计算机网络技术基础课程课件设计数据链路层

计算机网络技术基础课程数据链路层-本课程将深入探讨计算机网络中的数据链路层包括其功能、协议以及在网络通,信中的作用从基础概念到实际应用全面掌握数据链路层的关键技术,数据链路层的作用可靠传输差错控制数据链路层负责在物理层传输的基础上提供可靠的数据帧传输数据链路层使用差错检测和纠正机制确保数据帧的完整性服务访问控制流量控制通过合理的媒体访问控制协议调度多个设备共享网络资源数据链路层采取适当的流量控制机制以防止发送方超载接收方数据链路层的功能数据帧传输差错检测和纠正数据链路层将上层传来的数据打包成数据链路层使用校验码等技术检测和,帧并在帧头尾添加控制信息纠正在传输过程中产生的差错,流量控制访问控制数据链路层通过各种流量控制机制确数据链路层负责协调多个节点对共享,保数据传输的可靠性和效率信道的访问避免冲突,数据链路层的协议以太网协议点对点协议无线局域网协议PPP以太网协议是最广泛使用的局域网数据链路协议用于点对点连接提供可靠的数据无线局域网应用广泛其数据链路层协议定PPP,,层协议定义了数据帧的格式、访问介质的链路层连接、多种网络层协议支持以及身份义了无线电信道访问机制、帧格式和,MAC方式以及节点地址等验证等功能地址等物理层和数据链路层的关系物理连接1物理层负责提供物理连接和信号传输数据链路层则负责帧的组,装和拆解帧格式2数据链路层定义了数据帧的格式包括同步字段、地址字段和数,据字段等错误控制3数据链路层负责帧的差错检测和重传机制以确保数据传输的可,靠性数据链路层的帧格式数据链路层将应用层或网络层产生的数据分段并添加控制信息形,成数据帧数据帧通常包含目标地址、发送地址、控制信frame息和数据负荷等部分控制信息用于实现可靠传输、同步、流量控制等功能不同协议的数据帧格式各不相同例如以太网帧、帧、,HDLC PPP帧等帧格式的设计需要考虑效率、可靠性、兼容性等因素数据链路层的差错控制差错检测差错纠正流量控制访问控制数据链路层采用差错检测技术当检测到差错时数据链路层为防止发送端过快发送数据而数据链路层还要负责多个设备,来确保数据传输的可靠性常还会采用重传机制来纠正错使接收端缓冲区溢出数据链共享信道时的访问控制如,,见的方法包括奇偶校验、循环误以确保数据完整性这需路层还需要采用流量控制机或等机,CSMA/CD CSMA/CA冗余检查等要双方进行确认和重传操作制如滑动窗口协议制CRC,差错检测的方法奇偶校验循环冗余检验12CRC在每个字节的最高位添加或对数据进行多项式运算生成校10,,使得整个字节的二进制位数为验码并添加到帧末尾可以检奇数或偶数用于检测单错测多错误bit bit误海明码检验和34在数据位之间插入校验位可以将数据字节相加取反作为校验,,定位并纠正单错误对于高和添加到帧末尾简单易实现bit,速数据传输非常有用但只能检测部分错误重传机制错误检测通过数据链路层的差错检测机制可以发现数据传输过程中出现,的错误超时重传当发送端未在规定时间内收到确认应答会重新发送数据帧,可靠传输通过重传机制可以确保数据能够正确传递到接收端提高了传输,,的可靠性流量控制定义作用方法优势流量控制是数据链路层用来调流量控制可以防止快速发送者停止等待法合理的流量控制可以提高网络•节数据传输速率的一种机制淹没慢速接收者确保网络网资源的利用率减少数据包的,•滑动窗口法,它确保发送方不会向接收方发络通信的可靠性和稳定性丢失提高通信质量,送过多的数据从而导致接收,方无法及时处理点对点信道的协议协议-PPP协议简介协议的主要功能协议的应用场景PPP PPP PPP（）是一种协议提供了封装、链路建立和维护、验协议广泛应用于拨号上网、、PPP Point-to-Point ProtocolPPPPPPADSL广泛使用的数据链路层协议用于在两个直证和压缩等功能确保数据在点对点链路上等场景用于建立点对点链路并传输数,,ISDN,接连接的设备之间建立点对点链路和传输数安全可靠地传输据据协议的帧格式PPP协议使用标准的帧格式来传输数据帧由标志字段、地址字段、控制字段、PPP协议字段、信息字段和检验字段组成标志字段用于标识帧的开始和结束地址,字段标识目标地址控制字段用于流量控制和差错控制,协议的工作过程PPP建立连接1协议首先需要在主机和远程设备之间建立链路连接PPP链路协商2建立连接后双方开始协商参数以确定链路特性,数据传输3协商完成后链路进入数据传输阶段双方可以相互交换数据帧,,链路维护4协议还提供了链路监测和故障恢复等维护功能PPP协议的工作过程包括建立连接、链路协商、数据传输和链路维护等四个主要步骤通过这些步骤协议可以在主机和远程设备之间建立可靠PPP,PPP的点对点通信链路实现高效的数据传输,局域网的数据链路层协议以太网协议标准12IEEE

