1、三个基本问题
1)封装成帧:数据部分长度上限---MTU
2)透明传输:用字节填充或字符填充解决透明传输问题。
3)差错检测:CRC循环冗余校验。
CRC运算实际上就是在数据长为k的后面添加供差错检测用的n位冗余码,然后构成帧k+n位发送出去。
例子:现假定待传输的数据M = 101001(k = 6),除数p = 1101 (n = 3)比n多一位
这n位冗余码可以用下面的方法得出。
(1)用二进制的模2运算进行(2^n)乘M的运算,相当于在M后面添加n个0。
即M后面添加3个0
(2)现在得到M = 101001000(k+n = 9)位的数除以除数p(n = 3)位,
得到商是Q(不关心),余数R =001(n位)R就是冗余码FCS,现在加上FCS后发送的帧是101001001
在接收端把接收到的数据M = 101001001以帧为单位进行CRC检验:把收到的每一个帧都除以相同的除数p(模2运算),然后检查得到的余数R。
如果在传输过程中没有差错,那么经过检验后得到余数R肯定是0。
在数据链路层若仅仅使用CRC差错检验技术,则只能做到对帧的无差错接收。
2、数据链路层拆分为两个子层
1)逻辑链路控制LLC
2)媒体接入控制MAC
3、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。NIC(网卡)。
1)进行串行/并行转换
2)对数据进行缓存
3)在计算机的OS安装设备驱动程序。
4、CSMA/CD协议
局域网上的计算机称为:主机,工作站,站点,站
以太网采取两种措施方便通信:
1)以太网提供的服务是尽最大努力的交付,即:不可靠的交付。对有差错帧是否需要重传由高层来决定。若高层使用TCP协议,TCP就会发现丢失了一些数据,经过一定时间后,TCP就把这些数据重新传递给以太网进行重传。
总线上只有一台计算机在发送数据,在同一时间只允许一台计算机发送数据。
2)以太网发送的数据都是用曼彻斯特编码的信号。
CSMA/CD(载波监听多点接入/碰撞检测)协议的要点
1)多点接入:总线型网络,许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。协议的实质是“载波监听”和“碰撞检测”。
2)载波监听: “发送前先监听”,即每一个站点在发送数据之前先要检测一下总线上是否有其他的站点在发送数据,如果有,则暂时不要发送数据,要等待信道变为空闲时再发送。
总线上并没有什么“载波”。因此, “载波监听”就是用电子技术检测总线上有没有其他计算机发送的数据信号。
3)碰撞检测:“边发送边监听”,即适配器边发送数据边检测信道上的信号电压的变化情况,以便判断自己在发送数据时其他站是否也在发送数据。
是计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小。当几个站同时在总线上发送数据时,总线上的信号电压摆动值将会增大(互相叠加)。当一个站检测到的信号电压摆动值超过一定的门限值时,就认为总线上至少有两个站同时在发送数据,表明产生了碰撞。所谓“碰撞”就是发生了冲突。因此“碰撞检测”也称为“冲突检测”
每一个正在发送数据的站,一旦发现总线上出现了碰撞,就要立即停止发送,免得继续浪费网络资源,然后等待一段随机时间后再次发送。
以太网使用截断二进制指数退避算法来确定碰撞后重传的时机。基本退避时间为争用期2t。
以太网规定了一个最短帧长64字节,即512bit。帧间最小间隔为9.6us.
