数据链路层培训教程(-60张)课件.ppt

1、2022-11-4计算机网络技术实用教程(第3版)第第4 4 章章 数据链路层数据链路层本章基本要求：本章基本要求：l掌握数据链路层的功能与作用，掌握数据链路层的功能与作用，l掌握差错控制的作用和原理，掌握差错控制的作用和原理，l掌握数据链路层的设备与组件；掌握数据链路层的设备与组件；l理解常用的成帧方式，理解常用的成帧方式，l理解流量控制的作用和原理，理解流量控制的作用和原理，l理解理解HDLCHDLC协议的主要内容。协议的主要内容。2022-11-4计算机网络技术实用教程(第3版)4.1 4.1 数据链路层功能数据链路层功能数据链路层在数据链路层在物理层提供的服务物理层提供的服务的基础上向

2、的基础上向网网络层络层提供服务。数据链路层为物理链路上提供可提供服务。数据链路层为物理链路上提供可靠的数据传输。主要功能包括帧同步、差错控制、靠的数据传输。主要功能包括帧同步、差错控制、流量控制、链路管理、寻址等。流量控制、链路管理、寻址等。4.1.1 4.1.1 相邻节点相邻节点所谓所谓相邻节点相邻节点是指由同一物理链路连接的所有是指由同一物理链路连接的所有节点。相邻节点的最主要特征是节点之间的数据节点。相邻节点的最主要特征是节点之间的数据通信通信不需要经过其他交换设备的转发不需要经过其他交换设备的转发。2022-11-4计算机网络技术实用教程(第3版)4.1 4.1 数据链路层功能数据链路

3、层功能数据链路层必须要解决以下问题：数据链路层必须要解决以下问题：v在相邻的节点之间实现在相邻的节点之间实现物理寻址物理寻址；v提供一种机制使得接收方能识别数据流提供一种机制使得接收方能识别数据流的开始与结束的开始与结束同步同步；v提供相应的提供相应的差错检测与控制差错检测与控制机制以使有机制以使有差错的物理链路对网络层表现为一条无差差错的物理链路对网络层表现为一条无差错的数据链路；错的数据链路；v提供流量控制机制以保证源和目标之间提供流量控制机制以保证源和目标之间不会因发送和接收速率不匹配而引起丢失。不会因发送和接收速率不匹配而引起丢失。2022-11-4计算机网络技术实用教程(第3版)数据

4、链路层采用了被称为数据链路层采用了被称为帧帧(frame)(frame)的协议数据单元作为数据链路层的数据传的协议数据单元作为数据链路层的数据传送逻辑单元。送逻辑单元。不同的数据链路层协议的核心任务就不同的数据链路层协议的核心任务就是根据所要实现的数据链路层功能来规定是根据所要实现的数据链路层功能来规定帧的格式。帧的格式。4.1.2 4.1.2 帧同步帧同步2022-11-4计算机网络技术实用教程(第3版)1.1.帧的基本格式帧的基本格式帧的基本格式是由那些具有特定意义的部分帧的基本格式是由那些具有特定意义的部分(域或字域或字段段)组成。组成。帧开始字段和帧结束字段分别用以指示帧或数据流帧开始

5、字段和帧结束字段分别用以指示帧或数据流的开始和结束。的开始和结束。地址字段给出节点的物理地址信息。地址字段给出节点的物理地址信息。第三个字段则提供有关帧的长度或类型的信息或是第三个字段则提供有关帧的长度或类型的信息或是其他一些控制信息。其他一些控制信息。数据字段承载的是来自高层即网络层的数据分组。数据字段承载的是来自高层即网络层的数据分组。帧检验序列帧检验序列FCS FCS 字段提供与差错检测有关的信息。字段提供与差错检测有关的信息。帧开始帧开始地址地址长度长度/类型类型/控制控制数据数据帧结束帧结束FCSFCS图图4.1 4.1 帧的基本格式帧的基本格式2022-11-4计算机网络技术实用教

6、程(第3版)2.2.成帧与拆帧成帧与拆帧帧发送和接收过程大致如下：帧发送和接收过程大致如下：发送端的发送端的数据链路层接收到网络层的发送请数据链路层接收到网络层的发送请求之后，便从网络层与数据链路层之间的接口求之后，便从网络层与数据链路层之间的接口处取下待发送的分组，并封装成帧，然后经过处取下待发送的分组，并封装成帧，然后经过物理层送入传输信道；物理层送入传输信道；接收端的接收端的数据链路层从来自物理层的比特流数据链路层从来自物理层的比特流中识别出独立帧，然后利用帧中的中识别出独立帧，然后利用帧中的FCSFCS字段对每字段对每帧进行校验，判断是否有错误。如果有错误，帧进行校验，判断是否有错误。

