数据链路层思维导图

这是一篇关于数据链路层的思维导图，介绍了数据链路层概述、点到点协议、多路访问协议、局域网等，结构型知识框架方便学习理解！

数据链路层

• 数据链路层概述
  • 概述
    • 数据链路层中的通信对等实体间的传输通道
  • 提供服务类型
    • 无确认的无连接
    • 有确认的无连接
    • 有确认的面向连接的
  • 封装成帧
    • 字节填充法
      • 在数据块两端分别放置一个特殊的字节，作为帧的起始和结束分界符
    • 位填充法
      • 该方法与字节填充类似，要求没有字节填充高，该方法允许帧包含任意长度的位，也允许每个字符有任意长度
  • 透明传输
    • 字节填充法的透明传输
      • 在传输过程中，可能会出现数据与标志字节相同的情况，这个时候就要在数据段里面的和标志字节一样的数据加上一个转义字符ESC发送过去，接收方只要将该转义字符删除就可以收到完整信息.
    • 位填充法的透明传输
      • 在发送端，只要发现有 5 个连续 1 ，则立即填入一个 0.接收端对帧中的比特流进行扫描。每当发现 5 个连续1 时，就把这 5 个连续 1 后的一个 0 删除。
  • 差错检测
    • 为什么要有差错检测？
      • 在传输过程中可能会产生 比特差错：1 可能会变成 0 而 而 0 也 也 成 可能变成 1。 在一段时间内，传输错误的比特占所传输比特总数的比率称 为率 误码率 BER (Bit Error Rate)。 误码率与信噪比有很大的关系。 为了保证数据传输的可靠性，在计算机网络传输数据时，必 须采用各种差错检测措。
        • 方法
          • 奇偶校验
            • 每个数据单元中附加一位校验位，使得 其中1 1 的个数为奇数
            • 在每个数据单元中附加一位校验位，使得 其 中的1 1 的个数为偶数
          • 循环冗余校验和校验
            • 具体操作
              • 假设待传送的一组数据 M 我们，再在 M 的后面再添加供差错检测用的 n 位 冗余码 一起发送 冗余码计算：用二进制的模 2 运算进行 2 n 乘 乘 M 的运算，这相当于在 M后面添加 n 个0。 得到的 (k + n) 位的数除以事先选定好的长度为 (n + 1) 位的除数 P ，得出商是Q而余数是 R ，余数 R 比除数 P 少 1 位，即R是 n 位。所得余数R即CRC码
    • 校验和
      • 在待发送的数据单元末尾附加n个0（通常n=16）。将数据单元平分成k段，每段nb。将所有分段对应采用反码运算累加求和。对最后结果取反，便为校验和
  • 数据链路中的信道
    • 点对点
      • 这种信道使用一对一 的点对点通信方式。
    • 广播通信
      • 使用一对多的广播通信方式。 因此必须使用专用的共享信道协 议来协调这些主机的数据发送。
• 点到点协议
  • PPP帧格式
    • PPP 帧的首部和尾部分别为 4 个字段和 2 个字段。 标志字段 F = 0x7E （符号“0x” 表示后面的字符是用十六进制表示。 十六进制的 7E 的二进制表示是 01111110 ）。 地址字段 A 只置为 0xFF 。地址字段实际上并不起作用。 控制字段 C 通常置为 0x03。 PPP 是面向字节的，所有的 PPP 帧的长度都是整数字节。
  • PPP的工作状态
    • 当用户拨号接入 ISP 时，路由器的调制解调器对拨号做出确认，并建立一条物 理连接。 PC 机向路由器发送一系列的 LCP 分组（封装成多个 PPP 帧）。 些 这些分组及其响应选择一些 PPP 参数，并进行网络层配置，NCP 给新接入的 PC 机分配一个临时的 IP 地址，使 PC 机成为因特网上的一个主机。 通信完毕时，NCP 释放网络层连接，收回原来分配出去的 IP 地址。接着， LCP 释放数据链路层连接。最后释放的是物理层的连接。
• 多路访问协议
  • CSMA/CD协议及策略
    • 载波监听的实现
      • 是指每一个站在发送数据之前先要检测一下总线上是 否有其他计算机在发送数据，如果有，则暂时不要发送数据，以免 发生碰撞
