考研计算机网络之链路层（下）

一、局域网

（一）局域网特点

地理范围比较小、数据传输速率高、通信延迟时间段误码率比较低

共享传输信道

多采用分布式控制和广播式通信，能进行广播和组播

（二）局域网网络拓扑

1.星型拓扑

 

2.总线型拓扑

以太网常用此结构。

 

 3.环形拓扑

 

 4.树形拓扑

 

 （三）局域网传输介质

有线局域网：双绞线、同轴电缆、光纤

无线局域网：电磁波（空气）

（四）介质访问控制

1.CSMA/CD：常用于总线型局域网

2.令牌总线：常用于总线型局域网

逻辑上是一个环，只有令牌持有者才能控制总线，才有发送信息的权力。

3.令牌环

用于环形局域网，如令牌环网。

（五）局域网分类

1.以太网

符合IEEE 802.3系列规范标准，逻辑上是总线型，物理拓扑是星型或扩展星型。使用CSMA/CD。

2.令牌环网

物理上采用星型拓扑，逻辑上是环形拓扑。

3.FDDI网

4.ATM网

5.无线局域网（WLAN）

采用IEEE 802.11标准。WIFI是无线局域网的一种应用。

IEEE 802标准 3（以太网）、5（令牌环网）、8（FDDI）、11（WIFI）

802.2 – 逻辑链路控制

802.3 – CSMA/CD（以太网）

802.4 – Token Bus （令牌总线）

802.5 – Token Ring（令牌环）

802.6 –分布队列双总线DQDB -- MAN标准

802.8 – FDDI（光纤分布数据接口）

802.11 – WLAN（无线局域网）

 

 （六）MAC子层和LLC子层

LLC层：负责识别网络协议，然后对它们进行封装；

MAC层：负责数据帧的封装/卸装、帧的接受与发送、链路的管理等等。MAC层的存在屏蔽了不同物理链路种类的差异性。

 

 （七）以太网

1.以太网特点

使用CSMA/CD，802.3局域网，使用曼彻斯特编码。

计算机通过网卡（通信适配器、网络接口NIC）和局域网进行通信。

在局域网中，硬件地址又称为物理地址，或 MAC 地址。

提供无连接（没有握手过程）、不可靠（无需确认帧）的服务。纠错由高层负责。

只能无差错接收，不能实现可靠传输。

逻辑上是总线型，物理上星型。

超过100Mb/s的以太网称为高速以太网。

曼彻斯特编码：

 

 2.以太网MAC帧

常用的以太网MAC帧格式有两种标准 ：DIX Ethernet V2 标准（常用）和IEEE 的 802.3 标准。

以太网MAC帧V2格式：

 

 （八）无线局域网

MAC帧格式：

 

 目的地址：目的MAC地址

接收端：发送基站地址

源地址：源MAC地址

发送端：接收基站地址

扩展：

WIFI的名字：服务集标志符（SSID）

 

 

 FROM AP：接收从AP发来的帧

TO AP：要发往AP的帧

二、广域网

（一）PPP协议

1.PPP协议三个组成部分

（1）一个将IP数据报封装到串行链路（同步串行、异步串行）的方法。

（2）链路控制协议LCP：负责建立并维护数据链路连接（身份验证）

（3）网络层控制协议NCP：PPP支持多种网络层协议，每个不同的网络层协议都需要一个对应的NCP来配置，为网络层协议建立和配置连接。

2.PPP协议状态图

 

3.PPP协议帧格式

 

4.PPP协议工作过程

（1）阶段1：创建PPP链路

在这个阶段，将对基本的通讯方式进行选择。链路两端设备通过LCP向对方发送配置信息报文（Configure Packets）。一旦一个配置成功信息包（Configure-Ack packet）被发送且被接收，就完成了交换，进入了LCP开启状态。

（2）阶段2：用户验证

在这个阶段，客户端会将自己的身份发送给远端的接入服务器。该阶段使用一种安全验证方式避免第三方窃取数据或冒充远程客户接管与客户端的连接。在认证完成之前，禁止从认证阶段前进到网络层协议阶段。如果认证失败，认证者应该跃迁到链路终止阶段。

（3）阶段3：调用网络层协议

认证阶段完成之后，PPP将调用在链路创建阶段（阶段1）选定的各种网络控制协议（NCP）。选定的NCP解决PPP链路之上的高层协议问题，例如，在该阶段IP控制协议（IPCP）可以向拨入用户分配动态地址。

 （二）HDLC协议

1.概念

高级数据链路控制协议。面向比特；0 比特插入法；

全双工通信；所有帧采用 CRC 检验，对信息帧进行顺序编号。

2.三种帧和三种站

信息帧、监督帧、无编号帧；

主站、从站、复合站。

3.帧格式

 

 4.HDLC和PPP的对比

 

 三、链路层设备

（一）网桥

网桥跟据MAC帧的目的地址对帧进行转发和过滤。当网桥收到一个帧时，并不向所有接口转发转发此帧，而是先检查此帧的目的MAC地址，然后再确定将该帧转发到哪一个接口，或者把它丢弃（即过滤）。

网桥使各网段成为隔离开的碰撞域。

 

1.透明网桥

目前使用得最多的网桥是透明网桥(transparent bridge)。

“透明”是指局域网上的站点并不知道所发送的帧将经过哪几个网桥，因为网桥对各站来说是看不见的。

透明网桥是一种即插即用设备，其标准是 IEEE 802.1D。网桥按照自学习算法处理收到的帧和建立转发表。网桥收到一帧后先进行自学习。查找转发表中与收到帧的源地址有无相匹配的项目。如没有，就在转发表中增加一个项目（源地址、进入的接口和时间）。如有，则把原有的项目进行更新。

转发帧时，查找转发表中与收到帧的目的地址有无相匹配的项目。

如没有，则通过所有其他接口（但进入网桥的接口除外）按进行转发。

如有，则按转发表中给出的接口进行转发。

若转发表中给出的接口就是该帧进入网桥的接口，则应丢弃这个帧（因为这时不需要经过网桥进行转发）。

2.源路由网桥

透明网桥容易安装，但网络资源的利用不充分。

源路由(source route)网桥在发送帧时将详细的路由信息放在帧的首部中。

源站以广播方式向欲通信的目的站发送一个发现帧，每个发现帧都记录所经过的路由。

（二）交换机（多接口网桥）

以太网交换机通常都有十几个接口。因此，以太网交换机实质上就是一个多接口的网桥，可见交换机工作在数据链路层。以太网交换机的每个接口都直接与主机相连，并且一般都工作在全双工方式。交换机能同时连通许多对的接口，使每一对相互通信的主机都能像独占通信媒体那样，进行无碰撞地传输数据。

1.直通式交换机

查完目的地址就立刻转发。

特点：延迟小，可靠性低，无法支持具有不同速率的端口交换。

2.存储转发式交换机

将帧放入高速缓冲，并检查是否正确。正确则转发错误则丢弃。

特点：延迟大，可靠性高，且支持具有不同速率的端口的交换。