物理层/数据链路层/网络层工作原理

物理层

物理层设备

1. 集线器
2. 中继器
3. 编码—解码器
4. 传输介质连接器

集线器运行在物理层

• 所有设备在同一冲突域(二层设备，桥或交换机来隔离冲突域)
• 所有设备在同一广播域(三层设备，如路由器来隔离广播域)
• 所有设备共享相同的带宽

网络设备的域

冲突 (collision)：在以太网中，当两个节点同时传输数据时，从两个设备发出的帧将会碰撞，在物理介质上相遇，彼此数据都会被破坏

冲突域(collision domain)一个支持共享介质的网段

广播域 (broadcast domain)：广播帧传输的网络范围，一般是路由器来设定边界(因为router不转发广播)

同一个冲突域

• 接入设备越多冲突机率越大
• 用CSMA/CD技术解决

载波侦听多路访问/冲突检测 CSMA/CD(carrier sense multiple access/collision detect)：一种介质访问的控制方法，当在同一个共享网络中的不同节点同时传送数据包时，不可避免的会产生冲突，而CSMA/CD机制就是用来解决这种冲突问题

CSMA/CD工作原理

当一个节点想在网络中发送数据时，它首先检查线路上是否有其他主机的信号在传送：如果有，说明其他主机在发送数据，自己则利用退避算法等一会再试图发送;如果线路上没有其他主机的信号，自己就将数据发送出去，同时，不停的监听线路，以确信其他主机没有发送数据，如果检测到有其他信号，自己就发送一个JAM阻塞信号，通知网段上的其他节点停止发送数据，这时，其他节点也必须采用退避算法等一会再试图发送。

CSMA/CD重要特性

使用 CSMA/CD 协议的以太网不能进行全双工通信而只能进行双向交替通信(半双工通信)

每个站在发送数据之后的一小段时间内，存在着遭遇碰撞的可能性

这种发送的不确定性使整个以太网的平均通信量远小于以太网的最高数据率

数据链路层

MAC子层(media access control):

负责MAC寻址和定义介质访问控制方法, 将上层交下来的数据封装成帧进行发送(接收时进行相反的过程，将帧拆卸)

LLC子层(logical link control):为上层协议提供SAP (服务访问点)，并为数据加上控制信息,建立和释放数据链路层的逻辑连接

LLC子层协议：802.2

802.2协议只在LLC子层，为以太网和令牌环网提供了通用功能，标识上层所使用的协议

SAP( Service Access Point服务访问点)：LLC子层为网络层的各种协议提供服务，而上层可能运行不同协议，为区分不同上层协议的数据，要采用服务访问点

报文头

网络层

• 代表协议 IP
• 广播信息控制
• 多点发送信息控制
• 路径优化
• 流量管制
• 逻辑寻址
• 提供WAN连接

网络层功能

• 传输层
• 代表协议 TCP UDP
• 区分不同的上层应用
• 建立应用间的端到端连接
• 定义流量控制
• 为数据传输提供可靠或不可靠的连接服务

可靠的传输层功能，建立三次握手

OSI模型的意义及缺陷

OSI模型的意义

• 提供了网络间互连的参考模型
• 成为实际网络建模、设计的重要参考工具和理论依据
• OSI/RM的思想为我们提供了进行网络设计与分析的方法(实际的网络几乎都是分层结构，功能分层，协议分层，只是根据实际需要，层次有多有少。模块化的结构便于同时开发、升级换代，维护管理)

OSI模型的缺陷

• 许多功能在多个层次重复，有冗余感(如流控，差错控制等)
• 各层功能分配不均匀(链路、网络层任务重，会话层任务轻)
• 功能和服务定义复杂，很难产品化(所以实际应用中几乎没有完全按OSI七层模型设计的产品)

（编辑：3v站长网）

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