计算机网络--数据链路层
数据链路层
- 链路 (Link) 就是从一个结点到相邻结点的一段物理线路，而中间没有任何其他的交换结点
- 数据链路 (Data Link) 是指把实现通信协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路
- 数据链路层以帧为单位传输和处理数据
使用点对点信道
封装成帧
指数据链路层给上层交付的协议数据单元添加帧头和帧尾使之成为帧
- 帧头和帧尾中包含重要的控制信息
- 帧头和帧尾的作用之一就是帧定界
- 帧定界符：ESC
透明传输是指数据链路层对上层交付的传输数据没有任何限制
- 面向字节的物理链路层使用字节填充（或称字符填充）的方法实现透明传输
- 面向比特的物理链路使用比特填充的方法实现透明传输
- 零比特填充法，每 5 个 1 后插入 1 个 0
误差检测
指比特传输过程中产生差错
- 误码率BER：传输错误的比特占所传输比特总数的比率
奇偶校验【漏检率高】
循环冗余检验 CRC
- 收发双方约定好一个生成多项式 G(x)
- 发送方基于待发送的数据和生成多项式计算出差错检测码(冗余码)
- 接收方通过生成多项式来计算收到的数据是否产生了误码
可靠传输
- 不可靠传输服务：仅仅丢弃误码的帧
- 可靠传输服务：想办法实现发什么就收什么
可靠传输不局限于数据链路层
停止-等待协议 SW
- 为交互过程通过一个超时计时器，超时重传
- 数据分组编序，确认重复
- 确认分组编号
信道利用率：
\({T_D}\over{T_D+RTT+T_A}\)
回退 N 帧协议 GBN
- 采用 3 个比特给分组编序号，即序号 0~7
- 发送窗口的尺寸 \(W_T\) 的取值：\(1 < W_T < 2^3 - 1\)
- 接收窗口的尺寸 \(W_R\) 的取值：\(W_R = 1\)
选择重传协议 SR
- 采用 3 个比特给分组编序号，即序号 0~7
- 发送窗口的尺寸 \(W_T\) 的取值：\(1 < W_T < 2^3 - 1\)
- 接收窗口的尺寸 \(W_R\) 的取值：\(W_R = W_T\)
点对点协议 PPP
Point-to-Point Protocol
提供一个标准方法
- 对种协议数据报的封装方法
- 链路层控制协议 LCP
- 一套网络控制协议 NCPs
|F|A|C| P | 帧的数据部分 |FCS|F|
-
标志（Flag）字段: PPP帧定界符，
0x7E -
地址（Address）字段:
0xFF，预留 -
控制字段（Control）字段:
0x03，预留 -
协议（Protocol）字段: 指明帧数据部分送交那个协议处理
- 0x0021: IP 数据报
- 0xC021: LCP 分组
- 0x8021: NCP 分组
-
帧的数据部分 不超过 1500 字节
-
帧检测序列（Frame Check Sequence）字段: CRC 计算出的检验位【2 字节】
透明传输实现方法
-
面向字节的异步链路采用插入转义字符的字节填充法
- 7E 字节转变 2 字节序列【7D, 5E】
- 7D 字节转变 2 字节序列【7D, 5D】
- 每一个ASCII码控制字符（数值小于
0x20的字符），则在该字符前面插入一个 7D 字节，同时将该字符的编码加入0x20
-
面向比特的同步链路采用插入比特 0 的比特填充法
- 5 连续 比特 1 在后面添加一个比特 0
FCS 计算访问 |A|C| P | 帧的数据部分 |
媒体接入控制
MAC
-
静态划分信道
- 频分多址 FDM
- 时分多址 TDM
- 码分多址 CDM
-
动态接入控制
-
受控接入
- 集中控制
- 分散控制
-
随机接入
-
CSMA/CD 协议
总线局域网
- 多址接入 MA
- 载波监听 CS
- 碰撞检测 CD
截断二进制指数退避算法
退避时间 = 基本退避时间 X 随机数r
CSMA/CA 协议
无线局域网
无法使用 碰撞检测 CD
802.11 使用 碰撞避免 CA
-
帧间间隔 IFS
- SIFS (28)
- DIFS (128): 数据帧和管理帧
MAC层标准定义媒体接入控制
- 分布式协调功能 DCF 默认
- 点协调功能 PCF
MAC, IP, ARP协议
MAC 地址
链路层，广播通信进行区分依据
每一个网络适配器都有唯一 MAC 地址
IEEE 802 局域网 MAC 地址 48
- 前三字节是 IEEE 分配
- 后三字节是厂商自由分配
IP 地址
网络层，主机和路由器使用
- 网络编号
- 主机编号
数据包发送过程中
- 源 IP 地址和目的 IP 地址保持不变
- 源 MAC 地址和目的 MAC 地址逐个链路改变
ARP 协议
地址解析协议，由 IP 地址分析 MAC 地址
-
ARP 高速缓存表
- 动态 2min
- 静态
不能跨网络使用
集线器与交换机
集线器 HUB
RJ-45 插座，使用 CSMA/CD 协议
工作在 物理层，碰撞检测由网卡进行
交换机 SWITCH
一般采用 全双工方式
具有并行性
工作在数据链路层【包括物理层】
帧转发方式
- 存储转发
- 直通转发
隔离碰撞域
交换机 自学习
刚上电帧交换表为空
记录有周期性
生成树协议 STP
避免网络环路带来的问题
虚拟局域网 VLAN
插入 4 字节的 VLAN 标记
- VLAN 标记最后 12 比特称为 VLAN 标识符 VAD [0~4095]
- 802.1Q 帧 由交换机来处理
交换机端口类型
-
Access
- 一般用于连接用户计算机
- 只属于 一个 VLAN
- PVID 值与端口所属VLAN的ID相同 默认 1
- 只接收普通以太网 MAC 帧
-
Trunk
- 交换机与交换机或路由器
- 可以属于多个 VLAN
- 默认 1
-
Hybrid
交换机各端口的缺省 VLAN ID
- 思科 Native VLAN
- 华为 Port VLAN ID
