计算机网络-数据链路层(广域网及相关协议(PPP协议帧格式,HDLC协议)数据链路层设备(网桥,交换机))
文章目录
- 1. 广域网的概念
- 2. PPP协议(面向字节的协议)
- PPP协议组成部分
- PPP协议的帧格式
- 3. HDLC协议(面向比特的协议)
- HDLC站(主站,从站,复合站)
- HDLC协议帧格式
- 4. 数据链路层设备(网桥,交换机)
1. 广域网的概念
广域网(WAN),通常跨接很大的物理范围,所覆盖的范围从几十公里到几千公里,它能连接多个城市或国家,或横跨几个洲并能提供远距离通信,形成国际性的远程网络。
广域网的通信子网主要使用分组交换技术。
广域网的通信子网可以利用公用分组交换网、卫星通信网和无线分组交换网,它将分布在不同地区的局域网或计算机系统互连起来,达到资源共享的目的。如因特网(Internet)是世界范围内最大的广域网。
下面是广域网数据链路层使用的协议:
2. PPP协议(面向字节的协议)
点对点协议PPP (Point-to-Point Protocol)是目前使用最广泛的数据链路层协议,用户使用拨号电话接入因特网时一般都使用PPP协议。
PPP协议只支持全双工链路
特点:
- 对于链路层的帧,无需纠错,无需序号,无需流量控制。
- 封装成帧:帧定界符
- 透明传输:与帧定界符一样比特组合的数据应该如何处理(异步线路(字符传输)用字节填充法,同步线路(bit传输)用比特填充。0比特填充法)
- 满足上层多种网络层协议
- 差错检测:CRC循环冗余检测,出错就把帧丢弃即可。
- 最大传输单元:MTU=1500B
- 网络层地址协商:通信双方的网络层地址。
- 数据压缩:PPP协议在发送数据时需要对数据进行压缩
需要注意的是:
- PPP协议不需要进行纠错
- 不需要进行流量控制
- 无需对数据帧编号
- 不支持多点线路(只负责点对点的线路)
PPP协议组成部分
- PPP协议将上层数据包封装到(同步串行/异步串行)链路上的方法
- 链路控制协议LCP:建立并维护数据链路连接。身份验证
- 网络控制协议NCP:PPP协议可支持多种网络层协议,每个不同的网络层协议都要一个相应的NCP来配置,为网络层协议建立和配置逻辑连接。
PPP协议的帧格式
- 帧定界符7E(01111110)
- 为了实现透明传输,如果信息部分有何帧控制符的二进制编码相同的情况,就需要要插入转移字符7D(01111101)
- A、C无实际意义
- 协议字段:标识信息部分是什么:
- IP数据报
- LCP的数据
- 网络层控制数据
- 等等
- FCS帧检验序列
3. HDLC协议(面向比特的协议)
高级数据链路控制(简称HDLC),是一个在同步网上传输数据、面向比特的数据链路层协议,它是由国际标准化组织(ISO) 根据IBM公司的SDLC(SynchronousData Link Control)协议扩展开发而成的。
HDLC协议不属于TCP/IP协议族,是ISO建立的
HDLC协议特点:
- HDLC协议的透明传输是采用0比特插入法。
- 采用全双工通信
- 所有帧采用CRC检验,对信息帧进行顺序编号,可防止漏收或重份,传输可靠性高。
HDLC站(主站,从站,复合站)
- 主站的主要功能是发送命令(包括数据信息)帧、接收响应帧,并负责对整个链路的控制系统的初启、流程的控制、差错检测或恢复等。
- 从站的主要功能是接收由主站发来的命令帧,向主站发送响应帧,并且配合主站参与差错恢复等链路控制。
- 复合站的主要功能是既能发送,又能接收命令帧和响应帧,并且负责整个链路的控制。
因为HDLC被划分成三种,所以又引出了三种数据操作方式(了解)
- 正常响应方式
- 异步平衡方式
- 异步响应方式
HDLC协议帧格式
- 标志F:标志字段(01111110)帧定界符
- 地址A:取决于三种数据操作方式,如果采用正常相应方式或者异步响应方式,这里的值就是从站地址
- 控制C:表示这个HDLC帧的功能,只看前两位
- 信息帧(I)第1位为0,用来传输数据信息,或使用捎带技术对数据进行确认;
- 监督帧(S)10,用于流量控制和差错控制,执行对信息帧的确认、请求重发和请求暂停发送等功能
- 无编号帧(U) 11,用于提供对链路的建立、拆除等多种控制功能。
对比分析HDLC协议和PPP协议
相同点:
- 都只支持全双工链路。
- 都可以实现透明传输(PPP协议有两种填充方法)
- 都可以实现差错检测,但并不纠错
不同点:
PPP协议 | 面向字节 | 有两个字节协议字段 | 无编号和确认机制 | 不可靠 |
---|---|---|---|---|
HDLC协议 | 面向比特 | 通过控制字段的前两个比特位来区分不同数据帧 | 有编号,有确认机制 | 可靠 |
4. 数据链路层设备(网桥,交换机)
如果想扩大局域网,可以使用物理层的集线器,将多个集线器合并成大的局域网,但是这样也有弊端,那就是扩大了冲突域。
数据链路层提供了两种设备扩大局域网1. 网桥 2. 交换机
网桥:
网桥根据MAC帧的目的地址对帧进行转发和过滤。
当网桥收到一个帧时,并不向所有接口转发此帧而是先检查此帧的目的MAC地址,然后再确定将该帧转发到娜一个接口,或者是把它丢弃(即过滤)
网段:一般指一个计算机网络中使用同一物理层设备(传输介质,中继器,集线器等)能够直接通讯的那一部分。
网桥优点:
- 网桥最明显的优点就是分割了冲突与,过滤通信量,增大吞吐量。
- 扩大了物理层的传输设备。
- 提高了网络可靠性。
- 可互连不同物理层、不同MAC子层和不同速率的以太网。
网桥分为两种:
透明网桥:“透明”指以太网上的站点并不知道所发送的帧将经过哪几个网桥,是一种即插即用设备(自学习算法构建转发表)
源路由网桥:在发送帧时,把详细的最佳路由信息(路由最少/时间最短)放在帧的首部中。
源站以广播方式向欲通信的目的站发送一个发现帧。(有多种方式到达目的站)
到达目的站后,发现帧原路返回,这样发送方就可以对比那个路径是最优的
以太网交换机(多端口网桥):
交换机原理和网桥类似,交换机每一个端口就是一个冲突域
交换机每个端口都可以独占传输媒体带宽。
交换机也有两种:
直通式交换机:检测完帧目的地址后就立即转发。(6字节)
特点:延迟低,可靠性低,无法支持具有不同速率的端口的交换。
存储转发式交换机:将帧放入高速缓存,并检查否正确,正确则转发,错误则丢弃。
特点:延迟大,可靠性高,可以支持具有不同速率的端口的交换。
冲突域:
在同一个冲突域中的每一个节点都能收到所有被发送的帧。
简单的说就是同一时间内只能有一台设备发送信息的范围。
广播域:
网络中能接收任一设备发出的广播帧的所有设备的集合。
简单的说如果站点发出一个广播信号,所有能接收到这个信号的设备范围称为一个广播域。
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