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数据链路层网络设备详细说明

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第四章 数据链路层网络设备 4.1 网 桥 4.1.1 什么是网桥 网桥工作在数据链路层，将两个LAN连起来，依照MAC地址来转发帧，能够看作一个“低层的路由器”（路由器工作在网络层，依照网络地址如IP地址进行转发）。网桥是数据链路层的连接设备，准确他讲它工作在MAC子层上。网桥在两个局域网的数据链路层（DDL）间接帧传送信息。 1、网桥的功能 网桥(Bridge)工作在OSI模型的数据链路层，能够用于连接具有不同物理层的网络，如连接使用同轴电缆和UTP的网络。网桥是一种数据帧存储转发设备，它通过缓存、过滤、学习、转发和扩散等功能来完成操作。如图4-1所示。

图4-1 网桥连接的示意图 2、网桥的工作原理 ➢ 缓存：网桥首先会对收到的数据帧进行缓存并处理 ➢ 过滤：推断入帧的目标节点是否位于发送那个帧的网段中，假如是，网桥就不把帧转发到网桥的其他端口 ➢ 转发：假如帧的目标节点位于另一个网络，网桥就将帧发往正确的网段 ➢ 学习：每当帧通过网桥时，网桥首先在网桥表中查找帧的源MAC地址，假如该地址不在网桥表中，则将有该MAC地址及其所对应的网桥端口信息加入 ➢ 扩散：假如在表中找不到目标地址，则按扩散的方法将该数据发送给与该网桥连接的除发送该数据的网段外的所有网段。

