《数据链路层》PPT课件.ppt

局域网概述,局域网的特点：局域网是将较小地理范围内的各种数据通信设备连接在一起的通信网络。局域网具有如下一些主要特点：,（1）局域网覆盖的地理范围比较小。（2）数据传输速率高。（3）传输时延小。一般在几毫秒至几十毫秒之间。（4）出错率低。,二、决定局域网和城域网的三要素,拓扑结构（逻辑、物理）介质访问方法传输介质,2,局域网的拓扑结构,匹配电阻,集线器,干线耦合器,总线网,星形网,树形网,环形网,（1）星型拓扑,每一个站点通过点-点链路连至中心节点，所有的通信都由中心节点控制，一般采用线路交换。,基本特性,优点,建网容易，配置方便；每个连接的故障容易排除，不影响全网；控制协议相对简单。,缺点,在同样覆盖面积内；所用电缆量较大；扩展不方便，需要预留或增设电缆；对中心节点要求非常高，一旦中心节点产生故障,全网将不能工作。,（2）环型拓扑,由一些中继器通过点到点链路连成的一个闭合环。入网设备连到中继器上。它从一条链路上接收数据,以相同速率在另一条链路上输出。数据在环上是单向传输的。,基本特性,优点,电线长度较短，与总线拓扑类似；适于采用光缆连接，从而提高数据速率。,缺点,某段链路或某个中继器有故障会使全网不能工作；站点离网、入网都较困难。,（3）总线拓扑,将所有站点通过硬件接口连接到单根传输介质共享总线上。,基本特性,优点,与星型拓扑相比，所需电缆长度较短；结构简单，可靠性高；扩充(如增加站点、延长电缆等)较容易。,缺点,故障检测不很容易，如总线有故障需分段查找，如站点有故障需一个一个查。,传输介质类型与介质访问控制方法,局域网的传输介质类型同轴电缆双绞线光纤无线通信信道,7,媒体共享技术（共享信道）,静态划分信道频分复用时分复用波分复用码分复用动态媒体接入控制（多点接入）随机接入（碰撞）受控接入，如多点线路探询(polling)，或轮询。,不适合局域网,局域网的介质访问控制方法,带冲突检测的载波监听多路访问(CSMA/CD-CarrierSenseMultipleAccessWithCollisionDetection)令牌环(TokenRing)；令牌总线(TokenBus)。,9,介质访问控制方法要解决以下几个问题：该哪个结点发送数据？发送时会不会出现冲突？出现冲突怎么办？,10,802.2逻辑链路控制LLC,802.3CSMA/CD,802.4令牌总线,802.5令牌环,802.11无线局域网,802.16宽带无线城域网,三、IEEE802参考模型（局域网标准）,11,说明：802.1网络管理，流量测定，故障检测等功能802.2LLC子层功能802.3开始，MAC子层的各个模块802.16城域网802.11无线局域网等,数据链路层,物理层,网络层,LogicalLinkControl,MediaAccessControl,向上层提供连接环境,对下层提供媒体访问方法,物理层,12,OSI/RM,局域网802参考模型,数据链路层的两个子层,为了使数据链路层能更好地适应多种局域网标准，802委员会就将局域网的数据链路层拆成两个子层：逻辑链路控制LLC(LogicalLinkControl)子层LLC子层负责与网络层的问题媒体接入控制MAC(MediumAccessControl)子层。MAC子层负责与物理层相关的所有问题；,13,局域网,网络层,物理层,站点1,网络层,物理层,数据链路层,站点2,LLC子层看不见下面的局域网,局域网对LLC子层是透明的,IEEE802标准系列,网卡的作用,网络接口板又称为通信适配器(adapter)或网络接口卡NIC(NetworkInterfaceCard)，或“网卡”。网卡的重要功能：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。