服务的访问方法和物理层规范 IEEE802.10—安全与加密访问方法和物理层规范 IEEE802.11—无线局域网访问方法和物理层规范，包括 IEEE802.12—100VG-AnyLAN快速局域网访问方法和物理层规范
5.6.2 以太网与IEEE802.3
•1．802.3物理层规范 •以太网在物理层可以使用粗同轴电缆、细同轴电缆、非屏蔽 双绞线、屏蔽双绞线、光缆等多种传输介质，并且在IEEE 802.3标准中，为不同的传输介质制定了不同的物理层标准。 为了区分各种可选用的实现方案，该委员会给出了一种简明 的表示方法，即：
•5.6.2 以太网与IEEE802.3
• 数据帧从一个站点开始发送，到该数据帧发送完毕 所需的时间和为“数据传输时延”；同理，数据传 输时延也表示一个接收站点开始接收数据帧，到该 数据帧接收完毕所需的时间。 • 数据传输时延（s）=数据帧长度（bit）/数据传输速 率（bps）。
5.6 局域网
5.6.1 局域网的基本概念和体系结构
局域网定义：目前没有统一定义；局域网是由单一机 构所使用的专用计算机网络。 局域网组成：局域网硬件系统（包括网络服务器、网 络工作站及各种网络组件）和局域网软件系统（网络 操作系统及相关网络软件）组成。
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； 具有较低的延迟和误码率； 支持多对多的数据通信，多采用分布式控制和广播 式通信 北京化工大学北方学院信息院
t = 2 A 检测到 发生碰撞

•5.6.2 以太网与IEEE802.3
• 发送数据帧的A站，在发送数据帧后至多经过2 就可知道所发送的数据帧是否发生了碰撞。 • 因此以太网的端到端的往返时间2 称为争用期 ，又称为碰撞窗口、时间槽。 • 它是一个重要的参数，因为一个站在发送完数据 后，经过争用期的考验，也就是说经过争用期这 段时间还没有检测到碰撞，就能肯定这次发送不 会发生碰撞。
北京化工大学北方学院信息院
4 IEEE 802局域网标准
802.10 可互操作的局域网的安全机制 802.1 体系结构与网络互连 802.2 逻辑链路控制层（LLC） 数据 链路层
802.3 CSMA/CD MAC
物理层
802.4 Token BusMAC
北京化工大学北方学院信息院

802.3MAC层规范——CSMA/CD协议
CSMA/CD ： Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection 译文：带有冲突检测的载波监听多路访问 CSMA的基本思想：当一个节点要发送数据时，首先监听信道；如 果信道空闲就发送数据，并继续监听；如果在数据发送过程中监听 到了冲突，则立刻停止数据发送，等待一段随机的时间后，重新开 始尝试发送数据。 “多点接入”：表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线 上，即总线型拓扑结构。 “载波监听”：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。 “载波”就是总线上计算机发送的数据信号。
5.6 局域网
802.3MAC层规范——CSMA/CD协议 以太网为“总线结构”，通信方式为“广播通信”。 如何实现一对一的通信？ 必须在发送帧首部写明接收站的地址，仅当数据帧的目的地址与计算机 的地址一致时，该机才接收此帧。如图： 匹配电阻（用来吸收总线上传播的信号） 匹配电阻
只有 D 接受 B 发送的数据 A 不接受 B B向 D 发送数据 C 不接受 D 接受 E 不接受
B
B 发送数据
t= t=
t t = 2 t=0 A 检测到 信道空闲 发送数据
A 检测到发生碰撞 B 检测到发生碰撞 A A A A STOP STOP A
北京化工大学北方学院信息院
单程端到端 传播时延记为
B B B B B t= B 检测到信道空闲 发送数据 t=/2 发生碰撞 t= B 检测到发生碰撞 停止发送
物理层
802.5 Token Ring MAC
物理层
802.6 MAN MAC
物理层
802.8 FDDI MAC
802.11 无线局域 网
物理层
IEEE 802标准内部关系
北京化工大学北方学院信息院
4 IEEE 802局域网标准
IEEE 802局域网实现模型
缆段共存于一个网络中。
•5.6.2 以太网与IEEE802.3
•（2）10BASE-T •10Base-T是以太网中常用的一种标准，“10”表示信号 的传输速率为10 Mbps，“Base”表示信道上传输的是基 带信号，“T”是英文Twisted-pair（双绞线电缆）的缩写， 说明是使用双绞线电缆作为传输介质，编码也采用曼彻斯 特编码方式。
北京化工大学北方学院信息院
t=0
A
1 km 碰撞
B
B 发送数据
t= t=
t t = 2
A 检测到发生碰撞 B 检测到发生碰撞
单程端到端 传播时延记为
北京化工大学北方学院信息院

t=0
A
1 km 碰撞
说明：
1、OSI/RM的物理层与局域网模型的物理层相当 2、OSI/RM的数据链路层与局域网模型的LLC+MAC 相当 3、LLC层与传输介质无关，适合各种类型的局域网 MAC层与传输介质有关，它和网络的拓扑形式、传输 介质的类型、介质的访问控制方式有直接关系 4、*LLC层的主要作用：为高层协议提供相应的接口，即 一个或多个服务访问点，并进行 流量和差错控制。 MAC层的主要作用：装/拆帧、地址识别和差错检测 （丢弃出错的帧）、管理和控制对 传输媒体的访问
北京化工大学北方学院信息院
4 IEEE 802局域网标准 IEEE802.1—局域网概述、体系结构、网络管理和网络互联 IEEE802.2—逻辑链路控制 LLC IEEE802.3—CSMA/CD介质访问控制标准和物理层规范
IEEE802.4—Token Passing BUS（令牌总线）
匹配电阻
递总线网。 • 树形网，它是总线网的变型， 把星形和总线形结合起来。 这种拓扑结构的局域网属于 广播信道的网络，主要用于
北京化工大学北方学院信息院
频分复用的宽带局域网。
3 局域网体系结构
1.IEEE802 局域网的发展需要，1980 年2月成立 IEEE802委员会，制定 了一系列局域网标准，称为 IEEE802 标准。它在 OSI/RM 、 TCP/IP（广域网）之后。局域网不用网络层。IEEE 802委 员会制定的标准被ISO采用为ISO8802。 2.分层 按 IEEE802 标准，局域网体系结构由物理层、介质访问控 制子层（ MAC-Media Access Control ）和逻辑链路子层 LLC(Logical Link Control)组成
•〈数据传输速率（Mpbs）><信号方式> <最大段长度（百米）>
•如10BASE-5、10BASE-2中前面的10表示“数据传输速 率”，BASE表示信号方式基带方式，最后面的5、2则分别 表示这几种网络的最大网段长度为500m、200m。