第5讲数据链路层级网络建设
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
❖ 随机访问 允许冲突 从冲突中“恢复”
❖ “排队”
严格协调访问来避免冲突
13
信道分割的 MAC 协议: TDMA
TDMA: time division multiple access （时分多
路） ❖ “依次” 访问信道 ❖ 每次每个站点分得固定长度的时隙 (时长 = 分
组的单位传输时间) ❖ 未用的时隙被闲置和浪费 ❖ 例如: 6个站点的LAN, 1,3,4 有分组发送, 而
使用信道全部的传输速率 R.
在诸多结点中不存在“预先”协商的机制
❖ 可能发生两个以上结点同时传输 -> “冲突” ❖ 随机访问的 MAC协议定义了:
如何检测冲突 如何从冲突中恢复 (e.g., 通过延迟重发)
❖ 随机访问 MAC协议的实例:
时隙ALOHA ALOHA CSMA and CSMA/CD
UDP 的checksum 字段
接收端:
v 对接收到的数据段进行校
验和计算
v 检查计算所得的校验和与
接收到值的是否相等 : NO – 出错了
YES – 没查出错误. 但 有可能存在错误? ….
8
有三种类型的 “链链路路”类: 型
❖ 点对点 ( e.g. PPP, SLIP) ❖ 广播式 (共享线路或介质; e.g, 以太网, 无线网,
10
多点访问协议
❖ 我们希望多点访问协议能够解决什么问题:
❖同步还是异步 ❖了解其他站点的信息 ❖健壮性 (e.g.如何对待信道错误) ❖性能
11
局域网与802协议组
❖ LLC 与 MAC
12
MAC 协议: 分类
❖ 通道分割 目标: 高效, 公平, 简单, 分散控制
将信道分割成较小的 “片” (时隙, 频率) 将小片分给各站点使用
接口卡
network link
physical
Hl Hn Ht M frame
2
链路层的服务
❖ 成帧, 链路访问:
将分组封装入帧, 加上帧头, 帧尾 如果是共享介质，则需实现信道的访问, ‘物理地址’ 放在帧首用来确定信源、信宿
❖物理地址≠IP地址 ❖ 在两台物理上连接的设备之间实现可靠传递:
不太用在误码率低的场合 (光纤, 某些双绞线) 无线链路: 误码率相当高
链路层: 工作环境
1
链路层: 工作环境
❖ 两个 物理上连接的 设备:
主机-路由器, 路由器-路由器, 主机-主机
❖ 协议数据单元: frame（帧）
M
Ht M Hn Ht M Hl Hn Ht M
application transport network
link physical
数据链路协议
物理链路
6
奇偶校验
单比特校验:
检测一位错误
两维单比特校验:
检测和校正单比特错误
0
0
7
因特网校验和 目的: 检测 数据段在传输过程中出现的错误 (注意: 仅用在传输层)
发送端:
v 把数据段的内容看成一
系列16-bit的整数
v 校验和: 对内容进行累
加 (1’s complement sum)
v 发送端将校验和放入
16
CSMA: Carrier Sense Multiple Access
CSMA: （载波检测多路访问）发送前侦听: ❖ 如果信道闲置: 发送整个分组 ❖ 如果信道忙, 推迟发送
坚持性 CSMA: 当信道闲置时，以p的概率立即 重试 (可能导致不稳定)
非坚持性 CSMA: 在某个随机间隔以后再试 ❖ 为人处事的规则之一: 不要打断别人的发言!
❖ 冲突检测:
在有线 LAN中简便易行: 检测信号强度, 比较收、 发的信号
在无线 LAN比较困难: 传输时接收器是关闭的
❖ 人类社会的范例: 彬彬有礼的交谈者
19
CSMA/CD 冲突检测
20
MAC 协议小结
❖ 对于共享介质可以做些什么?
信道分割, 按时间,频率或编码
adapter card
network link
physical
Hl Hn Ht M frame
5
错误检测
EDC= 错误检测校正（Error Detection and Correction ）位 D = 由检验位保护的数据, 可包括首部字段
错误检测不可能达到 100% 可靠! • 协议算法可能会忽略了某些错误, 但比例极小 • 较大的 EDC 字段可以产生较好的检错和纠错效果
❖Q: 为什么在链路层和端到端之间都要做可靠性 的校验?
