计算机网络——数据链路层

• 信道类型

  1. 点到点信道（一对一的点对点通信方式）
  2. 广播信道（主机多，需要专用的共享信道协议来协调主机的数据发送）

• 三个基本问题

  1. 封装成帧（数据前后加帧头帧尾）

     

     但可能会出现以下问题

     

  2. 透明传输

     字节填充/字符填充：发送端在数据中出现控制字符“SOH”或“EOT”的前面插入一个转义字符“ESC”（16进制数1B），接收端的数据链路层在数据送往网络层之前删除插入的转义字符。

  3. 差错检验（传输过程中1变0，0变1）

     循环冗余检验CRC（只能做到无差错接收）

     1. 根据多项式写出除数（例如P(x)=x^4+x+1， 除数P=10011（n位数））
     2. 被除数后加（n-1）个0
     3. 被除数➗除数（相同为0，不同为1）
     4. 所得余数R作为FCS（帧检验序列）
     5. 接收端计算原数据加上FCS除以P，若余数为0则无差错，否则丢弃

     二进制模2除法

     https://blog.csdn.net/weixin_39450145/article/details/83987836

• 两种情况下的数据链路层

  1. 使用点对点信道的数据链路层（广域网）

     

     • LCP（身份验证和欠费管理）

     • PPP协议帧格式

       

       标志字段 F=0X7E

       地址字段 A=0XFF

       控制字段 C=0X03（地址字段与控制字段为固定部分）

     • 字节填充（此时信息部分是以字节为单位的）

       0X7E --> （0X7D，0X5E）

       0X7D -->（0X7D，0X5D）

       ASCII控制字符即小于0X20字符，前面加入0X7D

     • 0比特填充（此时信息部分是二进制流）

       发送端只要发现5个连续的1，则填充一个0

  2. 使用广播信道的数据链路层（局域网）

     • 拓扑类型：星形网，总线网，环形网，树形网

     • 以太网（总线型）：具有广博特性的总线上实现了一对一通信，这种方式不安全

     • 带冲突检测的载波监听（CSMA/CD）：多点接入、载波监听

     • 碰撞检测（冲突检测）：边发送数据边检测电压，单程端到端传播时延为τ，2τ时间内可能碰撞

     • CSMA/CD只能进行半双工通信不能进行全双工通信

     • 争用期：2τ，若2τ之内为碰撞，则之后也不会

     • 以太网的争用期：64byte（最短有效帧长）

     • 二进制指数类型退避算法

       基本退避时间：2τ

       k = min [重传次数，10]

       从（0， 1， ……，2^k-1）中随机取一数记为r，重传所需时延即r倍的2τ

       重传达16次，则丢弃该帧

• 以太网

  • 2个标准：DIX Ethernet V2、IEEE 802.3
  • 2个子层：LLC（Logical Link Control）、MAC（Medium Access Control）
  • 星形拓扑结构：物理上是星形、逻辑上是总线型
  • 信道利用率：a=t/T0（t为单程端到端时延，包括无数个2τ争用期，T0为发送时间），a越小，碰撞检测越快，信道利用率越高
  • MAC层：硬件地址=物理地址=MAC地址（48位），前24位为厂家信息，后24位厂家自定义
  • 扩展以太网：透明网桥、生成树算法（避免产生回路）

补充：交换机和集线器的区别

1. 集线器工作在物理层，交换机工作在数据链路层；
2. 集线器工作原理广播形式，无论哪个端口收到数据后，都要广播到所有端口，接入设备较多时，网络性能受到很大的影响；交换机根据MAC地址转发数据包；
3. 集线器内部采用总线型拓扑，CSMA/CD协议，半双工模式下，所有数据包的发送与接收为单向；交换机全双工通信