18考研-计算机网络复习笔记-数据链路层

数据链路层（2-6分）
1.功能：
2.组帧：
3.差错控制：

检错编码；纠错编码

4.流量控制和可控传输机制（滑动窗口）：
5.介质访问控制：

信道划分
随机访问（CSMA CSMA/CD（宽带）CSMA /CA（WiFi）协议）
轮询访问令牌传递协议

6.局域网：

以太网IEEE802.3
IEEE802.11

7.广域网
8.数据链路层设备

网桥的概念和基本原理
局域网交换机及其工作原理（只能连接局域网）

一、功能

Link 是一条点到点的物理线路，中间没有其他节点
传送的是帧（帧类似于一个标记文件包，标记为起始地址）

二、组帧

给所发数据前后添加首尾部组成一帧
首尾部：给帧定界
帧大小<=MTU（Max transport U）
帧开始符：标示帧开始
帧结束符：标示帧结束
透明传输：可能在所传数据中出现与帧结束符一样的字符 让机器误以为帧结束；
透明传输的解决办法：
A:字节填充或字符填充（0X7E<-> 0x7d 0x5e）-----发送端的数据链路层在数据出现控制字符SOH或者EOT的前面插入一个转义字符ESC（1B（16））---接收端的数据链路层在讲数据送入网络层之前删除插入的转义字符
B:零比特填充（考试时双向考察）---若有连续5个1 插入一个0-----接收端相应的拆到原来的即可

三、差错控制
检错编码：
CRC循环冗余校验的原理：



数据后面加上冗余码称之为FCS祯检验序列
CRC（只能改不能找到错误）并不能完全保证数据正确，这种方式只能做 到无差错接受
要做到可靠传输必须加上确认和重传机制
纠错编码：（汉明码–找到并改正错误）
四、流量控制和可靠传输
１．停止等待协议：三次握手(发送确认发送确认发送确认）

特点：
要保存发送报副本一方丢失需要补发；
分组和确认需要编号；
A,超时失败：超过时间（单行时间两倍加容错）没有反馈重新发送，超时计时器        （正常往返时间参考下确定）
B,引入序号机制，用来定位错误。（没有序号可能会受到同样的数据）
C，确认迟到：对于
采用这种机制可以有效地实现在不稳定的线路中实现可靠传输
自动重传ARQ（automatic repeat request）重传协议；此机制下，重传的请求时自动进行的而不需要接收方向发送方发出重传请求；
由于停止等待协议中，停止等待时不做工存在时间浪费，进而提出新的传输方式：

２．流水线传输（滑动窗口）：发送方可以连续发送多个分组，不必每次只发一个就开始停止等待；

差错控制：连续ＡＲＱ协议，定发送窗口的多少，窗口可分已发送没有确认，可以发送还没有发送；确认好之后就可以向后滑动窗口；有效提升了传输效率；

累计确认：一次性确认回答代替每次回答确认（考的非常隐蔽ＡＣＫ的数据，ａｃｋ一百，表示前一百个都收到了，不可以反应已经接受到的信息比较鸡肋）；

效率计算是重点：
停止等待：ｔｄ／（ｔｄ＋ｒｔｔ＋ｔａ）　×　ｎ；
　　　　　　　　　　　Ｔｄ　发送时延
　　　Ｒｔｔ　传播往返时延
　Ｔａ　发送时延

３.后退Ｎ帧协议（ＧＢＮ　ｇｏ－ｂａｃｋ－ｎ）

发送方发送前５组，丢失三组；
接受方对接受的两组返回确认；
发送方退回最前后前全部重复发；

４.选择重传协议（SR）克服重复发送已确认数据的浪费；

接收方需要建立缓冲区，存放正确帧，一次传输结束后，返回给发送方出错帧，发送方重传相应的帧；接收方接收后，按正确序列递交高层
1).发送端设置变量，称为发送窗口，SWS，表示每次最多发几个（滑动的个数，停止等待协议中ＳＷＳ＝１）；
2)接收端设置一个变量，称为接收窗口，来表示能够接受帧的序号的上限，RWS；
可以根据需要设定，rws = sws　一次可接受全部帧；rws  = １，停止等待协  议；RWS>SWS 没有意义；
Swsmax = seqnum - K; k 为窗口的大小；
3)目的是能够重复使用有限的序号列；