802.3以太网是最常见的局域网数据标准定义了以太网IEEE

802.3链路层协议广泛应用于办公和的帧格式、寻址方案和媒体访,家庭网络它使用问控制机制确保不同厂商设备CSMA/CD,访问机制进行媒体访问控制的互操作性无线局域网协议协议34PPP是最流行的无线局域网点对点协议是用于串行Wi-Fi PPP技术基于系列标链路上的数据链路层协议广泛,IEEE

802.11,准实现采用作为媒应用于拨号上网和广域网连,CSMA/CA体访问控制接以太网的机制CSMA/CD碰撞检测以太网使用机制来解决多台设备共享同一信道的冲突问题CSMA/CD退避算法当检测到冲突时设备会根据随机退避时间重传数据帧避免下次冲突,,数据帧格式以太网数据帧包含目的地址、源地址、数据和帧检验序列等部分以太网的帧格式以太网帧由前导码、目的地址、源地址、数据负载和帧检查序列等部分组成每个部分都有特定的作用确保数据能够在局域网中顺利传输帧格式的设计对以,太网的可靠性和高效性至关重要前导码用于同步接收端目的地址和源地址指明数据的传输方向数据负载包含实;;际要传输的信息帧检查序列用于检测和纠正传输过程中可能出现的错误;地址和物理地址MAC地址物理地址MAC地址是网络适配器的唯一标物理地址也称为硬件地址是设备MAC,识符用于在局域网中识别设备在物理网络层面上的地址用于标,,它是数据链路层的物理地址识设备的位置地址与物理地址地址组成MAC MAC地址是硬件层面的物理地址地址由位二进制数组成MAC,MAC48,而地址是逻辑层面的网络地通常以十六进制形式表示由两个IP,址两者配合使用可实现数据在冒号分隔的个字节组成6网络中的传输以太网交换机的工作原理接收数据帧1以太网交换机从连接端口接收数据帧查找地址表MAC2查找数据帧目的地址所对应的端口MAC转发数据帧3将数据帧转发到目的端口更新地址表MAC4记录源地址与输入端口的关联MAC以太网交换机的核心功能是通过地址表实现数据帧的转发和隔离当接收到数据帧时，交换机会查找地址表以确定目的端口并将数据帧MAC MAC,转发到相应端口同时交换机会不断更新地址表记录每个端口的地址提高转发效率MAC,MAC,虚拟局域网VLAN网络隔离广播域控制可将物理网络划分成多个逻辑可减少广播流量提高网络效VLAN VLAN,网段提高网络安全性率,灵活管理成本节省可根据需求随时调整网络拓扑可减少物理交换机和布线的需VLAN,VLAN提高网络灵活性求降低网络建设成本,的工作原理VLAN逻辑分组将计算机划分成独立的逻辑组使其不受物理位置的限制VLAN,广播域隔离可以将广播流量限制在同一个虚拟网络内提高网络效率VLAN,安全性增强可以对不同组织或部门的用户进行隔离提高网络安全性VLAN,的配置VLAN创建分配端口配置中继链路VLAN在交换机上创建所需的设置将交换机端口分配到相应的中确保在交换机之间建立中继链路允许不VLAN,VLAN VLAN,VLAN,和名称等基本信息每个设备都属于正确的同间的数据通信ID VLAN VLANVLAN无线局域网的数据链路层机制无线帧格式CSMA/CA无线局域网采用（载波监听多路访问冲突避免）机制来无线的数据链路层数据单元称为无线帧包括标头、数据部分和CSMA/CA/LAN,控制对信道的访问这种机制可以有效避免数据传输冲突尾部等用于接收端对数据进行识别和处理,地址质量控制MAC无线网络也使用地址来标识网络设备但地址是无线电无线信道容易受到干扰和衰落数据链路层需要实现更可靠的差错控MAC,MAC,波传播环境下确定的物理地址制和流量控制机制无线网络的机制CSMA/CA监听载波避免碰撞12在发送数据之前无线设备先检当监听到信道空闲时设备会广,,测信道是否空闲如果信道被播一个短小的请求发送信号占用设备会等待一段随机时间等待接收设备的清软发,RTS,再次尝试送回应CTS分段传输避免碰撞时冲突34大数据包会被分成多个小数据如果发生碰撞设备会启动回退,帧进行传输每个帧在发送前都算法随机等待一段时间后再次,,需要经过握手尝试发送RTS/CTS无线网络的帧格式无线网络采用特殊的帧格式来传输数据帧头包括目的地址、源地址和控制信息帧体携带实际数据帧尾包括差错检测码每一帧;;帧头、帧体和帧尾严格遵循固定的格式和顺序这种帧结构能确保数据传输的可靠性和安全性无线网络的地址MAC地址简介地址组成地址作用地址应用MAC MACMAC MACMAC地址是网络设备在数据MAC地址由6组16进制数字组•标识网络设备身份MAC地址被广泛应用于以太链路层的唯一标识符是一个成前组代表制造商编码后网、、蓝牙等各种局域,,3,3•实现数据帧的寻址和Wi-Fi位的物理地址它由制造组代表设备序列号网技术中用于识别和管理网48转发,商分配用于标识设备在网络络设备,•支持网络设备的双向中的位置通信蓝牙技术无线连接蓝牙是一种近距离无线连接技术无需布线方便快捷,,低功耗蓝牙设备具有低功耗特点适合移动设备使用,安全性蓝牙有多重安全机制如认证、加密等保护数据安全,,蓝牙的工作原理设备配对1蓝牙设备通过设备配对建立连接使用密钥交换机制确保安全,性低功耗传输2蓝牙技术采用跳频扩频技术在频段内快速跳频传输数,