7、如果有错误，就采取收发双方约定的差错控制进行处理。如就采取收发双方约定的差错控制进行处理。如果没有错误，就对帧实施拆封，上交给网络层。果没有错误，就对帧实施拆封，上交给网络层。2022-11-4计算机网络技术实用教程(第3版)3.3.帧的定界帧的定界帧定界就是标识帧的开始与结束。有四种帧定界就是标识帧的开始与结束。有四种:(1)(1)字符计数法字符计数法字符计数法是在帧头部中使用一个字符计数字符计数法是在帧头部中使用一个字符计数字段来标明帧内字符数。字段来标明帧内字符数。(2)(2)带字符填充的首尾界符法带字符填充的首尾界符法带字符填充的首尾界符法是在每一帧的开头带字符填充的首尾界符法是在每一

8、帧的开头用用ASCII ASCII 字符字符DLE STXDLE STX，在帧末尾用，在帧末尾用ASCII ASCII 字符字符DLE ETXDLE ETX。填充字符。填充字符DLEDLE。(3)(3)带位填充的首尾标志法带位填充的首尾标志法带位填充的首尾标志法一次只填充一个比特带位填充的首尾标志法一次只填充一个比特“0”0”而不是一个字符而不是一个字符“DLE”DLE”。2022-11-4计算机网络技术实用教程(第3版)4.1.3 4.1.3 差错控制差错控制所谓所谓差错差错是指接收端收到的数据与发送是指接收端收到的数据与发送端实际发出的数据出现不一致的现象。端实际发出的数据出现不一致的现象

9、。产生差错主要是因为在通信线路上产生差错主要是因为在通信线路上噪声噪声干扰干扰的结果。根据噪声类型不同，可将差的结果。根据噪声类型不同，可将差错分为随机错和突发错。热噪声所产生的错分为随机错和突发错。热噪声所产生的差错称为随机错，冲击噪声差错称为随机错，冲击噪声(如电磁干扰、如电磁干扰、无线电干扰等无线电干扰等)所产生的错误称为突发错。所产生的错误称为突发错。差错的严重程度由误码率来衡量。差错的严重程度由误码率来衡量。2022-11-4计算机网络技术实用教程(第3版)信源通信信道信宿数据噪声数据+噪声(a)00110011110001111100001100010001011001100101

10、0传输数据数据信号波形噪声数据信号与噪声信号叠加后的波形采样时间接收数据原始数据出错的位(b)传输差错产生过程2022-11-4计算机网络技术实用教程(第3版)数据帧在链路传输的几种情数据帧在链路传输的几种情况况2022-11-4计算机网络技术实用教程(第3版)1.1.差错控制的作用与机制差错控制的作用与机制为了有效地提高传输质量，一种方法是为了有效地提高传输质量，一种方法是改善通改善通信系统的物理性能信系统的物理性能，使误码的概率降低到满足要，使误码的概率降低到满足要求的程度。另一种方法是求的程度。另一种方法是差错控制差错控制，它是利用编，它是利用编码的手段将传输中产生的错码检测出来，并加以

11、码的手段将传输中产生的错码检测出来，并加以纠正。纠正。：是指在数据通信过程中，发现、检：是指在数据通信过程中，发现、检测差错，对差错进行纠正而把差错限制在数据传测差错，对差错进行纠正而把差错限制在数据传输所允许的尽可能小的范围内的技术和方法。输所允许的尽可能小的范围内的技术和方法。：检错码和纠错码。：检错码和纠错码。2022-11-4计算机网络技术实用教程(第3版)信源校验码编码器存储器发送装置传输信道接收装置发发送送端端校验码译码器接接收收端端信宿反馈信号控制器反馈信号控制器反馈重发纠错实现机制反馈重发纠错实现机制接收端接收端发送端发送端ACKNAKACK12231223停止等待方式停止等待

12、方式：2022-11-4计算机网络技术实用教程(第3版)连续工作方式连续工作方式：拉回方式拉回方式选择重发方式选择重发方式 发发送送端端接接收收端端ACK0ACK1NAKACK2ACK3(a)ACK0ACK1NAKACK2ACK6(b)ACK3ACK4ACK5丢丢弃弃重重传传重重传传01234523456012345234560123452678901234526789发发送送端端接接收收端端丢丢弃弃2022-11-4计算机网络技术实用教程(第3版)2022-11-4计算机网络技术实用教程(第3版)4.1.4 4.1.4 流量控制流量控制 流量控制流量控制的作用就是使发送方所发出的的作用就是使

13、发送方所发出的数据流量不要超过接收方所能接收的速率。数据流量不要超过接收方所能接收的速率。流量控制的关键是需要有一种信息反馈流量控制的关键是需要有一种信息反馈机制，使发送方能了解接收方是否具备足够机制，使发送方能了解接收方是否具备足够的接收及处理能力。的接收及处理能力。停止等待协议也可以实现流量控制停止等待协议也可以实现流量控制,但但效率低。效率低。2022-11-4计算机网络技术实用教程(第3版)窗口机制窗口机制 发送窗口发送窗口W WT T=5=5，接收窗口，接收窗口W WR R=1=1图（图（a a）:刚开始发送时的情况，刚开始发送时的情况，在发送窗口内的序号的数据帧就在发送窗口内的序号

