第3章 数据链路层-2(LAN)

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载波侦听多路访问(CSMA)
基本思想：“先听后说”

载波侦听：

发送前，先听介质上是否有其他站点在传输

if 介质忙，
then 必须等待；
else 传输。
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第6讲 数据链路层-2
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以太网提供的服务

不可靠的交付

收到差错帧时，丢弃

差错纠正由高层决定(高层怎样处理？)

高层进行重传，会被当作新帧发送
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问题

在LLC界面保持一致


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物理层与链路层


LLC 给高层提供接口、并执 行流控和差错控制 MAC 传送时将数据封装成带 地址和差错检测的帧 接收时拆帧、并执行地 址识别和差错检测 主宰对LAN传送介质的 访问
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以太网的发送

广播方式


以太网的两种措施


总线上所有站都能检测 到信号 只有目标站才接收 其他站：丢弃
无连接的工作方式：

不建立连接、直接发送

对发送的帧不编号，不要 求确认,原因：

局域网信道质量好，产 生差错概率小
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局域网的发展 80年代后期 100Mbit/s快速局 域网-高速局域网 1997年 1Gbps以太网 目前10Gbps市场化
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局域网的拓扑
集线器
星形网
总线网
匹配电阻
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
干线耦合器

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检测到碰撞后

碰撞时

信号产生严重失真，无法恢复有用信息

发现碰撞后

立即停止发送，等一随机时间后再发
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分槽ALOHA协议(Slotted ALOHA)

各节点只能在下一时间槽的起始时刻发送信息。
“按时间槽 -- 不监听 -- 随机重发”
time A
B
C D

有几帧 成功？
能够期待的信道利用率最多为36%
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PHY 处理在物理链路上非结 构化的比特流


信号的编码和解码 （用于同步）前导码的产 生和删除 比特传送和接收
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IEEE 802局域网标准
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HDLC是怎样处理的？ HDLC采用的是哪种方式？ 为什么？
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载波监听多点接入/碰撞检测 CSMA/CD

CSMA/CD - Carrier Sense Multiple
Access with Collision Detection
01111110 8 8 可变 16 01111110
标志 F
地址 A
控制 C
信息 info
校验序列 FCS
标志 F
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问 题
LAN与WAN的数据链路层 有什么差异？
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CSMA协议的三种形式

1-坚持CSMA

若介质空闲，传输；否则

若介质忙，一直侦听到空闲马上传输 若发生冲突，等待一个随机长的时间
冲 突 性 大

非坚持CSMA

若介质空闲，传输；否则

若介质忙，不再侦听信道，等待一个随机长的时间

P-坚持CSMA


容量 可能 被浪 费。
若介质空闲，则以概率P传输，以概率（1-P）推迟一个 适于 时隙传输 分时 若介质忙，等待一个时隙 隙的
信道
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带冲突检测的CSMA协议

CSMA/CD协议

若介质空闲，则传输；否则

若介质忙，一直监听直到信道空闲，马上传输； 若检测到冲突，立即停止传输；等待一个随机时间

CSMA/CD的三种状态


竞争：检测到帧冲突的最短时间 传输：传输帧 空闲：所有站都处于静止时(无帧发送)
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3.4 IEEE802.3与以太网
3.4.1 以太网的工作原理
以太网的两个标准

DIX Ethernet V2
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纯ALOHA协议

假设帧长是相同的，成功发送可以收到确认
“不按时间槽 -- 不监听 -- 随机重发”
time A
B
C D

有几帧 成功？
能够期待的信道利用率最多为18%
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3.4 IEEE802.3与以太网

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3.3 使用广播信道的数据链路层 3.3.1 局域网概述

局域网的定义


局域网的主要技术



小区域内的通信设备互 连的通信网络 传统局域网（传输速率 ＜100Mbps） 高速局域网（传输速率 ＞100Mbps）
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IEEE802体系与OSI参考模型


