网络--数据链路层

数据链路层使用信道两种类型：点对点信道，广播信道（集线器，交换机）。

链路（link）：物理线路

数据链路（data link）：物理线路外还有通讯协议。

使用适配器（网卡）实现这些协议的硬件和软件，一般适配器都包含了数据链路层和物理层功能。

 

数据链路层解决的三个问题：封装成帧，透明传输（加减转义字符），差错控制。

控制字符进行帧定界：帧开始符（SOH）0000 0001，帧结束符（EOT）0000 0100。

转义字符（ESC：十六进制编码是1B）：数据里面有开始符结束符转义字符前加ESC。

循环冗余检验（CRC）：余数作为FCS （冗余码）

检验：（二进制+FCS）/ 除数 = 0

 

两种情况下的数据链路层：

点对点协议 -- PPP协议

标记字段F=0x7E （符合‘0x’表示后面的字符是用十六进制表示。7E为0111 1110）

地址字段A只置为0xFF，地址字段实际上并不起作用。

控制字段C通常置为0x03.

PPP是面向字节的，所有的PPP帧的长度都是整数字节。

字节填充：信息字段出现标志字段的值 将0x7E字节转变成为2字节序列（0x7D,0x5D），出现ASCLL码的控制字符（数值小于0x20的字符），则在该字符前面要加入一个0x7D字节，同时将该字符的编码加以改变。

零比特填充方法：PPP用在SONET/SDH链路时，是使用同步传输（一连串的比特连续传送）发送端发现有5个连续1，则立即填入一个0.接收端对帧比特流扫描，发现5个连续1把后面的一个0删除。

不使用序号和确认机制。

使用点到点信道的数据链路层 PPP

局域网 使用广播信道的数据链路层

动态媒体接入控制（多点接入）：随机接入（主要被以太网采用），受控接入（多点线路探询或轮询--目前已不被采用）。

 

总线型（集线器hub）

CSMA/CD（载波监听多点接入/碰撞检测）：

“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”：就是用电子技术检测总线上有没有其他计算机发送的数据信号。有则不发。

使用CSMA/CD协议的以太网只能进行双向交替通信（半双工通信）。

 

以太网的争用期：

以太网的端到端往返时延2τ称为争用期，或碰撞窗口。通常，取51.2μs为争用期长度。

对于10Mb/s以太网，在争用期内可发送512bit，即64字节。

以太网发送数据，前64字节未发生冲突，后续不会发生冲突。

最短有效帧长：

如果发生冲突，就一定是在发送前64字节之内。

一检测到冲突就立即终止发送，这时发送的数据一小于64字节。

以太网规定最短有效帧长为64字节，小于64字节的帧都是由于冲突而异常中止的无效帧。

 

二进制指数类型退避算法

发生碰撞的站在停止发送数据后，要推迟一个随机时间才能发送数据。

确定基本退避时间，一般取争用期2τ。

定义参数k， k=Min[重传次数，10]

从整数集合[0,1,2,3....(2的k次幂-1)]中随机取出一个数，记为r，重传所需的时延就是r倍的基本退避时间。

当重传达16次仍不能成功时即丢弃该帧，并向高层报告。

以太网标准：（满足CSMA/CD）

DIX Ethernet V2 -- （TCP/IP经常使用）

IEEE的802.3标准

以太网与数据链路层的两个子层

网络的数据链路层拆分两个子层：

逻辑链路控制LLC子层 --- 多数厂商生产的适配器没有LLC协议

媒体接入控制MAC子层 --- 与接入到传输媒体有关的内容

数据链路层只有媒体接入控制这一层。

10Base-T标准：集线器不超过100米。

100Base-FT： （100兆 基带信号 光纤）

 

以太网的信道利用率：参数a a=τ/T0 （τ：单程端到端时延，T0：帧发送时间）

a->0 已发生碰撞就检测出来了

a越大 争用期占比大，碰撞浪费许多信道资源，信道利用率明显降低。

以太网的信道利用率最大值 S=T0/(T0+τ)=1/(1+a)

 

MAC地址（MAC层的硬件地址（物理地址））:48位二进制（前24位代表厂家）

修改使用MAC地址：网络连接-->属性-->配置-->高级-->NetworkAddress-->值。

注册表查看（regedit-->编辑-->查找）

用于指定MAC地址上网。

有效帧：整数个字节，FCS无差错，长度在64~1518字节。无效的丢弃。

帧的格式：

 

 

广播地址

 

使用网桥和交换机优化以太网

扩展以太网

距离扩展 100M 光纤。

集线器级联 使网络计算机数量增加 组建一个大的冲突域。

数据链路层扩展局域网 -- 使用网桥

网桥：根据MAC帧的目的地址对收到的帧进行转发。（过滤帧）

交换机：存储，转发。（全双工，带宽独享，安全）。基于MAC地址转发，通过学习构建MAC地址表。

 

100Base-T:全双工无冲突发生，不使用CSMA/CD。

吉比特以太网：1Gb/s

1000BASE-X 基于光纤通道的物理层

1000BASE-SX SX表示短波长，传输距离275米或550米

1000BASE-LX LX表示长波长 ， 550米或5000米

1000BASE-CX CX表示铜线 传输距离25米

1000BASE-T

使用4对5类线UTP（非屏蔽双绞线）

10吉比特以太网：全双工，只使用光纤