,计算机通过适配器和局域网进行通信,硬件地址,至局域网,适配器（网卡）,串行通信,CPU和存储器,生成发送的数据处理收到的数据,把帧发送到局域网从局域网接收帧,计算机,IP地址,并行通信,Ethernet物理地址,Ethernet地址网络物理地址物理网络地址;Ethernet地址=ManufactureID+NICID24bit+24bit公司：Cisco00-00-0cIBM08-00-5A典型的Ethernet地址：00-00-0C-01-23-45Ethernet地址具有惟一性，取决于你所使用的网卡。,制造商ID,由公司分配的地址部分,四、典型以太网概述,1.以太网的拓扑结构共享式以太网的逻辑拓扑结构是“总线型”，是根据其介质访问控制方式而定义的；其物理拓扑结构有总线、星型（树型，即扩展星型）几种，最常用的是星型拓扑。2.以太网的介质访问控制方式以太网核心技术：随机争用型介质访问控制方法：即CSMA/CD。,以太网的产品标准与分类,低速产品的常见标准符合IEEE802.3标准的以太网络低端产品的传输速率通常为10Mb/s，其常用的正式标准有以下3种：10BASE5、10BASE2和10BASET。其他以太网标准100BASE系列：快速以太网。1000BASE系列：千兆位以太网。交换式以太网系列：10Mb/s、100Mb/s和1000Mb/s。,IEEE802.3标准,传输速度：介质访问控制方法：拓扑结构传输类型：以太网的广播方式发送以太网发送的数据编码。,共享以太网的总结,CSMA/CD载波监听多点接入/碰撞检测,逻辑拓扑为“总线”结构；物理拓扑为“总线”和“星型”结构,帧交换,曼彻斯特(Manchester),数据率为10Mb/s的以太网在物理媒体上的码元传输速率是多少码元/秒？,1CSMA/CD,CD（CollisonDetect），CSMA（CarrierSenseMultiAccess）带冲突检测的载波监听多点接入,以太网的工作原理和访问控制方法CSMA/CD,1.载波监听与多点接入（CSMA）我们把查看信道上有无数字信号传输称为“载波监听”，“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。2.冲突检测（CD）每个计算机结点上的冲突检测器（如网卡）具备发现冲突和处理冲突的能力。,CSMA/CD协议,CSMA/CD的工作原理可以概括为以下四点：先听后发。边听边发。冲突停止。随机延迟后重发。,有冲突检测的载波监听多路访问（CSMA/CD）监听信道是否空闲，如果空闲就立即发送数据，并继续监听如果信道忙就一直监听，直到信道空闲，立即发送在传输过程中，一旦发现冲突，立即停止发送，并发送干扰信号来强化冲突，以便让其他结点知道发送完干扰信号，等待一个随机时间再试图发送，即转到,1km,A,B,t,t=0,单程端到端传播时延记为,传播时延对载波监听的影响,1km,A,B,t,t=B检测到信道空闲发送数据,t=/2发生碰撞,A,B,A,B,t=0A检测到信道空闲发送数据,A,B,t=0,A,B,单程端到端传播时延记为,以太网发送的不确定性,争用期,先发送数据帧的站（A），在发送数据帧后至多经过时间2（两倍的端到端往返时延）就可知道发送的数据帧是否遭受了碰撞。以太网的端到端往返时延2称为争用期，或碰撞窗口。经过争用期这段时间还没有检测到碰撞，才能肯定这次发送不会发生碰撞。,最短有效帧长,如果发生冲突，就一定是在发送的前64字节之内。由于一检测到冲突就立即中止发送，这时已经发送出去的数据一定小于64字节。以太网规定了最短有效帧长为64字节，凡长度小于64字节的帧都是由于冲突而异常中止的无效帧。,争用期的长度,以太网取51.2s为争用期的长度。对于10Mb/s以太网，在争用期内可发送512bit，即64字节。以太网在发送数据时，若前64字节没有发生冲突，则后续的数据就不会发生冲突。