《數(shù)據(jù)鏈路層下》課件

數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層是OSI模型中的第二層，負(fù)責(zé)在兩個(gè)直接相連的節(jié)點(diǎn)之間可靠地傳輸數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)鏈路層主要功能包括：物理地址尋址、差錯(cuò)檢測和糾正、流量控制和鏈路管理。by引言數(shù)據(jù)鏈路層計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的第二層。關(guān)鍵角色實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)之間可靠的數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)幀在物理層比特流基礎(chǔ)上封裝數(shù)據(jù)幀，包含地址、控制信息等。多種協(xié)議如以太網(wǎng)、令牌環(huán)網(wǎng)、無線局域網(wǎng)。數(shù)據(jù)鏈路層概述物理連接數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)在相鄰節(jié)點(diǎn)之間建立物理連接，確保數(shù)據(jù)在物理鏈路上傳輸。錯(cuò)誤檢測數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)檢測和糾正數(shù)據(jù)傳輸過程中的錯(cuò)誤，保證數(shù)據(jù)完整性。數(shù)據(jù)幀封裝數(shù)據(jù)鏈路層將數(shù)據(jù)封裝成幀，添加幀頭和幀尾，以便識(shí)別和傳輸數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)鏈路層的功能11.幀封裝將數(shù)據(jù)分組封裝成幀，并在幀中添加必要的控制信息，例如幀起始符、幀結(jié)束符、地址信息和校驗(yàn)和。22.物理地址識(shí)別使用MAC地址來識(shí)別網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)，確保數(shù)據(jù)幀能夠正確地發(fā)送到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。33.差錯(cuò)控制檢測數(shù)據(jù)傳輸過程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤，并采取措施進(jìn)行糾正或重傳，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?4.流量控制調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)傳輸速率，避免發(fā)送方過快地發(fā)送數(shù)據(jù)，導(dǎo)致接收方處理不過來，造成數(shù)據(jù)丟失。數(shù)據(jù)鏈路層的服務(wù)無連接服務(wù)數(shù)據(jù)鏈路層不需要與網(wǎng)絡(luò)層建立連接。數(shù)據(jù)包直接發(fā)送，無需建立連接。面向連接服務(wù)數(shù)據(jù)鏈路層需要與網(wǎng)絡(luò)層建立連接，以確保數(shù)據(jù)包的可靠傳輸?？煽繑?shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)鏈路層提供錯(cuò)誤檢測和糾正機(jī)制，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路控制點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路控制是數(shù)據(jù)鏈路層中的一種基本控制方式，用于在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間建立可靠的通信連接。該方式通常用于局域網(wǎng)中，通過使用幀格式和鏈路控制協(xié)議來確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院陀行浴?數(shù)據(jù)傳輸發(fā)送節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)封裝成幀，并通過物理層發(fā)送到接收節(jié)點(diǎn)。2幀接收接收節(jié)點(diǎn)接收幀并進(jìn)行校驗(yàn)，以確保數(shù)據(jù)完整性。3確認(rèn)機(jī)制接收節(jié)點(diǎn)發(fā)送確認(rèn)幀給發(fā)送節(jié)點(diǎn)，以確認(rèn)數(shù)據(jù)接收成功。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路控制的基本工作過程1發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)幀2接收方接收數(shù)據(jù)幀3確認(rèn)發(fā)送確認(rèn)幀4重傳超時(shí)重傳數(shù)據(jù)幀點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路控制是數(shù)據(jù)鏈路層最基本的工作模式，該模式下的通信雙方稱為站。在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路控制中，發(fā)送方將數(shù)據(jù)封裝成幀，并發(fā)送到接收方。