14、的数据帧就是可以发送的数据帧，若发送方是可以发送的数据帧，若发送方发送完发送完5 5个帧（个帧（0 04 4号帧）后，仍号帧）后，仍未收到任何确认信息，则停止发未收到任何确认信息，则停止发送，进入等待状态。送，进入等待状态。图（图（b b）:接收方已正确接收接收方已正确接收0 0号帧号帧并发送确认帧，同时接收窗口向并发送确认帧，同时接收窗口向前滑动，准备接收前滑动，准备接收1 1号帧；发送方号帧；发送方收到确认信息，发送窗口向前滑收到确认信息，发送窗口向前滑动动1 1个序号，个序号，5 5号帧落入发送窗口，号帧落入发送窗口，可以发送可以发送5 5号帧。号帧。图（图（c c）:接收方已正确接收接

15、收方已正确接收0 03 3号帧并发出确认帧，接收窗口继号帧并发出确认帧，接收窗口继续向前滑动，准备接收续向前滑动，准备接收4 4号帧；发号帧；发送方收到确认信息，发送窗口向送方收到确认信息，发送窗口向前滑动前滑动3 3个序号，个序号，6 6、7 7、0 0号帧落号帧落入发送窗口，可以发送。入发送窗口，可以发送。2022-11-4计算机网络技术实用教程(第3版)4.1.5 4.1.5 链路管理链路管理 链路管理功能用于链路管理功能用于面向连接面向连接的服务。在的服务。在链路两端的节点要进行通信前，必须首先确链路两端的节点要进行通信前，必须首先确认对方已处于就绪状态，并交换一些必要的认对方已处于就

16、绪状态，并交换一些必要的信息以对帧序号初始化，然后才能建立连接。信息以对帧序号初始化，然后才能建立连接。在传输过程中则要维持该连接。如果出现差在传输过程中则要维持该连接。如果出现差错，需要重新初始化，重新自动建立连接。错，需要重新初始化，重新自动建立连接。传输完毕后要释放连接。传输完毕后要释放连接。数据链路层连接的数据链路层连接的建立、维持和释放建立、维持和释放就称就称作链路管理。作链路管理。2022-11-4计算机网络技术实用教程(第3版)1.1.无确认的无连接服务方式无确认的无连接服务方式两个相邻机器之间在发送数据帧之前，事两个相邻机器之间在发送数据帧之前，事先不建立连接，事后也不存在释放

17、连接；先不建立连接，事后也不存在释放连接；源机器向目标机器发送独立的数据帧，而源机器向目标机器发送独立的数据帧，而目的机器不对收到的帧作确认。这类服务目的机器不对收到的帧作确认。这类服务通常通常适用于误码率很低的适用于误码率很低的信道，如大多数信道，如大多数局域网都使用这种无确认的无连接服务方局域网都使用这种无确认的无连接服务方式。式。4.2 4.2 数据链路层提供的基本服务数据链路层提供的基本服务2022-11-4计算机网络技术实用教程(第3版)4.2 4.2 数据链路层所提供的基本服务数据链路层所提供的基本服务2.2.有确认的无连接服务方式有确认的无连接服务方式 不需要建立连接，源机器向目

18、标机器发送独不需要建立连接，源机器向目标机器发送独立的数据帧，但是接收站点要对收到的每一帧立的数据帧，但是接收站点要对收到的每一帧作确认作确认，即在收到数据帧之后回送一个确认帧，即在收到数据帧之后回送一个确认帧，而发送站点在收到确认帧之后才会发送下一帧。而发送站点在收到确认帧之后才会发送下一帧。当在一个确定的时间段内没有收到确认帧时，当在一个确定的时间段内没有收到确认帧时，发送方就认为所发送的数据帧丢失并发送方就认为所发送的数据帧丢失并自动重发自动重发此帧此帧。自动重发可能会产生接收站点收到重复。自动重发可能会产生接收站点收到重复的数据帧的问题。适用于像无线网之类的不可的数据帧的问题。适用于像

19、无线网之类的不可靠信道。靠信道。2022-11-4计算机网络技术实用教程(第3版)4.2 4.2 数据链路层所提供的基本服务数据链路层所提供的基本服务3.3.确认的面向连接服务方式确认的面向连接服务方式发送数据之前，发送数据之前，先建立连接先建立连接，然后才会启动帧，然后才会启动帧的传送。在发送数据阶段，要为所传送的每一帧的传送。在发送数据阶段，要为所传送的每一帧都要编上号，数据链路层提供相应的确认和流量都要编上号，数据链路层提供相应的确认和流量控制机制来保证每一帧都只被正确接收一次，并控制机制来保证每一帧都只被正确接收一次，并保证所有帧都按正确的顺序被接收。传输完成之保证所有帧都按正确的顺序