2.4GHz据实现低功耗,数据传输3蓝牙设备在建立连接后可进行双向传输数据支持语音、音乐等,多种服务蓝牙的应用场景个人设备连接物联网应用智能家居医疗健康蓝牙技术可连接手机、电脑、蓝牙无线通信广泛应用于物联蓝牙技术可用于连接智能家居蓝牙可用于连接医疗设备如,耳机等个人设备实现音乐传网领域可实现家电、工业设设备如灯光、窗帘、冰箱等心率监测仪、血糖仪等将生,,,,,输、通话等功能提高设备间备、医疗设备等的远程监控和实现家居环境的智能化控制和理数据传输至移动终端实现,,的便携性和可用性控制管理远程医疗本章小结数据链路层概述主要协议12数据链路层负责可靠的点对点常见的数据链路层协议包括数据传输包括差错检测、重传、以太网和无线网络,PPP机制和流量控制等功能协议等CSMA/CA重点知识拓展应用34掌握数据链路层的帧格式、数据链路层技术还广泛应用于地址、交换机工作原理和蓝牙、无线局域网等场景了解MAC,配置等核心内容其工作机制很重要VLAN复习与思考题本章节涵盖了数据链路层的核心知识包括其作用、功能、主要协议以及与物理层的关系我们应该回顾并思考以下几个问题,:数据链路层的主要作用和功能是什么

1.数据链路层都有哪些常见的协议它们各自的特点是什么

2.以太网的机制是如何工作的它的帧格式是什么

3.CSMA/CD无线局域网的机制和帧格式有哪些特点

4.CSMA/CA蓝牙技术的工作原理和应用场景是什么

5.通过回忆和思考这些问题我们可以全面理解数据链路层的技术要点为后续的网络课程打下坚实的基础,,。