表4-1 数据帧要去往的目标MAC地址 使用的网桥端口 MAC A 端口3 MAC B 端口2 MAC C 端口1 3、网桥种类

（1）透明网桥 所有的路由判决全部由网桥自己确定。 （2）源路由选择网桥 源路由选择网桥要紧用于互连令牌环网，源路由选择网桥要求信息源(不是网桥本身)提供传递帧到终点所需的路由信息。 (3) 翻译网桥 翻译网桥又称转换网桥，是透明网桥的一种专门形式。它在物理层和数据链路层使用不同协议的LAN提供网络连接服务。 4.1.2 透明网桥 第一种802网桥是透明网桥(transparent bridge)或生成树网桥(spanning tree bridge)。支持这种设计的人首要关怀的是完全透明。即装有多个LAN的单位在买回IEEE标准网桥之后，只需把连接插头插入网桥，就万事大吉。不需要改动硬件和软件，无需设置地址开关，无需装入路由表或参数。总之什么也不干，只须插入电缆就完事，现有LAN的运行完全不受网桥的任何阻碍。 透明网桥以混杂方式工作，它接收与之连接的所有LAN传送的每一帧。当一帧到达时，网桥必须决定将其丢弃依旧转发。假如要转发，则必须决定发往哪个LAN。这需要通过查询网桥中地址数据库的目的地址而作出决定。该表可列出每个可能的目的地，以及它属于哪一条输出线路(LAN)。在插入网桥之初，所有的散列表均为空。由于网桥不明白任何目的地的位置，因而采纳扩散算法(flooding algorithm)：把每个到来的、目的地不明的帧输出到连在此网桥的所有LAN中（除了发送该帧的LAN）。随着时刻的推移，网桥将了解每个目的地的位置。一旦明白了目的地位置，发往该处的帧就只放到适当的LAN上，而不再散发。 透明网桥采纳的算法是逆向学习法(backward learning)。网桥按混杂的方式工作，故它能看见所连接的任一LAN上传送的帧。查看源地址即可明白在哪个LAN上可访问哪台机器，因此在散列表中添上一项。 当计算机和网桥加电、断电或迁移时，网络的拓扑结构会随之改变。为了处理动态拓扑问题，每当增加散列表项时，均在该项中注明帧的到达时刻。每当目的地已在表中的帧到达时，将以当前时刻更新该项。如此，从表中每项的时刻即可明白该机器最后帧到来的时刻。网桥中有一个进程定期地扫描散列表，清除时刻早于当前时刻若干分钟的全部表项。因此，假如从LAN上取下一台计算机，并在不处重新连到LAN上的话，那么在几分钟内，它即可重新开始正常工作而无须人工干预。那个算法同时也意味着，假如机器在几分钟内无动作，那么发给它的帧将不得不散发，一直到它自己发送出一帧为止。 到达帧的路由选择过程取决于发送的LAN(源LAN)和目的地所在的LAN(目的LAN) 1、 假如源LAN和目的LAN相同，则丢弃该帧。 2、 假如源LAN和目的LAN不同，则转发该帧。 3、 假如目的LAN未知，则进行扩散。 为了提高可靠性，有人在LAN之间设置了并行的两个或多个网桥，然而，这种配置引起了另外一些问题，因为在拓扑结构中产生了回路，可能引发无限循环。其解决方法确实是下面要讲的生成树(spanning tree)算法。 生成树算法 解决上面所讲的无限循环问题的方法是让网桥相互通信，并用一棵到达每个LAN的生成树覆盖实际的拓扑结构。使用生成树，能够确保任两个LAN之间只有唯一一条路径。一旦网桥商定好生成树，LAN间的所有传送都遵从此生成树。由于从每个源到每个目的地只有唯一的路径，故不可能再有循环。 为了建筑生成树，首先必须选出一个网桥作为生成树的根。实现的方法是每个网桥广播其序列号（该序列号由厂家设置并保证全球唯一），选序列号最小的网桥作为根。接着，按根到每个网桥的最短路径来构造生成树。假如某个网桥或LAN故障，则重新计算。 网桥的配置 网桥通过BPDU(Bridge Protocol Data Unit)互相通信，在网桥做出配置自己的决定前，每个网桥和每个端口需要下列配置数据： 网桥：网桥 ID(唯一的标识) 端口：端口ID(唯一的标识) 端口相对优先权 各端口的花费(高带宽 = 低花费) 配置好各个网桥后，网桥将依照配置参数自动确定生成树，这一过程有三个时期： 1、选择根网桥 具有最小网桥ID的网桥被选作根网桥。网桥ID应为唯一的，但若两个网桥具有相同的最小ID，则MAC地址小的网桥被选作根。 2、其它所有网桥上选择根端口 除根网桥外的各个网桥需要选一个根端口，这应该是最适合与根网桥通信的端口。通过计算各个端口到根网桥的花费，取最小者作为根端口。 3、选择每个LAN的"指定(designated)网桥"和"指定端口" 假如只有一个网桥连到某LAN，它必定是该LAN的指定网桥，假如多于一个，则到根网桥花费最小的被选为该LAN的指定网桥。指定端口连接指定网桥和相应的LAN(假如如此的端口多于一个，则低优先权的被选)。 一个端口必须为下列之一 : 1、根端口 2、某LAN的指定端口 3、堵塞端口 当一个网桥加电后，它假定自己是根网桥，发送出一个CBPDU(Configuration Bridge Protocol Data Unit)，告知它认为的根网桥ID。一个网桥收到一个根网桥ID小于其所知ID的CBPDU，它将更新自己的表，假如该帧从根端口(上传)到达，则向所有指定端口(下传)分发。当一个网桥收到一个根网桥ID大于其所知ID的CBPDU，该信息被丢弃，假如该帧从指定端口到达，则回送一个帧告知真实根网桥的较低ID。 当有意地或由于线路故障引起网络重新配置，上述过程将重复，产生一个新的生成树。 4.1.3 源路由选择网桥 透明网桥的优点是易于安装，只需插进电缆即大功告成。然而从另一方面来讲，这种网桥并没有最佳地利用带宽，因为它们仅仅用到了拓扑结构的一个子集(生成树)。这两个（或其他）因素的相对重要性导致了802委员会内部的分裂。支持CSMA/CD和令牌总线的人选择了透明网桥，而令牌环的支持者则偏爱一种称为源路由选择(source routing)的网桥（受到IBM的鼓舞）。 源路由选择的核心思想是假定每个帧的发送者都明白接收者是否在同一LAN上。当发送一帧到另外的LAN时，源机器将目的地址的高位设置成1作为标记。另外，它还在帧头加进此帧应走的实际路径。 源路由选择网桥只关怀那些目的地址高位为1的帧，当见到如此的帧时，它扫描帧头中的路由，查找发来此帧的那个LAN的编号。假如发来此帧的那个LAN编号后跟的是本网桥的编号，则将此帧转发到路由表中自己后面的那个LAN。假如该LAN编号后跟的不是本网桥，则不转发此帧。这一算法有3种可能的具体实现：软件、硬件、混合。这三种具体实现的价格和性能各不相同。第一种没有接口硬件开销，但需要速度专门快的CPU处理所有到来的帧。最后一种实现需要专门的VLSI芯片，该芯片分担了网桥的许多工作，因此，网桥能够采纳速度较慢的CPU，或者能够连接更多的LAN。 源路由选择的前提是互联网中的每台机器都明白所有其他机器的最佳路径。如何得到这些路由是源路由选择算法的重要部分。猎取路由算法的差不多思想是：假如不明白目的地地址的位置，源机器就公布一广播帧，询问它在哪里。每个网桥都转发该查找帧(discovery frame)，如此该帧就可到达互联网中的每一个LAN。当答复回来时，途经的网桥将它们自己的标识记录在答复帧中，因此，广播帧的发送者就能够得到确切的路由，并可从中选取最佳路由。 尽管此算法能够找到最佳路由（它找到了所有的路由），但同时也面临着帧爆炸的问题。透明网桥也会发生有点类似的状况，然而没有这么严峻。其扩散是按生成树进行，因此传送的总帧数是网络大小的线性函数，而不象源路由选择是指数函数。一旦主机找到至某目的地的一条路由，它就将其存入到高速缓冲器之中，无需再作查找。尽管这种方法大大遏制了帧爆炸，但它给所有的主机增加了事务性负担，而且整个算法确信是不透明的。 表4-2 特点 透明网桥 源路由选择网桥 注解 连接方式 无连接 面向连接 透明网桥对主机来讲是完全不可见的，而且它与所有现在的802产品完全兼容。源