接收方在收到數(shù)據(jù)幀后，會(huì)發(fā)送確認(rèn)幀給發(fā)送方，表示數(shù)據(jù)已成功接收。如果發(fā)送方在一定時(shí)間內(nèi)未收到確認(rèn)幀，則會(huì)重新發(fā)送數(shù)據(jù)幀。幀格式幀格式是數(shù)據(jù)鏈路層中用于封裝數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)。幀格式通常包含以下元素：幀起始符目標(biāo)地址源地址數(shù)據(jù)幀校驗(yàn)序列幀結(jié)束符鏈路控制協(xié)議協(xié)議分類鏈路控制協(xié)議分為兩種類型：數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議和媒體訪問控制協(xié)議。數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議用于管理數(shù)據(jù)幀的傳輸，而媒體訪問控制協(xié)議則用于控制對(duì)共享網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)的訪問。功能鏈路控制協(xié)議負(fù)責(zé)在節(jié)點(diǎn)之間建立和維護(hù)可靠的數(shù)據(jù)傳輸。它們負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)幀的封裝、地址解析、錯(cuò)誤檢測和糾正、流量控制等功能。停止-等待協(xié)議發(fā)送方發(fā)送幀發(fā)送方發(fā)送一個(gè)幀，并等待確認(rèn)幀。接收方收到幀接收方收到幀后，發(fā)送確認(rèn)幀，并繼續(xù)處理數(shù)據(jù)。發(fā)送方收到確認(rèn)幀發(fā)送方收到確認(rèn)幀后，發(fā)送下一個(gè)幀。超時(shí)機(jī)制如果發(fā)送方在一定時(shí)間內(nèi)沒有收到確認(rèn)幀，則超時(shí)，重新發(fā)送該幀。連續(xù)ARQ協(xié)議連續(xù)ARQ協(xié)議是一種可靠的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，用于確保數(shù)據(jù)在傳輸過程中不會(huì)丟失或損壞。它通過在發(fā)送和接收數(shù)據(jù)幀之間建立一個(gè)滑動(dòng)窗口，來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?確認(rèn)幀接收方發(fā)送確認(rèn)幀ACK以確認(rèn)收到數(shù)據(jù)幀2定時(shí)器發(fā)送方使用定時(shí)器來檢測數(shù)據(jù)幀是否丟失3滑動(dòng)窗口發(fā)送方和接收方使用滑動(dòng)窗口來管理數(shù)據(jù)幀的傳輸4序列號(hào)數(shù)據(jù)幀使用序列號(hào)來標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)幀的順序連續(xù)ARQ協(xié)議中，發(fā)送方可以連續(xù)發(fā)送多個(gè)數(shù)據(jù)幀，而無需等待接收方的確認(rèn)。接收方則根據(jù)收到的數(shù)據(jù)幀的序列號(hào)，判斷數(shù)據(jù)幀的順序是否正確。如果出現(xiàn)丟失或損壞的幀，接收方將向發(fā)送方發(fā)送重傳請(qǐng)求。發(fā)送方收到重傳請(qǐng)求后，將重新發(fā)送丟失或損壞的幀?？臻g分割11.頻分多址將信道帶寬分成若干個(gè)子信道，每個(gè)用戶占用一個(gè)子信道。22.時(shí)分多址將時(shí)間分成若干個(gè)時(shí)間片，每個(gè)用戶占用一個(gè)時(shí)間片。33.碼分多址將每個(gè)用戶的信號(hào)用不同的碼字進(jìn)行區(qū)分。44.空間分割將物理信道分成若干個(gè)獨(dú)立的信道，每個(gè)用戶占用一個(gè)信道。時(shí)分多址訪問技術(shù)時(shí)間片輪流每個(gè)用戶分配一個(gè)時(shí)間片，輪流使用信道。信道時(shí)間被分成若干時(shí)間片，每個(gè)時(shí)間片分配給一個(gè)用戶。時(shí)間片固定每個(gè)時(shí)間片分配給不同的用戶，輪流使用。用戶在自己的時(shí)間片內(nèi)可以獨(dú)占信道，不受其他用戶的干擾。低成本時(shí)分多址技術(shù)相對(duì)簡單，成本較低。不需要額外的硬件設(shè)備，只需要通過軟件實(shí)現(xiàn)即可。效率提升多個(gè)用戶共享信道，提高了信道利用率，減少了信道浪費(fèi)。頻分多址訪問技術(shù)頻分多址訪問技術(shù)概述頻分多址訪問技術(shù)(FDMA)將通信信道劃分為多個(gè)頻率段，每個(gè)用戶分配一個(gè)獨(dú)立的頻率段，在同一時(shí)間使用不同的頻率段進(jìn)行通信。每個(gè)用戶在分配的頻率段內(nèi)獨(dú)占帶寬，不受其他用戶干擾。碼分多址訪問技術(shù)碼片序列每個(gè)用戶分配一個(gè)唯一的碼片序列，用于區(qū)分不同的用戶。正交性不同用戶的碼片序列相互正交，確保不同用戶之間不會(huì)互相干擾。擴(kuò)頻技術(shù)將信號(hào)的帶寬擴(kuò)展到比原始信號(hào)帶寬更大的范圍，提高信號(hào)抗干擾能力。多路訪問的基本原理多路訪問技術(shù)指多個(gè)用戶共享同一信道，有效利用信道資源。