20、被接收。传输完成之后，要拆除或释放所建立的连接。后，要拆除或释放所建立的连接。该服务方式分：该服务方式分：链路建立阶段、数据传输阶段链路建立阶段、数据传输阶段和链路拆除阶段和链路拆除阶段。2022-11-4计算机网络技术实用教程(第3版)4.3 4.3 高级数据链路控制协议高级数据链路控制协议HDLCHDLC高级数据链路控制（高级数据链路控制（HDLCHDLC）是一个在同步网）是一个在同步网上传输数据、上传输数据、面向位面向位的数据链路层协议，它是的数据链路层协议，它是由国际标准化组织（由国际标准化组织（ISOISO）制订的。）制订的。HDLCHDLC是面向比特的协议，其支持全双工通信，是面向

21、比特的协议，其支持全双工通信，采用位填充的成帧技术，以滑动窗口协议进行采用位填充的成帧技术，以滑动窗口协议进行流量控制。流量控制。4.3.1 HDLC 4.3.1 HDLC 的帧格式的帧格式HDLCHDLC的功能集中体现在了的功能集中体现在了HDLCHDLC帧格式中。帧格式中。HDLCHDLC的帧格式如图的帧格式如图4.4 4.4 所示。所示。2022-11-4计算机网络技术实用教程(第3版)4.3 高级数据链路控制协议高级数据链路控制协议HDLC标志F地址A控制C数据Data帧校验序列FCS标志F长度(位)8 8 8 可变 16 8图4.4 HDLC帧格式及控制字段的结构0N(S)P/FN(

22、R)1P/FN(R)1P/FN(R)01SM信息帧：监控帧：无编号帧：比特序号：1 2 3 4 5 6 7 82022-11-4计算机网络技术实用教程(第3版)4.3 高级数据链路控制协议高级数据链路控制协议HDLCl帧头和帧尾的位模式串帧头和帧尾的位模式串“01111110”01111110”为帧的开为帧的开始和结束标记始和结束标记(flag)(flag)。lA A是地址字段，是地址字段，8 8位。对于命令帧，存放接收站位。对于命令帧，存放接收站地址；对于响应帧，存放发送响应帧的站点地址。地址；对于响应帧，存放发送响应帧的站点地址。lC C是控制字段，是控制字段，8 8位，该字段是位，该字段

23、是HDLCHDLC协议关键部协议关键部分。分。HDLCHDLC的三种帧：信息帧、监控帧和无序号帧。的三种帧：信息帧、监控帧和无序号帧。ldatadata是数据字段，包含任意信息且可以是任意是数据字段，包含任意信息且可以是任意长的。长的。lFCSFCS是校验序列字段，采用是校验序列字段，采用1616位的位的CRCCRC校验校验。2022-11-4计算机网络技术实用教程(第3版)4.3 高级数据链路控制协议高级数据链路控制协议HDLC4.3.2 HDLC 用于实现面向连接的可靠传输用于实现面向连接的可靠传输图图4.5给出了将给出了将HDLC用于实现有确认的面向用于实现有确认的面向连接数据传输服务的

24、例子。图连接数据传输服务的例子。图4.5为正常传输，为正常传输，其中将无序号帧用于链路连接的建立、维护与其中将无序号帧用于链路连接的建立、维护与拆除；将信息帧用于发送数据并实现捎带的帧拆除；将信息帧用于发送数据并实现捎带的帧确认。确认。2022-11-4计算机网络技术实用教程(第3版)4.3 高级数据链路控制协议高级数据链路控制协议HDLC图4.5 有确认的面向连接HDLC连接建立、数据传输和连接拆除1 1P/FMAMA发送无符号帧请求建立连接：B1 1P/FMMB发送无符号帧确认建立连接：0P/F00A发送编号为0的数据帧：0P/F01A发送编号为1的数据帧：0P/F20B发送编号为0的数据

25、帧，并对A的第1帧进行确认：A发送无符号帧请求断开连接：1 1P/FMM1 1P/FMMB发送无符号帧确认断开连接：2022-11-4计算机网络技术实用教程(第3版)4.3 高级数据链路控制协议高级数据链路控制协议HDLC4.6则表示出现差错后的处理过程，但省略了则表示出现差错后的处理过程，但省略了关于连接建立的过程。由于关于连接建立的过程。由于B方没有数据帧要发方没有数据帧要发送给送给A方，所以不能利用信息帧的捎带来反馈帧方，所以不能利用信息帧的捎带来反馈帧出错信息，只有专门发送一个监控帧用于告诉出错信息，只有专门发送一个监控帧用于告诉A方数据帧传输出错并同时给出建议的差错控制方数据帧传输出

