第 4 章 数据链路层-MAC子层

肆 以太网数据链路层P 目标：了解数据链路层结构。

熟悉各以太网帧格式，CSMA/CD （载波监听多路访问/冲突检测）机制，熟悉PAUSE 帧格式，和流量控制原理了解半双工模式下以太网端口的工作方式。

根据IEEE 的定义，以太网的数据链路层又分为2个子层：逻辑链路控制子层（LLC ）和媒体访问控制子层（MAC ）。

划分2个子层的原因是：数据链路层实际是与物理层直接相关的，针对不同的物理层需要有与之相配合的数据链路层，例如针对以太网、令牌环需要不同的数据链路层，而这是不符合分层原则的；于是通过划分LLC 和MAC 2个子层，尽量提高链路层的独立性，方便技术实现。

其中MAC 子层与物理层直接相关，以太网的MAC 层和物理层都是在802.3 中定义的，LLC 子层则可以完全独立，在802.2中定义，可适用于以太网、令牌环、WLAN 等各种标准。

ͼ1 以太网数据链路层MAC 子层处理CSMA/CD 算法、数据出错校验、成帧等；LLC 子层定义了一些字段使上次协议能共享数据链路层。

在实际使用中，LLC 子层并非必需的。

1 以太网的帧格式有两种主要的以太网帧类型：由RFC894定义的传统以太网（EthernetII ）和802.3定义的以太网； 最常使用的封装格式是RFC 894定义的格式。

下图显示了两种不同形式的封装格式。

图中每个方框下面的数字是它们的字节长度。

EthernetII （RFC894）帧结构如下，该帧包含了5个域（前导码在此不作描应用层传输层网络层链路层物理层逻辑链路控制（LLC ）子层MAC 子层述），它们分别是：目的MAC地址、源MAC地址、类型、净荷（PAD）、FCS、 EthernetII（RFC894）帧结构1）目的MAC地址（ D A ）包含6个字节。

D A标识了帧的目的地站点。

D A可以是单播地址（单个目的地）或组播地址（组目的地）。

2）源MAC地址（ S A ）包含6个字节。

第四章练习题答案4.01局域网标准的多样性体现在4个方面的技术特性，请简述之。

答：局域网技术一经提出便得到了广泛应用，各计算机和网络设备生产厂商纷纷提出自己的局域网标准，试图抢占和垄断局域网市场。

因此，局域网标准一度呈现出特有的多样性。

局域网标准的多样性体现在局域网的四个技术特性：(1)传输媒体传输媒体指用于连接网络设备的介质类型，常用的有双绞线、同轴电缆、光纤，以及微波、红外线和激光等无线传输媒体。

目前广泛应用的传输媒体是双绞线。

随着无线局域网的广泛应用，无线正得到越来越多的应用。

(2)传输技术传输技术指借助传输媒体进行数据通信的技术，常用的有基带传输和宽带传输两种。

传输技术主要包括信道编码、调制解调以及复用技术等，属于物理层研究的范畴。

(3)网络拓扑网络拓扑指组网时计算机和通信线缆连接的物理结构和形状。

常用的有星形、总线形和环形。

不同的网络拓扑需要采用不同的数据发送和接收方式。

(4)媒体访问控制方法访问控制方法指多台计算机对传输媒体的访问控制方法，这里的访问，是指通过传输媒体发送和接收数据。

常用的有随机争用、令牌总线和令牌环等访问控制方法。

目前局域网中广泛采用的是一种受控的随机争用方法，即载波监听多点接入/冲突检测(CSMA/CD)方法。

4.02逻辑链路控制（LLC）子层有何作用？为什么在目前的以太网网卡中没有LLC子层的功能？答：在局域网发展的早期，有多种类型的局域网，如802.4令牌总线网、802.5令牌环网等。

为了使数据链路层能更好地适应多种局域网标准，IEEE 802委员会在局域网的数据链路层定义了两个子层，即逻辑链路控制LLC (Logical Link Control)子层和媒体接入控制MAC (Medium Access control)子层。

