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数据链路层简析

数据链路层简析

数据链路层有时也被称为网络接口层,包括操作系统中的设备驱动程序和计算机中对应的网络接口卡

作用

  • 为IP模块发送和接收ip数据报
  • 为ARP模块发送ARP请求和接收ARP应答
  • 为RARP发送RARP请求和接收RARP应答

可以将数据链路层细分为物理层和数据链路层来进行说明

物理层简析

物理层作为网络协议模型的最底层,是构建网络的基础,用来构建进行网络通信、访问的通道,其作用是将比特从一台机器传输到另一台机器,为物理链路层提供一个原始比特流的物理连接

物理层并不是特指某种传输介质,而是指通过传输介质以及相关的通信协议、标准建立起来的物理链路

特性

物理层的主要任务是定义与传输介质、连接器及其接口相关的机械特性、电气特性、功能特性和规程特性四个方面

机械特性

机械特性定义了传输介质连接器、物理接口的形状和尺寸、引线数目和排列顺序,以及连接器与接口之间的固定和锁定装置(如网线中插入电脑的水晶头)

电气特性

电气特性规定了在物理连接上传输二进制比特流时线路上信号电压的高低、阻抗匹配情况,以及传输速率和传输距离限制等参数属性

功能特性

功能特性是指明传输介质中各条线上所出现的某一电平的含义以及物理接口各条信号线的用途

规程特性

规程特性指明利用接口传输比特流的全过程及各项用于传输的事件发生的合法顺序

传输介质

物理层中实际传输所用的物理介质可有多种选择,每一种传输介质都有独特的性质,体现在带宽、延迟、成本以及安装和维护的难易程度上,大致可分为引导性介质和非引导性介质两大类

引导性介质

引导性介质也称为有线介质,如铜线、光纤等

双绞线

双绞线是一种古老且最常用的传输介质,是由两根相互绝缘的铜线组成,将两根线绞在一起后,不同的电线产生的干扰波就会抵消,从而显著的降低电线的辐射。信号通常由两根电线的电压差来承载,由于噪声对两根电线的干扰是相同的,所以它们的电压差不会变。

双绞线最常用的应用时电话系统,如果距离很远,信号会衰减的很厉害,必须使用中继器

  • 可以双向同时使用的链路称为全双工链路(即发送数据的同时也能接收数据)
  • 可以双向使用但是一次只能使用一个方向的链路称为半双工链路(发送和接收同一时刻只能进行其一)
  • 只允许一个方向上传输的链路称为单工链路
同轴电缆

同轴电缆由硬的铜芯和外面包上的一层绝缘材料组成,可以以很高的速率传输相当长的距离,广泛使用的有两种,一种是50欧电缆,用于数字传输;另一种是75欧电缆,用于模拟传输和有线电视传输

光纤

光纤现在大家应该都很熟悉了,主要用于网络骨干的长途传输、高速局域网以及高速internet接入。光纤传输系统主要由三个关键部件构成:光源、传输介质和探测器,传输介质是超薄玻璃纤维,光探测器探测到光时产生一个电脉冲,

非引导性介质

非引导性介质也称为无线介质,如短波无线传输、地面微波接力通信、地球卫星通信等

短波无线传输

短波无线传输的实现主要靠电离层的反射,不过由于电离层不稳定,导致短波信道的通信质量较差,典型应用有无线局域网和手机通信

地面微波接力通信

地面微波接力通信是在两个地面站之间进行数据传送,不过由于微波在空中是直线传播,而地球是曲面,所以传输距离受限。可传输电话、电报、图像、数据等信息

地球卫星通信

卫星通信是借助于地球卫星进行的数据通信,频带宽、通信流量大、通信距离远但是传播时间长且保密性较差

数据链路层

物理层构建的是一条物理通道,而数据链路层构建的是真正用于数据传输的逻辑通道

数据链路层从网络层获得数据包,然后将这些数据包封装成帧进行传输,每个帧包含一个帧头、一个有效载荷(数据包)以及一个帧尾,使用物理层提供的服务再通信信道上发送和接收比特,所包含的功能有

  • 数据链路管理
  • 封装成帧
  • 透明传输
  • 差错控制

提供给网络层的接口

数据链路层提供三种服务

  • 无确认的无连接服务 源机器向目标机器发送独立的帧,目标机器并不对这些帧进行确认。该服务事先不需要建立逻辑连接,事后也不需要释放逻辑连接

    示例:语音传输

  • 有确认的无连接服务 源机器向目标机器发送独立的帧,目标机器需要对这些帧进行确认。该服务仍然不需要建立逻辑连接,但是发送的每一帧都需要单独确认

    示例:Wifi

  • 有确认的有连接服务 源机器和目标机器在传输任何数据之前都要建立一个连接,连接上发送的每一帧都要被编号,数据链路层确保发出的每一帧都会真正被接收方收到,且只接收一次,并且按照正确的顺序进行接收

    示例:PPPoE(基于以太网的点对点协议)、PPP(点对点协议)