《介质访问子层》课件

介质访问子层介质访问子层是位于物理层和数据链路层之间的一个重要组成部分,它负责处理数据的访问和控制,确保数据在网络中能够可靠地传输介绍数据通信基础数据链路层功能网络层和数据链路层关系数据通信是通过使用计算机网络在不同设备数据链路层负责在物理层和网络层之间提供网络层负责端到端的数据传输,而数据链路之间传输数据的过程这包括数据的编码、可靠的数据传输服务它定义了数据帧的格层则负责节点之间的可靠传输两层协作完传输和接收等基本步骤式、错误检测和纠正等功能成整个通信过程物理层和数据链路层的关系物理层和数据链路层是网络协议栈中紧密相关的两个层次物理层负责数据的实际传输,如电压、频率、比特编码等,而数据链路层则处理如何可靠地传输这些数据帧两者协作,确保数据安全有序地在网络间流通数据链路层的主要功能帧格式化错误检测和纠正12将上层协议传下来的数据包划使用CRC校验码等机制检测和分为合适大小的帧,并添加头部纠正传输过程中可能产生的数和尾部信息据错误流量控制访问控制34通过滑动窗口等方式控制发送采用CSMA/CD、CSMA/CA等方的发送速率,避免接收方缓存多址接入方式,协调多个设备对溢出共享介质的访问数据帧的结构数据帧是数据链路层传输数据的基本单位它由标头、数据和尾部三部分组成标头包含目标地址、源地址和控制信息；数据部分包含实际要传输的信息；尾部包含校验码等信息数据帧的结构设计旨在实现可靠高效的数据传输数据帧的封装过程数据源编码将要发送的数据通过一定的编码方式转换成二进制格式添加帧头在数据前添加一些控制信息,如地址、同步、控制等,形成数据帧头添加校验码在数据帧的末尾添加循环冗余校验码CRC,用于检测传输过程中的错误物理层编码将最终的数据帧编码成适合在物理媒体上传输的电信号数据帧的传输过程装载数据1将需要传输的数据装载到数据帧的数据域中添加帧头尾2在数据域的前后添加特定的帧头和帧尾标识物理层传输3数据帧通过物理层的信号传输方式在网络上进行传输数据链路层的服务数据帧处理介质访问控制数据链路层负责将上层网络传下通过CSMA/CD或CSMA/CA等机来的数据包封装成数据帧,并提供制,协调网络设备对共享传输介质帧同步、差错控制等功能的访问,避免数据碰撞流量控制错误校正数据链路层可以控制发送方的发数据链路层采用CRC或奇偶校验送速度,防止接收方缓冲区溢出,确等机制,检测和纠正在物理层传输保可靠传输过程中出现的错误数据链路层的分类点对点协议广播型协议用于直连设备间的通信，如PPP协议利用广播方式进行通信，如以太网协议令牌环网协议无线局域网协议通过令牌传递的方式控制访问权限用于无线网络环境下的数据链路层协议常见的数据链路层协议点对点协议（）以太网协议无线局域网协议（令牌环网协议PPP）WLANPPP用于在两个直接相连的计以太网是最广泛使用的有线局令牌环网是一种基于令牌传递算机或设备之间建立可靠的数域网协议之一它采用WLAN协议包括IEEE

802.11系的局域网协议它采用轮询接据链路它支持多种网络层协CSMA/CD机制来解决网络碰列标准,提供了快速、安全的入机制,能有效避免网络冲突议并具有丰富的功能撞问题无线网络连接它利用CSMA/CA机制来避免冲突点对点协议（）PPP点对点协议结构点对点协议功能点对点协议应用场景PPP是一种常用的数据链路层协议,它定义了PPP协议主要负责数据帧的封装、数据链路PPP广泛应用于广域网、拨号上网、VPN等在点对点链路上如何封装和传输数据帧层的初始化和维护、网络层协议的协商以及场景,为远程连接提供了标准的数据链路层PPP协议包括物理层、数据链路层和网络层身份验证等功能,确保端到端的可靠通信解决方案几个层次以太网协议广泛应用地址MAC以太网协议是最广泛使用的局域以太网使用MAC地址进行数据帧网技术之一,应用范围涵盖家庭、的寻址和路由,并支持广播和组播办公和工业领域功能传输机制高效率以太网采用CSMA/CD载波监听以太网具有较高的传输速率和良多路访问/碰撞检测机制进行随好的可扩展性,是当今最常用的有机接入和碰撞检测线局域网技术无线局域网协议（）WLAN广泛应用场景基于标准IEEE