与接入传输媒体有关的内容放在MAC子层，而与传输媒体无关的链路控制部分放在LLC子层。

这样可以通过LLC子层来屏蔽底层传输媒体和访问控制方法的异构性，实现多种类型局域网之间的互操作。

IEEE.802.15.4网络协议栈-MAC子层在IEEE 802系列标准中，OSI参考模型的数据链路层进一步划分为MAC和LLC两个子层。

MAC子层使用物理层提供的服务实现设备之间的数据帧传输，而LLC在MAC子层的基础上，在设备间提供面向连接和非连接的服务。

MAC子层提供两种服务：MAC层数据服务和MAC层管理服务（MAC sublayer management en tity, MLME）。

前者保证MAC协议数据单元在物理层数据服务中的正确收发，后者维护一个存储MAC子层协议状态相关信息的数据库。

MAC子层主要功能包括下面六个方面：（1）协调器产生并发送信标帧，普通设备根据协调器的信标帧与协议器同步；（2）支持PAN网络的关联（association）和取消关联（disassociation）操作；（3）支持无线信道通信安全；（4）使用CSMA-CA机制访问信道；（5）支持时槽保障（guaranteed time slot, GTS）机制；（6）支持不同设备的MAC层间可靠传输。

关联操作是指一个设备在加入一个特定网络时，向协调器注册以及身份认证的过程。

LR-WP AN网络中的设备有可能从一个网络切换到另一个网络，这时就需要进行关联和取消关联操作。

时槽保障机制和时分复用（time division multiple access, TDMA）机制相似，但它可以动态地为有收发请求的设备分配时槽。

使用时槽保障机制需要设备间的时间同步，IEEE 80 2.15.4中的时间同步通过下面介绍的“超帧”机制实现。

1．超帧在IEEE 802.15.4中，可以选用以超帧为周期组织LR-WPAN网络内设备间的通信。

每个超帧都以网络协调器发出信标帧（beacon）为始，在这个信标帧中包含了超帧将持续的时间以及对这段时间的分配等信息。

网络中普通设备接收到超帧开始时的信标帧后，就可以根据其中的内容安排自己的任务，例如进入休眠状态直到这个超帧结束。

mac层和llczi层1.何为数据链路层的（DATA LINK LAYER）的MAC⼦层和LLC⼦层？MAC⼦层的主要功能包括数据帧的封装/卸装，帧的寻址和识别，帧的接收与发送，链路的管理，帧的差错控制等。

MAC⼦层的存在屏蔽了不同物理链路种类的差异性;在MAC⼦层的诸多功能中，⾮常重要的⼀项功能是仲裁介质的使⽤权，即规定站点何时可以使⽤通信介质。

实际上，局域⽹技术中是采⽤具有冲突检测的载波侦听多路访问（Carrier Sense Multiple Access /Collision Detection，CSMA/CD）这种介质访问⽅法的。

LLC⼦层负责向其上层提供服务；LLC 是在⾼级数据链路控制（HDLC：High-Level Data-Link Control）的基础上发展起来的，并使⽤了 HDLC 规范⼦集。

LLC 定义了三种数据通信操作类型：类型1：⽆连接。

该⽅式对信息的发送通常⽆法保证接收。

类型2：⾯向连接。

该⽅式提供了四种服务：连接的建⽴、确认和承认响应、差错恢复（通过请求重发接收到的错误数据实现）以及滑动窗⼝（系数：128）。

通过改变滑动窗⼝可以提⾼数据传输速率。

类型3：⽆连接承认响应服务。

类型1的 LLC ⽆连接服务中规定了⼀种静态帧格式，并⽀持运⾏⽹络协议。

有关传输层⽹络协议通常是使⽤服务类型1⽅式。

在Windows 2000⽹络体系结构中，LLC⼦层是由传输驱动程序实现的，⽽MAC⼦层是由⽹络接⼝卡（NIC:⽹卡）来实现。

类型2的 LLC ⾯向连接服务⽀持可靠数据传输，运⽤于不需要调⽤⽹络层和传输层协议的局域⽹环境。

2.为何只有局域⽹内链路层分成两个⼦层？802.3（局域⽹）是共享介质的，⽽⼴域⽹是专⽤的（通常是点对点的）不存在介质冲突的问题。

第1章计算机网络基础习题1、下面哪一种是半双工传输的例子？（B ）A. 传统的电视广播B. 民用波段无线电C. 电话通信D. 数字用户线路（DSL）2、令牌传递通过什么避免碰撞？（ C ）A. 通过编码使得令牌彼此不冲突。

