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【图解TCP/IP 归纳】第三章 数据链路

分类: 文章 • 2024-12-18 16:07:04

第三章 数据链路

3.1 数据链路层的作用

  • （1）写在前面：数据链路层是OSI参考模型中的东西，其有时也指以太网、无线局域网等通信手段；而TCP/IP中对于数据链路层与物理层均未作定义，一般将其统称为网络接口层
  • （2）数据链路的单位：将0/1序列集合成一个叫“帧”的块，然后再进行传输；而数据链路的速度为网络传输的最底层，所以数据链路也可以被视为网络传输中的最小单位，所以互联网也可以被称为“数据链路的集合”
  • （3）数据链路的段：是指一个被分割的网络，从网络层的角度来看，是指从主机（路由器）到主机（路由器）之间；从物理层的角度来看，是从两个中继器之间
  • （4）网络拓扑：网络的连接和构成的形态，其有总线型、环型、星型和网状型等等

3.2 数据链路相关技术

  • 3.2.1 MAC地址

    • （1）定义：MAC地址长48比特，在使用NIC的情况下，MAC地址一般会烧入到ROM中，保证每一个网卡的MAC地址均不重复
    • （2）结构：（十六进制表示与实际数值有所不同）
      第1位：单播地址（0）/多播地址（1）；
      第2位：全局地址（0）/本地地址（1）；
      第3~24位：由IEEE管理并保证各厂家之间不重复；
      第25~48位：由厂商管理并保证产品之间不重复
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  • 3.2.2 共享介质网络

    • （1）定义：多个设备共享同一个通信介质的一种网络，比如最早的以太网和FDDI
    • （2）使用方式：争用方式CSMA和令牌传递方式，其中CSMA/CD作为争用方式，要求一旦发生冲突，则尽早释放信道（先听后说，边说边听，冲突停止，延时再发）
    • （3）通信方式为半双工通信，即只发送或只接受的通信方式，收发共享同一介质

  • 3.2.3 非共享介质网络

    • （1）定义：指网络不共享介质，是对介质采取专用的一种传输控制方式
    • （2）通信方式：通信方式为全双工通信，即当以太网使用交换机与双绞线电缆时，收发数据时每个站有各自专用的通信介质

  • 3.2.4 根据MAC地址转发

    • （1）定义：使用交换集线器中的地址转发表进行转发，其具有自我学习过程，即自我学习得到对应的哪台电脑对应哪个端口
    • （2）转发方式：存储转发（检查数据帧末尾的FCS位后再进行转发）；
      直通转发（得知目标地址即可开始转发）

  • 3.2.5 环路检测技术（处理网络环路）

    • （1）生成树方式：每个网桥必须在1~10秒内相互交换BPDU包，从而判断哪些端口使用哪些不使用
    • （2）源路由法：判断发送数据的源地址是哪个网桥传输的，并将帧写入RIF中

  • 3.2.6 VLAN

    • 根据交换机的端口区分多个网段，从而区分了广播数据的传播范围

3.3 以太网（以太网和IEEE802.3以太网）

  • 3.3.1 以太网的连接形式

    • 最初，一般采用多台终端使用同一根同轴电缆的共享介质型连接方式；
      现在，一般采用终端与交换机之间独占电缆（非介质共享的双绞线）的方式实现以太网通信

  • 3.3.2 以太网的分类

    • 所谓的传输速度 1 Mbps = 1×10^6 bit/s = 1.25×10^5 B/s = 125 KB/s = 0.125 M/s；
      以太网中以时钟频率决定传输速度，即：1K = 1000,1M = 1000K，1G = 1000M

  • 3.3.3 以太网的历史

    • 通讯协议的发展：CSMA/CD—FDDI—ATM交换技术

  • 3.3.4 以太帧的格式

    • （1）前导码：前导码位于以太网帧前端8字节，最后一个字节末尾为“11”。以太网定义最后的两个比特即”11“为SFD，IEEE802.3以太网定义最后的整个字节为SFD
    • （2）以太网帧本体：以太网首部14字节（目标MAC地址6字节，源MAC地址6字节，上层协议类型2字节），数据（46~1500字节），FCS（4字节）
    • （3）IEEE802.3以太网帧体格式：以太网首部22字节（目标MAC地址6字节，源MAC地址6字节，帧长度2字节，LLC 2字节，SNAP 5字节），数据（46~1492字节），FCS（4字节）
    • （4）数据链路分层：数据链路层分为介质访问控制层LLC和逻辑链路控制层MAC；
      介质访问控制层根据以太网或FDDI等不同数据链路所特有的首部信息进行控制；（目标与源MAC地址，前导码，FCS（整个帧除以生成多项式的余数 CRC循环冗余校验码算法）等）
      逻辑链路控制层则根据以太网或FDDI等不同数据链路所共有的帧头信息进行控制；（主要是LLC（DSAP 1字节AA，SSAP 1字节AA，CTRL 1字节03）与 SNAP（厂商3字节，类型2字节））
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3.4 无线通信