26、错并同时给出建议的差错控制方式，显然在该例子中差错控制采用了选择重方式，显然在该例子中差错控制采用了选择重发方式。发方式。2022-11-4计算机网络技术实用教程(第3版)4.3 高级数据链路控制协议高级数据链路控制协议HDLC1 1P/FMAMA发送编号为3的数据帧：B1 1P/FMMB发送编号为0的数据帧，并对A的第1帧进行确认：0P/F12A发送编号为2的数据帧，并对B的第0帧进行确认：0P/F13A发送编号为3的数据帧：B发送监控帧报告第2帧出错，并要求选择重发：1 0P/F21 10P/F010P/F210P/F12A重发编号为2的数据帧0P/F14A继续发送编号为4的数据帧：B发送

27、关于第4帧进行确认：0P/F21图4.6 有确认的面向连接HDLC差错控制的实现连接建立、数据传输和连接拆除A发送无符号帧请求断开连接：B发送无符号帧确认断开连接：2022-11-4计算机网络技术实用教程(第3版)4.4 点对点点对点PPP协议协议PPP是点对点协议，它是一个工作于数据链是点对点协议，它是一个工作于数据链路层的广域网协议。路层的广域网协议。PPP由由IETF 开发，目前开发，目前已被广泛使用并成为国际标准。无论是同步电已被广泛使用并成为国际标准。无论是同步电路还是异步电路，路还是异步电路，PPP协议都能够建立路由器协议都能够建立路由器之间或者主机到网络之间的连接。之间或者主机到

28、网络之间的连接。利用利用MODEM 进行拨号上网进行拨号上网(163、169、165等等)就是使用就是使用PPP 实现主机到网络连接的实现主机到网络连接的典型例子。典型例子。2022-11-4计算机网络技术实用教程(第3版)4.4 点对点点对点PPP协议协议图4.7 PPP提供多种连接2022-11-4计算机网络技术实用教程(第3版)4.4.1 PPP的特性的特性PPP协议是目前使用广泛的广域网协议，具有以下特性：l能够控制数据链路的建立；l能够对IP地址进行分配和使用；l允许同时采用多种网络层协议；l能够配置和测试数据链路；l能够进行错误检测；l有协商选项，能够对网络层的地址和数据压缩等进行

29、协商。2022-11-4计算机网络技术实用教程(第3版)4.4 点对点点对点PPP协议协议 PPPPPP是现在主流的一种国际标准是现在主流的一种国际标准WANWAN封装封装协议，可支持如下连接类型：协议，可支持如下连接类型：l同步串行连接同步串行连接l异步串行连接异步串行连接lISDNISDN连接连接lHSSIHSSI连接连接2022-11-4计算机网络技术实用教程(第3版)PPP PPP 作为第二层的协议，在物理上可使作为第二层的协议，在物理上可使用各种用各种不同的传输介质不同的传输介质，包括双绞线、，包括双绞线、光纤及无线传输介质，在数据链路层提光纤及无线传输介质，在数据链路层提供了一套解

30、决链路建立、维护、拆除和供了一套解决链路建立、维护、拆除和上层协议协商、认证等问题的方案；在上层协议协商、认证等问题的方案；在帧的封装格式上，帧的封装格式上，PPP PPP 采用的是一种采用的是一种HDLC HDLC 的变化形式；其对网络层协议的支的变化形式；其对网络层协议的支持则包括了多种不同的主流协议，如持则包括了多种不同的主流协议，如IP IP 和和IPX IPX 等。等。4.4.2 PPP4.4.2 PPP的组成的组成2022-11-4计算机网络技术实用教程(第3版)4.4 点对点点对点PPP协议协议图图4.84.8给出了给出了PPP PPP 的体系结构，其中，链路控制协议的体系结构，

31、其中，链路控制协议LCP LCP(Link Control Protocol)(Link Control Protocol)用于数据链路连接的建立、配用于数据链路连接的建立、配置与测试，置与测试，NCP(Network Control Protocols)NCP(Network Control Protocols)则是一组用则是一组用来建立和配置不同的网络层协议。来建立和配置不同的网络层协议。4.4.3 PPP4.4.3 PPP会话建立的过程会话建立的过程PPPPPP提供了建立、配置、维护和终止点到点连接的方法。提供了建立、配置、维护和终止点到点连接的方法。PPPPPP经过以下经过以下4 4个