B. 多个令牌，使用不同的路径。

C. 一次只允许一台计算机使用令牌。

D. 使用区域划分方法控制网络交通的竞争。

3、星型网络拓扑结构的主要缺点是什么？（ B）A. 它不能够使所有其他节点方便地彼此进行通信。

B. 如果中心节点出现了故障，整个网络也会断开连接。

C. 与其他拓扑结构相比，它的速度要慢的多。

D. 上述答案都不对。

4、(a)型拓扑的优点在于故障容易检查和隔离，而(b)型拓扑比较省线，( c )型拓扑只要主干有一个点发生故障，网络就无法通讯。

（A）A. a=星型b=总线型c=环型B. a=总线型b=CSMA/CA c=CSMA/CDC. a=环型b=总线型c=令牌环D. a=CSMA/CD b=令牌环c=星型5、对等网不可以使用下列哪种网络拓朴结构：（B）A. 总线型B. 环型C. 星型D. 线型和星型混合6、局域网的逻辑拓扑形式一般以（a）为主，而几何拓扑以(b)为主：（ A ）A. a=总线型b=星型B. a=总线型b=环型C. a=环型b= CSMA/CDD. a=星型b=环型7、网络拓扑中哪种结构需要额外的网络连接设备? （ A ）A. 星型B. 总线型C. 环型D. 网状8、总线型结构所连接的计算机数量有限，一般最多不超过（）台。

A. 10B. 20C. 30D. 259、局域网在基于广播的以太网中所有的工作站都可以接收到发送到网上的(a)，它们之间的访问机制是(b)的；（D）A. a=电信号b=数据包B. a=比特流b=轮询C. a=广播帧b=电信号D. a=数据包b=竞争10、网络拓扑结构中哪种容易排除故障? （A）A. 星型B. 总线型C. 环型D. 网状11、以太网使用何种技术？（C）A. 令牌传送，以确保在网络上不发生冲突。

（四）数据链路层--MAC层MAC层MAC层的硬件地址在局域⽹中，硬件地址⼜称为物理地址或MAC地址。

在所有计算机系统的设计中，标识系统都是⼀个核⼼问题，在标识系统中，地址就是识别某个系统的⼀个标识符，[SHOC78]给出的如下定义：名字指出我们所要寻找的那个资源，地址指出那个资源在何处，路由告诉我们如何到达该处。

MAC帧的格式常⽤的以太⽹帧格式有两种标准，⼀种是DIX Ethernet V2标准，另⼀种是IEEE的802.3标准，下⾯只介绍使⽤的最多的以太⽹V2的MAC帧格式，如下图所⽰：以太⽹V2的MAC帧由5个字段组成。

前两个字段分别为6字节长的⽬的地址和源地址字段。

第三个字段是2字节的类型字段，⽤来标志上⼀层使⽤的是什么协议，以便把收到的MAC帧数据上交给上⼀层的这个协议。

例如，当类型字段的值是0x0800时，就表⽰上层使⽤的是IP数据报。

若类型字段的值为0x8137，则表⽰该帧是由Novell IPX 发过来的。

第四个字段是数据字段，其长度在46到1500字节之间（46是这么算的，最⼩长度64字节减去18字节的⾸部和尾部，即得到数据字段的最⼩长度），最后⼀个字段是4字节的帧检验序列FCS（使⽤CRC检验）。

