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OSI 数据链路层(设备,协议)解析

2018-05-16 13:39:25         来源:谷海涛  
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一、 为什么要设置数据链路层

设计数据链路层的主要目的就是在原始的、有差错的物理传输线路的基础上,采取差错检测、差错控制与流量控制等方法,将有差错的物理线路改进成逻辑上无差错的数据链路,向网络层提供高质量的服务。

二、 数据链路的主要功能

2.1 链路管理

通信开始前,要建立数据链路连接;数据传输过程中,维护数据链路连接;通信结束后,释放数据链路连接。

2.2 封装成帧和帧同步

数据链路层的传输数据单位是帧,物理层的比特流封装在帧中进行传输,帧同步指的是:接收端能从收到的比特流中正确的判断一帧的开始为和结束位

2.3 差错控制

将有差错的物理线路改进为无差错的数据链路,向网络层提供高质量的数据传输服务

2.4 流量控制

发送端发送数据超过物理线路的传输能力或者超出接收端的帧接受能力时,就会发生链路阻塞。流量控制就是为了防止出现链路阻塞

2.5 透明传输

不管传输数据的比特是什么样的组合,都应当能在链路上传送

2.6 寻址

多点连接时,为了保证每一帧都能传送到正确的接收端,因此数据链路层必须有寻址的能力。

三、 差错的控制方法

3.1 误码率的定义

误码率(Pe):指二进制比特在数据传输系统中被传错的概率
N为传输的二进制比特总数,Ne为传错的比特数
Pe = Ne / N

3.2 差错控制

差错控制:检测和纠正 比特流传输错误的方法,目的是为了减少物理线路的传输错误
差错控制的两种策略:
纠错码:每个传输的分组带上足够的冗余信息,接收端能发现并自动纠正传输差错
检测码:分组仅包含足以使接收端发现差错的冗余信息,接收端能发现出错,但不能确定哪一比特是错的,并且自己不能纠正传输差错
纠错码实现困难,而检错码方法虽然可以通过重传机制达到纠错目的,但是实现简单,所以广泛采用检错码策略。

3.3 检错码:循环冗余编码(CRC)

检错码又分为两种,奇偶校检码和循环冗余编码,而循环冗余编码是广泛使用的检错码方法,它检错能力强,实现容易。
在K位信息码后再拼接R位的校验码,整个编码长度为N位,因此,这种编码又叫(N,K)码。对于一个给定的 (N,K)码,可以证明存在一个最高次幂为N-K=R的多项式G(x)。根据G(x)可以生成K位信息的校验码,而G(x)叫做这个CRC码的生成多项 式。
校验码的具体生成过程为:假设发送信息用信息多项式C(X)表示,将C(x)左移R位,则可表示成C(x)*2^R,这样C(x)的右边就会空出R位,这就是校验码的位置。通过C(x)*2^R除以生成多项式G(x)得到的余数就是校验码。

四、点-点协议PPP

点-点协议PPP:特点是简单,适用范围广,广泛应用于广域网环境中路由器-路由器连接,以及家庭用户接入Internet之中,成点-点线路中应用最多的数据链路层协议。

4.1 PPP协议的特点

在物理层支持点-点线路连接、全双工通信,支持异步通信或同步通信。 在数据链路层实现PPP数据帧的组帧、传输与拆帧,CRC校验;不使用帧序号,不提供流量控制功能。 通过链路控制协议(LCP)来建立、配置、管理和测试数据链路连接;4. 通过网络控制协议(NCP)来建立和配置不同的网络层协议。 可以用于用户计算机通过Modem与电话线路、ADSL Modem与电话线路,以及HFC传输网中Cable Modem与同轴电缆接入,也可以用于光纤接入。 在网络层支持IP协议与NetWare IPX等多种协议。 广泛应用于主机—路由器、路由器—路由器的连接。

4.2 PPP协议的帧格式

这里写图片描述

五、透明传输

透明传输是指不管所传数据是什么样的比特组合,都应当能够在链路上传送。当所传数据中的比特组合恰巧与某一个控制信息完全一样时,就必须采取适当的措施,使接收方不会将这样的数据误认为是某种控制信息。这样才能保证数据链路层的传输是透明的。

六、数据链路层的设备

6.1网桥

网桥的特点
1.网桥在数据链路层上实现局域网互连;
2.网桥能够互连两个采用不同数据链路层协议、不同传输介质与不同传输速率的网络
3.网桥以接收、存储、地址过滤与转发的方式实现互连的网络之间的通信;
4.网桥需要互连的网络在数据链路层以上采用相同的协议
5.网桥可以分隔两个网络之间的通信量,有利于改善互连网络的性能与安全性。

6.2交换机

交换机也是工作在数据链路层的网络互连设备,是局域网组网中最常用也是最主要的网络设备之一。交换机的种类很多,如以太网交换机、FDDI交换机、帧中继交换机、ATM交换机和令牌交换机等。
(1)交换机的功能
所有交换机的基本功能都是相同的,即接收帧、寻找通向目的地址的端口、发送帧。
(2)交换机的工作方式
一些交换机在发送帧前,可以帮助网络检查更多的帧信息,而不仅仅是检查源地址和目的地址。正是基于这些区别,交换机有4种方式。
1)直通交换
2)无碎片帧交换
3)存储转发交换
4)自适应交换

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