06.第06节课第3章数据链路层

罗泽兵 · 发表于 2024-4-15 08:40:32

我们的这样一个。多点接触了。说明这是总线型网络，许多计算机上呢，以多点接入的方式啊，连接在一根总线上。协议的实质呢，就是载波间距和中度检测。载波监听就是用电子技术来检测总线上有没有其他的计算机，也在发送。其实，总线上呢，并没有什么载波。并没有什么再多那么，只是说这样一个明智，

这样一个应用的，这样一个部分，因此呢，再不监禁呢，就是检测信道。不管在发送前还是在发送中，每个站呢都必须不停的检测。信道。在发送前的信道检测呢，是为了获得发送权，如果检测出已有其他站在发送。则自己呢，就暂不。只是发送数据必须要等到信道变为空闲时了才能发送，在发送中检测信道呢？

是为了使自己能够及时的发现，有没有和其他的站呢？发送信息呢，产生的碰撞，这种呢，就称为碰撞检测。碰撞检测呢，也就是边发送边监听，比如说适配器发送数据呢边发送。先检测信道上的电压的变化情况，你判断自己在发送数据时是否也在其他其他站是否也在发送数据？当几个站同时在总线上发生数据的时候呢？总线上信号电压的变化幅度呢？变为增大当适位性检测到的信号呢？呃，

电压变化产生了一定的门道的时候呢。就认为总线上至少有两个站在发送数据表明了产生了碰撞，所谓的碰撞呢，就是产生了冲突。因此，碰撞检测呢也称为冲突检测。这时，总线上传传输的信号呢，产生了失真，无法成功恢复出有用的信息。因此呢，任何一个正在发送数据的站，一旦发现数据上发总线上发生了碰撞，其适配期呢，就要立即停止发送，

免得了进行无效的传送。那么浪费了网络资源。那么，接下来我们再看一下。当那么每个站呢？在发送数据之前呢？已经监听到信道为空闲。那么，为什么还会出现在数据上？在总线上的碰撞呢？因为电磁波总在总线上呢？总是以有限的速率传播的。比如说我们开会的时候，一旦听见会场安静，我们就立即发言。

但是有人也会发生几个人同时抢着发言而产生冲突的情况，那么比如说我们举这样一个例子。比如说a和b呢？某个站。监听到总线是空闲的，并也可能呢，总线并非真正是空闲的。a向b发送信息。要经过一定的时间呢，才能传送到BB，若在a发送的信息到了b之前呢？发送自己的帧，那么因为这时呢b的载波监听检测不到a发送的信息。则必然要在某个时间和a发生了正方的碰撞，碰撞的结果呢，

是两个真的变得无用，比如说我们看一下这个图。首先，七零时刻。七零时刻。a发送数据。a检测到听到空闲发送数据。那么在。七等于。抛减去。都是它这个时间。那么，我们假设呢？我们记单层端到端的传播实验呢？为涛。

那么，在七=0的时候呢？a发送数据b检测到信道空闲，那么这个时候接下来。在t等于。抛减去德尔塔的这个时间。a发送的数据呢，还没有到达b，由于b检测到信道空闲，此时呢b发送数据。那么，在经过二分之操后呢？就在t等于操减去二分之操的时候呢？a发送的数据。对吧，

和b发生的数据发生了碰撞。但是呢，此时a和b呢，都不知道发生了碰撞，在t=t的时候呢b就检测到这个信号呢。这个碰撞的这个信息，这个信息呢，就回到了b的这样一个部分，那么这个时候呢b检测到发生了碰撞。于是呢，停止发送。在t=2涛减去德尔塔的时候呢。a也检测到发生了碰撞，因此呢，也停止发送数据a和b呢，

均发送数据失败。他们都要推迟一段时间，再重新发送，由此可见呢，每个站在自己发送数据的一小段时间内。存在着遭遇碰撞的可能性，在这一小段时间内呢，是不确定的。它取决于另一个发送数据的站到本站的距离，因此呢，以太网。并不能够保证在某一时间内一定能把自己的数据帧重新发送出去，那么称这一特点呢？为发送的不确定性。那么，