  • 3.4.1 无线通信的种类

    • 无线PAN（蓝牙），无线LAN（Wi-Fi），无线MAN（WiMAX），无线RAN，无线WAN（3G，4G）

  • 3.4.2 IEEE802.11

    • 其定义了无线LAN协议中物理层与数据链路层的一部分，其中MAC层包含了介质访问控制所使用的CSMA/CA协议（与CSMA/CD相似）
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3.5 PPP

  • 3.5.1 PPP协议定义

    • 指点对点，相当于1对1连接计算机的协议，其属于纯粹地位于数据链路层，与以太网和FDDI不同（两者还与物理层有关）。其物理层可以使用ISDN专线、ATM路线等

  • 3.5.2 LCP与NCP

    • （1）LCP：属于PPP中的协议，其不依赖上层，主要负责建立和断开连接、设置最大接收单元（MRU）、设置验证协议（PAP或CHAP）以及设置是否进行通信质量的监控
    • （2）NCP：属于PPP中的协议，其依赖上层（当上层为IP时NCP叫做IPCP），其负责IP地址设置以及是否进行TCP/IP首部压缩等设置
    • （3）PAP和CHAP：属于LCP中的验证协议，其中PAP是PPP创建连接时，通过两次握手进行用户名和密码验证（密码以明文传输）；CHAP是使用一次性密码OTP，可以防止窃听

  • 3.5.3 PPP帧格式

    • （1）格式：标志（1字节 01111110），地址（1字节 11111111），控制1字节（00000011），类型（2字节），数据（0~1500字节），FCS（4字节），标志（1字节 01111110）
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    • （2）问题：在发送时，对于连续5个“1”时后面必须插入一个0；而当接收时，连续5个“1”后的“0”则必须删除，而这些插入和删除的操作需要由电脑的CPU自己处理

  • 3.5.4 PPPoE

    • 利用PPPoE协议，可以将PPP协议封装在以太网上，从而实现在以太网上使用PPP协议传输

3.6 其他数据链路

  • 3.6.1 ATM

    • （1）定义：使用一种被称为信元（5字节首部加48字节数据）的单位进行传输的数据链路
    • （2）特点：面向连接的一种数据链路，允许在任何时候发送任何数据，而大量数据同时发送会造成收敛状态（当网络非常拥堵时，路由器或交换机无法完成包的处理，从而丢弃掉这些包的状态）（限制带宽解决）
    • （3）用于同步与异步：多个通信设备通过同一条电缆相连的情况称为TDM（时分复用设备），ATM在TDM的时隙中放入数据时按照数据到达的顺序放入（附加5字节的包首部）
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    • （4）实际使用：借用上层的AAL（上层为IP时称为AAL5）。每个IP包被附加各层的协议首部后，最多可分成192个ATM发送出去（中间一旦出错，全部重发）

  • 3.6.2 POS

    • 在SDH上进行包通信的协议，SDH是在光纤上传输数字信号的物理层规范

  • 3.6.3 FDDI

    • 称为分布式光纤数据接口，其采用令牌环（追加令牌）环（双环）的访问方式（易收敛）

  • 3.6.4 Token Ring

    • 令牌环网，FDDI为拓展此技术的产物

  • 3.6.5 100VG-AnyLAN

    • 扩展了令牌环网需求优先的访问方式

  • 3.6.6 光纤通道

    • 实现高速数据通信的数据链路

  • 3.6.7 其他

    • HIPPI，IEEE1394，HDMI，ISCSL，InfiniBand，DOCSIS，高速PLC

3.7 公共网络

  • 3.7.1 模拟电话线路

    • 将数字信号转换为模拟信号的调试解调器称为“猫”

  • 3.7.2 移动通信服务

    • 包括手机和小灵通（PHS）

  • 3.7.3 ADSL

    • 非对称数字用户环路，用来扩展模拟电话线路

  • 3.7.4 FTTH

    • 一根高速光纤直接连接到用户家里或公司建筑物，其通过ONU的装置与计算机相连接

  • 3.7.5 有线电视

    • 将数字播送或部分模拟播送与数字信息之间通过一个电缆进行收发转换（DOCSIS）

  • 3.7.6 专线

    • 特定的一对一的连接

  • 3.7.7 v*n（虚拟专用网络）

    • （1）IP-v*n（IP层面）：在IP网络（互联网）上建立v*n。
      MPLS技术（服务提供商网络使用）：网络服务商提供一种在IP网络上使用MPLS技术（多协议标签交换，即在IP包中附加一个叫做标签的信息）构建v*n服务
      IPsec技术（互联网中使用）：对v*n通信中的IP包进行验证和加密，在互联网上构造一个封闭的私有网络
    • （2）广域以太网（服务提供商的数据链路层）：在作为数据链路层的以太网上利用VLAN（局域虚拟网）实现v*n的技术（也可使用TCP/IP协议），其以企业专门使用服务商提供的VLAN网路为主要形式

  • 3.7.8 公共无线LAN

    • 公开使用WiFi等服务，其他的还有X.25、帧中继以及ISDN等无线通信服务

对应思维导图

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