32、阶段在一个点到点的链路上建立通信连接。个阶段在一个点到点的链路上建立通信连接。1.1.链路的建立和配置协调：通信的发起方发送链路的建立和配置协调：通信的发起方发送LCPLCP帧来帧来配置和检测数据链路。配置和检测数据链路。LCPLCP帧有链路建立帧、链路终止帧和帧有链路建立帧、链路终止帧和链路维护帧三种。链路维护帧三种。2022-11-4计算机网络技术实用教程(第3版)4.4 点对点点对点PPP协议协议 第三层 协议认证和其他选项链接控制协议同步或异步物理介质物理层数据链路层网络层IPIPXPPP图4.8 PPP协议结构IPCP IPXCP 其他协议网络控制协议2022-11-4计算机网络技术

33、实用教程(第3版)4.4 点对点点对点PPP协议协议2.链路质量检测：在链路建立、协调之后。这一阶段是可选链路质量检测：在链路建立、协调之后。这一阶段是可选的。主要用于对链路质量进行测试，以确定其能否为上层所选的。主要用于对链路质量进行测试，以确定其能否为上层所选定的网络协议提供足够的支持，另外若连接的双方已经要求采定的网络协议提供足够的支持，另外若连接的双方已经要求采用安全认证，则在该阶段还要按所选定的认证方式进行相应的用安全认证，则在该阶段还要按所选定的认证方式进行相应的身份认证。身份认证。3.网络层协议配置协调：通信的发起方发送网络层协议配置协调：通信的发起方发送NCP帧以选择并帧以选择

34、并配置网络层协议。配置网络层协议。4.关闭链路：通信链路将一直保持到关闭链路：通信链路将一直保持到LCP或或NCP帧关闭链路帧关闭链路或者是发生一些外部事件（如空闲时间超长或用户干预）。或者是发生一些外部事件（如空闲时间超长或用户干预）。2022-11-4计算机网络技术实用教程(第3版)4.5 4.5 数据链路层的设备与组件数据链路层的设备与组件数据链路层的设备与组件是指那些同时具有物理层和数据链路层功能的设备或组件。网卡,网桥,交换机4.5.1 网卡网卡NIC是局域网中提供各种网络设备与网络通信介质相连的接口。网卡插在主机板的扩展槽上，包括接口控制电路、数据缓冲器、数据链路控制器、编码解码电

35、路、内收发器、介质接口装置等六大部分。网卡主要实现数据的发送与接收、帧的封装与拆封、编码与解码、串/并和并/串、介质访问控制和数据缓存等功能。因为网卡的功能涵盖了OSI模型的物理层与数据链路层，所以通常将其归于数据链路层的组件。2022-11-4计算机网络技术实用教程(第3版)4.5 数据链路层的设备与组件数据链路层的设备与组件网卡地址，网卡地址，固化在网卡上的固化在网卡上的，全球唯一。，全球唯一。48位。位。70亿个。亿个。24bit24bit表示生产厂商，后表示生产厂商，后24bit24bit为生产厂商所分配的产品序列号。为生产厂商所分配的产品序列号。IRQ（中断请求）：常用（中断请求）：

36、常用IRQ3I/O端口地址：缺省端口地址：缺省300H,避免冲突避免冲突内存地址内存地址引导芯片引导芯片:无盘启动无盘启动ROM芯片芯片2022-11-4计算机网络技术实用教程(第3版)4.5 数据链路层的设备与组件数据链路层的设备与组件按照网络技术的不同可分为以太网卡、令牌环网卡、按照网络技术的不同可分为以太网卡、令牌环网卡、FDDI网卡等。目以太网网卡最常见。网卡等。目以太网网卡最常见。按照传输速率，单单以太网卡就提供了按照传输速率，单单以太网卡就提供了10Mbps、100Mbps、1000Mbps和和10Gbps等多种速率。等多种速率。数据传输速率是网卡的一个重要指标。数据传输速率是网卡

37、的一个重要指标。按照总线类型分类，网卡可分为按照总线类型分类，网卡可分为ISA总线网卡、总线网卡、EISA总线网卡、总线网卡、PCI总线网卡及其他总线网卡等。总线网卡及其他总线网卡等。按照所支持的传输介质，网卡可分为双绞线按照所支持的传输介质，网卡可分为双绞线网卡、粗缆网卡、细缆网卡、光纤网卡和无线网卡、粗缆网卡、细缆网卡、光纤网卡和无线网卡。网卡。2022-11-4计算机网络技术实用教程(第3版)4.5 数据链路层的设备与组件数据链路层的设备与组件网卡驱动程序网卡驱动程序驱动程序是一种控制特定设置的硬件级程驱动程序是一种控制特定设置的硬件级程序，序，NIC驱动程序是网卡与驱动程序是网卡与OS

38、的接口。的接口。网卡与介质连接网卡与介质连接粗缆：粗缆：T型接头和型接头和AUI接头和终结器。接头和终结器。细缆：细缆：T型接头，型接头，BNC接头和终结器。接头和终结器。双绞线：双绞线：RJ45连接器。连接器。光纤连接器：光纤连接器：ST头（标准）和头（标准）和SC头。头。光光纤的主要信号衰减在连接器上。纤的主要信号衰减在连接器上。2022-11-4计算机网络技术实用教程(第3版)4.5.2 4.5.2 网桥网桥网桥工作在网桥工作在OSIOSI模型中数据链路层的模型中数据链路层的MACMAC子层。子层。网桥可以将局域网分成两个或更多的网段，它网桥可以将局域网分成两个或更多的网段，它通过隔离每