五、介质访问控制
1.信道划分介质访问控制

复用是通信技术中的基本概念；
1)频分复用FDM：通信过程中复用；过程中每个用户在同样的时间占用同样的带宽资源；
2)时分复用TDM：时间分解复用，不同时间不同的用户使用；
a.时隙是周期性的；
b.周期的大小的就是TDM帧的长度；
c.会造成，如果某个时隙中用户不用，则造成浪费；
3)统计时分复用STDM：只要用空，即可切换，需加上调度系统；
4)波分复用WDM：利用波长来进行分配；
5)码分复用CDM：码分多址（ＣＤＭＡ）：
a.各用户使用不同码型不会相互干扰；有很强的抗干扰能力；
b.每一个比特时间划分为Ｍ个短的间隙，称为码片；
c.每个站被只怕一个唯一的Ｍ比特码片序列；
d.０的话为反码，１为正常码；
e.每个站分配的码片必须各不相同，必须互相正交；

2.随机介质访问控制

1)ＡＬＯＨＡ协议
a.用户有帧就有发送，采用冲突监听和重随机发机制，属于竞争系统；
b.采用FDM；
c.效率不高；
d.只能用原信道吞吐量18.4%
（不太重要，一般不考）
2)载波监听多路访问（ＣＳＭＡ）（对ALOHA的改进）
a.当一个站点要发送数据前，需要先监听总线；
b.如果总线空闲，则该站点发送数据；
c.如果总线忙，则需等待一段时间，之后重新监听；
所有计算机连接到一根总线上，采用广播实现单波通信；

CSMA特点：
无连接工作方式；
数据帧不进行编号，也不要求对方发回确认，数据直接交付给上层，上层ＴＣＰ在它所在的层进行差错控制；
这样做是因为在局域网中单范围较小，因信道质量产生差错的概率较低；
3)ＣＳＭＡ／ＣＤ协议
a.引入ＣＤ协议（碰撞检测，边发送边检测，讲话前先探测对端是否讲话）
b.会造成一定的延迟（双方都等待））发现碰撞时，立即停止发送；

因此不能全双工，只能半双工通信；这种不确定性影响了以太网发送速率；以太网端到端往返时延为２ｔ称为争用期，或碰撞窗口；争用期后，就可以肯定不会发生碰撞；
    4)二进制指数类型退避算法
    a.发生碰撞的站在停止发送数据后，要推迟一个随机时间才能发送数据；
    b.一般争用期为２ｔ（以太网取５２.１微秒为争用期长度，６４最短有效帧长）２带宽（长度／传播速率）；
    c.定义重传次数Ｋ，　ｋ＜＝１０；
    d.从整数集中任取一数，ｒ；
    e.重传所需的时延就是Ｒ倍的基本退避时间；ｒ×２ｔ
    f.当重传达到１６次仍不成功，即可放弃，向高层报告；
    5)ＣＳＭＡ／ＣＡ协议（碰撞避免协议）
    无线局域网使用ＣＤ比较麻烦引入ＣＡ协议用于无线局域网中的监听检测；
    a.想发送数据时，等待一定的时间ＩＦＳ（帧间间隔）；８０２.１１同时还增加使用停止等待协议；
    b.涉及帧优先级的问题，以减少碰撞的问题（Ｓ／Ｄ／ＰＩＦＳ）；
    协议原理：
    a.欲发送数据的站先检测信道；
    b.在８０２.１１标准中规定在物理层的空中接口进行物理层的载波监听；
    c.通过收到的相对信号强度是否超过一定的门限数值就可以判定是否有其他的移动站在信道上发送数据；
    d.当源站发送它的第一个ＭＡＣ帧时，若信道空闲，则等待一个ＤＩＦＳ时隙后发送；此处等待是因为避免优先级碰撞产生；
    e.若没有更高级的帧要发送，源站发送数据帧，目的站如果正确收到此帧，经过ＳＩＦＳ后像源站发送确认帧ＡＣＫ；
    f.如果源站在规定时间没有收到确认帧（由重传计时器控制这段时间），重发此帧，直到收到确认为止，或者超过一定次数放弃发送（停止等待协议）；
    g.８０２.１１使用二进制指数退避算法计算争用窗口；
    6)除以下情况，都必须使用退避算法：
    a.在发送第一个帧之前检测到信道处于忙状态；
    b.每一次重传后；
    c.每次成功发送后；
    3.轮询介质访问控制：令牌传递协议（不考）
    控制令牌是另一种传输媒体访问控制协议；
    按照所有站点共同理解和遵守的规则实现一个站点到另一个站点的传递控制；

