导图社区 03计算机网络数据链路层
这是一篇关于计算机网络数据链路层思维导图,详细涵盖了数据链路层的功能,如帧同步、差错控制等;介绍了使用广播信道的数据链路层,包括局域网的数据链路层、适配器的作用等;还深入讲解了数据链路层设备,如网桥、以太网交换机等;此外,对流量控制与可靠传输机制、局域网等相关知识也进行了细致阐述。每个知识点都通过简洁明了的文字进行了概括和总结,重点突出。此模板适用于计算机网络专业的学生、网络工程师、IT从业者以及对计算机网络知识有浓厚兴趣的自学人群。对于学生来说,在学习数据链路层相关课程时,该模板能帮助他们将零散的知识点整合起来,形成完整的知识框架,便于理解和记忆,尤其在应对考试和课程设计时,能快速回顾和掌握重点内容;网络工程师在实际工作中遇到数据链路层相关的网络配置、故障排查等问题时,可通过此模板快速定位关键知识点,提高工作效率;IT从业者可以利用模板加深对计算机网络基础知识的理解,为职业发展助力;自学人群则能借助模板更加系统、全面地学习数据链路层知识。该思维导图模板借助万兴脑图软件绘制,助力学习者深入掌握计算机网络数据链路层的核心要点。
编辑于2026-04-18 15:43:18这是一个关于02计算机网络物理层,详细涵盖了数据通信的基础知识,包括信道的极限容量、编码与调制等内容;深入讲解了宽带接入技术,如ADSL技术、光纤同轴混合网、FTTx技术等;还对信道复用技术,如频分复用、时分复用、码分复用等进行了细致阐述。同时,对物理层接口的特性、传输介质等相关知识也进行了归纳总结,每个知识点都有清晰的分支和简明的文字说明。该模板适用于计算机网络专业的学生、网络技术从业者、备考相关认证考试的考生以及对计算机网络底层知识有探索兴趣的爱好者。对于学生而言,在学习物理层知识时,此模板能帮助他们将抽象的概念,如数据通信基础、信道复用技术等,以直观的图形化方式呈现,便于理解与记忆,构建完整的知识体系;网络技术从业者在处理网络硬件搭建、信号传输优化等实际问题时,可通过模板快速查阅关键知识点,为工作提供理论支持;备考认证考试的考生能利用模板进行针对性复习,把握重点内容,提高备考效率;爱好者则可借助模板深入了解计算机网络的基础运行原理。
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这是一个关于04计算机网络层的思维导图,详细涵盖了网络层的功能、IP数据报的相关内容,包括IP地址分类、子网划分等;深入讲解了路由选择协议,如内部网关协议(RIP、OSPF)和外部网关协议(BGP)等;还涉及网络层设备路由器的工作原理和功能等重要知识点。每个分支下的子节点都对相应知识点进行了细致的拆解和说明,便于用户深入学习和理解。此模板主要适用于计算机网络专业的学生、从事网络工程的技术人员、备考网络相关认证考试的考生,以及对计算机网络知识有深入探索需求的爱好者。对于学生而言,它能将课堂所学网络层的知识,如IP数据报、路由选择协议等,以直观的图形化方式呈现,帮助学生构建完整的知识体系,加深对复杂概念和原理的理解;网络工程技术人员在实际工作中遇到网络层相关问题时,可通过该模板快速查阅关键知识点,为网络规划、配置和故障排查提供有力支持;备考认证考试的考生能利用模板进行高效复习,精准把握重点和难点,提高备考效率;爱好者则可借助模板开启深入学习网络层知识的大门,满足其对计算机网络奥秘的探索欲望。该思维导图模板借助万兴脑图软件绘制,助力学习者深入掌握计算机网络层的核心知识。
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第3章 数据链路层
引言
注意1:局域网虽然是一个网络,但我们并不见局域网放在网络层中讨论,这是因为网络层讨论的问题是多个网络互连的问题,讨论分组怎么样从一个网络通过路由器转发到另一个网络