802.1112无线局域网协议广泛应用于家庭、办公和公共场所等多种场无线局域网协议主要基于IEEE

802.11系列标准,包括景,为用户提供方便灵活的网络连接

802.11a/b/g/n/ac等多个版本无线传输技术丰富的接入模式34采用射频技术在

2.4GHz或5GHz频段进行无线电波传输,实现支持基础服务集模式BSS和扩展服务集模式ESS等多种接数据的无线通信入模式以适应不同应用场景令牌环网协议基本原理工作机制优点局限性令牌环网协议采用令牌传递网络上有一个循环传递的令牌令牌环网能够提供确定性的时网络规模扩大时,令牌传递延的方式控制网络接入每个节,任何节点要发送数据时必须延性能,且没有碰撞问题,适合迟会增大,且网络故障时整个点按照预先规定的次序轮流获先获得令牌,发送完毕后再将用于对时延敏感的实时应用网络都会瘫痪,因此适用范围得发送权,从而避免了数据碰令牌传递给下一节点受限撞问题介质访问控制（）MAC网络通信管理数据帧控制冲突管理MAC层负责管理网络中设备之间的通信MAC层对数据帧进行封装、传输和访问控MAC层负责检测和解决设备之间的传输冲它决定何时以及如何发送数据帧制确保数据的安全可靠传输突,确保数据能够顺利传输随机接入方式公平性简单性随机接入方式允许所有设备平等随机接入协议的实现相对简单,每地竞争使用信道资源,无需预先协个设备依据自身情况独立决策何调或授权,实现了公平性时发送,不需要复杂的中央控制灵活性随机接入方式适应性强,能够应对动态变化的网络环境,无需修改现有协议就能满足不同场景需求时隙接入方式时间划分中央调度12时隙接入方式将时间划分为多时隙接入由中央设备分配时隙,个固定时长的时隙,每个站点只实现对接入时序的精确控制,提能在指定的时隙内发送数据,避高了网络效率免了时间冲突和碰撞时延保证复杂度高34由于时隙分配预先确定,可以保需要中央设备来分配和调度时证数据传输的时延,适用于需要隙,结构相对复杂,成本较高,不实时性的应用场景适用于小型网络轮询接入方式时间片轮询令牌轮询优先级轮询在固定的时间间隔内轮流给每个站点发送轮通过在站点之间传递一个特殊的令牌来控制根据每个站点的优先级进行轮询,优先级高询信号,以获取它们的发送请求共享介质的访问,只有持有令牌的站点才能的站点先获得发送机会发送数据令牌接入方式令牌传递网络拓扑访问控制在令牌接入方式中,网络上会传递一个令牌,令牌接入方式常见于环形网络拓扑,如令牌令牌接入方式通过令牌的发放和传递来控制只有获得令牌的站点才能发送数据帧此方环网网络节点按照固定的顺序传递令牌,网络节点的访问时间,确保网络资源的公平式可以避免数据帧冲突,提高网络效率确保公平的数据传输机会利用层的工作机制MAC多路访问控制1MAC层负责控制多个设备共享同一信道进行传输碰撞检测与避免2MAC层通过CSMA/CD和CSMA/CA协议检测和避免数据帧冲突帧格式化3MAC层对上层传下来的数据进行封装成数据帧MAC层是数据链路层的核心部分,负责共享信道的多路访问控制、碰撞检测与避免,以及数据帧的格式化等关键功能通过合理的多址接入机制,MAC层确保了网络中各设备能够有序、公平地访问共享信道,保证了数据传输的可靠性通信中的碰撞问题在网络通信中,当两个或多个节点同时尝试在共享的传输介质上发送数据帧时,就会发生数据帧的碰撞这会导致数据传输失败,需要进行重传,降低了网络的效率碰撞问题主要出现在共享式总线拓扑和无线通信中,需要通过合理的介质访问控制算法来检测和解决这一问题如何解决碰撞问题协议协议CSMA/CD