从这样一个图就可以看出，最先发送数据的A站在发送数据之后呢？至多经过二套时间。就可以知道发送的数据帧呢，是否加了碰撞，那么这是掏出去零的情况，因为此时呢，以太网端。三到砖的时间呢，为二涛。这是我们称之为征用区。征用区呢，又称之为碰撞窗口，因为一个站呢，在发送完完整数据后，

发送完数据后。只有经过征用期的考验，比如说经过征用期这段时间呢，还没有检测到碰撞才能够呢，肯定这次不会发生碰撞。此时呢，就会把放心的把这一帧的数据呢顺利发表完毕。这是我们的这样一个。后征用期的这样一个部分。你太往了。那么，我们接下来再看一下这个过程。首先t=0时。a检测到信道共享发送数据。那么，

在t=tau-delta的时候，呢b检测到信道共弦发送数发送数据。那么，在t=tau- 2分之根号的时候呢，发生了碰撞，那么这个时候信息呢，再回到b那么再时间tau等于。t等于套的时候呢，并检测到发生碰撞，停止发送，那么时间在t=2套减去第二套的时候呢？a检测到发生了碰撞，那么也停止发送。那么使用。csm CD协议的以太网呢，

不能进行全双通通信，只能进行交替。双向交替通信就是我们的半双工通信，每个站呢，在发送数据后的一小段时间内。存在着遭遇碰撞的可能性。这种发送的不确定性呢，使得整个以太网的平均通信量远小于以太网的最高数据率。那么我们这里来看一下使用csma CD 11的以太网呢？不能进行全双工通信，而只能进行双向交替通信，就是半双工通信。那么我们。看一下以太网呢。采取的截断二进制。

指数退避算法呢，来确定碰撞后重传的时机。那么，这种算法呢？让碰撞的站在停止发送这样一个数据后呢？并不是等到信道变为空闲后再立即发送。而是推迟一个随机的时间。我们协议规定了基本退地时间为征用期二套，比如说征用期呢？这时间是五十一点二。微秒对于10M比特的以太网呢？对于10M比特每秒的以太网呢？在征用期内呢，可以发送512比特，就是64字节，

也就是说征用期呢，是512比特时间。一比特时间呢，就是发生一比特需要的时间。我们可以直接使用比特作为征用期的单位，那么你说征用期是512，比特就说征用期是发送512，比特所需的时间。接下来呢，我们从整数集合零一二一直到二的k次方减一中。随机的取出一个数记为r。重传的推迟时间呢，就是r倍的征用期。我们这个k呢，按照这个公式进行计算k=m in乘上次数时当k小于等于十时。

比如说当乘船次数不超过十时。那么k呢，等于重传次数，但当重传次数呢，超过十时k就不再增大，而一直等于十。当重传次数呢？到达16次时还不能成功时，这时呢，就该丢弃该针，并向高层报告。比如说例，比如说我们举个例子。比如说我们举个例子。在第一次重传时k=1。

随机数呢，从零一当中选一个整数，因此呢，重传的站呢，可选择推迟的重传时间呢，是零或者二涛。在这两个实验当中啊，选随机选择一个，若再发生碰撞，则在第二次传送时。k=2随机数r的。就从零一二三中选择一个数，因此重传的推迟时间呢，就在零二套四套六套这四个时间中呢，随机选择一个。

若连续发生多多次冲突，则表明呢，可能有较多的债征用信道。可以用这样一个推比算法呢？可使平均推迟的平均时间呢？随乘权次数而增大。而减少发生碰撞的概率，有利于整个系统的稳定。接下来我们看一下。以太网是五十一点二微秒。为征用期的长度。对于10M比特每秒的以太网呢，在征用期呢，可发送512比特，比如说64字节。

以太网在发送数据时，如果在征用期共发送了五六十四字节，没有发生碰撞。那么，后续发生的数据呢？就一定不会发生冲突。也就是说，如果发生了碰撞。就一定呢是在。前面的64字节之内，由于一检测到冲突呢，就立即终止发送。这时。已经发送去出去的数据呢，一定小于64字节，