凡长度小于64字节的帧都是由于冲突而异常中止的无效帧。
CSMA/CD协议的要点归纳如下:
1)准备发送
2)检测信道
3)在发送过程中仍不停地检测信道,即:网络适配器要边发送边监听。分为如下两种可能性
一是发送成功;在争用期内一直未检测到碰撞。这个帧可定能够发送成功。发送完毕后其他什么都不做。然后返回1)
一是发送失败;在争用期内检测到碰撞。这时立即停止发送数据,并按规定发送人为干扰信号。适配器接着就执行指数退避算法,等待r倍512bit时间后,返回步骤2)继续检测信道。但若重传达到16次仍不能成功,则停止重传而向上报错。
以太网每发送完一帧一定要把已发送的帧暂时保留一下。如果在争用期内检测出发生了碰撞,那么还要在推迟一段时间后再把这个暂时保留的帧重传一次。
为什么以太网有一个最小帧长和最大帧长
设置最小帧长是为了区分开正常和因发生碰撞而异常中止的短帧。
设置最大帧长是为了保证个站都能公平竞争接入到以太网。因为如果某个站发送特长的数据帧,则其他的站就必须等待很长的时间才能发送数据。
5、同步通信与异步通信的区别是什么
同步通信:通信双方必须先建立同步,即双方的时钟要调整到同一个频率。收发双方不停地发送和接收连续的同步比特流。
异步通信:异步通信在发送字符时,所发送的字符之间的时间间隔可以是任意的。当然,接收端必须时刻做好接收的准备。发送端可以在任意时刻开始发送字符,因此必须在每一个字符的开始和结束的地方加上标志,即加上开始位和停止位,以便使接收端能够正确地将每一个字符接收下来。异步通信的好处是通信设备简单、便宜,但传输效率较低(因为开始位和停止位的开销所占比例较大)。
异步通信也可以是以帧作为发送的单位,接收端必须随时做好接收帧的准备。这时,帧的首部必须设有一些特殊的比特组合,使得接收端能够找出一帧的开始,这也称为帧定界。帧定界还包含确定帧的结束位置,这有两种方法:一种是在帧的尾部设有某种特殊的比特组合来标志帧的结束;或者在帧首部中设有帧长度的字段。需要注意的是,在异步发送帧时,并不是说发送端对帧中的每一个字符都必须加上开始位和停止位后再发送出去,而是说,发送端可以在任意时间发送一个帧,而帧与帧之间的时间间隔也可以是任意的。发送端不需要在发送一帧之前和接收端进行协调(不需要先进行比特同步)。
6、位同步与帧同步的区别
位同步:使接收端接收的每一位信息都与发送端保持同步。
帧同步:识别一个帧的起始和结束位置。
7、数据链路层协议的三个基本问题
1)封转成帧
就是在一段数据的前后分别添加首部和尾部,这样就构成了一个帧。
2)透明传输
不管什么字符都可以放在帧中传输过去,这样的传输就是透明传输。解决透明传输的问题方法是:发送端的数据链路层在数据中出现控制字符"SOH"或"EOH"的前面插入一个转义字符"ESC",而在接收端的数据链路层在将数据送往网络层之前删除这个插入的转义字符。
3)差错检测
采用的是循环冗余检验(CRC:Cyclic Redundancy Check)的差错检查技术,如果仅仅使用CRC,则只能做到对帧的无差错接收,即接收的帧在传输的过程中没有产生差错,并没有要求数据链路层向网络层提供“可靠传输”的服务。
8、适配器(网卡)的作用
1)适配器的一个重要功能就是要进行数据串行传输和并行传输的转换。
2)由于网络上的数据率和计算机总线上的数据率并不相同,因此在适配器中必须装有对数据进行缓存的存储芯片。
3)适配器还要实现以太网协议。
9、以太网的MAC层
MAC帧的格式
最后一个字段是4字节的帧检验序列FCS(使用CRC检验)
网桥工作在数据链路层,它根据MAC帧的目的地址对收到的帧进行转发和过滤。网桥依靠转发表来转发帧。
集线器工作在物理层。
10、网桥带来的好处和缺点
好处:
1)过滤通信量,增大吞吐量
2)扩大了物理范围
3)提高了可靠性
4)可互联不同物理层、不同MAX子层和不同速率的以太网
缺点:
1)网桥对接收的帧要先存储和查找转发表,然后才转发,转发之前进行CSMA/CD算法,增加了延迟。
2)MAC子层没有流量控制功能,当网络上负荷很重时,网桥中的缓存的存储空间可能不够而发生溢出,以致产生帧丢失的现象。
3)可能发生广播风暴。
11、透明网桥
“透明”是指以太网上的站点并不知道所发送的帧将经过哪几个网桥,以太网上的站点都看不见以太网上的网桥。透明网桥还是一种即插即用设备。
网桥通过自学习算法处理收到的帧。