39、个网段内部的数据流量，从而增加了通过隔离每个网段内部的数据流量，从而增加了每个节点所能使用的有效带宽。每个节点所能使用的有效带宽。是一种将网络上的不同网段连接在一起的是一种将网络上的不同网段连接在一起的互联设备，用来实现不同网段之间的数据帧的过互联设备，用来实现不同网段之间的数据帧的过滤和转发。滤和转发。它工作在它工作在。网桥通常只连接协议网桥通常只连接协议，虽然可以连，虽然可以连接不同协议。接不同协议。网桥各端口的网桥各端口的LANLAN在同一个逻辑网在同一个逻辑网络号或子网号络号或子网号2022-11-4计算机网络技术实用教程(第3版)4.5.2 4.5.2 网桥网桥2.2.网桥功能网桥功

40、能(1)(1)物理上扩展网络物理上扩展网络一个网桥可以连接多个网络，同时一个网络一个网桥可以连接多个网络，同时一个网络又可以使用多个网桥与其他网络互连。又可以使用多个网桥与其他网络互连。(2)(2)数据过滤功能数据过滤功能在网桥中，要维持一个交换表，该表给出关在网桥中，要维持一个交换表，该表给出关于网桥不同接口所连主机的于网桥不同接口所连主机的MAC MAC 地址信息。网地址信息。网桥根据数据帧中的目的地址判断是否转发该帧。桥根据数据帧中的目的地址判断是否转发该帧。2022-11-4计算机网络技术实用教程(第3版)4.5.2 4.5.2 网桥网桥(3)(3)逻辑划分网络的功能逻辑划分网络的功能

41、通过对帧的过滤，网桥实现了物理网络内部通信的通过对帧的过滤，网桥实现了物理网络内部通信的相互隔离，源和目标在同一物理网段中的数据帧由相互隔离，源和目标在同一物理网段中的数据帧由于网桥的数据过滤作用是不会被转发或渗透到其他于网桥的数据过滤作用是不会被转发或渗透到其他网段中的。将网桥所具备的这种隔离功能称为逻辑网段中的。将网桥所具备的这种隔离功能称为逻辑划分网络的功能。划分网络的功能。(4)(4)数据推进功能数据推进功能网桥根据数据过滤的结果实现数据帧的转发。网桥根据数据过滤的结果实现数据帧的转发。(5)(5)帧格式转换功能帧格式转换功能当数据帧通过网桥到达另一个执行不同局域网协议当数据帧通过网桥

42、到达另一个执行不同局域网协议的的LAN LAN 时，网桥还能够对帧格式进行转换处理。时，网桥还能够对帧格式进行转换处理。2022-11-4计算机网络技术实用教程(第3版)本地桥本地桥(内桥和外桥内桥和外桥)，远程桥（公网）。，远程桥（公网）。网桥网桥本地网段本地网段1 1本地网段本地网段2 2网网桥桥1网段网段1 1网段网段2 2网网桥桥2公用网公用网2022-11-4计算机网络技术实用教程(第3版)内桥内桥：它是文件服务器的一部分。在服务器中利用不：它是文件服务器的一部分。在服务器中利用不同的网卡把同的网卡把LANLAN连接起来。连接起来。外桥外桥：是独立于被连接网络之外的、实现两个相似的：

43、是独立于被连接网络之外的、实现两个相似的不同不同LANLAN之间的连接设备之间的连接设备(专用或非专用）专用或非专用）服务器服务器(内桥内桥)外桥外桥2022-11-4计算机网络技术实用教程(第3版)4.4.透明网桥的工作原理透明网桥的工作原理透明网桥安装方便，主机透明。不选最好。透明网桥安装方便，主机透明。不选最好。工作原理：工作原理：维护地址表维护地址表(端口号和主机地址）端口号和主机地址）自动学习网络的拓朴结构自动学习网络的拓朴结构过滤本网段帧过滤本网段帧转发异网段的帧转发异网段的帧如果目的网不知道，则广播该帧。如果目的网不知道，则广播该帧。2022-11-4计算机网络技术实用教程(第3

44、版)4.5.3 4.5.3 交换机交换机1.1.交换技术的基本原理交换技术的基本原理 局域网交换技术是局域网交换技术是OSIOSI参考模型中的第二参考模型中的第二层层数据链路层上的技术，所谓数据链路层上的技术，所谓“交换交换”实际上就是指转发数据帧。实际上就是指转发数据帧。多端口网桥。多端口网桥。在数据通信中，所有交换机执行两个操作：在数据通信中，所有交换机执行两个操作：l交换数据帧，将从输入介质上收到的数交换数据帧，将从输入介质上收到的数据帧转发至相应的输出介质；据帧转发至相应的输出介质；l维护交换操作，构造和维护交换地址表。维护交换操作，构造和维护交换地址表。2022-11-4计算机网络技

