《数据链路层下》课件

数据链路层数据链路层是模型中的第二层，负责在两个直接相连的节点之间可靠OSI地传输数据数据链路层主要功能包括物理地址寻址、差错检测和纠正、流量控制和链路管理by引言数据链路层关键角色计算机网络体系结构的第二层实现节点之间可靠的数据传输数据帧多种协议在物理层比特流基础上封装数如以太网、令牌环网、无线局据帧，包含地址、控制信息等域网数据链路层概述物理连接错误检测数据帧封装数据链路层负责在相邻节点之间建立物数据链路层负责检测和纠正数据传输过数据链路层将数据封装成帧，添加帧头理连接，确保数据在物理链路上传输程中的错误，保证数据完整性和帧尾，以便识别和传输数据数据链路层的功能帧封装物理地址识别

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2.12将数据分组封装成帧，并在使用地址来识别网络中MAC帧中添加必要的控制信息，的节点，确保数据帧能够正例如帧起始符、帧结束符、确地发送到目标节点地址信息和校验和差错控制流量控制

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4.34检测数据传输过程中出现的调节数据传输速率，避免发错误，并采取措施进行纠正送方过快地发送数据，导致或重传，确保数据传输的可接收方处理不过来，造成数靠性据丢失数据链路层的服务无连接服务数据链路层不需要与网络层建立连接数据包直接发送，无需建立连接面向连接服务数据链路层需要与网络层建立连接，以确保数据包的可靠传输可靠数据传输数据链路层提供错误检测和纠正机制，保证数据传输的可靠性点对点链路控制点对点链路控制是数据链路层中的一种基本控制方式，用于在两个网络节点之间建立可靠的通信连接该方式通常用于局域网中，通过使用帧格式和链路控制协议来确保数据传输的可靠性和有效性123数据传输帧接收确认机制发送节点将数据封装成帧，并通过物理层接收节点接收帧并进行校验，以确保数据接收节点发送确认帧给发送节点，以确认发送到接收节点完整性数据接收成功点对点链路控制的基本工作过程发送方1发送数据帧接收方2接收数据帧确认3发送确认帧重传4超时重传数据帧点对点链路控制是数据链路层最基本的工作模式，该模式下的通信双方称为站在点对点链路控制中，发送方将数据封装成帧，并发送到接收方接收方在收到数据帧后，会发送确认帧给发送方，表示数据已成功接收如果发送方在一定时间内未收到确认帧，则会重新发送数据帧帧格式帧格式是数据链路层中用于封装数据的结构帧格式通常包含以下元素帧起始符•目标地址•源地址•数据•帧校验序列•帧结束符•链路控制协议协议分类功能链路控制协议分为两种类型数据链路链路控制协议负责在节点之间建立和维控制协议和媒体访问控制协议数据链护可靠的数据传输它们负责数据帧的路控制协议用于管理数据帧的传输，而封装、地址解析、错误检测和纠正、流媒体访问控制协议则用于控制对共享网量控制等功能络介质的访问停止等待协议-发送方发送帧发送方发送一个帧，并等待确认帧接收方收到帧接收方收到帧后，发送确认帧，并继续处理数据发送方收到确认帧发送方收到确认帧后，发送下一个帧超时机制如果发送方在一定时间内没有收到确认帧，则超时，重新发送该帧连续协议ARQ连续协议是一种可靠的数据传输协议，用于确保数据在传输过程中不会丢失或损坏它通过在发送和接收数据帧之间建立一个滑动窗口，来实现数据传输ARQ的可靠性确认帧1接收方发送确认帧以确认收到数据帧ACK定时器2发送方使用定时器来检测数据帧是否丢失滑动窗口3发送方和接收方使用滑动窗口来管理数据帧的传输序列号4数据帧使用序列号来标识数据帧的顺序连续协议中，发送方可以连续发送多个数据帧，而无需等待接收方的确认接收方则根据收到的数据帧的序列号，判断数据帧的顺序是否正确如果出现ARQ丢失或损坏的帧，接收方将向发送方发送重传请求发送方收到重传请求后，将重新发送丢失或损坏的帧空间分割频分多址时分多址

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2.12将信道带宽分成若干个子信将时间分成若干个时间片，道，每个用户占用一个子信每个用户占用一个时间片道码分多址空间分割

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4.34将每个用户的信号用不同的将物理信道分成若干个独立码字进行区分的信道，每个用户占用一个信道时分多址访问技术时间片轮流时间片固定每个用户分配一个时间片，轮每个时间片分配给不同的用户流使用信道信道时间被分成，轮流使用用户在自己的时若干时间片，每个时间片分配间片内可以独占信道，不受其给一个用户他用户的干扰低成本效率提升时分多址技术相对简单，成本多个用户共享信道，提高了信较低不需要额外的硬件设备道利用率，减少了信道浪费，只需要通过软件实现即可频分多址访问技术频分多址访问技术概述频分多址访问技术将通信信道划分为多个频率段，FDMA每个用户分配一个独立的频率段，在同一时间使用不同的频率段进行通信每个用户在分配的频率段内独占带宽，不受其他用户干扰码分多址访问技术码片序列正交性扩频技术每个用户分配一个唯一的码片序列，用不同用户的码片序列相互正交，确保不将信号的带宽扩展到比原始信号带宽更于区分不同的用户同用户之间不会互相干扰大的范围，提高信号抗干扰能力多路访问的基本原理多路访问技术指多个用户共享同一信道，有效利用信道资源使用多路访问技术，可以实现多个设备共享网络带宽，降低成本以太网以太网是一种常用的局域网技术，它使用访问方法CSMA/CD，并基于标准IEEE