3
链路层的服务 (续)
❖ 流量控制: 保持收发双方的同步
❖ 错误检测:
信号衰减和噪Байду номын сангаас会导致出错. 接收端检测到错误时:
❖ 给发送端信号要求重发或丢弃出错帧
❖ 错误校正:
接受端检测多个位错并加以校正 而无需要求发送端
重发
4
❖ 通过 “adapter（链网卡路或层适配:器实）”现实现
17
以太网结点间的时空图
冲突可能发生在: CSMA 的冲突
由于传播延迟两个节点可 能听不到对方的发送
冲突:
整个分组的传输时间被浪费
注意:
这里的冲突概率是由距离和 传播延迟来决定的
18
CS在M冲A突/发C生D后(C，o短llis时io间n D内e可te探cti测on到，冲突检测)
立即中断传输, 减少信道的时间浪费 坚持性或非坚持性重传
2,5,6的时隙则被闲置
14
信道分割的 MAC 协议: FDMA
FDMA: （频分复用）
❖ 信道按频谱分成频段，每个站点分得固定的频段 ❖ 在频段不用时该部分信道被闲置和浪费 ❖ 例如: 6各站点的 LAN, 1,3,4 发送分组, 而 2,5,6 的频段被
闲置
15
frequency bands
❖ 当结点有数随据要机发访送时问：协议
etc.)
❖ 交换式 (e.g., 交换式以太网, ATM etc)
9
多点访问协议
❖ 一条共享的通信信道 ❖ 两个或多个结点可同时发送信号: 相互干扰
在某一时刻只有一个结点可以成功地发送信号
❖ 多点访问协议:
分布式的算法来决定如何共享信道, i.e., 决定工 作站何时可以发送
注意：有关共享通道的通信（协商）也必须在 该通道自身上解决!
e.g., PCMCIA 卡, 以太网卡
一般适配器都含有: RAM, DSP 芯片, 主机的总线接 口, 和链路接口
M
Ht M Hn Ht M Hl Hn Ht M
application transport network
link physical
data link protocol
phys. link
❖ “排队”
严格协调访问来避免冲突
13
信道分割的 MAC 协议: TDMA
TDMA: time division multiple access （时分多
路） ❖ “依次” 访问信道 ❖ 每次每个站点分得固定长度的时隙 (时长 = 分
组的单位传输时间) ❖ 未用的时隙被闲置和浪费 ❖ 例如: 6个站点的LAN, 1,3,4 有分组发送, 而
使用信道全部的传输速率 R.
在诸多结点中不存在“预先”协商的机制
❖ 可能发生两个以上结点同时传输 -> “冲突” ❖ 随机访问的 MAC协议定义了:
如何检测冲突 如何从冲突中恢复 (e.g., 通过延迟重发)
❖ 随机访问 MAC协议的实例:
时隙ALOHA ALOHA CSMA and CSMA/CD
UDP 的checksum 字段
接收端:
v 对接收到的数据段进行校
验和计算
v 检查计算所得的校验和与
接收到值的是否相等 : NO – 出错了
YES – 没查出错误. 但 有可能存在错误? ….