    • 冲突检测的实现
      • 如果电缆接头处的信号强度超过了单个站发送的最大信号强度，则说明检测到了冲突
    • 坚持性策略
      • 非坚持策略
        • 先检测信道，如果空闲，立即发送帧，如果信道忙，则等待下一个空闲时间，然后再检测信道
      • 坚持策略
        • 1-坚持
          • 如果发现信道忙，就继续监听，直到空闲，立即发送帧
        • P-坚持
          • 如果信道忙，则继续监听，直到空闲，按P的概率发送帧，不发的概率为1-P
    • 冲突窗口
    • 强化冲突
      • 立即停止发送数据；再继续发送若干比特的号 人为干扰信号 以便让所有用户都知道现在已经发生了碰撞。
    • 二进制退避算法
      • 发生碰撞的站在停止发送数据后，要推迟（退避）一 个随机时间才能再发送数据。 基本退避时间取为争用期 2 。 从整数集合 [0, 1, … , (2 k  1)] 中 中 随机 地取出一个数，记为 r 。 重传所需的时延就是 r 倍的基本退避时间。 参数 k 按下面的公式计算： k = Min[ 重传次数, 10] 当 k<=10 时，参数 k 等于重传次数。 重传达 16 次仍不能成功时即丢弃该帧，并向高层报告。
    • 最短帧长
      • 以太网规定了最短有效帧长为 64 字节，凡长度小于 64 字节的帧都是由于冲突而异常中止的
  • CSMA/CD 协议的实现
    • 工作方式
      • 在发送帧之前，都要检测信道空闲
      • 如果信道忙，则就要一直检测，直到信道空闲，若信道空闲，且在帧间隔96比特下任然空闲，就立即发送帧
      • 在发送过程中仍不停检测信道，即边发送边监听
        • 若在争用时间间隔内未检测到冲突则继续发送
        • 若检测到冲突，立即停止发送，按规定强化冲突，然后执行二进制退避算法，重传16次仍没有发成功，则停止发送并报错
  • 基于CSMA/CD网络的特点以及性能分析
    • 特点
      • 半双工传输
      • 共享信道带宽
      • 传输的不确定性
      • 无确认无连接服务
    • 性能分析
      • 吞吐率
        • T=L/tp+tf=L/（d/v+L/R）
      • 信道利用率
        • E=T/R=tf/（tp+tf）
      • 令a=tp/tf，则当a越大时信道利用率就越低
• 局域网
  • 传统以太网
    • 习惯上，将最早流行的 基于CSMA/CD 协议的10Mbps 的以 太网称为传统的以太网 。 以太网最初是使用粗同轴电缆，后来演进到使用比较便 宜的细同轴电缆，最后发展为使用更便宜和更灵活的双绞线。 采用双绞线的以太网采用星形拓扑，在星形的中心则增加了 一种可靠性非常高的设备，叫做器 集线器 (hub)。
    • 两个以太网标准
      • “以太网”应当是指符合 DIX Ethernet V2 标准 的局域网 。
    • MAC子层
      • IEEE 802 标准规定 MAC 地址字段可采用 6 字节 ( 48 位) 或 或 2 字节 ( 16 位) 这两种中的一种 。
      • 帧结构
        • 前导同步码，flag，目的MAC地址，源MAC地址，类型数据，FCS
      • 地址类型
        • 单播，多播，广播
    • 主要设备
      • 网卡，中继器，集线器
  • 交换式以太网
    • 扩展以太网更常用的方法是在数据链路层进行 。 早期使用网桥，现在使用以太网交换机。
    • 特点
      • 以太网交换机实质上就是一个 多接口的网桥 。 通常都有十几个或更多的接口 。 每个接口都直接与一个单台主机或另一个以太网交换机相连， 并且一般都 工作在全双工方式。 以太网交换机具有并行性 。 能同时连通多对接口，使多对主机能同时通信 。相互通信的主机都是独占传输媒体，无碰撞地传输数据。
  • 虚拟局域网
  • 快速以太网
  • 10吉比特以太网
• 主题