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【计算机网络 - 第六章】链路层

一、概述

1、数据链路层提供的服务？

二、差错检测

1、奇偶校验

2、循环冗余校验CRC

三、多路访问链路和协议

1、概述

（1）多路访问协议

2、信道划分协议

① 频分多路复用FDM

② 时分多路复用TDM

③ 波分多路复用WDM

④ 码分多路复用CDM

3、ALOHA协议

（1）纯ALOHA协议（效率低）

（2）时隙ALOHA协议

4、载波监听多址接入/碰撞检测 CSMA/CD

（1）基本概念

（2）争用期（碰撞窗口）

（3）如何确定碰撞后的重传时机？

（4）最小帧长问题

（5）CSMA/CD协议——帧发送流程

（6）CSMA/CD协议——帧接收流程

（7）信道利用率

5、载波监听多址接入/碰撞避免 CSMA/CA

（1）帧间间隔IFS

（2）CSMA/CA工作原理

四、交换局域网

1、链路层地址——MAC地址

（1）单播MAC地址编辑

（2）广播MAC地址

（3）多播MAC地址

2、地址解析协议——ARP协议

五、集线器与交换机

1、集线器

2、交换机

3、交换机与路由器比较

补充：单工、半双工、全双工的区别

一、概述

1、封装成帧：指链路层向上层交付的协议数据单元添加帧头和帧尾使之成为帧

有的帧的帧头和帧尾包含帧定界

2、透明传输：指链路层对上层交付的传输数据没有任何限制，就像数据链路层不存在一样

使用字节填充

使用比特填充 —— 每5个连续1后面插1个0

1、数据链路层提供的服务？

成帧（网络层数据报经链路传送前，链路层协议将其用链路层帧封装起来）

链路接入（MAC协议规定了帧在链路传输的规则。链路的一段仅有一个发送方，另一端只有一个接收方的点对点链路）

可靠交付（保证无差错地经链路层移动每个网络数据报）

差错检验和纠正

二、差错检测

1、奇偶校验

在待发送的数据后面添加1位奇偶校验位

"1"的个数为奇数【奇校验】

"1"的个数为偶数【偶校验】

如果有奇数个位发生误码，奇偶性变化，可以检查出误码

举例：

奇校验 1的个数变成偶数

1 1 0 1 1 0 1 ———— 1 1 0 1 1 0 0 "1"的奇偶性改变，检测出错误

偶校验 1的个数变成奇数

0 1 0 1 1 0 1 ———— 0 1 0 1 1 0 0 "1"的奇偶性改变，检测出错误

2、循环冗余校验CRC

收发方约定好一个生成多项式G(x)