注意2:本章研究的是在同一个局域网下,分组怎么样从一个主机传送到另一个主机
数据链路层功能
任务
帧在一段链路上或一个网络上传输
数据链路层使用的信道主要有以下类型:点对点信道、广播信道
数据链路层所处的地位
数据链路与链路区别
链路一般指物理链路,中间没有结点
数据链路指物理链路+实现必要通信协议的硬件与软件构成的逻辑链路
帧:数据链路层的对等实体之间逻辑通信的协议数据单元
组成:帧=SOH(0x01)+IP数据包+EOT(0x04)
链路管理
三个基本问题
封装成帧
概念:在网络层的协议数据单元IP数据报上添加首部与尾部,组成完整的帧
帧
帧首部+数据部分+帧尾部
以太网数据部分MTU最大1500字节
理解:帧定界、SOH、MTU,EOT
透明传输
概念:指帧的数据部分没有EOT与SOH干扰传输,即透明的传输到接收端
保证数据没有差错的通过数据链路层
方法:字节填充或字符填充,即在EOT、SOH、ESC前添加转义字符ESC(0x1B)
差错检验
概念:指传输过程中出现错误,判断传输中是否有误码
检错编码
奇偶校验码
n-1位数据和一位校验码组成
只能检测奇数位出错情况,无法对其进行修正
奇校验码
附加一个检验位后,码中1为奇数
偶校验码
附加一个检验位后,码中1为偶数
循环冗余检验CRC
被除数:待发送数据+几个0(除数-1个)
除数
模2运算:相同是0,相异为1
有余数,数据有错误
正确数据用余数替换加的0
循环冗余码的计算
纠错编码
码距
海明码编码
思想:双方预先假定一个n+1位除数,对M+n位数据进行除法,得到的余数作为冗余码添加到M位数据后,此时接收端用除数除以M+n位时,余数为0就正确
传输差错分为
比特传输错误
帧丢失、帧重复、帧失序
组帧
概念
向网络层递交的分组封装成帧称组帧
为了在出错时是重发出错的帧,不必重发所有数据,进而提高效率
字符计数法
帧首部使用计数字段记录字节数
若计数字段出错,造成严重后果
字节填充法
零比特填充法
HDLC协议中的比特填充法
违规编码法
流量控制与可靠传输机制
流量控制与滑动窗口机制
停止等待
最简单流量控制方法
发送方每次只发送一个帧,接收方接受后发送确认信号,表示可以接受下一个帧
发送方发完进行等待,传输效率低
滑动窗口流量控制
只有接受窗口向前滑动,发送窗口才会向前滑动
窗口
停止等待协议
发送=接收=1
后退N帧协议
发送>1,接收=1
选择重传
发送=接收
窗口大小在传输中固定
滑动窗口协议的窗口大小的关系
两个窗口相加≤2ⁿ
可靠传输机制
单帧滑动窗口与停止等待协议SW
数据帧出错丢失
确认帧出错丢失
信道利用率低
多帧滑动窗口与后退N帧协议GBN
GBN协议工作原理
发送方可以没收到确认帧时,发送窗口内的数据帧
后退N帧:发送完发现N个帧的前一个出错或丢失,发送方把丢失和其后N个帧重传
降低效率
接收方只允许顺序接收帧
GBN确认号的含义/捎带确认应用
发送方发完一个帧要设置超时计时器,确认帧要明确确认的是哪一个
允许接收方进行累计确认
对某个数据帧的确认就代表该帧和之前所有的数据帧均以正确无误的收到
确认帧ACK
GBN超时重传的分析
GBN发送窗口意义,最大尺寸
1<窗口≤2ⁿ-1
若大于2ⁿ-1,会造成接收方无法分辨新数据帧和旧数据帧
接收窗口=1,保证按序接收
多帧滑动窗口和选择重传协议SR
选择重传协议的原理及实现
信道利用率分析
停止等待协议的信道利用率
停止等待协议下信道利用率的计算
连续ARQ协议的信道利用率
三种滑动窗口协议的信道利用率比较
GBN协议下信道利用率与发送窗口大小的关系
滑动窗口协议的数据传输速率的计算
介质访问控制
信道划分介质访问控制
时分复用TDM
频分复用FDM
波分复用WDM
码分复用CDM
码分复用中数据分离计算
随机访问介质访问控制
信道划分和随机访问的特点
ALOHA协议
纯ALOHA协议
时隙ALOHA协议
CSMA协议
1-坚持CSMA