802.3以太网通常使用双绞线进行连接，传输速率包括UTP10Mbps、、和等100Mbps1Gbps10Gbps以太网广泛应用于各种网络环境中，例如企业网络、家庭网络和互联网接入等以太网的物理层物理介质网络接口卡以太网使用双绞线、同轴电缆或光纤等物理网络接口卡（）连接计算机和网络，并NIC介质传输数据这些介质的类型会影响传输负责将数据从计算机转换为网络信号，反之速度和距离亦然集线器交换机集线器是连接多个设备的简单设备，它将所交换机比集线器更智能，它可以根据数据包有设备连接到一个公共的网络的目的地址进行转发，提高网络效率以太网的数据链路层以太网帧以太网数据链路层使用以太网帧进行数据传输，它包含帧头、数据部分和帧尾地址MAC以太网帧中包含源地址和目的地址，用于识别网络设备MAC MACCSMA/CD以太网使用载波侦听多路访问冲突检测（）协议来管理网络访问/CSMA/CD以太网的协议帧格式以太网帧格式包括前导码、帧起始符、目的地址、源地址、类型MAC MAC、数据字段和帧校验序列其中数据字段包含上层协议的数据，帧校验序列用于检测帧传输过程中是否出现错误以太网的访问方式CSMA/CD载波侦听发送数据前，先侦听网络上是否有其他设备正在发送数据碰撞检测如果检测到碰撞，立即停止传输数据，并发送一个称为“干扰信号”的信号随机退避发送干扰信号后，等待一个随机的时间，然后再次尝试发送数据指数退避如果多次发生碰撞，等待的时间会指数级地增长，以避免频繁的碰撞拓扑结构网络拓扑结构是指网络中各节点之间的连接方式，决定了数据在网络中传输的路径常见的网络拓扑结构有总线型、星型、环型、树型、网状型等不同的拓扑结构具有不同的优缺点，例如总线型结构简单但可靠性较低，星型结构可靠性较高但成本较高，环型结构效率较高但容易出现单点故障，网状型结构最复杂但可靠性最高交换机高效连接集中控制交换机连接多个网络设备，如计算机、服务器和路由器交换机管理网络流量，提高网络性能，并确保数据传输的安全和可靠性交换机的工作原理接收数据帧1交换机接收来自网络设备的数据帧，并分析帧中的目标地址MAC查找地址表MAC2交换机根据目标地址查找地址表，以确定目标设备所在的端口MAC MAC转发数据帧3交换机将数据帧转发到目标端口，只发送给目标设备，不会广播到所有端口交换机的转发机制接收帧1交换机接收来自网络设备的帧，检查帧中的目标地MAC址查找地址表MAC2交换机在地址表中查找目标地址，以确定对MAC MAC应端口转发帧3交换机将帧转发到相应的端口，以便将数据传递到目标设备交换机的生成树协议生成树协议生成树协议是一个网络协议，用于防止网络环路的产STP生它通过识别网络中的冗余路径并将其阻塞，从而防止数据包在网络中无限循环虚拟局域网虚拟局域网是一种网络技术，它允许在同一物理网络VLAN中创建多个逻辑网络，从而提高网络效率和安全性允许将用户分组到不同的广播域中，从而减少网络流量VLAN和广播风暴，并提高安全性虚拟局域网概述虚拟局域网的概念的优势VLAN虚拟局域网是一种网具有以下优势提高网VLAN VLAN络技术，它将物理上位于不同络安全性、简化网络管理、优网段的计算机逻辑地分组到一化网络性能、灵活配置网络资起，形成独立的广播域源允许用户在一个物理网VLAN络中创建多个虚拟网络，并对这些虚拟网络进行独立的管理和控制的应用VLAN在现代网络中得到了广泛应用，例如企业网络、校园网络、VLAN数据中心网络虚拟局域网的工作原理主机发送数据1主机将数据帧发送到交换机交换机查找VLAN2交换机根据数据帧中的，确定目标主机所属的VLAN IDVLAN转发数据帧3交换机将数据帧转发到同一个内的目标主机VLAN虚拟局域网（）允许将逻辑网络构建在物理网络之上，实现网络隔离和资源管理交换机是实现的关键设备，它通过VLAN VLAN将主机划分到不同的逻辑网络当主机发送数据帧时，交换机根据数据帧中的确定目标主机所属的，并VLAN IDVLAN IDVLAN将数据帧转发到同一个内的目标主机VLAN虚拟局域网的配置端口配置配置VLAN ID12将端口分配到不同的中，允许不同的设备之为每个定义唯一的标识符，确保之间的隔离VLAN VLAN VLAN VLAN间进行通信优先级配置策略配置VLAN VLAN34为不同的设置优先级，在网络拥塞时确保重要数据为每个定义流量控制策略，例如访问控制列表VLANVLAN流的优先传输，限制之间的通信ACL VLAN总结数据链路层是网络协议栈的关键层之一，它负责在相邻节点之间可靠地传输数据帧数据链路层在点对点链路控制、多路访问控制和帧格式方面发挥着重要作用。