8
有三种类型的 “链链路路”类: 型
❖ 点对点 ( e.g. PPP, SLIP) ❖ 广播式 (共享线路或介质; e.g, 以太网, 无线网,
10
多点访问协议
❖ 我们希望多点访问协议能够解决什么问题:
❖同步还是异步 ❖了解其他站点的信息 ❖健壮性 (e.g.如何对待信道错误) ❖性能
11
局域网与802协议组
❖ LLC 与 MAC
12
MAC 协议: 分类
❖ 通道分割 目标: 高效, 公平, 简单, 分散控制
将信道分割成较小的 “片” (时隙, 频率) 将小片分给各站点使用
接口卡
network link
physical
Hl Hn Ht M frame
2
链路层的服务
❖ 成帧, 链路访问:
将分组封装入帧, 加上帧头, 帧尾 如果是共享介质，则需实现信道的访问, ‘物理地址’ 放在帧首用来确定信源、信宿
❖物理地址≠IP地址 ❖ 在两台物理上连接的设备之间实现可靠传递:
不太用在误码率低的场合 (光纤, 某些双绞线) 无线链路: 误码率相当高
链路层: 工作环境
1
链路层: 工作环境
❖ 两个 物理上连接的 设备:
主机-路由器, 路由器-路由器, 主机-主机
❖ 协议数据单元: frame（帧）
M
Ht M Hn Ht M Hl Hn Ht M
application transport network
link physical
数据链路协议
物理链路
6
奇偶校验
单比特校验:
检测一位错误
两维单比特校验:
检测和校正单比特错误
0
0
7
因特网校验和 目的: 检测 数据段在传输过程中出现的错误 (注意: 仅用在传输层)
发送端:
v 把数据段的内容看成一
系列16-bit的整数
v 校验和: 对内容进行累
加 (1’s complement sum)
v 发送端将校验和放入
16
CSMA: Carrier Sense Multiple Access
CSMA: （载波检测多路访问）发送前侦听: ❖ 如果信道闲置: 发送整个分组 ❖ 如果信道忙, 推迟发送
坚持性 CSMA: 当信道闲置时，以p的概率立即 重试 (可能导致不稳定)
非坚持性 CSMA: 在某个随机间隔以后再试 ❖ 为人处事的规则之一: 不要打断别人的发言!
❖ 冲突检测:
在有线 LAN中简便易行: 检测信号强度, 比较收、 发的信号
在无线 LAN比较困难: 传输时接收器是关闭的
❖ 人类社会的范例: 彬彬有礼的交谈者
19
CSMA/CD 冲突检测
20
MAC 协议小结
❖ 对于共享介质可以做些什么?
信道分割, 按时间,频率或编码
adapter card
network link
physical
Hl Hn Ht M frame
5
错误检测
EDC= 错误检测校正（Error Detection and Correction ）位 D = 由检验位保护的数据, 可包括首部字段
错误检测不可能达到 100% 可靠! • 协议算法可能会忽略了某些错误, 但比例极小 • 较大的 EDC 字段可以产生较好的检错和纠错效果
❖Q: 为什么在链路层和端到端之间都要做可靠性 的校验?
3
链路层的服务 (续)
❖ 流量控制: 保持收发双方的同步
❖ 错误检测:
信号衰减和噪Байду номын сангаас会导致出错. 接收端检测到错误时:
❖ 给发送端信号要求重发或丢弃出错帧
❖ 错误校正:
接受端检测多个位错并加以校正 而无需要求发送端
重发
4
❖ 通过 “adapter（链网卡路或层适配:器实）”现实现
17
以太网结点间的时空图
冲突可能发生在: CSMA 的冲突
由于传播延迟两个节点可 能听不到对方的发送
冲突:
整个分组的传输时间被浪费
注意:
这里的冲突概率是由距离和 传播延迟来决定的
18
CS在M冲A突/发C生D后(C，o短llis时io间n D内e可te探cti测on到，冲突检测)
立即中断传输, 减少信道的时间浪费 坚持性或非坚持性重传
2,5,6的时隙则被闲置
14
信道分割的 MAC 协议: FDMA
FDMA: （频分复用）
❖ 信道按频谱分成频段，每个站点分得固定的频段 ❖ 在频段不用时该部分信道被闲置和浪费 ❖ 例如: 6各站点的 LAN, 1,3,4 发送分组, 而 2,5,6 的频段被
闲置
15
frequency bands
❖ 当结点有数随据要机发访送时问：协议
etc.)
❖ 交换式 (e.g., 交换式以太网, ATM etc)
9
多点访问协议
❖ 一条共享的通信信道 ❖ 两个或多个结点可同时发送信号: 相互干扰
在某一时刻只有一个结点可以成功地发送信号
❖ 多点访问协议:
分布式的算法来决定如何共享信道, i.e., 决定工 作站何时可以发送
注意：有关共享通道的通信（协商）也必须在 该通道自身上解决!
e.g., PCMCIA 卡, 以太网卡
一般适配器都含有: RAM, DSP 芯片, 主机的总线接 口, 和链路接口
M
Ht M Hn Ht M Hl Hn Ht M
application transport network
link physical
data link protocol
phys. link