可以发现，在以太⽹V2的MAC帧格式中，其⾸部并没有⼀个帧长度（或数据字段长度）。

那么，MAC⼦层⼜怎样知道从接收到的以太⽹帧中取出多少字节的数据交付上⼀层协议呢？前⾯的⽂章提到过，以太⽹发送的数据都使⽤曼彻斯特编码的信号，曼彻斯特编码的⼀个重要特点就是：在每⼀个码元的正中间（不管码元是0还是1），⼀定有⼀次电压的转换，从⾼到低或者从低到⾼，当发送⽅把⼀个以太⽹帧发送完毕后，就不再发送其它码元了。

因此，发送⽅⽹络适配器的接⼝上的电压也不再变化了。

这样，接收⽅就可以很容易的找到以太⽹帧的结束位置，在这个结束位置往前数4字节，就能确定数据字段的结束位置。

当数据字段的长度⼩于46字节时，MAC⼦层就会在数据字段的后⾯加⼊⼀个整数字节的填充字段，以保证以太⽹的MAC帧长不⼩于64字节，然⽽MAC帧的⾸部并没有指出数据字段的长度是多少，在有填充字段的情况下，接收端的MAC⼦层在剥去⾸部和尾部后，就把数据字段和填充字段⼀起交给上层协议。

第一章1.计算机网络是计算机技术与通信技术结合的产物。

2.“网络”主要包含连接对象、连接介质、连接控制机制、和连接方式与结构四个方面。

3.计算机网络最主要的功能是资源共享和通信，除此之外还有负荷均匀与分布处理和提高系统安全与可靠性能等功能。

4.计算机网络产生与发展可分为面向终端的计算机网络、计算机通信网络、计算机互联网络和高速互联网络四个阶段。

5.计算机网络基本组成主要包括计算机系统、通信线路和通信设备、网络协议和网络软件四部分。

6.计算机通信网络在逻辑上可分为资源子网和通信子网两大部分。

7.最常用的网络拓扑结构有总线型结构、环形结构、星型结构、树型结构、网状结构和混合型结构。

8.按照网络覆盖的地理范围大小，可以将网络分为局域网、城域网和广域网。

9.根据所使用的传输技术，可以将网络分为广播式网络和点对点网络。

10.通信线路分为有线和无线两大类，对应于有线传输和无线传输。

11.有线传输的介质有双绞线、同轴电缆和光纤。

12.无线传输的主要方式包括无线电传输、地面微波通信、卫星通信、红外线和激光通信。

问答：1．例举计算机网络连接的主要对象。

具有独立功能的多台计算机、终端及其附属设备。

2．计算机网络是如何进行负荷均衡与分布处理的？分为三阶段：提供作业文件；对作业进行加工处理；把处理结果输出。

在单机环境：三阶段在本地计算机系统中进行。

在网络环境：将作业分配给其他计算机系统进行处理，提高系统处理能力和高效完成大型应用系统的程序的计算和大型数据库的访问。

3．举例说明计算机网络在商业上的运用。

网络购物、网上银行、网上订票等。

4．简述什么是“通信子网”？什么是“资源子网”？资源子网主要负责全网的数据处理，向网络用户提供各种网络资源与网络服务。

由主计算机系统（主机）、终端、中断控制器、联网外设、各种软件资源与信息资源组成。

通信子网主要完成网络数据传输和转发等通信处理任务。

通信子网由通信控制处理机（CCP）、通信线路和其他通信设备组成。

常见的IEEE 802系列标准中，将数据链路层分为两个部分(1)逻辑链接控制(Logical Link Control，LLC)子层;(2)媒体访问控制(Medium Access Control，MAC)子层。

今天为大家精心准备了数据链路层分为哪两层，希望对大家有所帮助!数据链路层分为哪两层问题[多选] 数据链路层分为哪两个子层()A . 逻辑链路控制子层B . 接入层C . 介质访问控制子层D . 核心层参考答案 A, C数据链路层分为哪两层数据链路层为什么分成两层常见的IEEE 802系列标准中，将数据链路层分为两个部分(1)逻辑链接控制(Logical Link Control，LLC)子层;(2)媒体访问控制(Medium Access Control，MAC)子层。

