计算机网络复习笔记-----数据链路层
数据链数层
2020.7.15更新
- 基本概念：
- 结点：能够通过数据帧封装IP数据报文并转发的设备。（计算机、路由器、三层交换机）
- 物理链路：相邻结点间的物理线路，中间没有其他任何结点。
- 数据链路：物理链路+数据链路层协议
- 数据链路协议的局限性：只保证在直接相连的结点间收发数据帧，与其他结点无关。
- 主机到主机的通信，事实上是由多段数据链路接力完成。（每段链路可以使用不同类型的数据链路层协议）
2.基本目标：
源结点：
---网络层产生IP数据包
---数据链路层将IP数据包封装成帧
---物理层发送帧对应的比特流
目的结点：
---物理层接收比特流
---数据链路层识别帧，并取出IP数据包
---网络层得到IP数据包
存在的三个问题：
- 成帧及帧定界（帧的封装与解封装）
①封装成帧：添加头部和尾部
说明：
---发送顺序：从帧头开始
---帧头帧尾用于帧定界、携带控制信息（数据类型、帧的长度、差错检测等）两个作用，且不同的数据链路层协议的帧头、帧尾以及MTU不同。
---MTU：最大数据传输单元
---接收端真正需要的是数据部分
2.透明传输
可以理解为---允许发送方传输任何数据，包括作为帧头、帧尾的控制字符。
①IP包的分片
SOH、EOT以及ESC出现问题的解决：前面插入一个转义字符ESC
3.差错检测
---在一段时间内，传输错误的比特占所传输比特总数的比率称为误码率BER。
---广泛使用的是循环冗（rong）余校验CRC的检错技术。
过程：
PS：相当于异或运算！
问题：如果不一致怎么处理？
3.帧检验序列FCS
---在数据后面添加上的冗余码称为帧检验序列FCS
---循环冗余检验CRC不等同于帧检验序列FCS：
①CRC是一种常用的检错方法，而FCS是添加在数据后面的冗余码。
②FCS可以用CRC这种方法得出，而CRC并不是用来获取FCS的唯一方法。
---CRC的特点：
①该方法不能确定哪一个或哪几个比特出错。
②只要使用经过严格挑选的生成多项式，那么出现检测不到的差错的概率就很小。
4.点对点协议PPP
- 三个部分：
①一个将IP数据包封装到串行链路的方法
---------成帧
问题：对于很多协议来说，地址字段都非常有用，但是为何PPP的地址字段没有作用？
答：因为作用于点对点链路，不存在共享链路的问题，不需要地址字段。
---透明传输
①字符填充
- 将信息字段中的0x7E转换为2字节序列（0x7D,0x5E）
2）如信息字段出现0x7D的字节，贼将其转换成为2字节序列（0x7D,0x5D）
3)若出现ASCII码的控制字符（即数值小于0x20的字符），则在该字符前面加入一个0x7D字节，同时该字符的编码加以改变。
问题1：接收端如何处理这些填充的字符？
问题2：加上字符后超出MTU怎么办？
②零比特填充
连续五个1后要插入一个0
---差错检测
②链路控制协议LCP
③网络控制协议NCP
PPP协议特点：
①简单 ②封装成帧 ③透明性 ④多种网络协议 ⑤多种类型链路 ⑥差错检测
⑦检测连接状态 ⑧MTU ⑨网络层地址协商 ⑩数据压缩协商
问题：1.PPP不可靠，为什么还用它？
- PPP IP都不可靠，谁来保证数据传输的可靠性？
5.局域网技术----------CSMA/CD
访问控制机制，协调用户使用信道的机制
- 局域网概述
特点：为一个单位所拥有，地理范围和站点有限
- 信道共享带来的两个问题
- CSMA/CD协议（为什么叫广播通信）
载波监听多点接入/碰撞检测
MA:“多点接入”表示许多计算机结点连接在一根总线上
CD：“载波监听”是指每一个结点在发送数据之前先要监听一下总线上是否有其他计算机发送数据，有则等待。
争用期：
6.局域网技术-------帧的接入
- 以太网帧的封装与解封装
- 以太网帧格式
FCS检测范围：目的地址、源地址、类型、数据（不包括前导码和帧定界符）
如何知道帧结束！！？？
3）MAC地址（如何标识通信双方）
概念：硬件地址 物理地址 48位（6字节）常用16进制表示
划分：
①前24位：组织唯一标识符（OUI）是由IEEE的注册管理机构RA分配单位组织的。
②后24位：厂家自配
4）适配器作用（网络接口板 网络接口卡NIC）
①进行串行/并行转换
②对数据进行缓存
③实现以太网协议
检测帧是否属于本站：
5）以太网与PPP协议
相同点：也是不可靠的交互，也没有可靠传输的措施。
不同点：以太网采用较为灵活的无连接方式，即不必先建立连接就可以直接发送数据。
7.集线器工作原理
- 集线器概述
工作原理：