因此呢，凡是小于64字节的针呢。都是由于冲突而终止的无效针，那么只要收到了这种无效针呢，就应该立即叫其丢弃。接下来我们再讲一下强化碰撞。当数据进行发送的时候呢，发送数据的站，一旦发现发生了碰撞时。除了立即停止发送数之外，还需要再发送32比特或48比特的人为干扰信号。以便让所有的用户呢，都知道现在已经发生了碰撞，这是我们的强化碰撞这样一个部分。比如说a发送数据。

那么b也发送出去产生了冲突。那么这个时候呢？a就要进行发送，我们的干扰信号。啊，发生在一个部分。以太网呢，还规定了帧的最小间隔。是九点六微秒，相当于96米的时间，这样呢，是为了使刚刚收到数据真的占了。起在对接收缓存来得及清理，那么做好下一帧的准备，那么。

但是这里要注意，以太网规定的帧的最小间隔呢是九点六微秒，那么相当于96米的时间，这里大家要注意。那么，接下来我们总结一下csm CD协议的要点。首先呢，是准备发送适配器呢，从网络层获得一个分组，加上以太网的首部和尾部组成，以太网针。放入到适配器的缓存中，但在发送之前必须先检测信道，那么检测信道如果检测到信道盲，则应不停的检测，

一直等待。信道转为共弦，若检测到信道共弦，并在96比特时间内呢，仍保持信道共弦，就保证了针的最小间隔，就发生这个针。在发送过程中呢，不断的检测信道就网络适配器呢，要边发送边侦听。那么，如果发送成功，在征用期内一直未检测到信道，检测到碰撞这个征呢，肯定能够发送成功，

那么发送完后呢，什么也不做。那么，进行这样一个等待的，这样一个操作的，进行其他的这样一个操作的，这样一个部分，那么发送失败了，在征用期内呢？一直未检测到碰撞，那么这个针呢？在军用期内呢，检测到碰撞，那么这时呢，立即停止发送数据，

并按规定呢，发送人为干扰信号。接着呢，适配器就执行指数，退避算法等待r倍的征用期时间内。这个时候呢，再进行检测，信道那么进行发送。若重传达16次，仍不能成功，则停止重传，而向上层进行报告。以太网每发送完一帧，一定要把已发送的帧呢，暂时保留一下，

如果在征用期内呢，展现了碰撞。那么，还要再推迟一段时间呢？再把这个暂时保留的针呢？重传一次，那么这是我们。csma CD的这样一个部分。接下来我们看一下。使用p网络性的，以太网使用极限性的新型拓扑，传统的以太网呢？最初是使用粗铜轴键呢？后来演化到使用比较便宜的系统轴线来，最后发展为使用更便宜，

更灵活的双绞线，这种以太网呢才。两种新型拓扑在新型的中间呢？增加一种可靠性非常高的设备，叫做集线器。那信息网那么十倍t，又不用电缆，而使用无屏蔽双绞线一每个站呢，需要用两对双绞线，分别用于发送和。接收集线器呢，使用了大规模集成电路芯片，因此呢，这样的设备呢，可靠性呢，

已经大大提高了。十贝斯t的通信距离较短，每个到直线机的距离呢？那么不超过100米。这种10M比10M。10 MB每秒的速率呢？无平均双转向信息线的出现呢？降低了成本，提高了可靠性，10 base杠g双转线以太网的出现呢？那么，他为以太网呢？在局域网中的这个。奠定了这样一个运用的这样一个基础，好，

我们看一下集线器的特点，集线器呢，是使用电子器件来模拟实际电缆线的工作。因此，整个系统呢，正在向一个传统的影线网络运行。使用极限期的以太网呢，在逻辑上认识一个主线网，各工作站呢，使用的还是csm CD协议共享。逻辑上的总线极限器呢？像一个多镜头的转换器，工作在物理层。接下来我们看一下以太网的虚掉利用率。以太网信道被占用的情况。

