思維導圖

數據鏈路層

• 　　邏輯鏈路控制（LLC Sublayer）
• 　　介質訪問控制（MAC Sublayer）
  • 　　解決某一時刻由哪個工作站共享信道的問題

數據通信方式

• 　　單播
• 　　廣播（以太網采用）
• 　　組播

廣播網絡面臨的問題

• 　　廣播信道/多路訪問信道上確定下一個訪問者
• 介質的多路訪問控制/介質的訪問控制MAC
  • 　　靜態分配——預先分配給各用戶
    • 　　用戶數量少且用戶數目固定
    • 通信量大且流量穩定
    • 不適合突發性業務
  • 動態分配——信道時開放的，無預分配
    • 　　多路訪問協議（Multiple Access Protocol）
      • 　　隨機訪問協議
        • 　　ALOHA協議
        • CSMA協議
        • CSMA/CD協議（以太網采用此協議）
      • 受控訪問協議　　

二、 ALOHA協議

兩個版本

• 　　純ALOHA協議
  • 　　任性，想發就發
  • 沖突危險期：2t，信道利用率：18.4%
• 　　分隙ALOHA協議（隙——時槽）　
  • 　　把時間分成時隙（時間片）
  • 時隙 = 幀時T
  • 發送幀必須在時隙的起點，所以沖突只發生在時隙的起點
  • 沖突危險期縮短為T
  • 一旦某個站占用某個時隙並發送成功，則在該時隙內不會發生沖突
  • 沖突危險期：t，信道利用率：36.8%

吞吐率（Throughout）S

• 　　在發送時間T（一個幀時）內發送成功的平均幀數
• 　　0<S<1

運載負載（Carried load）G

• 　　也叫網絡負載
• 　　一個幀時內T內所有通信站總共發送的幀平均值（包括原發和重發的幀）
• 　　顯然，G大於等於S　　

三、 CSMA（Carrier Sense Multiple Access）載波監聽多路訪問協議

非持續式——載波監聽多路訪問協議

• 　　監聽介質正在被使用，會等待一個隨機分布的時間

持續式——載波監聽多路訪問協議　　

• 　　幀聽介質正在被使用，會持續幀聽
• 　　發生碰撞，等待一個隨機時間

CSMA/CD(CSMA with Collision Detection)

• 帶沖突檢測的載波監聽多路訪問協議
• 其實是：1-持續的載波監聽多路訪問協議
• 先聽後發、邊聽邊發
• 　　

沖突檢測的要求

• 　　時隙寬度 = 最大沖突檢測時間（沖突窗口）
  • 　　　　保證在一個時隙內能夠檢測到最遠距離的沖突
• 　　發送有效幀的時間 >= 最大沖突檢測時間（沖突窗口）
  • 　　　　防止因為在發生沖突時，已完成短幀發送而無法知道實際上已經發送失敗

沖突窗口

• 　　沖突危險期
• 　　數值上等同於：信號在最遠兩個工作站的傳輸延遲的2倍

四、以太網

• 事實上的以太網標準：IEEE802.3以太網
• 位於OSI參考模型的下兩層：物理層和數據鏈路層

兩種以太網

• 　　經典以太網（3M——10Mbps）
• 　　交換式以太網（10M、100M、1G，廣泛使用）　　　　

三種以太網線纜參數對比

以太網介質訪問控制技術（CSMA/CD）

計算沖突等待的時間——二進制指數後退算法

優點

• 　　簡單性和靈活性
• 　 易於維護
• 　　支持TCP/IP,互聯容易
• 　　善於借鑒：4B/5B...
• KISS: Keep It Simple, Stupid

幀結構（802.3幀結構——1.5層）

DIX以太網的幀結構——2層

區分字段時類型還是長度

幀的長度必須大於64byte

小結

• 　　IEEE802.3以太網跟DIX以太網幀的主要差別時前導碼和類型/長度字段
• 　　通過查看類型/長度的值是否大於0x600（1536）來判定時類型字段還是長度字段
• 　　物理地址（MAC地址）由48位構成，其中前24位OUI，需要向IEEE申請
• 　　MAC地址不可更改，全球唯一
• 　　幀最長1518字節，最短64字節（包括幀頭幀尾，不含前導碼）

六、 二層交換的基本格式

• 連接LAN
• 二層交換不關心三層協議
• 交換機是網橋的現代名稱

不同網絡的連接

• 不同的幀格式——重新封裝
• 不同的數據傳輸速率——緩存
• 不同的最大幀長度——切割
• 不同的安全策略
• 不同的服務質量要求

透明的網橋

• 　通過透明網橋（transparent bridges）將多個LAN連接起來，硬件和軟件不需做任何變化
• 　透明網橋工作在混雜模式（promiscuous mode），它接收所有的幀
• 　當一個幀到達網橋時，它必須做出丟棄（discard）還是轉發（forward）的決策
• 　決策時通過在網橋內部的地址表（hash table）中查找目的MAC地址而作出的

當一個幀到達網橋/交換機的時候

• 廣播（泛洪，flooding）
  • MAC地址表為空的時候，大量采用廣播
  • 　　當網橋未知目的地址時（表示查不到），它廣播這個幀
• 逆向學習（backward learning）
  • 　　信息對：源地址及其到達的端口　　　　

網橋如何適應拓撲的變化

• 往表中加入記錄的同時，也必須打上時戳
• 如果到達幀的源地址在表中已有記錄，更新時戳
• 周期性地掃描表，刪除超時的記錄

工作原理

• 目的端口與源端口相同，丟棄；不同，轉發；未知，廣播

二層交換的基本原理

• 　　泛洪/擴散
• 　　轉發
• 　　過濾

網橋/交換機隔離了沖突，是沖突域的邊界

七、 生成樹協議（Spanning Tree Protocol）——生成邏輯無回路的樹

冗余拓撲產生問題：

• 　　多幀傳送
• 　　廣播風暴
• 　　MAC地址庫的不穩定

Radia Perlman（生成樹算法）

IEEE802.1D將該算法標準化為：STP(Spanning Tree Protocol)　

• STP可能產生非最優路徑，付出了代價
• 當邏輯STP樹上的某點出故障了，非指定端口將會被重新啟動

算法：

• 每個網絡有一個根網橋
• 每個網橋有一個根端口
• 每個網段有一個制定的端口
• 剩下的非指定端口不被使用

八、 二層設備

NIC網卡：Network Interface Card

網橋

交換機——多端口的網橋

• 無分片交換
• 直接交換
• 存儲轉發

第四章 介質訪問控制子層