使用多路訪問技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)設(shè)備共享網(wǎng)絡(luò)帶寬，降低成本。以太網(wǎng)以太網(wǎng)是一種常用的局域網(wǎng)技術(shù)，它使用CSMA/CD訪問方法，并基于IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)。以太網(wǎng)通常使用UTP雙絞線進(jìn)行連接，傳輸速率包括10Mbps、100Mbps、1Gbps和10Gbps等。以太網(wǎng)廣泛應(yīng)用于各種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，例如企業(yè)網(wǎng)絡(luò)、家庭網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)接入等。以太網(wǎng)的物理層物理介質(zhì)以太網(wǎng)使用雙絞線、同軸電纜或光纖等物理介質(zhì)傳輸數(shù)據(jù)。這些介質(zhì)的類型會(huì)影響傳輸速度和距離。網(wǎng)絡(luò)接口卡網(wǎng)絡(luò)接口卡（NIC）連接計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)，并負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)從計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，反之亦然。集線器集線器是連接多個(gè)設(shè)備的簡單設(shè)備，它將所有設(shè)備連接到一個(gè)公共的網(wǎng)絡(luò)。交換機(jī)交換機(jī)比集線器更智能，它可以根據(jù)數(shù)據(jù)包的目的地址進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，提高網(wǎng)絡(luò)效率。以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層以太網(wǎng)幀以太網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層使用以太網(wǎng)幀進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，它包含幀頭、數(shù)據(jù)部分和幀尾。MAC地址以太網(wǎng)幀中包含源MAC地址和目的MAC地址，用于識(shí)別網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。CSMA/CD以太網(wǎng)使用載波偵聽多路訪問/沖突檢測（CSMA/CD）協(xié)議來管理網(wǎng)絡(luò)訪問。以太網(wǎng)的協(xié)議幀格式以太網(wǎng)幀格式包括前導(dǎo)碼、幀起始符、目的MAC地址、源MAC地址、類型、數(shù)據(jù)字段和幀校驗(yàn)序列。其中數(shù)據(jù)字段包含上層協(xié)議的數(shù)據(jù)，幀校驗(yàn)序列用于檢測幀傳輸過程中是否出現(xiàn)錯(cuò)誤。以太網(wǎng)的CSMA/CD訪問方式載波偵聽發(fā)送數(shù)據(jù)前，先偵聽網(wǎng)絡(luò)上是否有其他設(shè)備正在發(fā)送數(shù)據(jù)。碰撞檢測如果檢測到碰撞，立即停止傳輸數(shù)據(jù)，并發(fā)送一個(gè)稱為“干擾信號(hào)”的信號(hào)。隨機(jī)退避發(fā)送干擾信號(hào)后，等待一個(gè)隨機(jī)的時(shí)間，然后再次嘗試發(fā)送數(shù)據(jù)。指數(shù)退避如果多次發(fā)生碰撞，等待的時(shí)間會(huì)指數(shù)級(jí)地增長，以避免頻繁的碰撞。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是指網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)之間的連接方式，決定了數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)穆窂?。常見的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有總線型、星型、環(huán)型、樹型、網(wǎng)狀型等。不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有不同的優(yōu)缺點(diǎn)，例如總線型結(jié)構(gòu)簡單但可靠性較低，星型結(jié)構(gòu)可靠性較高但成本較高，環(huán)型結(jié)構(gòu)效率較高但容易出現(xiàn)單點(diǎn)故障，網(wǎng)狀型結(jié)構(gòu)最復(fù)雜但可靠性最高。交換機(jī)高效連接交換機(jī)連接多個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，如計(jì)算機(jī)、服務(wù)器和路由器。集中控制交換機(jī)管理網(wǎng)絡(luò)流量，提高網(wǎng)絡(luò)性能，并確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩涂煽啃?。交換機(jī)的工作原理1接收數(shù)據(jù)幀交換機(jī)接收來自網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的數(shù)據(jù)幀，并分析幀中的目標(biāo)MAC地址。