数据链路层

计算机网络之数据链路层总结，包括使用广播信道的数据链路层、点对点协议PPP、三个基本问题等等。

第三章 数据链路层

• 概要
  • 点对点通信：一对一
  • 广播通信：一对多
• 使用广播信道的数据链路层
  • 局域网的数据链路层
    • 局域网的主要特点：网络为一个单位所拥有，且地理范围和站点数目均有限
    • 局域网优点
      • 具有广播功能，从一个站点可很方便地访问全网
      • 便于系统的扩展和逐渐的演变
      • 提高了系统的可靠性、可用性、生存性
    • 静态划分信道
      • 频分复用【FDM】Frequency
      • 时分复用【TDM】Time
      • 波分复用【WDM】Wavelength
      • 码分复用【CDM】Code
    • 动态媒体接入控制（多点接入）
      • 随机接入：所有用户可随机地发送信息
        • ALOHA协议 不听就说
        • CSMA协议 先听再说
        • CSMA/CD协议 先听再说，边听边说
        • CSMA/CA协议
      • 受控接入：用户不能随机地发送信息，必须服从一定控制
    • 以太网两个的主要标准
      • DIX Ethernet V2，成为世界上第一个局域网产品的规约
      • 第一个IEEE的以太标准：IEEE802.3
      • 这两种标准的硬件实现可以在同一个局域网上互操作
      • 两个子层
        • 逻辑链路控制【LLC】Logical Link Control
        • 媒体接入控制【MAC】Media access control
    • 适配器的作用
      • 计算机与外界局域网通信要通过网络适配器【网络接口卡NIC、网卡】
      • 适配器上装有处理器【RAM】和存储器【ROM】
      • 功能
        • ①进行数据串行传输和并行传输的转换 ②必须装有对数据进行缓存的存储芯片 ③适配器的设备驱动程序安装 ④能够实现以太网的协议
  • CSMA/CD协议
    • 解析
      • 载波监听CS 多点接入MA 碰撞检测CD
    • 以太网采取的两种措施
      • 较为灵活的无连接工作方式
        • 不必先建立连接就可以直接发送数据
        • 对发送的数据帧不进行编号，也不要求对方发回确认
      • 发送的数据都使用曼彻斯特编码的信号
        • 缺点：所占的频带宽度比原始的基带信号增加了一倍
    • 协议要点
      • 总括：发送前先监听，边发送边监听，一旦发现总线上出现了碰撞，就立即停止发送，然后按照退避算法等待一段随机时间后再次发送
      • CS【载波监听】
        • 每一个站在发送数据之前以及发送数据时都要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据
      • MA【多点接入】
        • 表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上
      • CD【碰撞检测、冲突检测】
        • “便发送边监听”，适配器边发送数据边检测信道上信号电压的变化情况，以便判断自己在发送数据时其他栈是否也在发送数据
  • 使用集线器的星型拓扑
    • 传统以太网：粗同轴电缆->细同轴电缆->双绞线
    • 星型以太网的可靠性大大提高-->IEEE指定出星型以太网10BASE-T的标准802.3i
  • 以太网的信道利用率
    • 公式图见书
  • 以太网的MAC层
    • MAC层的硬件地址【物理地址、MAC地址】
      • 局域网的“地址”应当是每一个站的“名字”或标识符
      • 适配器的“过滤功能”
        • 单播帧【一对一】
        • 广播帧【一对全体】
        • 多播帧【一对多】
      • 原地址和目的地址都是48位长【IEEE802标准为局域网所规定】 局域网中的每一台计算机固化在适配器的ROM中的地址
    • MAC帧格式
      • DIX Ethernet V2标准
      • IEEE802.3
      • 无效MAC帧
        • （1）帧的长度不是整数个字节 （2）用收到的帧检验序列FCS查出有差错 （3）长度不在46~1500字节之间。有效的MAC帧长度在64~1518字节之间
          • 数据字段的长度与长度字段的值不一样
• 几个共同问题
  • 链路：从一个结点到相邻结点的一段物理线路 数据链路：在链路的基础上增加了一些必要的硬件（网络适配器，也叫网卡）和软件（协议）
  • 点对点信道的数据链路层协议数据单元——帧
  • 三个基本问题
    • 封装成帧
      • 首部、尾部 帧定界 数据部分长度上限——最大传输单元MTU
    • 透明传输
      • 错误地找到“帧的边界” 被接收端误认为是一个帧
    • 差错检验
      • 比特在传输过程中可能会产生差错，0变1,1变0
      • 循环冗余校验【CRC】
        • 帧检验序列【FCS】是添加在数据后面的冗余码
        • 运算规则： ①给定的多项式除数是几位，就在被除数后加【位数-1】个0 ②异或（相同取0，不取1） ③最终发送的数据 = 要发送的数据【被除数】 + 帧检验序列FCS【余数】
      • 因为有循环冗余校验，所以说 “凡是接收端数据链路层接收的帧均无差错”
• 点对点协议PPP
  • 是数据链路层使用最多的一种协议
  • 特点【应满足需求】
    • 简单【首要需求】
    • 封装成帧【必须规定特殊字符作为帧定界符】
    • 透明性【必须保证数据传输的透明性】
    • 多种网络层协议【在同一条物理链路上同时支持多种网络层协议】
    • 鸡肋特性
      • 多种类型链路 差错检测 检测连接状态 最大传送单元【MTU】 网络层地址协商 数据压缩协商
• 10BASET双绞线以太网的出现，是局域网发展史上一个非常重要的里程碑
• 物理上是星型网，但逻辑上是总线网
• 半双工通信
• 总线型网络
• ROM中存有硬件地址
• 与传输有关
• 与传输无关