六、局域网
１.基本概念和体系结构

特点：网络为一个单位所拥有，且地理范围和接入设备有限；
优点：有广播功能，便于系统的扩展；

２.以太网和ＩＥＥＥ８０２.３

a.DIX Ethernet V2 是第一个局域网规约；
b.IEEE 的802.3标准
c.DIX Ethernet V2与 IEEE 802.3标准差别很小，可以将802.3局域网简称为“以太网”；
d.严格来说，以太网应当是指符合DIX Ethernet V2标准的局域网；

３.数据链路层的两个子802委员会

a.逻辑链路控制子层LLC，与传输媒体无关，不管何种协议的局域网，对LLC子层都为透明；
b.媒体接入控制子层MAC（与接入到传输媒体有关的放在此层）；
MAC的硬件地址：
①　硬件地址又称为物理地址，或MAC地址；
②　并非真实地址，为标识符；
③　48bit（6*8）；
④　DIX Ethernet V2与 IEEE 802.3两种标准帧格式；区别在中间一段V2为长度802.3 为类型；
⑤　MAc帧：目的地址（6bit）+源地址（6bit）+类型/长度（2bit）+数据（IP数据报/ARP，46~1500字节）+FCS校验位（4bit）

４.IEEe802.11

1)物理层实现方法：
①　直接序列扩频DSSS；
②　正交频分复用OFDM；
③　跳频扩频FHSS;很少用
④　红外线IR;很少用
2)最新用802.11AC

七、广域网

1.基本概念：有别与局域网，范围更大；
2.PPP协议-字符：全球使用最多的数据链路层协议
1)将IP数据包封装到串行链路中的方法：
a.链路控制协议；
b.网络控制协议；
2)有两个字节的协议字段；
3)透明传输解决：
a.同步链路传输：零比特填充；
b.异步链路传输：字符填充法；
4)不使用序号和确认机制（点到点不太需要）
c.同步链路传输：零比特填充；
d.异步链路传输：字符填充法；
3.HDLC协议-比特：通用的数据链路控制协议，特定的操作方式（主/从站方还是一起操作）

八、数据链路层设备
1.网桥

1)在数据链路层扩展局域网使用网桥；
2)链接不同的网段，使得各网段称为隔开的碰撞域；
3)根据MAC的目的地址对接收到的帧进行转发；
4)具有过滤帧的功能，先检查目的地址，再转发；
5)可以实现点到点的链路扩充；
6)比集线器视力好；
7)有一张转发表（自学习算法处理建立转发表）
优点：
a.过滤通信量；
b.扩大物理范围；
c.提高可靠性；
d.互联不同的物理层，不同MAC地址和不同速率的局域网；
缺点：
a.存储转发增加时延；
b.在MAC中没有流量控制，增大时延；
c.只适合用户数量不太多的和通信量不太大的局域网，否则会拥塞（广播风暴）；

2.局域网交换机及其工作原理

1.工作原理与网桥基本一致；
2.接口比网桥多；
3.传输媒体的带宽
a.独占：上限为10m/s有5个接口，则上限为50m/s；
b.共享，上限还是10m/s；
4.性能指标-转发技术：
a.直通式交换；不校验直接发；
b.存储转发式（主流交换方式）；提高转发有效率；
c.碎片隔离式；

典型考点：

滑动窗口
CSMA系列
以太网帧
交换机和网桥工作原理