非坚持CSMA
p-坚持CSMA
CSMA/CD协议
简单了解以太网的两种通信措施
1、采用灵活的无连接工作方式
2、发送数据采用曼切斯特编码的信号
特点
信道发生冲突的最短,最长时间分析
最短帧长的理解和相关计算
二进制指数退避算法
熟悉CSMA/CD协议
作用:用于防止碰撞和处理碰撞的协议
工作原理
1、多点接入:说明这是总线网络,多个主机接入到总线上
2、发送前监听:不管在发送前,还是发送后,每个站点都必须不停的检测总线是否繁忙
3、碰撞检测:即边发边听,适配器检测是否信道上的信号电压的变化幅度变大,是着表明发生了碰撞
发生冲突立即停止发送
停止发送后,发送增强冲突信号
执行退避算法
碰撞观察
时刻:
A主机发送时刻。B主机还未检测到A主机的发送数据。
B主机还未检测到A主机的发送数据,也发送了数据的时刻。
两股数据发生碰撞的时刻。
B主机检测到A主机发送的信号,发现了碰撞的时刻
A主机也检测到碰撞发生的时刻
碰撞结果:双方发送的数据都失败了,必须推迟一段时间后在发送
表明:在使用CSMA/CD协议时,不可能同时发送与接收
碰撞后的处理
截断二进制退避算法
作用:确定碰撞后的重传的时间
简单了解流程:确定争用期(基本退避时间2t)。随机确定重传时间。碰撞超过16次后丢弃,等待上层处理
强化碰撞
作用:在检测到碰撞后,发起一次32/48比特的人为干扰信号,通知总线上所有用户发生了碰撞
CSMA/CA协议
对CSMA/CD进行修正,将冲突检测改为冲突避免
确认机制
帧间间隔
信道预约方法
NAV值分析
轮询访问:令牌传递协议
过程
子主题
局域网
局域网的基本概念和体系结构
以太网与IEEE802.3
以太网MAC层协议提供的服务类型
别名:硬件地址,物理地址,MAC地址,EUI-48,适配器地址
地址
地址大小:48字节
位置:存储再适配器的ROM上
MAC帧的格式
标准
MAC帧有两种标准即802.3标准与V2标准
插入8字节字段
7字节的同步码:用于和对方主机确定时钟同步
1字节就是帧定界符号
表明:表明MAC帧的开始,但是不属于MAC帧
以太网传输介质与网卡
以太网的MAC地址
以太网MAC地址的长度
以太网的MAC帧
帧首部的内容,首部和尾部的长度
目的地址和源地址的含义
分析IP首部,并判断以太帧是否需要填充
高速以太网
100BASE-T以太网
100BaseT以太网的传输介质
吉比特以太网
10吉比特以太网和更快的以太网
速率、支持标准、通信方式、物理层的标准
使用以太网进行宽带连接
现在,都是使用这种宽带接入方式
问题:思考将以太网接入到互联网,但进入到互联网必须拥有用户键入密码识别身份的过程
原因:它可以提供双向的宽带通信
方法:提出PPPoE
IEEE802.11无线局域网
无线局域网的组成
有固定基础设施无线局域网
无固定基础设施无线局域网
802.11局域网的MAC帧
802.11数据帧前三个地址的含义
VLAN基本概念和基本原理
虚拟局域网
定义:由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组
使用器件:以太网交换机
作用:限制接收广播信息的计算机数,在一个VLAN组中的主机才可以相互通信
虚拟局域网的特点
要求:需要MAC帧上能够支持表示VLAN
方法:添加了一个4字节的VLAN标记字段
前两个字节:为IEEE802.1Q标记类型
后两个字节:分为三段,重要的是后12位的VLAN标识符,唯一的标识了这个以太网帧属于哪一个VLAN
3.4 扩展的以太网
目的:对以太网覆盖范围进行扩展
3.4.1 在物理层上扩展以太网
总线结构时期
材质:粗、细同轴电缆
器件:使用转发器进行扩展
工作层:物理层
星型拓扑结构时期
材质:光纤
器件:使用集线器
工作层:物理层
扩展方式:使用光纤与一对光纤调制解调器
3.4.2 在数据链路层扩展以太网