,二进制指数类型退避算法,发生碰撞的站在停止发送数据后，要推迟（退避）一个随机时间才能再发送数据。确定基本退避时间，一般是取为争用期2。定义重传次数k，k10，即k=Min重传次数,10从整数集合0,1,(2k1)中随机地取出一个数，记为r。重传所需的时延就是r倍的基本退避时间。当重传达16次仍不能成功时即丢弃该帧，并向高层报告。,第1次重传，k=?随机数从【？】取；重传推迟时间=？第2次重传，k=?随机数从【？】取；重传推迟时间=？,假定在使用CSMA/CD协议的10Mb/s以太网中某个站在发送数据时检测到碰撞，执行退避算法时选择了随机数r=100。试问这个站需要等待多长时间后才能再次发送数据？如果是100Mb/s的以太网呢？,答：对于10Mb/s的以太网，以太网把争用期定为51.2微秒，要退后100个争用期，等待时间是51.2（微秒）*100=5.12ms对于100Mb/s的以太网，以太网把争用期定为5.12微秒，要退后100个争用期，等待时间是5.12（微秒）*100=512微秒,假定1km长的CSMA/CD网络的数据率为1Gb/s。设信号在网络上的传播速率为200000km/s。求能够使用此协议的最短帧长。,强化碰撞,当发送数据的站一旦发现发生了碰撞时：立即停止发送数据；再继续发送若干比特（32b或48b）的人为干扰信号(jammingsignal)，以便让所有用户都知道现在已经发生了碰撞。,人为干扰信号,A,B,t,B也能够检测到冲突，并立即停止发送数据帧，接着就发送干扰信号。这里为了简单起见，只画出A发送干扰信号的情况。,帧间最小间隔为9.6s，相当于96bit的发送时间。一个站在检测到总线开始空闲后，还要等待9.6s才能再次发送数据。这样做是为了使刚刚收到数据帧的站的接收缓存来得及清理，做好接收下一帧的准备。,帧间最小间隔,根据奈奎斯特公式C=2HLog2N由题意C=192Kbps,H=32K解得Log2N=192/(32*2)=3,所以N=8至少需要相位82=4(种),采用相幅调制(PAM)技术在带宽为32KHz的无噪声信道上传输数字信号，每个相位处都有两种不同幅度的电平。若要达到192Kbps的数据速率，至少要有多少种不同的相位?,长2km、数据传输率为10Mbps的基带总线LAN，信号传播速度为200m/s，试计算：(1)1000比特的帧从发送开始到接收结束的最大时间是多少?(2)若两相距最远的站点在同一时刻发送数据，则经过多长时间两站发现冲突?,(1)1000bit/10Mbps+2000m/200(m/s)=100s+10s=110s(2)2000m/2/200(m/s)*2=10s,某局域网采用CSMA/CD协议实现介质访问控制，数据传输速率为10Mbps，主机甲和主机乙之间的距离为2km，信号传播速度是200000km/s。请回答下列问题，要求说明理由或写出计算过程。（1）若主机甲和主机乙发送数据时发生冲突，则从开始发送数据时刻起，到两台主机均检测到冲突时刻止，最短需要经过多长时间？最长需要多长时间（假设主机甲和主机乙发送数据过程中，其它主机不发送数据）。（2）若网络不存在任何冲突与差错，主机甲总是以标准的最长以太帧（1518字节）向主机乙发送数据，主机乙每成功收到一个数据帧后立即向主机甲发送64字节的确认帧，主机甲收到确认帧后方可发送下一个数据帧。此时主机甲的有效数据传输速率是多少?(不考虑以太帧的前导码),（1）当甲乙同时发送，检测到冲突时间最短：2km/2/2000000km/s*2=10us;该局域网的冲突窗口即是检测到冲突时间最长：2km/2000000km/s*2=20us（2）发送数据帧延时=1518*8b/10Mbps=1214.4us;发送确认帧延时=64*8b/10Mbps=51.2us;主机甲的有效数据传输率=1500*8b/（1214.4us+51.2us）=9.33Mbps,