CSMA/CA载波监听多路访问/碰撞检测CSMA/CD协议是一种常见的解决碰载波监听多路访问/碰撞避免CSMA/CA协议是无线局域网中常用撞问题的方法它通过在传输数据之前先监听信道是否空闲,如果的碰撞控制方法它在发送数据前先广播一个短的预先请求信号,检测到信道空闲才开始传输一旦检测到碰撞,立即停止传输并等等待目标设备的回应后再开始传输,从而尽量避免碰撞的发生待一段随机时间后重试协议CSMA/CD解决碰撞问题工作原理碰撞检测重传机制CSMA/CD（载波监听多路访当站点准备发送数据时,首先在数据帧传输过程中,站点会检测到碰撞后,站点会等待一问/带碰撞检测）协议是以太会监听信道是否空闲如果空不断检测信道上是否出现碰撞段随机时间后重新发送数据帧网中常用的访问方式之一,它闲,就立即发送数据帧;如果检一旦发生碰撞,就立即停止如果多次重传失败,就放弃通过监听信道并检测碰撞来解测到正在传输,就等待一段随发送并广播一个告警信号本次传输决数据帧在传输过程中发生的机时间后重试碰撞问题协议CSMA/CA无线环境下的碰撞避免CSMA/CA协议适用于无线网络,通过检测信道并进行随机延迟发送来避免数据帧碰撞确认机制接收端会发送ACK帧确认收到数据帧,发送端在收到ACK前不会发送下一帧退避机制在发送之前,发送端会等待一个随机的时间间隔,以降低碰撞的概率多址接入控制的优缺点优点缺点应用场景支持多个设备同时访问共享的网络资需要管理访问冲突和碰撞,增加了系统适用于无线网络、局域网等共享介质源,提高了整体通信效率复杂度和开销容易受到干扰和拥塞,的场景,在平衡性能和复杂度上需要仔影响可靠性细权衡数据链路层的性能指标误码率和丢包率误码率数据传输过程中发生错误的比例，反映了传输信号的质量一般越小越好丢包率数据传输过程中丢失数据包的比例，反映了网络的可靠性一般越小越好误码率和丢包率是评估数据链路层性能的两个重要指标它们反映了信号传输质量和网络可靠性提高数据链路层协议和物理设备的性能可以降低这两个指标吞吐量和时延10Gbps5ms吞吐量时延数据传输的速度和能力,是衡量网络性能的重要指标从数据发送到接收之间经过的时间,是网络响应速度的关键

99.99%200MB可靠性带宽高吞吐量和低时延必须与出色的可靠性相结合,以保证网络质量决定吞吐量上限的物理层指标,需要与链路层协议配合重要性和发展趋势不可或缺的网络基础适应新技术变革支撑产业数字化数据链路层是网络协议栈的关键层次,负责随着5G、物联网等新技术的崛起,数据链路工厂自动化、智能制造等产业数字化转型离可靠和安全地传输数据其地位和重要性不层协议需要不断创新和优化,以满足高带宽不开可靠的数据链路层协议,为工业互联网言而喻,是网络发展的基石、低时延和海量连接的需求的发展提供坚实的网络基础总结与展望总结发展趋势介质访问子层作为数据链路层的随着物联网、5G等新兴技术的兴重要组成部分,担负着控制和管理起,介质访问子层的技术创新将进网络节点间的数据传输和接入的一步推动网络速度、容量和可靠核心功能其工作机制、性能指性的提升,为未来智能化社会的建标以及发展趋势都值得我们深入设提供关键支撑了解和研究展望我们应密切关注介质访问子层的前沿动态,不断优化协议设计,提高系统性能,以满足日益复杂的网络应用需求,为信息化发展做出应有贡献。