第4章 資料鏈路層(3) 廣播通道的資料鏈路

2021-09-01 08:09:48 字數 4072 閱讀 6845

3.廣播通道的資料鏈路

3.1乙太網標準名稱

傳輸介質

網段最大長度

特點10base-5

粗同軸電纜

500m

早期電纜,己經廢棄

10base-2

細同軸電纜

185m

不需要集線器

10base-t

非遮蔽雙絞線

100m

最便宜的系統

10base-f

光纖2000m

適合於樓間使用

備註10base-5中的10表示傳輸速度(mbps),5表示單段網線長度(基準單位是100m),base表示「基帶」的意思。

3.2 csma/cd協議

(1)廣播通道區域網(星型)

①一台計算機傳送資料,區域網中所有的計算機都能夠檢測到這個訊號。要想實現點對點通訊,網路中的計算機網絡卡必須有唯一的位址,傳送的資料幀也要有目標位址和源位址。

②廣播通道中的計算機傳送資料的機會是均等,但不能同時有兩個計算機傳送資料,因為匯流排上只要有一台計算機在傳送資料,匯流排的傳輸資源就被占用。

(2)csma/cd協議(帶衝突檢測的載波偵聽多路訪問協議)

②載波偵聽:在廣播通道中的鏈路上不能同時傳送多個計算機的訊號,因此每台計算機傳送之前要判斷鏈路上是否有訊號在傳,開始傳送後還要判斷是否有和其他正在鏈路上傳過來的資料字訊號發生衝突。如果有衝突(訊號疊加後電壓變化超過乙個門限值,就認為有衝突),就要等乙個隨機時間再次傳送,這種機制就是帶衝突檢測的載波偵聽多路訪問(csma/cd,carrier sense multiple access with collision detection)。

③顯然,使用csma/cd協議時,乙個點不可能同時進行傳送和接收。因此這樣的乙太網不可能進行全雙工通訊而只能是雙向交替通訊(半雙工通訊)

3.3乙太網最短幀

(1)為了能檢測到正在傳送的幀在匯流排上是否產生衝突,乙太網的幀不能太短

(2)想要檢測出發生在鏈路任何地方的碰撞,就要計算出發送端檢測衝突最長需要多長時間。

(3)乙太網最短幀 = 資料傳輸速率 * 2τ(其中資料傳輸速率指網絡卡頻寬,如100mbps。τ指訊號單程端到端的傳播時間

①如:假設同軸電纜中訊號傳播速率為200000km/s,則1000m線纜傳播時延(τ)為5μs。即:乙太網最短幀=10mbps×2 τ = 100bit

②如果傳送端傳送的幀低於100位元,就可能檢測不到鏈路上的衝突。如下圖所示,a己經傳送完了一幀的資料,a計算機會認為傳送成功。等碰撞發生後的訊號到達a時,a無法判斷是自己傳送的幀發生了碰撞還是其他計算機傳送的幀產生了碰撞

③乙太網設計的最大端到端長度為5km,單程傳播時延(τ)約為25.6μs,往返時延為51.2μs以10mbps標準乙太網的最短幀為10mbps×2 τ = 512bit(即64位元組)

3.4衝突解決方法——退避演算法(截斷二進位制指數退避演算法)

(1)確定基本退避時間,這個時間就是爭用期(2τ),乙太網把爭用期定為51.2μs

(2)從離散的整數集合[0,1,…,(2k-1)]中隨機取出乙個數,記為r。重傳應推後的時間就是r倍的爭用期,其中引數k=min(重傳次數,10)。如第1次重傳時,k=1,隨機數r從集合中選1個。k=2時,隨機數r從集合中選擇1個,以此類推。(集合元數的個數是以二進位制指數級在增長。注意k最大值為10,就是截斷的意思)

(3)當重傳超過16次仍不成功時(這表明同時打算傳送資料的站太多,以致連續發生衝突),則丟棄該幀,並向高層報告。

3.5乙太網幀格式

(1)ethernetii幀格式示意圖

由於乙太網最短幀為64位元組(見前面計算公式中的說明)。可計算出資料字段的最小長度應大於46位元組,如果不夠46位元組則資料鏈路層就會在資料字段的後面插入一些位元組,保證乙太網的mac幀長度不小於64位元組。而上面的網路層(ip層)會根據首部中用於指明網路資料報的「總長度」字段資訊,得知被填充了多少位元組從而去掉多餘的這些填充位元組。

②資料字段的最大長度就是乙太網的mtu(1500位元組)。

③物理層實際傳送的比mac幀多8個位元組,這些主要用來將接收端介面卡的時鐘與到傳送端時鐘進行同步。

(2)乙太網幀沒有幀結束定界符的原因

乙太網使用曼徹斯特編碼,這種編碼的每乙個碼元(不管是0還是1)的正中間一定有一次電壓的轉換

當傳送端把乙個乙太網幀傳送完畢後,就不再傳送其他碼元了(既不傳送1也不傳送0)。因此,傳送端網路介面卡介面上的電壓也就不再變化。這樣接收端就可以很容易找到乙太網幀結束的位置。從這個位置往前數4個位元組(fcs欄位的長度),就能確定資料字段的結束位置。

(3)乙太網傳送資料是以幀為單位的。各幀之間必須有一定的間隔。因此,接收端只要找到幀開始定界符,其後面連續的位元流都屬於同乙個mac幀。它不需要使用幀結束定界符,也不需要使用位元組插入來保證透明傳輸。

3.6網絡卡的作用

(1)網絡卡是工作在資料鏈路層和物理層的網路元件,不僅能實現與區域網傳輸介質之間的物理連線和電訊號匹配,還涉及幀的傳送和接收、幀的封裝與拆封、幀的差錯檢驗、介質的訪問控制(乙太網使用csma/cd協議)、資料編碼和解碼及資料快取功能等。

(2)網絡卡和區域網之間的通訊是通過雙絞線以序列傳輸方式進行的。而網絡卡和計算機之間的通訊是通過計算機主機板上的i/o匯流排以並行傳輸方式進行的。因此,網絡卡的乙個重要功能就是要進行序列/並行轉換。這依賴於其上面裝有對資料進行快取的儲存晶元。

(3)網絡卡還要能實現csma/cd協議,對幀進行封裝和拆封,而這些計算機的cpu根本不關心。而是由網絡卡上的處理器來處理。當介面卡收到有差錯的幀時,就把這個幀丟棄而不必通知計算機。當收到正確的幀時才使用中斷通知計算機並交付協議棧中的網路層

(4)網絡卡物理層功能實現資料的編碼,即曼徹斯特編碼和解碼。

3 3使用廣播通道的資料鏈路層(下)

2 雙絞線的絞合度非常重要,複雜有效的絞合可以減少失真並減小干擾。3 集線器內部使用電子元器件模擬電纜線的作用,使用集線器的乙太網在邏輯上依然是乙個匯流排網,各站使用邏輯上的匯流排,使用的還是csma cd協議。4 集線器工作在物理層,只進行簡單的 不做碰撞檢測,每個位元在 之前進行再生整形和重新定...

計算機網路 資料鏈路層 廣播通道 簡記

特點 為乙個單位所擁有,且地理範圍和站點數目均有限。優點 1 具有廣播功能 2 便於系統的擴充套件和逐漸演變 3 提高了系統的可靠性 區域網的拓撲 星形網 環形網 匯流排型 樹形網 共享通道劃分方法 1 靜態劃分通道 如頻分復用 時分復用和碼分復用方法,但是代價太高,不適用與區域網 2 動態 接入 ...

3 1使用點對點通道的資料鏈路層

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