go-over 谢希仁的计算机网络---chapter3---数据链路层

数据链路层要实现的通信有两种：
1.点到点的链路
2.广播链路（一对多）

• 点对点协议与广播链路协议的区别：
  计算机网络按传输技术可分为广播网络和点对点网络。广播网络中所有机器共享通信信道，而点对点网络中机器是一对一连接起来的。以太网与点对点协议均是数据链路层协议。区别在于以太网被设计用于广播网络，ppp协议用于点对点网络。
  帧格式上的区别:以太网帧中有目标Mac地址，用于在多路信道确认目标端机器。而点对点协议中就没有目标mac，点对点链路两端的主机事先就已经知道链路那头是哪个ip了。
  PPP现在已经成为使用最广泛的Internet接入方式的数据链路层协议。PPP可以和ADSL、Cable Modem、LAN等技术结合起来完成各类型的宽带接入。我们家庭中使用最多的宽带接入方式就是PPPoE（PPP over Ethernet）。这是一种PPP利用以太网（Ethernet）资源，在以太网上运行PPP来对用户进行接入认证的技术，PPP负责在用户端和运营商的接入服务器之间建立通信链路。
  家庭拨号上网(ASDL)就是通过PPP在用户端和运营商的接入服务器之间建立通信链路。
• 使用点对点信道的数据链路层

物理链路 数据链路（物理链路+协议）----网路适配器（网卡）来实现这些协议

• 数据链路层需要完成的任务有：

1.封装成帧
2.透明传输
3.差错检测

封装成帧就是将网络层发过来的数据加入帧定界符来形成一个帧，在帧中还可以添加冗余码，用于进行检错。这样的好处是能够实现对帧完整性的识别，比如说到了帧首部却没有收到帧尾部，说明这个帧不完整。
那么如何实现透明传输呢？
文本文件是ASCII码组成的(7位编码)，文本文件肯定不会出现帧定界符(是8位的，格式不一样)，但是当非ASCII码时，即二进制代码时（比如图片）,当数据中出现和帧定界符相同的符号时，如何能够与帧定界符不混淆呢，就是添加ESC（转义符）-----字节填充
注意:1.CRS检错只能进行检错，并且不能识别是哪几位错了，也不能纠错，因此当出现错误时，就丢弃这个帧。
2.区别CRS与PRS,前者是一种检验方法，后者是用来进行检错的冗余码。
数据传输过程中出现的差错有两种：
1.无比特差错-----就是能保证接收到的帧是正确完整的帧
2.传输差错----传输过程中出现的丢失，重复，失序
可靠的传输就是这两者差错都应避免，那么数据链路层一般不是可靠传输（就是只避免无比特差错），但是要想让数据链路层实现可靠传输也可以----就是添加帧序号，确认和重传机制。
现实情况下，是分情况来定，看看是否需要让数据链路层来实现可靠传输。（这取决于链路的通信质量是否良好）

• PPP协议（点对点协议）

用户计算机和某个ISP进行通信时使用的协议（用户到ISP的链路）,对它的需求是：
1.进行检错（只进行检错，如出错则丢失）2.适应各种网络层协议3.适应不同类型的数据链路
PPPoE
就是在以太网上运行PPP，将PPP帧再封装到以太网帧中。
PPP协议的三个组成部分：
1）将IP数据报封装 2）链路控制协议LCP–就是针对于数据链路的连接3）一套网络控制协议NCP–每一个协议用来支持不同的网络层协议
PPP协议的帧的格式 略
PPP协议的工作状态
用户与ISP先建立一个物理连接，然后用户个人电脑向ISP发送一系列的链路控制协议分组LCP,然后网络控制协议NCP给新接入的用户个人电脑分配一个临时的IP地址。当用户通信完毕时，NCP释放网络层连接，收回IP地址，然后LCP释放数据链路连接，最后再释放物理连接。

• 使用广播信道的数据链路层

以太网已经在局域网中占据了绝对优势
传统的以太网使用的是总线型的结构，也就是连接到总线上的计算机共享总线资源。
共享的方式有两种：
1.静态共享：就是利用各种复用技术
2.动态接入
1）随机接入，想传输就传输，但是有可能会有冲突，因此有对应的冲突检测机制
2）受控接入 进行规则的限制，如令牌机制，轮询机制。

