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2 数据链路层知识
数据链路层主要需要完成的功能有:组帧、差错控制、流量控制、链路管理、
MAC 寻址、区分数据与控制信息、透明传输。
2.1 组帧
数据链路层为了实现数据有效的差错控制,采用了“帧”的数据块进行传输。
采用帧的好处在于当发现数据传送错误时,只需将有差错的帧再次传送,而不
需要将全部数据位流进行重传。
2.1.1 字符计数法
字符计数法利用帧头部中的一个字段来指定该帧中的字符数。该方法中计数
值可能由于传输差错而导致字符数信息出错或丢失,目前很少使用该方法。
2.1.2 字符填充帧定界法
字符填充 帧 定界法是每个 帧 以
ASCII
字符序列
DLE STX
开 头 , DLE ETX
结束。当用户数据中有 DLE,则在发送数据中的 DLE 前面再加上一个 DLE。
2.1.3 位填充帧定界法
位填充 帧 定界法 用以面向位的链路层协议,如 HDLC 协议。HDLC 协议中
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位 填 充 帧 定 界 法 是 在 每 一 个 帧 的 头 和 尾 各 引 入 一 个 特 殊 的 位 组
(“01111110”)合作为帧的起始和结尾。当用户数据中有 01111110 时,
为了区分定界符,将用户数据第五个“1”后面增加一个“0”,后再继续发送,避
免帧定界混乱。
2.1.4 物理层违例法
物理层违例法在物理层采用特定的位编码方法时采用。例如曼切斯特编码和
差分曼切斯特编码,无论采用哪种编码,都不应出现“高高”和“低低”电平。通过
使用这种不应该有的电平,实现帧的定界。802.3 以太网标准和 802.5 令牌环
网标准中采用的是这种方法。
2.2 冲突
2.2.1 冲突
如果在总线上的两个站点都没有监听到载波信号而几乎同时都发送数据帧,
但由于信道传播延时的存在,这时就有可能发生冲突。
载波信号从一端传播到另一端所需的时间,称为信号传播时延。信号传播时
延(μs)=两站点的距离(m)/信号传播速度(200m/μs)。
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数据传输时延也表示一个接收站点开始接收数据帧,到该数据帧接收完毕所
需的时间。数据传输时延(s)=数据帧长度(h)/数据传输速率(b/s)。
为了确保发送数据站点能够在数据传输的过程中可以检测到可能存在的冲突,
数据帧的传输时延至少要两倍于信号传输时延,这样发送站点才能确保在发送
下一个帧之前,知道前一个帧是否冲突,公式如下:数据 传输时 延 ≥ 信号 传 播 时
延 *2 。
最短数据 帧长 ( b ) = 任意两站点 间 的最大距离( m ) / 信号 传 播速度
( 200m/ μ s ) * 数据 传输 速率( Mb/s ) *2
2009-5;2010 上-5(6);
按照标准,10Mb/s 以太网采用中继器,连接最大长度为 2500M,最多经
过 4 个中继器,因此规定对于 10Mb/s 以太网规定一帧的最小发送时间必须为
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51.2μs。51.2 μ s
也就是
512
位数据在
10Mb/s
以太网速率下的 传 播 时间 ,
这 个 时间 定 义为 以太网 时 隙 。512 位=64 字节,因此以太网 帧 最小 长 度 为
64
字 节 。发展到千兆网 络 ,为保证能够侦听冲突,限制电缆长度不超过 100 米,
帧的最短长度为
512
字 节 (万兆以太网 帧长 度与千兆以太网一致) 。
2010 上-5;2010 下-5(6);2011-13;
2.2.2 CSMA/CD 协议
带有冲突检测的载波侦听多路访问是指局域网内站点在发送数据前进行载波
侦听,然后再采取相应动作的协议。当媒体上空闲时进行发送,当发现有冲突,
将中止当前数据发送,延迟一定时间,然后再检测并发送。
2011-9;
* 全双工传输模式不需要使用 CSMA/CD 方式。
2010 上-6;2011-32;
CSMA 协议有三种类型:
1、非 坚 持型 监 听算法
站点在发送数据之前要先侦听信道,如果信道空闲,则立即发送数据;如
果信道忙,则站点不再继续侦听信道,而是等待一个随机长的时间后,再重复
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上述过程。该方式可以最大限度地减少冲突概率,但是可能会延迟发送,引起
带宽的浪费
2、1- 坚持型监听算法
某站点发送数据时,它首先侦听信道,看看是否有其他站点正在发送数据。
如果信道空闲,该站点立即发送数据;如果信道忙,该站点继续侦听信道直到
信道变为空闲,然后发送数据。该方式能及时抢占信道,但是会增加冲突的概
率。
3、p- 坚持型监听算法
站点发送数据之前,首先侦听信道,如果信道空闲,便以概率 p 发送数据,
以概率 1-p 把数据发送推迟到下一个时间片;如果下一个时间片信道仍然空闲,
便再次以概率 p 发送数据,以概率 l-p 把数据发送推迟到下一个时间片。此过程
一直重复,直到将数据发送出去或是其他站点开始发送数据。如果该站点一开
始侦听信道就发现信道忙时,它就等到下一个时间片继续侦听信道,然后重复
上述过程。该方式既可以及时抢占信道,也不会增加冲突的概率,但是算法复
杂。
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