其中MAC 子层是制定如何使用传输媒体的通信协议，如IEEE 803以太网标准的CSMA/CD协议中，MAC 子层规定如何在总线型网络结构下使用传输媒体;IEEE 804令牌总线(Token-Bus)标准中，MAC 子层规定了如何在总线的网络结构下利用讯标(Token)控制传输媒体的使用;IEEE 805令牌环(Token-Ring)标准中，MAC子层规定了如何在环状网络结构下利用讯标来控制传输媒体的使用;IEEE 8011无线局域网标准中，MAC子层规定如何在无线局域网络的结构下控制传输媒体的使用。

LLC子层的主要工作是控制信号交换、数据流量控制(Data Flow Control)，解释上层通信协议传来的命令并且产生响应，以及克服数据在传送的过程中所可能发生的种种问题(如数据发生错误，重复收到相同的数据，接收数据的顺序与传送的顺序不符等)。

在LLC子层方面，IEEE 802系列标准中只制定了一种标准，各种不同的MAC都使用相同的LLC子层通信标准，使更高层的通信协议可不依赖局域网络的实际架构。

不同工作站的网络层通信协议可通过LLC子层来沟通。

第四章介质访问控制子层MAC 子层MAC子层在哪里？☐数据链路层被分成了两个子层：MAC和LLC M adia A ccess C ontrolL ogical L ink C ontrol Data LinkLayerLLCSublayerMACSublayerPhysicalLayer☐介质访问控制（Madia Access Control ）☐数据通信方式单播（unicast ）：One -to -One广播（broadcast)：One -to -Everyone of the whole 组播（multicast ）：One -to -A part of the whole (group)局域网采用的通信方式，共享传输介质以降低费用。

☐广播网络面临的问题共享信道/多路访问信道/广播信道可能两个（或更多）站点同时请求占用信道☐解决办法：介质的多路访问控制在多路访问信道上确定下一个使用者怎样分配信道（介质访问控制）？静态分配只有一个站/用户使用信道不用的就浪费了动态分配信道是开放的没有预分配信道的静态分配☐频分多路复用FDM（Frequency Division Multiplexing）☐时分多路复用TDM（Time Division Multiplexing）多路复用器多路解复用器数据1数据2数据3数据4数据1数据2数据3数据4 f1f2f3f4信道带宽f信道频谱模拟信道静态信道分配的排队模型☐信道情况（符合M/M/1排队系统模型）M（顾客到达时间间隔分布）帧到达时间间隔服从指数分布平均到达率（输入率）：λ帧/秒M（顾客到达时间间隔分布）帧长度服从指数分布，平均长度1/μ位/帧信道容量为C 位/秒，则信道服务率为μC 帧/秒1（并列服务台个数）信道平均延迟时间☐根据排队理论，可证明：单信道平均延迟时间（顾客在服务系统中的逗留时间）为：☐信道N 等分后每个子信道的平均延迟时间M —平均输入率：λ/N M —平均服务率：μC /Nλμ-=C T 11(/)(/)FDMNT NT C N N C μλμλ===--静态信道分配的特点☐信道N等分资源分配不合理，不满足用户对资源占用的不同需求有资源浪费，效率低延迟时间增大N倍适于用户数量少且用户数目固定的情况适于通信量大且流量稳定的情况不适用于突发性业务的情况信道的动态分配通过多路访问协议（Multiple Access Protocol ）动态分配信道资源，提高信道利用率多路访问协议☐随机访问协议（Random Access）特点：站点争用信道，可能出现站点之间的冲突 典型的随机访问协议•ALOHA协议•CSMA协议•CSMA/CD协议（以太网采用此协议）☐受控访问协议（Controlled Access） 特点：站点被分配占用信道，无冲突☐数据通通信有三种方式小结单播广播组播☐局域网中主要采用在共享信道上的广播☐介质访问控制要解决：某一时刻由哪个工作站共享信道的问题思考题☐什么是广播？☐局域网中主要采用什么数据通信方式？☐介质访问控制用来做什么？☐介质访问控制协议分成哪两类？谢谢观看。