45、术实用教程(第3版)4.5.3 4.5.3 交换机交换机（1 1）交换数据帧交换数据帧 交换机根据数据帧的交换机根据数据帧的MACMAC地址进行数据帧的转发操作地址进行数据帧的转发操作:l如果数据帧的目的如果数据帧的目的MACMAC地址是广播地址或者组播地址，地址是广播地址或者组播地址，则向交换机所有端口转发（除数据帧来的端口）。则向交换机所有端口转发（除数据帧来的端口）。l如果数据帧的目的地址是单播地址，但是这个地址并如果数据帧的目的地址是单播地址，但是这个地址并不在交换机的地址表中，那么也会向所有的端口转发。不在交换机的地址表中，那么也会向所有的端口转发。l如果数据帧的目的地址在交换机的地

46、址表中，那么就如果数据帧的目的地址在交换机的地址表中，那么就根据地址表转发到相应的端口。根据地址表转发到相应的端口。l如果数据帧的目的地址与数据帧的源地址在一个网段如果数据帧的目的地址与数据帧的源地址在一个网段上，它就会丢弃这个数据帧，交换也就不会发生。上，它就会丢弃这个数据帧，交换也就不会发生。2022-11-4计算机网络技术实用教程(第3版)4.5.3 4.5.3 交换机交换机 当主机当主机D D发送广播帧时，交换机从发送广播帧时，交换机从E3E3端口接收到目的地址为端口接收到目的地址为ffff.ffff.ffffffff.ffff.ffff的的数据帧，则数据帧，则向向E0E0、E1E1、

47、E2E2和和E4E4端口转发端口转发。当主机当主机D D与与E E主机通信时，交换机从主机通信时，交换机从E3E3端口接收到目的地址为端口接收到目的地址为0260.8c01.55550260.8c01.5555的的数据帧，查找数据帧，查找0260.8c01.55550260.8c01.5555并不在表并不在表中，中，因此交换机仍然因此交换机仍然向向E0E0、E1E1、E2E2和和E4E4端口转端口转发该数据帧发该数据帧。2022-11-4计算机网络技术实用教程(第3版)4.5.3 4.5.3 交换机交换机 当主机当主机D D与主机与主机F F通信时，交换机从通信时，交换机从E3E3端口端口接收

48、到目的地址为接收到目的地址为0260.8c01.66660260.8c01.6666的数据帧，的数据帧，查找地址表后发现查找地址表后发现0260.8c01.66660260.8c01.6666也位于也位于E3E3端端口，即与源地址处于同一个网段，所以交换机口，即与源地址处于同一个网段，所以交换机不会转发该数据帧，而是直接丢弃。不会转发该数据帧，而是直接丢弃。当主机当主机D D与主机与主机A A通信时，交换机从通信时，交换机从E3E3端口端口接收到目的地址为接收到目的地址为0260.8c01.11110260.8c01.1111的数据帧，的数据帧，查找地址表后发现查找地址表后发现0260.8c0

49、1.11110260.8c01.1111位于位于E0E0端口，端口，所以交换机将数据帧转发至所以交换机将数据帧转发至E0E0端口，这样主机端口，这样主机A A即可收到该数据帧。即可收到该数据帧。2022-11-4计算机网络技术实用教程(第3版)4.5.3 4.5.3 交换机交换机 如果在主机如果在主机D D与主机与主机A A通信的同时，主机通信的同时，主机B B也正在向主机也正在向主机C C发送数据，交换机同样会把主机发送数据，交换机同样会把主机B B发送的数据帧转发到连接主机发送的数据帧转发到连接主机C C的的E2E2端口。这端口。这时时E1E1和和E2E2之间之间，以及，以及E3E3和和E

50、0E0之间，通过交换机之间，通过交换机内部的硬件交换电路，建立了内部的硬件交换电路，建立了两条链路两条链路，这两，这两条链路上的数据通信互不影响，因此网络亦不条链路上的数据通信互不影响，因此网络亦不会产生冲突。会产生冲突。所以，主机所以，主机D D和主机和主机A A之间的通信之间的通信独享一条独享一条链链路，主机路，主机C C和主机和主机B B之间也独享一条链路。而这之间也独享一条链路。而这样的链路仅在通信双方有需求时才会建立，一样的链路仅在通信双方有需求时才会建立，一旦数据传输完毕，相应的链路也随之拆除。旦数据传输完毕，相应的链路也随之拆除。2022-11-4计算机网络技术实用教程(第3版)