计算机网络——数据链路层(mac及交换机)
MAC层的硬件地址
MAC地址 = 适配器地址 = 硬件地址 = 物理地址
48位/6个字节
前三个字节为厂家的标识
后三个字节由厂家自行指派(拓展标识符),必须保证生产出的适配器没有重复地址
MAC帧封装
目的地址和源地址内存放的都是 MAC地址(48位/6字节)
数据字段的范围是:46~1500字节
适配器(网卡)
- 进行串行/并行转换
- 对数据进行缓存,速率匹配
- 安装设备驱动,通过操作系统与存储器等设备协调工作
- 实现以太网协议(封装-发送-地址检查-接收-有效判断-效验)
检查
信道争用问题
CSMA/CD协议(载波监听多点接入/碰撞检测 协议)
是一种半双工的工作模式
- 多点接入:表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上
- 载波监听:每一个站在发送数据之前先要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据,如果有,则暂时不要发送数据,以免发生碰撞
基本原理
当发现总线上出现了碰撞,需要立即停止发送,以免浪费网络资源,等待后继续发送
- 发现
在接口部分进行电压判断,信号传播是有延迟的,会影响到监听效果
基本退避时间/窗口期:两倍的端到端往返时延(最长延迟情况)2τ
- 停止
- 等待
重传次数 k <= 10 即 k = Min[重传次数, 10]
随机数 整数集合 [0,1…..,(2k-1)]
重传达16次仍不成功时,丢弃该帧,并向上报告
局域网拓展设备
物理层拓展 —— 集线器
数据链路层拓展 —— 交换机,网桥
集线器
使用电子器件来模拟实际电缆线的工作方式(多接口的转发器)
在物理层面扩展局域网
可以使碰撞域扩大
- 优点
跨域通信
扩大了局域网覆盖的地理范围
- 缺点
扩展范围及站点数量有限
碰撞域增大,总吞吐量并未提高
如果使用了不同的数据率,那么不能用集线器互联
交换机(网桥)
工作在数据链路层,根据MAC帧的目标地址进行转发。因此,网桥具有过滤帧的功能
当网桥收到一个帧时,会先检测帧的目的MAC地址,再转发到对应接口
- 优点
隔离碰撞域
过滤通信量,增大吞吐量
扩大物理范围,增加站点数目
提高可靠性,不同网段不会互相干扰
可互联不同的物理层、不同MAC子层和不同速率的局域网
- 缺点
存储转发增加了时延
在MAC子层并没有流量控制功能(过大的数据量流入时可能会导致数据帧丢失)
只适合于用户数不太多和通信量不太大的局域网
否则会因为广播过多的信息而产生网络拥塞。(广播风暴)
透明网桥
“透明”是指局域网上的站点并不知道所发送的帧将经过哪几个网桥(无需手动配置)
是一种即插即用设备,标准是IEEE 802.1D
建立转发表
- 自学习过程
当一个A发出的帧从接口X进入某网桥,那么从这个接口发出沿反方向一定能传送到A
网桥每收到一个帧,就记下源地址和进入网桥的接口,作为转发表中一条记录
转发帧时,根据收到的帧首部中的目的地址查找转发表,决定转发的接口
过程:
- 生成树算法
当一个终端接入多个网桥时,可能在回路中产生无限循环
- 以太网交换机
全双工
采用交换矩阵
存储转发式或直通式