计算机网络（二）——数据链路层

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1、数据链路层

• 数据链路层的基本概念：
  • 数据链路层的信道类型：
    • 点到点信道：一对一。
    • 广播信道：一对多。
  • 链路：一条点到点的物理线路段。
  • 数据链路：处理物理线路以外，还必须有通信协议来控制数据的传输。
  • 数据链路层传送的是帧。
• 数据链路层的基本问题：

  • 封装成帧：

    • 就是在一段数据的前后分别添加首部和尾部，这样就构成了一个帧，确定了帧的界限。

    

  • 透明传输：

    • 在传输的数据中出现了尾部帧的内容，导致计算机理解错误。
    • 通过字节/字符填充解决，插入转义字符。

  • 差错控制：

    • 传输过程中可能会产生比特差错，0和1可能会互相转换。
    • 一段时间内，传输错误的比特栈所有比特的比例称为误码率。
    • 判断有没有错误的方法：循环冗余检验。
    • 使用差错检测技术只能做到无差错接收，要做到可靠传输必须再加上确认和重传机制，需要由上层实现。
• PPP协议：

  • 点到点的数据链路层协议。

  • 有身份验证的功能。

  • 支持多种网络层协议和物理层链路。

  • 组成：

    • 数据链路层协议可以用于异步串行或同步串行介质。
    • 使用链路控制协议（LCP）建立并维护数据链路层连接。
    • 网络控制协议（NCP）运行在点到点连接上使用多种网络层协议。

  • PPP协议帧格式：

    • 首部 - 信息部分 - 尾部。
    • 帧头和帧尾都是7E。
    • PPP有一个两个字节的协议字段。表示信息字段是那种类型的数据。
    • 字节填充或零比特填充实现透明传输。
    • 不使用序号和确认机制。

    

2、以太网

• 以太网的的特点：

  • 动态随机接入。
  • B向D发送数据，A、C、E都能收到但不处理，只有D接收B发送的数据。
  • 使用CSMA/CD协议：多点接入、载波监听、碰撞检测。
  • 发送具有不确定性，不适合长距离的传输。
  • 不能进行全双工通信，只能进行半双工通信。
  • 最短有效帧长为64字节，小于64字节的都被认为是无效帧。

• 以太网：

  • 以太网与数据链路层的两个子层：
    • 逻辑链路控制子层。
    • 媒体接入控制子层。
  • 以太网提供的是不可靠的交付，当接收到有差错的数据就丢弃。

• 以太网信道利用率：

  • 争用期长度为2t，即端到端传播时延的两倍。检测到碰撞后不发送信号。
  • 信道利用率：a等于端到端时延与帧发送时间之比。a越小表示利用率越高。最大信道利用率为1/(1+a)。

• MAC地址：

  • 硬件地址又称为物理地址或MAC地址。
  • 适配器从网络上每收到一个帧，就用硬件检测帧中的MAC地址。是发往本站的则首先，否则丢弃。
  • 发往本站的三种帧：单播（一对一）、广播（一对全体）、多播（一对多）。

• 以太网帧格式：

  • 最常用的是以太网V2的格式。
  • 目的地址 - 源地址 - 类型 - 数据 - 帧校验序列。
  • 帧之间最小间隔为9.6微秒。

  

• 扩展以太网：

  • 在数据链路层扩展：网桥。一定程度上隔绝了冲突，但是效率降低。
  • 交换机：网桥中每个接口接的不是一个碰撞域，而是一台计算机。每两个计算机都可以同时通信，没有碰撞。

• 生成树算法：

  • 透明网桥使用，为了避免产生转发的帧在网络中不停兜圈子。
  • 对于生成树，整个连通域中不存在回路，即任何两个站之间只有一条路径。

• 虚拟局域网：

  • LAN：一个局域网。
  • VLAN：虚拟局域网，按虚拟网段划分局域网。

• 高速以太网：

  • 可在全双工方式下工作而无冲突发生。
  • 不使用CSMA/CD协议。帧格式不变。
  • 帧间隔缩短为0.96微秒。

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