计算机网络-03-数据链路层

目录

• 数据链路层
  • 功能
  • 组帧
  • 差错控制
  • 可靠传输
  • 流量控制
  • 介质访问
  • 数据链路的基本概念
  • 三个基本问题
  • PPP
  • 局域网
  • 广域网
  • 设备

数据链路层

功能

• 为网络层提供服务

  • 链路管理
  • 帧定界
  • 帧同步与透明传输
  • 流量控制
  • 差错控制

组帧

• 字符计数法

  

  • 在帧头的部用一个计数字段来表明帧内字符数

• 首尾定界法

  • 概念

    • 使用特定字符或者比特模式定结的开始和结束

  • 字符填充

    

    • 在数据中国的特殊字符面前用转义字符

  • 比特填充

    

    • 数据区每遇到连续5个1就填充一个

• 违规编码法

  • 信号传输过程中采用违规的编码来表示帧的起始和终止

差错控制

• 检错编码

  • 奇偶校验

  • 循环冗余码

    

• 纠错编码

  • 海明码

    • 假设用N表示添加了校验码位后整个信息的二进制位数，用K代表其中有效信息位数，r表示添加的校验码位，
    • 它们之间的关系应满足：N=K＋r≤2r－1

可靠传输

• 确认
• 超时重传

流量控制

• 停止等待协议

  • 发送方每发送一帧数据都要等待接收方的应答信号才能发送下一帧

• 后退N帧协议

  • 发送发一次可以发送N帧 , 按序接收 重传从最后一个确认开始

• 选择重转协议

  • 发送方一次可以发送N帧 , 可以不按序接受 重传没有确认的帧

介质访问

• 信道划分

  • 频分复用FDM

    • 不同频率载波

  • 时分复用TDM

    • 按时间分为若干个时间片

  • 波分复用WDM

    • 不同波长

  • 码分复用CDM

    • 不同编码

      • CMDA

• 随机访问

  • ALOHA

    • 纯ALOHA

      • 不检测直接发送 若无确认则等待重发

    • 时隙ALOHA

      • 将时间划分为若干等长时隙 按时发送

  • CSMA

• 1-坚持
  - 闲则发送 忙则继续监听

    - **非坚持**
  

• 闲则发送 忙则等待下一个随机时间发送

• p-坚持
  - 闲则以p概率发送 忙则放弃监听1-p等待下一个间隙忙则等待下一个随机时间再听

  • CSMA/CD

    • 概念

      • 半双工

    • 总线型的以太网，对总线访问控制

      • 质量好，无连接，不需要确认

    • 流程

      • 先听后发

    • 边听边发

      • 冲突停发

    • 随机重发

    • 解决碰撞

      • 采用二进制指数退避算法来解决碰撞

  • CSMA/CA

    • 避免碰撞

      • 预约信道

    • ACK帧

      • RTS/CTS帧

    • 解决碰撞

      • 采用二进制指数退避算法来解决碰撞

• 轮询访问

  • 令牌传递协议

    • 只用得到令牌的机器才能发送数据 其他的必须等待

数据链路的基本概念

• 信道通信

  • 点对点通信
  • 广播通信

• 数据链路层地位

• 数据链路

  • 链路

    • 从一个结点到相邻的一段物理线路

  • 数据链路

    • 把实现的这些协议的硬件和软件加到链路上

三个基本问题

• 封装成帧

  • 在IP数据报的前后分别加入首部和尾部

• 透明传输

• 

  • 不过从外部收入什么都可以放到帧中传输
  • 能区别数据信息和控制信息

• 差错检测

• 

  • CRC循环校验

  • 接收方校验

    • 余数为0

      • 接受

    • 余数不为0

      • 丢弃

PPP

• 点对点协议

  • point to point protocol
  • PPP协议就是用户计算机和ISP进行通信时所使用的数据链路层协议

• PPP协议组成

  • 一个将IP数据报封装到串行链路的方法
  • 链路控制协议 LCP
  • 网络控制协议 NCP

• PPP协议帧格式

• 

  • 标志字段F

    • 0x7E

  • 地址字段A

    • 0xFF

  • 控制字段C

    • 0x03

  • 协议字段

    • 0x0021

      • ip数据报÷

    • 0xC021

      • 控制协议KCP

    • 0x8021

      • 网络层控制数据

  • 零比特填充

    • 7E-(1111110)2
    • 只要发现有5个连续1,则立即填入一个0

• PPP

  • 需要

    • 简单
    • 封装成帧
    • 透明性
    • 多种网络层协议
    • 多种类型链路
    • 差错检测
    • 检测连接状态
    • 最大传送单元
    • 网络层地址协商
    • 数据压缩协商

  • 不需要

    • 纠错
    • 流量控制
    • 序号
    • 多点线路
    • 半双工或者单工链路

局域网

• 以太网（一种实现方式）

• 

• 优点

  • 具有广播功能
  • 便于系统的扩展和逐渐的演变
  • 提高系统的可靠性 可用性 生存性

• 拓扑

  • 星形网
  • 环形网
  • 总线网
  • 树形网

• 共享通信

  • 静态划分信道

  • 动态媒体接入控制

    • 随机接入
    • 受控接入

广域网

• 局域网的扩展，仍为以太网，MAC寻址

• PPP协议

  • 面向字节,采用字节填充的方式, 支持全双工链路

• HDLC协议

  • 面向比特,采用0比特插入法,帧类分为信息帧,监督帧,无编号帧

设备

• 网桥

• 特点 : 把两个或者两个以上的以太网通过网桥连接起来变成一个网段

  • 转发，过滤，转发表

  • 透明网桥

  • 自学习

• 源路由网桥

• 交换机

• 特点: 一个多端口的网桥

  • 自学习
  • 无碰撞传输

• 相同点

  • 按MAC地址转发,都能隔离冲突域,不能隔离广播域

    • 隔离碰撞域，同一广播域