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计算机网络:数据链路层:有线和无线网络

2016-12-05

应用层、传输层和网络层的通信是端到端的,而数据链路层的通信是结点到结点的。在网络中,将端主机和路由器视为节点,将它们之间的网络视为链路。

有线网络

介绍

结点和链路

应用层、传输层和网络层的通信是端到端的,而数据链路层的通信是结点到结点的。在网络中,将端主机和路由器视为节点,将它们之间的网络视为链路。
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两类链路

有点对点链路和广播链路,在点对点链路中,链路专供给两个设备使用;在广播链路中,链路在几对设备之间共享。
例如,当两个朋友通过家用电话聊天时,他们使用的是点对点链路。当它们使用蜂窝电话时,他们使用的是广播链路,因为空气由很多蜂窝电话用户共享。

两个子层

将数据链路分为两个子层:数据链路控制(DLC)和介质访问控制(MAC)。DLC处理两类链路的共有问题,而MAC只处理广播链路的特定问题。

数据链路控制(DLC)

DLC处理两个邻近结点的通信过程,无论该链路是专用的还是广播的。DLC的功能包括:成帧、流量控制、差错控制、差错检测和差错纠正。

两种DLC协议

HDLC协议是很多为局域网设计的协议的基础,而PPP来源于HDLC ,用于点对点链路。

多路访问协议

当我们使用专用链路时,如拨号电话线,我们只需要诸如PPP的数据链路控制协议。另一方面,如果我们和其他用户共享有线的或者无线介质,我们首先需要一个协议来管理共享过程,然后进行数据传输。
多路链路或者广播链路保证两个人不会同时发言,发言者不会打扰到彼此,不会独占发言权。我们要阻止结点间的冲突,如果由于某种原因冲突发生了,就要及时处理该冲突。
有3组协议设计用来处理访问共享链路。
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随机访问

在随机(竞争)访问方法中,没有站点优于其他站点。只要遵循预定义的程序,包括介质状态的检测,满足条件的每一个站点都能传输数据。
随机访问中,每个站点的传输没有特定的时间表,站点的传输是随机的,也没有规则来规定下一个将要发送的站点是哪一个。
然而,如果多于一个站点尝试发送时,便会产生访问冲突碰撞,那么便会有帧被破坏或修改。

受控访问

在受控访问中,站点之间互相协商以确定哪一个站点有权发送帧。如果一个站点没有其他站点授权,该站点就不能发送帧。
我们讨论3种受控访问方式。

预约

轮询

轮询地拓扑结构是一个设备做主站,其他设备是从站。所有的数据交换必须通过主站设备。由主站决定哪一个设备在给定的时间内使用通道,缺点是如果主站出现问题,系统就崩溃了。

令牌传递

在令牌传递中,网络中的站点组织为一个逻辑环,每个站点都有一个前驱和一个后继。访问权由前驱结点传递到当前节点,如果当前节点没有数据发送时,访问权传递给后继结点。
访问权是通过令牌这个特殊的信息分组实现的,它在环中循环。
站点获得令牌的时间必须是受限制的,令牌必须被监控以确保它没有丢失或者被破坏。

通道化

通道化也称为通道划分,它是一种多路访问方法。不同的站点之间可以通过时间、频率或编码共享链路的可用带宽。它通常在无线网络中使用。

链路层寻址

源端IP地址和目的端IP地址只定义了两个终端但是没有定义数据报应该经过哪条链路。
链路层地址有时称为物理地址MAC地址。当数据报从网络层传递到数据链路层时,数据报被封装为帧,两个数据链路层地址添加到帧头部。每当帧从一个链路移动到另一个链路时,这两个地址就要发生变化。
MAC地址的长度依赖于链路层使用的协议。

地址解析协议(ARP)

ARP协议是定义在网络层的辅助协议之一,它属于网络层,但它将IP地址映射为逻辑链路地址。

有线局域网

TCP/IP协议簇没有为数据链路层和物理层定义任何协议,换言之,TCP/IP接收这两层中能够向网络层提供服务的任意协议。

点对点网络

一些点对点网络,如拨号、DSL和电缆用来为因特网用户提供互联网络接入。由于这些网络在两个设备之间使用一个专用链接,因此它们不使用介质访问控制,只需要PPP协议即可。

拨号

拨号网络使用电话网络提供的服务来传输数据。电话网络最初是一个传输声音的模拟系统,现在大部分的电话网络是数字的,只有连接用户接入电话网络的那部分线路是模拟的。传输数字数据的需求导致了拨号调制解调器的发明。
调制解调器是信号调制器和信号解调器的合成词。调制器由数字数据创建一个模拟信号。解调器把调制信号恢复成数字数据。其下载速率最大为56kbps,上传速率最大为33.6kbps。
当电话线路用于因特网接入时,不能同时用于音频通信。

数字用户线路(DSL)

DSL通过现有的电话来支持高速数字通信,它是一组技术,每一种的第一个字母都不同,(ADSL、VDSL、HDSL和SDSL),该集合经常被称为xDSL。这里主要讨论ADSL。
ADSL使用已经存在的电话线路(本地环路),而整个可用带宽被分为一个音频通道、一个上行通道和一个下行通道。
ADSL允许用户同时使用音频通道和数据通道。

电缆

简单来说,有线电视公司也能像电话公司那样称为ISP,为用户提供因特网服务。在用户住所,有线调制解调器将数据和视频分离,将其发送到电视或计算机。

连接设备

连接设备可以运行在因特网模型的不同层次上,中继器(或集线器)、链路层交换机(或两层交换机)和路由器(或三层交换机)。
中继器和集线器运行在物理层,链路层交换机和两层交换机运行在前两层,路由器和三层交换机运行在前三层。

中继器和集线器

中继器是只工作在物理层的设备。在网络中携带信息的信号在衰减到危及数据完整性之前,可以传输一段固定距离。中继器接收信号,在信号变得很弱或是被破坏之前,重新生成被破坏的位,并且从每个端口发送出去。
多端口的中继器就是集线器。两者都没有过滤功能。

链路层交换机

链路层交换机运行在物理层和数据链路层,作为物理层设备,它重新生成它接收到的信号,作为链路层设备,它能够检查包含在帧中的MAC地址。
相比集线器,链路层交换机有过滤功能,它可以检查帧的目的地址,决定帧该从哪个端口发送。

路由器

路由器是三层设备,它工作在物理层、数据链路层和网络层。
作为物理层设备,它重新生成信号,作为数据链路层设备,它检查包含在分组中的MAC地址,作为网络层设备,它检查IP地址。
和前面两种设备相比,路由器有以下特点:
1. 路由器每个端口都有一个MAC地址和一个IP地址。
2. 路由器转发分组时,它改变分组的链路层地址。

无线网络和移动IP

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