计算机网络笔记：数据链路层

数据链路层

链路层概述

1、链路层协议：通过单段链路，点到点传送上层数据报链路两端结点间交互的帧格式，发送和接收帧时的操作
2、两种网络链路类型：点对点链路和广播链路
3、链路层环境重要特点
（1）一条路径上的不同链路可运行不同的链路层协议
（2）链路层协议提供的服务可能不同
（3）通信环境较为简单
4、链路层功能在哪里？
网络适配器和驱动程序
5、面向比特的协议：
（1）把帧看成比特的集合
（2）比特填充 (bit stuffing)法(用于发送前/接收后)：
①发送方：报文中5个连续1，插入0
②接收方：收到5个连续1：后为0 ，去掉；为1，后为0，则帧结束；否则出错
6、点对点协议(PPP) ：家庭主机点对点链路的链路层协议
7、面向字节的协议：
（1）每帧都看成是字节的集合
（2）保留一组字符为控制字符

差错检测和纠正技术

1、处理帧差错两种方法
①检错重发(detect and retransmission)
②前向纠错(Forward Error Correction, FEC)

2、奇偶校验
（1）单个比特的奇偶校验 （检测单个比特差错）
单个比特的奇偶校验是指在要发送的数据最后附加一个奇偶校验位。奇校验的意思就是整个编码中的1的个数要是奇数.偶校验就是1的个数是偶数.。

（2）二维比特奇偶校验（检测和纠正单个比特差错）
D中的d个比特被划分为i行j列.对每行每列计算奇偶值.产生的i + j + 1奇偶比特就构成了链路层帧的差错检测比特.

当出现单个比特差错时,发生错误的行和列都会出现差错.接收方不仅可以检测差错,还可以根据行列索引来纠正它。

3、互联网检验和

• 目标：检测传输段中的“差错”(如比特翻转) (注意: 仅用于运输层)
• 发送方:
  （1）将段内容作为16比特整数序列来处理
  （2）检验和: 段内容相加(补码和)
  发送方将检验和的值放入 UDP 检验和字段
• 接收方:
  （1）计算接收到段的检验和
  （2）检查是否计算的检验和等于检验和字段的值:
  NO – 检测到差错
  YES – 没有检测到差错，仍可能有错

4、循环冗余检测(CRC)
CRC编码也称为多项式编码,因为该编码能够将要发送的比特串看成系数是0或1的一个比特串,对比特串的操作被解释为多项式算数.

发送方的编码步骤如下 ：
①将数据比特D看作一个二进制数，发送方和接收方实现协商一个r+1的比特模式(比特串)G，叫做生成多项式.要求G的最高位是1（一般情况下，G是给定的）
②对于一个给定的数据段D，发送方选择r个附加比特R，并将它们附加到D上，使得得到的d + r比特模式用模2算数恰好能被G整除(模2除法本质是异或运算)。

接收方的解码步骤如下：
用G去除收到的d+r比特.如果余数非0,则出了差错.否则认为数据被正确接收.

计算附加比特R的方式：
R =（D * 2^r ）% G}
上式的含义为：D左移 r 位（即：右端补0）后除以G，余数就是R。

可靠数据传输原理

1、设计可靠数据传输协议：SW0协议，SW1协议，SW2协议，SW3协议
2、两种流水线协议： 回退N步（go-Back-N）, 选择性重传（S-R）
3、恢复流水线差错的两种基本方法：
（1）回退N步(Go-Back-N，GBN)

• 发送方:
  在分组首部需要K比特序号，2k=N
  ①“窗口”最大为N, 允许N个连续的没有应答分组
  ②ACK(n): 确认所有的（包括序号n）的分组 - “累计ACK”
  ③对每个传输中的分组用同一个计时器
  ④timeout(n): 若超时，重传窗口中的分组n及所有更高序号的分组
  
  注意：
  ①接收方根据滑动窗口的序号按序接收分组
  ②窗口中失序分组及后面将被丢弃
  ③发送方采用超时机制来重传出现丢失或差错的分组
  ④接收方采用累积确认的方式
  ⑥GBN协议的接收窗口的长度为1

（2）选择重传(Selective Repeat, SR)

• 发送方：
  ①上层传来数据 ：如果窗口中下一个序号可用, 发送报文段
  ②timeout(n)：重传分组n, 重启其计时器
  ③ACK(n) 在[发送基,发送基+N]：标记分组 n 已经收到，如果n 是最小未收到应答的分组，向前滑动窗口基指针到下一个未确认序号
• 接收方：
  ①分组n在 [接收基,接收基+N-1]：
  发送 ACK(n)
  失序: 缓存
  按序: 交付 (也交付所有缓存的按序分组),向前滑动窗口到下一个未收到报文段的序号
  ②分组n在[接收基-N,接收基-1]：ACK(n)
  

注意：

多路访问协议

1、多路访问：多个发送/接收结点同时使用广播信道，协调它们共享一个信道的方式。
2、碰撞：如果结点同时接收到两个或更多信号
3、多路访问MAC协议
1）信道划分
①信道划分MAC协议: TDMA
②信道划分 MAC协议: FDMA

2）轮流
①令牌传递(无中心)
②轮询(有中心)

3）随机访问

以太网

1、LAN地址=物理地址=MAC地址