常用扩展方式在数据链路层进行
最初阶段
使用器材:网桥
最终阶段
以太网交换器
工作层:数据链路层
特点
1、实质上多接口的网桥
2、工作在全双工模式下,不需要人工配置,具有并行性,能够独占媒体,无碰撞地传输数据
3、一种即插即用的设备,因为内部由帧交换表,能通过自学习算法自动建立起来的
4、工作在全双工下就不需要CSMA/CD协议了
5、能够具有多种不同速率的接口,能够将接口上的数据速率综合起来
自学习功能
交换表
内容:MAC地址+接口标号
目的:自动建立交换表的内容,指明每个接口的MAC地址
功能:具有过滤和转发的功能
问题:既然不适用CSMA/CD协议,为什么仍然叫做以太网
原因是:仍然采用了以太网的帧格式
广域网
基本概念
点对点协议PPP
特点
PPP协议应满足的要求
简单、封装成帧、透明性等等
在TCP/IP协议族中,可靠运输由运输层的TCP协议负责,网络层负责IP协议,因此数据链路层的PPP协议不需要接错、不需要设置序号等功能,交给上层的TCP/IP协议族处理即可
PPP协议的三个组成部分
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
3.2.2 帧格式
组成
首部
F标志段,0x7E:帧定界作用
A地址段:0xFF
C控制段:0x03
因为点对点协议,不需要指明对方地址,因此该字段无意义
协议段:指明帧的信息部分属于那种类型
0x0021:IP数据包
0xC021:LCP数据
0x8021:NCP数据
信息部分
尾部
FCS:帧检验序列
F结束标志段,0x7E
透明传输
异步传输中
采用字节填充,使用转义字符0x7D
帧定界符:一般为7E,填充减20前加7D
控制字符:一般为ASCII中数值小20的字符,转换时加上20
同步传输中
零比特填充:发送端在连续的5个1后填入一个0,接收端5个1后去掉一个0
3.3.3 工作状态
主要流程:由链路静止状态经过物理层连接建立到达链路建立状态(建立了物理链路),然后经过LCP协议配置协商进入鉴别状态(建立了LCP链路),然后经过鉴别成功就到达网络层协议,最后就是经过NCP协议配置协商进入链路打开状态(此时就可以传输IP数据报)
数据链路层设备
网桥
以太网交换机
原理和特点
交换机特点
直接交换方式的转发时延的分析
交换机的自学习功能
交换机转发决策时使用PDU地址
自学习过程
共享式以太网和交换机以太网的对比
集线器与交换机连接网段的区别
集线器与交换机对冲突域/广播域的隔离
子主题
3.3 使用广播信道的数据链路层
3.3.1 局域网的数据链路层
局域网
特点:为一个单位拥有、地理范围与站点数有限、数据率高、较低时延
分类:
星形网、总线网、环形网
广泛应用:以太网,因此以太网几乎就是局域网的代名词
使用以太网技术的标准
使用IEEE的802.3标准的LLC(逻辑链路控制)
使用V2标准的MAC(媒体接入控制)
802.3标准几乎消失了,只需要了解V2标准
适配器
别名:网络接口卡、网卡
位置:处于主机与连接局域网的线路之中
作用:将计算机内部并行传输的数据转换为局域网上的串行输出
作用1:保存硬件地址
3.3.3 使用集线器的星形拓扑
演变
原因:材质的不断优化,便宜灵活的双绞线替代了粗细的同轴电缆
结果:以太网的拓扑结构从总线型演变为了以集线器为中心的星形拓扑结构
集线器
特点
逻辑上是使用集线器充当总线网来处理,所以使用的协议仍然是CSMA/CD协议
接口众多,用于连接用户线;存在物理层上,仅接受和转发bit,不进行碰撞检测
3.3.4 以太网的信道利用率
问题:以太网利用率无法到达100%
原因观察:发生碰撞后的时间,以及发送最后一个bit数据后,还需要经过一个传播时间,这些期间并没有发送有意义的数据
衡量信道利用率的标准:提出了参数a,即端到端的传播时延与帧的发送时间之比
实际上:利用率仅有30%就已经重载的情况