LAN层次划分的考虑
LAN要考虑到多种接入技术： 有线、无线、竞争、非竞争…
将DL分为二个子层



LLC-逻辑链路控制层 MAC-介质访问控制 LLC与介质、介质访问方法无 关； MAC与介质密切相关；
环形网
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树形网
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3.3.2
LAN体系结构
局域网所需的层次 第1层？ 物理连接是必需的 第2层？ 通过局域网传送的数据必须组成帧、并进 行一定的控制 第3层？ 将寻址、排序、流控、差错控制等功能放 在数据链路层中实现
讨 论

点对点信道中数据链路层主要功能是什么？


何时封装成帧？
一般的帧格式中应该有哪些字段？ HDLC中数据帧采用了编号，PPP协议中也 有编号吗？为什么？
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HDLC与PPP相似？不同之处?
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常用的LAN协议标准
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3.3.3 媒体访问控制


将传输介质带宽有效分配给网上各站点的方法 控制方式

分布方式
由各点共同完成介质访问控制， 动态地确定站的发送顺序。
Collision Detection
(Back off Algorthm)
A JAM JAM
B JAM
C JAM JAM
D JAM
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碰撞检测

碰撞时，电压摆动值增大（互相叠加）

当摆动值超过一定门限时，表明至少有两 站同时发 “碰撞检测”也称“冲突检测”
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第六讲 第 3 章 数据链路层-2(LAN)

3.3 使用广播信道的数据链路层

3.3.1 局域网概述 3.3.2 LAN体系结构 3.3.3 媒体访问控制
3.4.1 3.4.2 3.4.3 3.4.4 以太网的工作原理 传统以太网的连接方法 以太网的信道利用率 以太网MAC层的硬件地址
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网卡的功能

网络接口板

通信适配器(adapter) 网络接口卡 NIC (Network Interface Card)
串行/并行转换 在计算机的操作系统安装设备驱动程序 数据的封装与解封 链路管理：主要是 CSMA/CD 协议的实现 编码与译码：曼彻斯特编码与译码


集中方式
指定某个控制器拥有网络访 问的权利。


优点

优点
能提供优先权等其他功能 每个站的逻辑相对简单 避免协调问题


缺点

缺点
单点故障会影响全网，易形 成瓶颈 降低效率增加传输延迟

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拓扑结构
传输介质


介质访问控制方法
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局域网的产生与发展

局域网的产生




60年代产生,发展于70年 代 80年代成熟 DIX V1， DIX V2 80年代典型三种标准
10 Base-2 10 Base-5 10 Base-T
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功能

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计算机通过网卡和局域网进行通信
计算机 高 速 缓 存
CPU
存储器
网络接口卡 （网卡）
至局域网
串行通信
I/O 总线
并行通信
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ALOHA协议

夏威夷大学，基于无线电广播通信 竞争系统，最早的随机访问技术 两类：纯ALOHA和时槽ALOHA
多个用户以某种可能导致冲突 的方式共享公用信道的系统。

竞争系统三大问题
访问时机 冲突检测 重试策略


用户节点通过一公用频带采用随机方式与中心节点相连。 中心节点用另一专用频带采用广播方式向用户节点传播信息

CS - 先听后说，以免碰撞


MA - 多机连接在一根总线
CD - 边说边听，检测冲突
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CSMA/CD
A Carrier Sense A Multiple Access A Collision Collision B C D B C D B C D
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CSMA/CD 协议

最初以太网将计算机连到一根总线上,简 单可靠，总线上没有有源器件
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
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局域网对 LLC 子层是透明的
LLC 子层看不见 下面的局域网
网络层 逻辑链路控制 媒体接入控制 LLC MAC 物理层 站点 1

网络层 LLC 局域网 MAC 物理层 站点 2 数据 链路层
TCP/IP 体系常用DIX Ethernet V2

很多网卡仅有 MAC 协议、没有 LLC 协议

DEC-Intel-Xerox 局域网产品规约 以太网 与DIX Ethernet V2差别很小

IEEE 802.3 标准


IEEE 802.3 局域网采用1-坚持的CSMA/CD，也 简称“以太网”
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