①与转发器类似，工作在OSI的物理层
②对接收到信号再生、整形以及放大，以扩大网络的传输距离。
- 集线器工作特点
①物理上的星型结构
②逻辑上的总线结构
PS:把集线器看成具有信号放大、整形作用的有源总线。
PS：结点间的通信使用总线竞争协议--CSMA/CD协议。（但集线器本身并不参与CSMA/CD的过程）
- 集线器的级联
冲突域不是越大越好！
不提倡使用！
8.交换机工作原理
- 交换机概述
①应用最广泛的局域网网络设备
②工作在OSI的数据链路层--转发数据帧
③也被称为多端口网桥
- 工作原理——转发、自学习
①比对MAC地址表，并发送。（可以支持多对结点传输数据，效率高）
②自学习记录，需要各结点发送帧，才可以被捕获。
③洪泛（利用它广播）
3）级联
①扩大网络规模---礼尚往来--构建MAC表
问题1：什么时候这三个交换机目的MAC表是完备的？
当所有结点都有发送数据帧后。
问题2：这样的MAC表有何特点？
表项特点：交换机端口及其所连接的所有MAC地址（含间接连接的MAC地址）
9.交换机VLAN和STP技术
回顾：
工作特点：
①集线器：所有结点共享带宽，但是任何时刻只能有一个结点发送数据。
②交换机：每个结点独占带宽，允许多个节点同时发送数据。
- 交换机级联中的广播过大怎么解决？
虚拟局域网---VLAN
----概念：
由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组。
----特点：
①逻辑上划分主机和用户，使用一个VLAN中的用户不受地理位置限制。
②减小了广播范围，减少了广播流量，增加了可用宽带。
③增强了网络安全性。
--------一个VLAN中的所有机器不能够被别的VLAN中的机器访问，需要通过路由器和三层交换机。
---------在VLAN接口上启用安全措施，限制对VLAN的访问，以保证安全性。
- VLAN是如何实现的？
优点：
①抑制广播
②支持VLAN内的单播通信
缺点：
VLAN间不能单播通信
- 交换机间的冗余环路
①在级联时，交换机之间的冗余（备份）链路是一件好事。
②备份链路会造成二层环路。
-------广播风暴------网络资源被消耗
-----（解决方法）生成树协议：
---①避免二层环路：互连在一起的交换机在进行彼此的通信后，找出原来的网络拓扑的一个子集。在任何两个站之间只有一条路径，避免了广播风暴等。
---②链路备份：生成树上的根交换机每隔一段时间对生成树的拓扑进行更新，并及时发现不可用路径，恢复数据通信。
-------重复帧
-------MAC地址表不稳定
3.1 随堂测试
1【单选题】在CRC码计算中，可以将一个二进制位串与一个只含有0或1两个系数的一元多项式建立对应关系。例如，与位串101101对应的多项式为（ ）。 B
A、x6+x4+x3+1
B、x5+x3+x2+1
C、x5+x3+x2+x
D、x6+x5+x4+1
2
【单选题】下面哪个不是数据链路层的功能（ ）。C
A、帧定界
B、透明传输
C、路由选择
D、差错检测
3【单选题】设立数据链路层的主要目的是将一条原始的、有差错的物理线路变为对网络层无差错的（B）。
A、物理链路
B、数据链路
C、传输介质
D、端到端连接
4【单选题】在数据帧中，当所传的数据中出现了控制字符时，就必须采取适当的措施，使接收方不至于将数据误认为是控制信息。这样才能保证数据链路层的传输是（ A）的。
A、透明
B、面向连接
C、冗余
D、无连接
5【简答题】一串数据1011010111110111001使用CRC校验方式，已知校验使用的二进制数为1110101，生成多项式是什么？发送序列是什么？要有计算过程。
6【名词解释】
帧
7【名词解释】
FCS
8【名词解释】
误码率
3.2 随堂测试
1【单选题】0比特插入/删除方法规定，在两个标志字段为F之间的比特序列中，如果检查出连续的（ ）个1，不管它后面的比特是0或1，都增加1个0. B
A、4
B、5
C、6
D、8
2【单选题】下述协议中，（ ）不是链路层的标准 A
A、ICMP
B、HDLC
C、PPP
D、SLIP
3【单选题】目前住宅用户接入因特网广泛使用的数据链路层协议是（ ）。A
A、PPP
B、SLIP
C、HDLC
D、802.3MAC
4【单选题】以下对PPP协议的说法中错误的是（ ）。B
A、具有差错控制功能
B、仅支持IP协议
C、支持动态分配IP地址
D、支持身份验证
5【单选题】PPP帧格式中标志序列（F）是（ ）。D
A、11111111
B、11111110