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计算机网络谢希仁版数据链路层知识点总结

计算机网络谢希仁版数据链路层知识点总结

数据链路层知识点总结数据链路层使用的主要两种信道：点对点信道，广播信道，分别使用点对点协议ppp以及CSMA/CD协议一、使用点对点信道的数据链路层1、链路：结点到结点的物理线路，只是一段路径的组成部分（也称物理链路）数据链路：把实现控制数据传输的通信协议的硬件和软件都加到链路上构成的（也称逻辑链路）2、数据链路层协议的基本传输单元——帧3、数据链路层协议解决的三个基本问题：封装成帧，透明传输，差错控制4、封装成帧(framing)就是在一段数据的前后分别添加首部和尾部，然后就构成了一个帧。

确定帧的界限，也叫帧定界。

5、透明传输分成文本文件和非文本文件（图像，程序等）文本文件不会出现帧定界控制字符，所以就是透明传输非文本文件要进行字节填充，具体：发送端的数据链路层在数据中出现控制字符“SOH”或“EOT”的前面插入一个转义字符“ESC”(其十六进制编码是 1B)。

接收端的数据链路层在将数据送往网络层之前删除插入的转义字符。

如果转义字符也出现数据当中，那么应在转义字符前面插入一个转义字符。

当接收端收到连续的两个转义字符时，就删除其中前面的一个。

6、差错检测：循环冗余检验 CRC，帧检验序列 FCSCRC 是一种常用的检错方法，而 FCS 是添加在数据后面的冗余码。

FCS 可以用 CRC 这种方法得出，但 CRC 并非用来获得 FCS 的唯一方法。

冗余码位数及除数都是事先选定好的7、可靠传输包括：无比特差错（CRC）和无传输差错（帧编号，确认和重传机制）要做到“可靠传输”（即发送什么就收到什么）就必须再加上确认和重传机制。