啊征用期呢，长度为二涛，即端到端传播时间的两倍，检测到碰撞后呢，不发送干扰信号。增长为l数据，发送率为c因此增发送的时间呢？为l÷c一个针从开始发送经可能发生的碰撞后呢？再重传数次到发送成功，请信道转为空闲基金，在经过掏时间呢？使信道上的无信号呢？在传播时，位置是发出一针呢，平所需的平均时间。

那么，要提高以太网的利用率，就必须减小我们的涛与t0的比例。在以太网中呢，定义了参数a，它是以太网单层端到端实验涛与帧的发动时间t0之比。a=tau÷t0a趋近于零呢？表示一旦发生碰撞了，就可以立即检测出来并停止发送。因而呢，信道利用率很高。a越大表明，征用期占用的比例增大，每发生一次碰撞呢。就浪费许多信贷资源，

使得信贷的利用率呢明显增，明显降低。那么以太网呢？对参数的要求，当数据率一定的时候呢，以太网的连线长度受到限制，否则呢，它的数值会太大。以太网的增长不能太短或者t0值会太小，使a0太大。我们看一下以太网的信道的最大利用率SM max在理想化的情况下，以太网的各站发送数据了，都不会产生碰撞。总线呢，一旦空选就有某一个站呢，

立即发送发送一帧所占用的线路的时间是t 0+t。而它帧的本身发动时间呢，是七零，那么我们可以计算出理想情况下的极限性的利用率为smx等于。一加a分之一，那么这是我们吸引到利用率的最大值。msm max等于一加a分之一。接下来我们再看一下以太网的慢层。慢存的硬件地址，那么在我们的计算机当中呢？我们的IP地址又称为软件地址。我们的MAC地址又称为物理地址。也就是说IP地址又称为逻辑地址，或称为网络，称为软件地址。

MAC地址称为物理地址或者硬件地址。这是我们的mac的这样一个MAC地址，这样一个部分。好吧，我们的MAC地址呢？实际上呢，是适配器地址，或者说适配器标志符UI 1杠四八，那么我们的MAC地址呢？是我们的48位的这样一个地址。那么，这是我们。48位的这样一个地址。我们的MAC地址呢，是48位呢，

是唯这个地址呢，是唯一的，这样是唯一的，这样一个地址。我们看一下适配器检查MAC地址。适配器。从网络上。每收到一个bug帧，就先用硬件检查bug帧中的bug地址，如果是发往本站的站呢？则是真的只收下，然后进行其他的处理。否则呢，就将尺寸丢弃，不再进行其他的处理。

那么，发往本站的帧呢？包括三种帧，单播，一对一，广播，一对，全体多播，一对多。那么mac帧的格式呢？常用的以太网mac帧的格式呢？有excecnetv 2标准以及IE的八零二点三标准，那么常用的形式啊，是我们以太网v2的格式。那么，

我们来看一下以太网慢的真格式。好吧，我们的。mac针呢？它有我们的。目的地址。原地址以及类型。以及当中呢，它的46。那么，数据部分呢？是46到1500字节，另外呢，最后还有四字节的fcs，我们的增减验序列。

我们的目的地址段呢，占四字节。原地址段呢，占四六字节目的地址段呢，占六字节原地址段呢，占六字节。类型呢，占两字节类型字段用来标注上一层使用的什么协议，以便把bug这个数据的交到上一层这个协议。数据字段的长度呢，是46到1500之间，那么。数据字段的正式名称呢，是Mark用客户数据字段最小长度64节呢，减去18字节的。

首部和尾部呢，就是数据字段的最小长度，那么46之间。那么fcs呢？增减点序列就是我们的四字节。当数据字段的长度呢，小于46字节的时候呢，应在数据字段的后面加上。整数字节的填充字段。以保证呢，以太网的Mark正常呢，不小于64字节。那么另外呢？我们还要。在。

为了实现。比特同步。在传输媒体上呢，实际上传送的还要比Mark针呢，多八个字节。那么，这是我们这样一个部分。在分前面插入八字节的第一个字段呢，共七个字节，是前同步法用来迅速来实现了和Mark字的比特同步。第二个字段呢，是帧开始定界符表示，后面呢就是我们的Mark帧。那么我们看一下无效的mac帧数据字段的长度呢？与长度字段的不一致，

