计算机网络 第3 章 数据链路层
思维导图
使用的信道
- 点对点信道
- 广播信道
点对点信道
数据链路和帧
- 数据链路和链路区分
- 链路：从一个结点到相邻结点的一段物理线路（有线/无线）
- 数据链路：物理线路 + 实现协议的软硬件
- 数据链路层的协议数据单元是帧
三个基本问题
封装成帧
- 首部、尾部帧定界
- 最大传送单元 MTU
- 帧定界符
透明传输
字符填充
差错检测
- 误码率与信噪比
- 循环冗余校验 crc
- 无差错接受
- 不是可靠传输
- CRC 是一种检错方法
- FCS 是添加在数据后面的冗余码，也叫校验序列、FCS、帧检验序列、冗余多项式 R（X）、冗余码、余数 R
- 差错类型
- 比特差错
- 传输差错：帧丢失、帧重复、帧失序
点对点协议 PPP
用户计算机和 ISP 进行通信时所使用的链路层协议
特点
- 简单
- 封装成帧
- 透明性
- 多种网络层协议
- 多种链路
- 差错检测
- 检测连接状态
- 设置最大传送单元：MTU 数据链路帧可以载荷的数据部分最大长度，不是帧总长度
- 网络地址协商
- 数据压缩协商
组成
- 一个将 IP 数据报分装到串行链路的方法
- 一个用来建立、配置和测试数据链路连接的链路控制协议 LCP
- 一套网络控制协议 NCP,其中每一个协议支持不同的网络层协议
帧格式
- 首尾字段 F 标志字段 0X7E 为帧定界符
- 异步传输的时候使用字节填充
- 0x7E -> 0x7D, 0x5E
- 0x7D -> 0x7D, 0x5D
- 数值小于 0x20 的前面填入转义符 0x7D，并改变字符编码
- 同步传输的是红使用零比特填充，保证不会有 6 个连续的 1
工作状态
扩展的以太网
在物理层扩展的以太网
集线器
好处
- 跨系通信
- 扩大覆盖的地理范围
缺点
- 碰撞域合并，最大吞吐量下降
- 不同系使用不同以太网技术就不能通过集线器互连
- 多接口的转发器，不能缓存帧
在数据链路层扩展的以太网
网桥（淘汰）
转发、过滤
好处
- 过滤通信量，增大吞吐量
- 扩大物理连接范围
- 提高可靠性
- 互连不同的物理层
以太网交换机
特点
- 多接口网桥
- 全双工
- 并行性
- 相互通信的主机都独占传输媒体，无碰撞地传输数据
- 接口有存储器可以在输出接口繁忙的时候把帧缓存起来
- 即插即用
交换表
- 自学习算法建立
- 专用芯片，转发效率比网桥快
也有支持直通交换的：交换时延小、不含差错检测
自学习功能
- 记录 MAC 和接口对应关系，根据查表结果决定是否广播
- 交换表每项含有效时间，过期自动删除
- 兜圈子问题：802.1D 标准 生成树协议 STP，逻辑上切断某些链路保证无环
总线以太网到星形以太网
总线结构
- 可靠性低
- 使用 CSMA/CD
- 半双工
星形结构的以太网交换机
- 不使用共享总线，没有碰撞问题，不使用 CSMA/CD
- 全双工
- 仍采用以太网的帧结构
虚拟局域网 VLAN
- 由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组
- 每个 VLAN 计算机可以在不同的局域网中
- 可以限制接收广播的计算数，网络不会传播过多的广播信息引起性能恶化
- 以太网帧中插入 VLAN 标记
使用广播信道的数据链路层
局域网的数据链路层
局域网
网络为一个单位所拥有，且地理范围和栈带你数目均有限
优点
- 具有广播功能，一个站点可以方便访问全网
- 便于系统的扩展和逐渐演变方便灵活配置
- 提高系统的可靠性可用性和生存性
分类（拓扑）
- 星形网（集线器）
- 环形网
- 总线网
共享信道
- 静态划分信道
- 频分、时分、波分、码分复用
- 用户只要分配到信道就不会冲突
- 代价高不适合局域网
- 动态媒体接入控制
- 随机接入：碰撞
- 受控接入
- 分散控制的令牌环局域网
- 集中控制的多点线路探询或轮询
以太网（基本就是局域网）
CSMA/CD 协议
- 多点接入：总线型网络
- 载波接听：发送前检测信道有没有被占用
- 碰撞检测
- 边发送边监听
- 争用期检测到碰撞：指数退避算法
使用集线器的星形拓扑
- 表面上物理上是是一个星形网，实际上使用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网，各站共享逻辑上的总线，使用的还是 CSMA/CD 协议，同一时刻至多只允许一个站发送数据
- 多接口转发器
- 工作在物理层，每个接口仅仅简单地转发比特，不进行碰撞检测（也包含数据链路层协议）
- 专门芯片进行I适应串音回波抵消
- 本身要可靠，一般都有少量容错和网络管理能力
- 可以堆叠级连使用，线路总长度不能超过以太网最长网段长度
以太网的信道利用率
以太网的 MAC 层
MAC 层硬件地址（物理地址）
- 固化在适配器的 ROM 地址中
- 48 位，6 字节，十六进制
- 格式
- IEEEE 分配 24 位OUI 组织唯一标识符给厂商
- 最低位 I/G：0 表示单个站地址，1 表示组地址，用来进行多播
- 最低第二位 G/L（基本不看）：0 全球管理，1 本地管理
- 厂商给每个网卡 分配24位EUI，扩展唯一标识符一个全球唯一的全局管理地址
适配器对 mac 帧的过滤功能
接受发往本站的帧
- 单播
- 广播
- 多播
MAC 帧的格式
- 目的地址
- 源地址
- 类型
- 数据：46 ～ 1500
- FCS
- 不小于 64 字节
高速以太网
- 100BASE-T 以太网
- 100 M
- BASE：基带传输
- T：双绞线
- 吉比特以太网
- 10 吉比特以太网和更快的以太网
使用以太网进行宽带接入
