计算机网络笔记——第三章

第三章.数据链路层

数据链路层使用的信道主要有点对点信道和广播信道.

主要解决的问题有 封装成帧 ，透明传输和差错检测.

封装成帧

封装成帧就是在网络层交下来的IP数据报的前后加上首部和尾部，从而确定帧的有效性。一般来说，IP数据报尽可能大，传输效率越高，但是每种链路层协议都规定了数据部分长度上限(最大传送单元MTU).

透明传输

由于首部开始符SOH和传输 结束符EOT可能会和数据部分的数据冲突，导致帧被错误认为丢弃，所以在数据部分出现控制字符都插入一个转义字符.这种方法称为字节填充或字符填充.

差错检测

现实通信链路都不会是理想的，传输过程中0可能会0变成1，1变成0，这叫
比特差错。在一段时间内传输错误的bit占所传输bit总数的比率称为
误码率BER。所以必须采用各种差错检测措施。目前在数据链路层广泛
使用循环冗余检验CRC（Cyclic Redunancy Check）

一个典型的CRC检验：

要发送的数据为M = 101001（长度k = 6），双方协定的除数P，n位冗余码 = M * 2^n（实际上
就是M后面加上n个0）/P，得到商Q和余数R（n位,比P少一位），这个余数就是冗余码。

注意的是这里的差错检测只是帧内的比特检错，对于 帧丢失，帧重复，
帧失序 这三种“出现传输差错”，应由网络层的可靠传输协议来修复。因此，在数据链路层使用CRC检验，能够实现无比特差错的传输，但并不是可靠传输。

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使用广播信道的数据链路层

利用 集线器 和双绞线等形成的网络，可以进行一对多的通信，例如局域网。

适配器的作用

计算机与外界局域网的连接是通过通信 适配器（现在基本内嵌入主机，或者叫网卡） 。适配器上装有处理器和存储器，适配器和局域网通信是通过电缆或双绞线以串行传输方式进行，适配器和计算机通信是通过主板上的I/O总线以并行传输方式进行。因此适配器一个重要功能就是利用数据缓存的存储芯片，进行数据串行传输和并行传输的转换。

适配器接收和发送各种帧时不使用计算机的CPU，收到有差错的帧时就直接丢弃帧不必通知计算机，只有正确帧，就会使用中断来通知计算机并交付协议栈中的网络层。值得注意的是，计算机的硬件地址就在适配器的ROM中，而软件地址，即IP地址，则在计算机的存储器中。

CSMA/CD协议

早期的以太网是将许多计算机都连在一根总线上，因此在同一时间只能允许一台计算机发送数据（双向交替通信）。CSMA/CD协议就是通信两端通过碰撞检测（边发送边监听）来避免冲突。

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扩展以太网

• 在物理层扩展以太网: 利用集线器连接计算机，使用光纤和光纤调制解调器扩展主机和集线器之间距离。
• 在数据链路层扩展以太网： 使用网桥，根据MAC帧的目的地址对收到的帧进行转发和过滤

交换机（交换式集线器，实际上是一种多接口的网桥）也是工作数据链路层。