计算机网络复习数据链路层（第三章）

数据链路层

基本情况

主要功能：负责相邻节点间数据帧的传输
使用通道：（1)点对点通道即一对一通信（2）广播信道即一对多，也称点对多点
连路与数据链路的关系：

三个基本问题

数据链路层协议有许多种，但有三个基本问题则是共同的。分别为：封装成帧、透明传输和差错检测。

分装成帧

封装成帧就是在一段数据的前后分别添加首部和尾部，然后就构成了一个帧。其中首部和尾部的一个重要作用就是进行帧定界。但是分装成帧后，就会产生一定的问题即因为要在数据两侧添加上帧定界，若数据内部也含有相同的编码则会产生数据不能完整发送。

透明传输

由上面封装成帧引出透明传输的问题。有多种解决办法。
字节填充，也称字符填充。

PPP协议的字节填充：
0x7E->0x7D,0x5E;;0x7D->0x5D.
ASCII码的控制字符（即数值小于0x20的字符），则在该字符前面要加上0x7D并将该字符的编码加以改变。

零比特码填充 --7E:0111 1110
发送端，只要发现有5个连续的1，就立即填入一个0
接收端，每当发现5个连续的1时，就会把5个连续的1后面的一个0删除掉。

差错检验

在传输过程中可能会产生比特差错，对此数据链路层就应当对此进行差错检验。
差错检测技术有奇/偶检验、循环冗余检验CRC、检验和检验。
奇/偶检验情况示意图：

即在数据末端加上1或者0，由数据得来。

CRC与模二运算
其中CRC是指循环冗余检验。具有检错能力强，实现容易的特点。应用最广泛的检错码编码方法。
模二运算，即异或：

CRC的运算过程：

首先要得到除数，而除数可由多项式得到

举例计算：

以上是在发送端的情况，而在接收端大体上差不多。但最后的被除数则是由原始数据与发送端得到的余数结合。在接收端再一次进行“除法”。若最后得到的余数R"=0(接受，极大概率上这些帧在传输过程中没有产生差错)；若R不等于0，则就丢弃掉。
差错检验+确认重传=可靠传输

PPP协议（Point-To-Point Protocol)

PPP协议的帧格式

PPP协议的透明传输，有两种，一是同步传输，一连串的比特连续传送，采用零比特填充。二是异步传输，逐个字符地传送，采用字节填充。

使用广播通信通道的数据链路层

广播通信可以进行一对多的通信，能很方便且廉价地连接多个邻近的计算机，因此曾经被广泛应用于局域网之中。
局域网有多种拓扑结构：环形网、总线网、星形网。
其中值得注意的是，使用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网，也称盒中总线

为了使数据链路层能更好地适应多种局域网标准，IEEE 802委员会就将局域网的数据链路层拆成两个子层（逻辑链路控制，媒体接入控制）即LLC 和 MAC

适配器：网络接口卡（NIC,Network Interface Card),简称网卡。包含了数据链路层，物理层这两个层次的功能，其中CPU和存储器包含IP地址，网卡含有硬件地址。

CSMA/CD 协议

载波监听多点接入/碰撞检测

检测碰撞：

由上面可以得知，某主机启动发送后在单程传播时延t内有可能发生碰撞，在往返传播时延2t内可以确信没有发生碰撞。

争用期与最短帧长的关系

所以可以得到最短帧长=发送速率2信道长度/传播速率
为避免多次冲突的发生导致通道不能正常使用

当发生碰撞后，一般会延迟重发且确认重传，但以太网属不可靠传输，所以不做确认重传。

使用CSMA/CD协议时一个站不可能同时进行发送和接收，只能进行双向交替通信即半双工通信

以太网的通信利用率

MAC

MAC地址，48位，通用名陈是EUI-48

• 生产适配器时已被固化在ROM中，因此也叫做硬件地址或者物理地址
• IEEE的注册管理机构RA负责向厂家分配组织唯一标识符
• 扩展唯一标识符由厂家自行指派
  
  其中41位为 G/L位，等于1时表示本地管理，40位为 I/G位，等于1时表示组地址
  硬件地址分类：
  
  适配器接收的帧处理情况：首先用硬件检查收到的MAC帧的目的地址，如果是发往本站的帧则就收下，接着再进行其他的处理，否则就将此帧丢弃，不再进行其他处理。如果处于混杂方式下，则会收下所有达到的MAC帧。

MAC帧格式

以太网的扩展方法

物理层方面用过中继器和集线器来实现以太网的扩展；而数据链路层则是通过网桥（已经被交换机替代）和交换机来扩展

集线器的扩展：

常有的网络拓扑构型：
星形拓扑、环状拓扑、总线形拓扑、树状拓扑以及网状拓扑。

交换机的扩展

以太网交换机实质上就是一个多端口的网桥，只是使用了专用的交换结构芯片，用硬件转发，其转发速率要比使用软件转发的网球快，且可以方便地实现虚拟局域网VLAN（Virtual LAN)。采用的是存储转发或者直通交换方式。
碰撞域

即交换机可以用来作为划分碰撞域的依据
广播域：指的是在一一部分网络，其中任何一台设备发出的广播通信都能被该部分网络中的其他设备所接收。如下