2查找MAC地址表交換機(jī)根據(jù)目標(biāo)MAC地址查找MAC地址表，以確定目標(biāo)設(shè)備所在的端口。3轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀交換機(jī)將數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)到目標(biāo)端口，只發(fā)送給目標(biāo)設(shè)備，不會(huì)廣播到所有端口。交換機(jī)的轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制1接收幀交換機(jī)接收來自網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的幀，檢查幀中的目標(biāo)MAC地址。2查找MAC地址表交換機(jī)在MAC地址表中查找目標(biāo)MAC地址，以確定對(duì)應(yīng)端口。3轉(zhuǎn)發(fā)幀交換機(jī)將幀轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的端口，以便將數(shù)據(jù)傳遞到目標(biāo)設(shè)備。交換機(jī)的生成樹協(xié)議生成樹協(xié)議生成樹協(xié)議(STP)是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，用于防止網(wǎng)絡(luò)環(huán)路的產(chǎn)生。它通過識(shí)別網(wǎng)絡(luò)中的冗余路徑并將其阻塞，從而防止數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中無限循環(huán)。虛擬局域網(wǎng)虛擬局域網(wǎng)(VLAN)是一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它允許在同一物理網(wǎng)絡(luò)中創(chuàng)建多個(gè)邏輯網(wǎng)絡(luò)，從而提高網(wǎng)絡(luò)效率和安全性。VLAN允許將用戶分組到不同的廣播域中，從而減少網(wǎng)絡(luò)流量和廣播風(fēng)暴，并提高安全性。虛擬局域網(wǎng)概述虛擬局域網(wǎng)的概念虛擬局域網(wǎng)(VLAN)是一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它將物理上位于不同網(wǎng)段的計(jì)算機(jī)邏輯地分組到一起，形成獨(dú)立的廣播域。VLAN允許用戶在一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)中創(chuàng)建多個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)，并對(duì)這些虛擬網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行獨(dú)立的管理和控制。VLAN的優(yōu)勢(shì)VLAN具有以下優(yōu)勢(shì)：提高網(wǎng)絡(luò)安全性、簡化網(wǎng)絡(luò)管理、優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能、靈活配置網(wǎng)絡(luò)資源。VLAN的應(yīng)用VLAN在現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)中得到了廣泛應(yīng)用，例如：企業(yè)網(wǎng)絡(luò)、校園網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)。虛擬局域網(wǎng)的工作原理1主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)主機(jī)將數(shù)據(jù)幀發(fā)送到交換機(jī)2交換機(jī)查找VLAN交換機(jī)根據(jù)數(shù)據(jù)幀中的VLANID，確定目標(biāo)主機(jī)所屬的VLAN3轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀交換機(jī)將數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)到同一個(gè)VLAN內(nèi)的目標(biāo)主機(jī)虛擬局域網(wǎng)（VLAN）允許將邏輯網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建在物理網(wǎng)絡(luò)之上，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)隔離和資源管理。交換機(jī)是實(shí)現(xiàn)VLAN的關(guān)鍵設(shè)備，它通過VLANID將主機(jī)劃分到不同的邏輯網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)幀時(shí)，交換機(jī)根據(jù)數(shù)據(jù)幀中的VLANID確定目標(biāo)主機(jī)所屬的VLAN，并將數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)到同一個(gè)VLAN內(nèi)的目標(biāo)主機(jī)。虛擬局域網(wǎng)的配置1端口配置將端口分配到不同的VLAN中，允許不同VLAN的設(shè)備之間進(jìn)行通信。2VLANI