【計算機網絡】——數據鏈路層（下）

1.媒體接入控制

1.1基本概念

共享通道要考慮的一個重要問題就是如何協調多個發送和接受站點對一個共享傳輸媒體的占用，即媒體接入控制MAC（Medium Access Control）

隨著技術的發展，交換技術的成熟和成本的降低，具有更高性能的使用點對點鏈路和鏈路層交換機的交換時局域網在有線領域已完全取代了共享式局域網，但由于無線信道的廣播天性，無線局域網仍然使用的式共享媒體技術。

1.2靜態劃分信道

信道復用

復用是通信技術中的一個重要概念。復用就是通過一條物理線路同時傳輸多路用戶的信號。

當網絡中傳輸媒體的傳輸容量大于多條單一信道傳輸的總通信量時，可利用復用技術在一條物理線路上建立多條通信信道來充分利用傳輸媒體的帶寬。

1. 頻分復用FDM

頻分復用的所有用戶同時占用不同的頻帶資源并行通信

2.時分復用TDM

時分復用的所有用戶在不同的時間占用同樣的頻帶寬度

3.波分復用WDM

波分復用就是光的頻分復用

4.碼分復用CDM

4.1碼分復用CDM是另一種共享信道的方法。由于該技術多用于多址接入，常常被稱為碼分多址CDMA

與FDM和TDM不同，CDM的每一個用戶可以在同樣的時間使用同樣的頻帶進行通信。

由于各用戶使用經過特殊挑選的不同碼型，因此各用戶之間不會造成干擾

CDM最初是用于軍事通信的，因為這種系統所發送的信號有很強的抗干擾能力，其頻譜類似于白噪聲，不易被敵人發現。

4.2?在CDMA中，每一個比特時間再劃分為m個短的間隔，稱為碼片(Chip)。通常m的值是64或128

使用CDMA的每一個站被指派一個唯一的m bit碼片序列

一個站如果要發送比特1，則發送它自己的m bit碼片序列

一個站如果要發送比特0，則發送它自己的m bit碼片序列的二進制反碼

4.3碼片序列的挑選原則如下:

1.分配給每個站的碼片序列必須各不相同，實際常采用偽隨機碼序列。

2.分配給每個站的碼片序列必須相互正交(規格化內積為0)。

令向量S表示站S的碼片序列，令向量T表示其他任何站的碼片序列。兩個不同站S和T的碼片序列

正交，就是向量S和T的規格化內積為0:

1.3動態接入控制——動態接入控制——隨機接入

1.3.1載波監聽多址接入/碰撞檢測 (CSMA/CD)

總線局域網使用的協議：CSMA/CD

1.CSMA/CD協議——爭用期（碰撞窗口）

經過爭用期這段時間還沒有檢測到碰撞，才能肯定這次發送不會發生碰撞。

每一個主機在自己發送幀之后的一小段時間內，存在著遭遇碰撞的可能性。這一小段時間是不確定的。它取決于另一個發送幀敞主機到本主機的距離，但不會超過總線的端到端往返傳播時延，即一個爭用期時間。

顯然，在以太網中發送幀的主機越多，端到端往返傳播時延越大，發生碰撞的概率就越大。因此，共享式以太網不能連接太多的主機，使用的總線也不能太長。

10Mb/s以太網把爭用期定為512比特發送時間，即51.2us，因此其總線長度不嫩超過5120m，但考慮到其他一些因素，如信號衰減等，以太網規定總線長度不能超過2500m

2.CSMA/CD協議——最小幀長

以太網規定最小幀長為64字節，即512比特(512比特時間即為爭用期);

如果要發送的數據非常少，那么必須加入一些填充字節，使幀長不小于64字節。

以太網的最小幀長確保了主機可在幀發送完成之前就檢測到該幀的發送過程中是否遭遇了碰撞;

如果在爭用期(共發送64字節)沒有檢測到碰撞，那么后續發送的數據就一定不會發生碰撞;如果在爭

用期內檢測到碰撞，就立即中止發送，這時已經發送出去的數據一定小于64字節，因此凡長度小于

64字節的幀都是由于碰撞而異常中止的無效幀。

最大幀長

3.CSMA/CD協議——截斷二進制指數退避算法

若連續多次發生碰撞，就表明可能有較多的主機參與競爭信道。但使用上述退避算法可使重傳需要

推遲的平均時間隨重傳次數而增大(這也稱為動態退避)，因而減小發生碰撞的概率，有利于整個系

統的穩定。

當重傳達16次仍不能成功時，表明同時打算發送幀的主機太多，以至于連續發生碰撞則丟棄該幀，

并向高層報告。

4.信道利用率

幀接受流程

1.3.2載波監聽多址接入/碰撞避免 CSMA/CA

無線局域網媒體接入控制使用的協議：CSMA/CA

在無線局域網中，仍然可以使用載波監聽多址接入CSMA,即在發送幀之前先對傳輸媒體進行載波

監聽。若發現有其他站在發送幀，就推遲發送以免發生碰撞。

在無線局域網中，不能使用碰撞檢測CD,原因如下:

1.由于無線信道的傳輸條件特殊，其信號強度的動態范圍非常大，無線網卡上接收到的信號

強度往往會遠遠小于發送信號的強度(可能相差百萬倍)。如果要在無線網卡.上實現碰撞檢測CD，

對硬件的要求非常高。

2.即使能夠在硬件.上實現無線局域網的碰撞檢測功能，但由于無線電波傳播的特殊性(存在隱蔽站問題)， 進行碰撞檢測的意義也不大。

1.幀間間隔IFS

802.11標準規定，所有的站點必須在持續檢測到信道空閑一段指定時間后才能發送幀，這段時間稱為幀間間隔IFS

幀間間隔的長短取決于該站點要發送的幀的類型：

高優先級幀需要等待的時間較短，因此可優先獲得發送權;

低優先級幀需要等待的時間較長。若某個站的低優先級幀還沒來得及發送，而其他站的高優先級幀已發送到信道上，則信道變為忙態,因而低優先級幀就只能再推遲發送了。這樣就減少了發生碰撞的機會。

2.MAC地址、IP地址和ARP協議

2.1MAC地址

MAC地址是以太網的MAC子層所使用的地址??(數據鏈路層)

1.當多個主機連接在同一個廣播信道上,要想實現兩個主機之間的通信，則每個主機都必須有一個唯

一的標識,即一個數據鏈路層地址

2.在每個主機發送的幀中必須攜帶標識發送主機和接收主機的地址。由于這類地址是用于媒體接入控制MAC(Media Access Control),因此這類地址被稱為MAC地址

3.MAC地址一般被固化在忘卡(網絡適配器)的電可擦可編程只讀存儲器EEPROM中，因此MAC地址也被稱為硬件地址

MAC地址有時也被稱為物理地址。MAC地址不屬于網絡體系結構中的物理層

一般情況下，用戶主機會包含兩個網絡適配器:有線局域網適配器(有線網卡)和無線局域網適配器

(無線網卡)。每個網絡適配器都有一個全球唯一的MAC地址。 而交換機和路由器往往擁有更多的

網絡接口，所以會擁有更多的MAC地址。綜上所述，嚴格來說，MAC地址是對網絡上各接口的唯

一標識， 而不是對網絡上各設備的唯一標識。

4.IEEE 802局域網的MAC地址格式

2.2IP地址

IP地址是TCP/IP體系結構網際層所使用的地址（網際層）

IP地址是因特網上的主機和路由器所使用的地址，用于標識兩部分信息：

網絡編號：標識因特網上數以百萬計的網絡

主機編號：標識同意網絡上不同主機（或路由器各接口）

IP地址可以區分不同網絡

2.3ARP協議

ARP協議屬于TCP/IP體系結構的網際層，其作用是已知設備所分配到的IP地址，使用ARP協議可以通過該IP地址獲取到設備的MAC地址

地址解析協議ARP，每一臺主機都有一張ARP高速緩存表

3.以太網

3.1集線器與交換機

3.1.1集線器

工作在物理層的以太網擴展器

3.1.2交換機

工作在數據鏈路層的以太網擴展器

1.以太網交換機通常都有多個接口.每個接口都可以直接與一臺主機或另一個以太網交換機相連。一

般都工作在全雙工方式。

2.以太網交換機具有并行性，能同時連通多對接口，使多對主機能同時通信，無碰撞(不使用

CSMA/CD協議)

3.以太網交換機一般都具有多種速率的接口，例如： 10Mb/s、100Mb/s、 1Gb/s、 10Gb/s接口

的多種組合。10 MB/s、100 Mb/s、1GB/s、10 Gb/s接口的多種組合。

4.以太網交換機工作在數據鏈路層(也包括物理層)，它收到幀后，在幀交換表中查找幀的目的MAC

地址所對應的接口號，然后，在幀交換表中查找幀的目的MAC地址所對應的接口號，然后通過該

接轉發幀。

5.以太網交換機是一種即插即用設備，其內部的幀交換表是通過自學習算法自動地逐漸建立起的。

幀的兩種轉發方式：

1.存儲轉發

2.直通交換:采用基于硬件的交叉矩陣(交換時延非常小，但不檢查幀是否有差錯)

3.1.3以太網交換機自學習和轉發幀的流程

幀交換表中每條記錄都有自己的有效時間，到期自動刪除。由于MAC地址與交換機接口的對應關系并不是永久性的。

3.1.4以太網交換機的生成數協議STP

問題：

解決方案：

3.1.4虛擬局域網VLAN概述

分割廣播域的方法

1.使用路由器可以隔離廣播域 但是路由器的成本較高

2.虛擬局域網VLAN技術

虛擬局域網VLAN(Virtual Local Area Network)是一種將局域網內的設備劃分成與物理位置無關的邏

輯組的技術，這些邏輯組具有某些共同的需求。

TCP/IP 網絡

版權聲明：本文內容由網絡用戶投稿，版權歸原作者所有，本站不擁有其著作權，亦不承擔相應法律責任。如果您發現本站中有涉嫌抄襲或描述失實的內容，請聯系我們jiasou666@gmail.com 處理，核實后本網站將在24小時內刪除侵權內容。

版權聲明：本文內容由網絡用戶投稿，版權歸原作者所有，本站不擁有其著作權，亦不承擔相應法律責任。如果您發現本站中有涉嫌抄襲或描述失實的內容，請聯系我們jiasou666@gmail.com 處理，核實后本網站將在24小時內刪除侵權內容。