• 适配器的作用
  计算机与外界局域网的连接是通过适配器进行的，也就是网卡。适配器与计算机通信是并行传输，而与外界局域网通信是串行，因此它需要有自己的处理器和存储器来进行转换。（能够发送与接收帧）
  注：硬件地址就是嵌入在计算机内部的适配器的名称，存储在适配器的ROM当中，那么就可以当做是计算机的硬件地址，这个地址是48位的
  

  MAC地址用于在网络中唯一标示一个网卡，一台设备若有一或多个网卡，则每个网卡都需要并会有一个唯一的MAC地址。

而软件地址就是IP地址，是存储在计算机当中的

• CMSA/CD技术（载波监听多点接入/碰撞检测）
  就是采用无连接的方式，对帧不进行编号无确认机制，帧错误是否需要重传取决于上层协议（如上层是TCP的话就重传）。
  以太网多使用的是采用随机接入的方法，然后采用CMSA/CD技术进行冲突检测。----这就像上课发言一样，以太网使用的是半双工通信方式
  一个站点发送数据时，要看看信道有没有被使用，而发送时也会边发送边检测。
  为什么监听了，还是会出现碰撞？
  如果A发送数据给B，在B未接收到数据时（就是B接收不到的时候肯定是检测不出信道是否被占用的，因为还没到它那一端），这个时候B也发送了数据，那么信道上的两方数据就重叠了，失效了。----也就是因为有传播时延
  这个时候A，B方发送数据都失败了，然后它们都会等待一段时间来进行重新发送。-----这个等待时间是通过一个算法产生的随机时间。
  那么A最多需要多长的时间才能知道发生了冲突呢？----这个时间称之为争用期， 这与A到B端的距离有关，因为有传播时延，则争用期是传播时延的二倍。所以说又叫做碰撞窗口，也就是只有在争用期没有发生碰撞，才能肯定这次发送不会产生碰撞。
  因此我们也会限制数据的最短长度，因为若数据太短，A发送完了之后产生了数据冲突，那么因为A已经发送完了，也不知道产生冲突了，也不会进行重发。因此最短长度就是一个传播时延的长度。最短帧长64字节(是针对于10Mbit/s)
  还规定了帧最小间隔为9.6us

• 使用集线器的星型拓扑
  使用集线器形成星型的网络（物理上），这个在后期使用的更普遍（物理搭建上）
  使用集线器的网络在逻辑上仍是总线型网络，仍使用CMSA/CD协议
  以太网的信道利用率
  要提高信道利用率，就需要减小传播时延，增大帧的发送时间

• 以太网的MAC层（也就是媒体接入控制层）
  适配器从网络上接收到MAC帧之后就会检查MAC帧中的目的地址，如果是发往本站的则留下，否者丢弃。
  路由器通过适配器连接到局域网时，适配器上的硬件地址就用来标志路由器的某个接口，如果路由器同时连接到两个网络时，就会有两个适配器（也就是两个硬件地址）
  以太网的各帧之间有一定的间隙，这样子，当收到帧定界符之后连续到达的比特流就是一个帧----不需要结尾符，也不需要用字节插入来保证透明传输

• 扩展的以太网

• 转发器，集线器，网桥，交换机的区别：

物理层扩展就是使用转发器，集线器（多接口的转发器）
集线器是工作在物理层的，就是一个多接口的交换机，它收到一个数据之后就会进行全范围的广播，比如3个冲突域连接到了一个集线器上，那么这就形成了一个冲突域。
并且使用不同以太网技术的网络（如数据率不同），不能通过集线器连接起来
数据链路层扩展而网校和交换机是工作在数据链路层的
以太网交换机会在交换机内部维护一个交换表，在接收到一个帧之后不是进行广播，而是查看表发给对应的接口，并且可以建立多个对的连接，这个样子，端到端的数据传输就是专有的信道，也就不会产生冲突了。是全双工模式
比如10个用户的交换机，每个用户的带宽是10Mbit/s，但由于用户在通信时是独享的，所以这个交换机的总容量是100Mbit/s。
后期的以太网是星型结构的（采用以太网交换机），不使用共享总线，所以不会产生冲突，也就不使用CMSA/CD协议，但是仍采用以太网的帧结构
总结：集线器工作在物理层，交换机工作在数据链路层

• 虚拟局域网VLAN

是局域网给用户提供的一种服务，就是可以划分逻辑组，处于同一虚拟局域网的被当做是一个组，也就是虚拟的划分，这样限制了接收广播的计算机数