C、01111111
D、01111110
3.3随堂测试
1【单选题】（ ）定义CSMA/CD（以太网）的有关规约。B
A、802.2
B、802.3
C、802.4
D、802.5
2【单选题】Ethernet采用的媒体访问控制方式为（ ）。A
A、CSMA/CD
B、令牌环
C、令牌总线
D、无竞争协议
3【单选题】对于基带CSMA/CD而言，为了确保发送站点在传输时能检测到可能存在的冲突，数据帧的传输时延至少要等于信号传播时延的（ ）。B
A、1倍
B、2倍
C、4倍
D、2.5倍
4【单选题】以太网（Ethernet）采用的发送策略是（ ）。C
A、站点可随时发送，仅在发送后检测冲突
B、站点在发送前需侦听信道，只在信道空闲时发送，之后无需特别操作
C、站点采用带冲突检测的CSMA协议进行发送
D、站点在获得令牌后发送
5【单选题】关于IEEE802.3的CSMA/CD协议，下面结论中错误的是（ ）。B
A、CSMA/CD协议是一种解决访问冲突的协议
B、CSMA/CD协议适用于所有802.3以太网
C、在网络负载较小时，CSMA/CD协议的通信效率很高
D、这种网络协议适合传输非实时数据
6【单选题】IEEE802.3规定，下列 （ ）为有效的MAC帧。C
A、帧的长度不是整数个字节
B、用收到的帧检验序列FCS查出有差错
C、帧的MAC数据字段的长度在46－1518字节之间
D、长度在64－1518字节之间的MAC帧
7【单选题】以太网在检测到（ ）次冲突后，控制器会放弃发送。B
A、10
B、16
C、24
D、32
3.4随堂测试
1【单选题】10base-T使用（ ）传输介质。B
A、同轴电缆电路
B、双绞线
C、光纤
D、红外线
2【单选题】（ ）是计算机中实现以太网功能的设备。C
A、交换机
B、网线
C、网络适配器
D、集线器
3【填空题】网卡中的MAC地址是（48）位的。
4【填空题】以太网的帧中首部和尾部一共（ 18）字节。
3.5 随堂测试
1【单选题】集线器工作在OSI的（ ）层。A
A、物理层
B、数据链路层
C、网络层
D、表示层
2【单选题】假如10个站通过一个10Mb/s的集线器相连，每一个站平均得到的带宽为（ ）。B
A、10Mbs
B、1Mbs
C、100Mbs
D、10bs
PS:10个站都连接到到1个10Mb/s的以太网集线器中，当每个站点的带宽都为10Mb/s,当一个站点再传输数据时其他站点的数据都处在等待过程中，
当请求和下载量较大时容易引起广播风暴，而且集线器的安全性低数据容易被嗅探，所以现在多数的站点都采用交换机或路由器作为数据传输设备。
而交换机是独享！
3.6随堂测试
1【单选题】假如10个站通过一个100Mb/s的交换机相连，每一个站平均得到的带宽为（ ）。C
A、10Mbs
B、1Mbs
C、100Mbs
D、10bs
2【单选题】扩展以太网可以在协议栈的多个层次实现，其中在数据链路层实现以太网扩展的设备是（ ）。A
A、网桥或以太网交换机
B、路由器
C、集线器
D、三层交换机
3【单选题】当网桥检测到一个数据包携带的目的地址与源地址属于同一个网段时，网桥将（ ）。B
A、把数据转发到网络的其他网段
B、不再把数据转发到网络的其他网段
C、在两个网段间传送数据
D、在工作在不同协议的网络间传送数据
4【判断题】以太网交换机根据以太网帧中的目的地址转发数据帧。T
5【判断题】以太网交换机的转发表是通过自学习建立的，即所有连接在交换机上的站点均发送了数据之后，交换机的转发表才建立完整。 T
6【判断题】当交换机接收到数据帧之后，若在转发表中找不到目的地址对应的表项，则丢弃该帧。F
7【判断题】通过交换机的级联可以进一步的扩展以太网。T
3.7 随堂测试
1【多选题】使用虚拟局域网VLAN的优势包括（ ）。ABCD
A、VLAN可以按照某些共同的需求，从逻辑上划分主机和用户，使同一个VLAN中的用户不受地理位置的限制。
B、VLAN 减小了广播范围，减少了广播流量，增加了可用带宽。
C、使用VLAN增强了网络安全性。
D、VLAN为网络管理带来了方便，因为有相似网络需求的用户将共享同一个VLAN。
2【填空题】由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组称为（ 虚拟局域网（或VLAN））。
3【填空题】在VLAN Trunk上传输的数据帧中，插入了一个（ 4）字节长的VLAN标记。
4【填空题】（ STP）协议可应用于在网络中建立树形拓扑，消除网络中的环路，并且可以通过一定的方法实现路径冗余。
STP：生成树协议！