二、PPP协议1、应用：用户使用拨号电话线接入因特网时，一般都是使用 PPP 协议。

2、三个组成部分：一个将 IP 数据报封装到串行链路的方法。

链路控制协议 LCP (Link Control Protocol)。

网络控制协议 NCP (Network Control Protocol)。

数据链路层的传输方式

数据链路层的传输方式

数据链路层的传输方式数据链路层是计算机网络体系结构中的第二层，位于物理层之上，负责将网络层传递下来的数据分割成数据帧，并通过物理介质进行传输。

数据链路层的传输方式是指在数据链路层中，数据帧是如何通过物理介质进行传输的方式。

1. 点对点传输方式：点对点传输方式是指在数据链路层中，数据帧从发送方直接传输到接收方的方式。

在点对点传输方式中，发送方和接收方之间只有一条物理链路。

这种传输方式通常用于局域网中的直连线路，如以太网。

2. 广播传输方式：广播传输方式是指在数据链路层中，数据帧从发送方通过物理介质广播到所有连接在该物理介质上的接收方的方式。

在广播传输方式中，发送方和接收方之间存在一个共享的物理链路。

这种传输方式通常用于局域网中的广播链路，如无线局域网。

3. 多点传输方式：多点传输方式是指在数据链路层中，数据帧从发送方通过物理介质传输到多个接收方的方式。

在多点传输方式中，发送方和接收方之间存在一个共享的物理链路，并且每个接收方都有一个唯一的地址。

这种传输方式通常用于广域网中的多点链路。

在实际的计算机网络中，常用的数据链路层传输方式有以太网、令牌环网和ATM等。

以太网是一种常见的局域网传输方式，采用点对点传输方式。

在以太网中，每个设备都有一个唯一的物理地址，称为MAC地址。

当一个设备要发送数据时，它会将数据封装成数据帧，并通过物理链路发送到目标设备的MAC地址。

以太网的传输速率可以达到几百兆甚至几十个千兆比特每秒。

令牌环网是一种广域网传输方式，采用多点传输方式。

在令牌环网中，数据帧按照一个固定的顺序在物理链路上传输，每个设备都有一个唯一的地址。

当一个设备要发送数据时，它需要等待一个特殊的令牌通过物理链路传输到它的位置，然后将数据封装成数据帧并发送出去。

令牌环网的传输速率通常较低，一般为几十千比特每秒。

ATM是一种广域网传输方式，采用点对点传输方式。

在ATM中，数据被分割成固定长度的小单元，称为ATM单元。

工控网络方案

工控网络方案

工控网络方案1. 引言工控网络是指应用于工业控制系统的网络，用于实现自动化控制和数据采集。

随着工业互联网的发展，越来越多的工控设备连接到网络上，工控网络的安全性和可靠性变得尤为重要。

本文将介绍一种基于三层架构的工控网络方案，旨在保障工业控制系统的安全和稳定运行。

2. 架构设计2.1 三层架构工控网络方案采用了三层架构，分为数据链路层、网络层和应用层。

数据链路层负责实现工控设备之间的数据传输，网络层负责数据的路由和转发，应用层负责提供各种工控应用和管理功能。

2.2 设备分类在工控网络方案中，主要涉及到以下几种设备：•工控服务器：负责管理和控制整个工控网络，包括数据的采集、处理和分发等。

•工控交换机：用于连接工控设备，实现数据的转发和管理。

•工控终端：包括各类传感器、执行器等，用于采集和执行工控任务。

3. 安全策略3.1 隔离网络为了保障工控网络的安全性，需要将其与企业网络和互联网进行隔离，设置专门的安全防护设备和防火墙。

这样可以避免来自外部网络的攻击对工控系统造成的影响。

3.2 访问控制工控网络应该采用多层次的访问控制策略，限制对关键设备和数据的访问权限。

用户需要进行身份认证才能够使用和管理工控系统。

3.3 加密通信工控网络中的数据传输需要使用加密算法进行保护，防止数据在传输过程中被窃取或篡改。

常见的加密方案包括SSL/TLS和IPSec等。

3.4 安全审计为了快速发现和定位潜在的威胁，工控网络方案应该配备安全审计系统，及时记录和分析网络中的安全事件。

4. 网络管理4.1 网络监控工控网络方案应该提供实时的网络监控功能，帮助管理员了解网络设备的运行状态和性能指标。

监控系统可以及时发现并处理网络故障，提升网络的可靠性和可用性。

4.2 远程管理为了方便管理员对工控网络进行管理和维护，工控网络方案应该支持远程管理功能。

管理员可以通过远程登录的方式进行管理操作，包括设备配置、软件升级等。

4.3 配置管理工控网络中的设备配置需要进行统一管理，确保配置的一致性和安全性。

数据链路层的主要功能

数据链路层的主要功能

数据链路层的主要功能数据链路层是OSI模型中的第二层，主要负责将网络层传输的数据分割成适合物理层传输的帧，并确保帧在物理介质上可靠地传输。

数据链路层的主要功能包括以下几个方面。

1. 封装：数据链路层将网络层接收到的数据包封装成帧。

帧由帧起始标识、地址、控制、信息字段、帧检查序列和帧结束标识等组成。

封装过程包括添加帧起始标识和帧结束标识、插入地址和控制字段、添加帧检验序列等。

2. 帧同步：数据链路层通过帧同步来实现数据的分割和标识。

通过在帧的数据部分中插入控制字符和帧标识字符，接收方能够根据这些字符来确定帧的边界，确保正确的接收。

3. 数据链路管理：数据链路层在物理链路上进行数据传输和管理。

它负责处理发送和接收过程中的错误、帧丢失等问题。

对于发送方，数据链路层通过错误检测和纠正技术来确保数据的完整性，例如使用循环冗余校验（CRC）。

对于接收方，数据链路层通过接收错误检测和纠正技术来处理传输中可能发生的错误。

4. 流量控制：数据链路层通过流量控制来管理发送和接收数据的速率。

它通过发送方和接收方之间的通信来控制和调整数据的发送速率，以避免发送方过快而导致接收方无法处理的情况。

流量控制可以通过令牌桶算法、滑动窗口协议等来实现。

5. 差错控制：数据链路层通过差错控制来确保数据的可靠传输。

差错控制技术包括奇偶校验、循环冗余校验（CRC）、前向纠错码等。

这些技术能够检测和纠正数据传输中的错误，提高数据的可靠性。

6. 访问控制：数据链路层通过访问控制来解决多个设备共享同一物理链路资源的问题。

它定义了一些协议和算法来管理和控制设备对物理链路的访问。

常见的访问控制技术有载波监听多路访问（CSMA）和以太网的载波监听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）等。

综上所述，数据链路层的主要功能是将网络层传输的数据封装成可靠的帧，并通过帧同步、数据链路管理、流量控制、差错控制和访问控制等技术来确保数据的可靠传输和共享。

它在物理层和网络层之间起着桥梁的作用，是实现网络通信的重要组成部分。