物理层 数据链路层

物理层

物理层

物理层: 接口标准, 线缆标准, 传输速率, 传输方式等

数字信号, 模拟信号

模拟信号

• 连续的信号, 适合长距离
• 抗干扰能力差, 受到干扰时波形变形很难纠正

模拟信号

数字信号

• 离散信号, 不适合长距离传输
• 抗干扰能力强, 受到干扰时波形失真可以修复

数字信号

通信模型

局域网

网线一般不超过100 米. 数字信号短距离传输

局域网通信

广域网

广域网传输

信道

信道: 信息传输的通道, 一条传输介质上可以有多条信道

单工通信

• 信号只能往一个方向传输, 不能改变信号传输方向
• 无线电广播, 有线电视广播

半双工通信

• 可以双向传输, 但是必须交替进行, 同一时间, 只能往一个方向传输
• 对讲机

全双工通信

• 同时双向传输
• 手机听说同时进行

数据链路层 (Data Link)

链路: 从一个节点到相邻节点的一段物理线路, 中间没有其他交换节点

链路

数据链路: 在一条链路上传输数据时, 需要有对应的通信协议来控制数据的传输, 不同类型的数据链路, 所用的通信协可能是不同的

• 广播信道: CSMA/CD 协议, 同轴电缆, 集线器组成的网络
• 点对点信道: PPP 协议, 两个路由器之间组成的信道

数据链路层的3 个基本问题

• 封装成帧
• 透明传输
• 差错检验

封装成帧

帧语义

帧(Frame) 的组成

• 网络层传递下来的数据包(IP 数据包, Packet)

最大传输单元MTU(Maximum Transfer Unit)

• 每一种数据链路层协议都规定了所能够传送的帧的数据长度上限
• 以太网的MTU为1500 字节

透明传输

• 使用SOH(Start Of Header) 作为 帧开始符
• 使用EOT(End Of Transmission) 作为 帧结束符

在数据中出现EOT, 容易让接收端产生错误理解

例如:

EOT错误

数据部分出现SOH, EOT, 进行转义, 在后面加上ESC

转义ESC

差错检验

差错检验

FCS 是根据数据部分 + 首部, 计算得出, 数据传输前和传输后, 都会计算FCS 用来检验数据是否出错

CSMA/CD 协议

CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detectio)

载波侦听多路访问/冲突检测

使用了CSMA/CD 协议的网络可以称为是以太网(Ethernet), 传输的以太网帧

• 以太网帧的格式: Ethernet V2 标准, IEEE的802.3标砖
• 使用最多的是Ethernet V2 标准

为了能够检测正在发送的帧是否产生冲突, 以太网的帧至少64 字节

交换机组建的网络, 已经可以支持全双工通信, 不需要再使用CSMA/CD, 但他传输的帧依然是以太网帧, 所以, 用交换机组建的网络, 依然可以叫以太网

Ethernet V2 帧格式, 标准

以太网帧格式

• 首部: 目标MAC + 源MAC + 网络类型
• 以太网帧: 首部 + 数据 + FCS
• 数据长度至少为 64 -目标MAC(6) - 源MAC(6) -类型(2) - FCS(4) = 46 字节

Ethernet V2 标准: 数据长度小于46 字节时

• 数据的后面加入一些字节填充
• 接收端去除添加的字节

数据填充

• 以太网帧的数据长度: 46~1500 字节

  46 字节 = 64 - 目标MAC(6) - 源MAC(6) - 类型(2) - FCS(4)

  以太网的MTU为 1500 字节

• 以太网帧的长度64~1518 字节

  为了能够检测正在发送的帧是否产生冲突, 以太网的帧至少64 字节

  1518 字节 = 目标MAC(6) + 源MAC(6) + 网络类型(2) + 数据(1500) + FCS(4)

PPP(Point to Point Protocol) 协议

ppp协议格式

• 帧开始符, 帧结束符:0x7E
• Address 字段: A: 0xFF, 无意义, 不需要源MAC, 目标MAC
• Control 字段: C:0x03, 无意义
• Protocol 字段: 内部用的协议类型

PPP 字节填充

ppp协议填充