那么是无效的mac帧帧的长度呢？不是整数个字节，也不是mac，也不是有效的mac，是无效的mac帧。用收到的真检验序列呢fcs查出有差错的是无效的Mark帧数据字段的长度呢，不在16到1500字之间是无效的Mark帧。有效的麦克风长度呢，是60到1518字节，那么这里大家要注意有效，要记住这样一个部分。有效的mac针的长度是64到1518字节，大家要注意这个部分，要记住这个部分。有效的mac帧的长度呢？

是64到1518字节，对于检测出的无效mac帧呢，就进行丢弃。以太网呢，不负责重传丢弃的针，那么针的最小间隔呢是九点六微秒，相当于发九点六九十六米多的发动时间。一个站呢，在检测到总线开始空闲后呢，还要等待九点六微秒了才能再次放出数据这样做呢。是为了使刚刚说到的数据站的真数据帧的占了能够接触缓存来得及清理，那么做好接触下一帧的准备。那么，接下来我们看一下扩展局域网，在物理层扩展局域网主机呢？

使用光纤和一对光纤调节器连接到机线器上。那么，用多个局限器呢？可可以连成更大的局域网。那么集线器呢？扩展局域网，它的优点呢，是使原来不属于碰撞域的局域，网上的计算机呢，能够进行跨碰撞域的通信。扩大了局域网覆盖的地形范围，那么缺点呢？是碰撞与增大了，但总的吞吐量并未提高。如果不同的碰撞域呢？

使用不同的数据率，那么就不能用极限去它们互相连接起来。那么，在数据电路层扩展局域网的使用的是网桥，网桥工作。在数据电路层，根据mac帧的地址呢？对，收到的真的进行转发，网桥具有过滤真的功能，但网桥收到一个真实的，并不是向所有的接口转发指针。而是先检查此针的目的bug地址，然后再确定呢，将将帧转换为哪一个接口？

那么，使用网桥带来的好处呢？是扩过滤的通信量扩大了物理范围，提高了可靠性，可互联。不同的物理层，不同bug子层，不同速率。的局域网。使用网桥带来的缺点呢，是存储转化增加了时延。在mac子层呢，没有流量控制功能，具有不同mac子层的网桥段网段呢。桥接在一起的时间更大，

那么网桥只适合于用户数不多和通信量不大的局域。网那么有时还会因传播过多的广播信息而产生网络拥塞。这是所谓的广告与公报。那么，接下来我们看一下。高速以太网100，贝斯杠七以太网速率达到超过100 mbs的每秒的这样一个以太网称为高速以太网。在双脚向上传送100。mbs这样一个基带信号的新型拓扑，以太网呢，仍使用iee八零二点三的cma csma CD协议。100 base。杠七，以太网呢又称为快速以太网。好同学们，

那么今天呢？我们为大家介绍一下数据链路层这样一个内容，那么大家呢？要掌握这一章的这样一个知识部分，那么这一章的重点呢？是数据链路层点到点信道和广播信道的特点。以及这两种系统所使用的协议ppp协议呢，以及csm协协议，那么要大家。掌握这两种协两两种信道的特点，以及呢，这两种协议的内容，以及它的这样一个应用方式，我们呢，也要掌握数据链路层的三个基本问题。

封装成真，透明传输以及操作检测，那么大家要了解我们真检验序列的这样一个计算方式以及呢？这样一个溶溶于码的这样一个计算方式。那么，以及我们的生成多项式的这样一个内容。另外呢，大家要掌握我们bug层的这样一个硬件地址的概念。那么最后呢？大家要知道适配器转换器集线器网桥以太网交换器的作用呢，以及应用场合。那么大家呢，要对这些内容呢，进行一个熟悉，那么下来的时候呢，

大家再看一下这些部分，进行一个了解和掌握。好，我们今天的课呢，就讲到这里好，谢谢大家。

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