$G(x)=x^{4}+x^{2}+x+1$

生成的比特串：1 0 1 1 1

4 3 2 1 0

发送方操作：

接收方操作：

检错码只能检测出是否出现差错，但不能定位错误，无法纠正错误

三、多路访问链路和协议

1、概述

传输数据使用的两种链路：

点对点链路：两个相邻节点通过一个链路相连，比如：PPP协议，常用于广域网

广播式链路：所有主机共享通信介质，比如：以太网、无限局域网，常用于局域网

（1）多路访问协议

作用：节点通过这些协议来规范它们在共享的广播信道上的传输行为。

2、信道划分协议

① 频分多路复用FDM

用户在分配到一定频带后，在通信过程中至始至终都占用这个频带

所有用户在同样的时间占用不同频率带宽

② 时分多路复用TDM

将时间划分为一段段等长的TDM帧，每个用户在每个TDM帧中占用固定序号的时隙，所有用户轮流占用信道

③ 波分多路复用WDM

通过光的不同波长来分解各路波长

④ 码分多路复用CDM

码分多址CDMA是码分复用的一种方式

可以在同样的时间使用同样的频带进行通信

每一个比特时间再划分为m个短的间隔，称为码片，一般m=64或128

使用CDMA的每一个站被指派一个m bit码片序列

一个站如果要发送比特1，则发送自己的m bit码片序列

一个站如果要发送比特0，则发送m bit码片序列的二进制反码

码片序列挑选原则：

分配给每个站的码片序列必须各不相同

每个站的码片序列必须互相正交（规格化内积为0）

$S\cdot T=\frac{1}{m}\sum_{i=1}^{m}S_{i}T_{i}=0$

$S\cdot T=0$

$S\cdot \bar{T}=0$

举例：假设给站S分配码片序列01011101，给站T分配码片序列为10111000，这样分配对吗？

        码片序列各不相同 ✓

        码片正交 ×

        S的码片序列（-1 +1 -1 +1 +1 +1 -1 +1）

        T的码片序列（+1 -1 +1 +1 +1 -1 -1 -1）

        S×T≠0

        分配不正确

设收到的码片序列为E

根据公式 $S\cdot T=\frac{1}{m}\sum_{i=1}^{m}S_{i}T_{i}=0$

A×E=1 ——发送比特1

B×E=-1 ——发送比特0

C×E=0 ——未发送

D×E=1 ——发送比特1

3、ALOHA协议

（1）纯ALOHA协议（效率低）

想发就发

冲突如何检测？发生冲突，接收方不予确认，发送方在一定时间内收不到就判断发生冲突

冲突如何解决？超时后等待随机一时间再重传

最大效率为 1/(2e)=0.185

（2）时隙ALOHA协议

把时间划分成若干个时隙，若发生冲突，必须等到下一个时隙开始时刻再发

最大效率为 1/e=0.37，是纯ALOHA两倍

4、载波监听多址接入/碰撞检测 CSMA/CD

（1）基本概念

多址接入MA：多个站连接在一条总线上，竞争使用总线

载波监听CS：每个站发生帧前先检测一下总线是否被占用（先听后说）

若检测到总线空闲96bit时间，发送该帧

若检测到总线忙，继续检测，等待总线空闲96bit时间，再发送

碰撞检测CD：正在发送帧的站边发送边检测碰撞（边听边说）

一旦发现碰撞，立刻停止发送，过一段随机时间后再次发送

不适用于无线网络

（2）争用期（碰撞窗口）

最迟多久知道自己发送的数据没和别人碰撞？

答：最多是两倍的总线单程端到端传播时延 $2\tau$ ，也称为争用期 / 碰撞窗口

（3）如何确定碰撞后的重传时机？

截断二进制指数规避算法

1、确定基本退避时间为争用期 $2\tau$

2、定义参数k表示重传次数，k=min{重传次数,10}

3、从 $[0,1,2\ ...\ 2^{k}-1]$ 中随机选一个数 $\gamma$ ，重传所需退避时间就是 $2\gamma \tau$

4、当重传达16次都不能成功，说明网络太拥挤，抛弃此帧并向高层报错

举例：

第一次重传，k=1，r从【0，1】里选，重传时间在0和 $2\tau$ 里随机选一个

如果再碰撞，k=2，r从【0，1，2，3】里选，重传时间在【0， $2\tau$ ， $4\tau$ ， $6\tau$ 】里选

在以太网的二进制回退算法中，在11次碰撞后，站点会在0~？之间随机选一个数？

k=min{11，10}=10

在0~ $2^{10}-1=1023$ 里随机选一个数

（4）最小帧长问题

最小帧长 = $2\tau$ × 数据传输速率

（5）CSMA/CD协议——帧发送流程

（6）CSMA/CD协议——帧接收流程

（7）信道利用率

$S_{max}=\frac{T_{0}}{T_{0}+\tau }=\frac{1}{1+\frac{\tau }{T_{0}}}$

当信号传播时延 $\tau$ 趋近于0时，信道利用率接近100%

【例1】采用CSMA/CD协议的网络中，传输介质的传输速率为1Gbps，电缆中信号传播速度是200000kms，若最小帧长长度减少800 bit，则最远两个站点的距离至少为？

设最远的两个站点之间距离为d，最小帧长为l

最小帧长 = 争用期 × 数据传输速率

争用期 = 2倍端到端传播时延 = $\frac{d}{200000\times10^{3} }\times 2$

$l=\frac{d}{200000\times10^{3} }\times 2\times 10^{9}$

$d=\frac{l}{10}$

因此若l减少800 m，d至少减少80 m

5、载波监听多址接入/碰撞避免 CSMA/CA

适用于无线网络

（1）帧间间隔IFS

帧间间隔：站点必须在持续检测到信道空闲一段指定时间后才能发送帧

帧间间隔长短取决于站点要发送帧的类型

短帧间间隔SIFS：28μs，用于分隔开属于一次对话的各帧

DCF帧间间隔DIFS：128μs，用于发送帧和管理帧

（2）CSMA/CA工作原理

3.6.4 随机接入— CSMA/CA协议_哔哩哔哩_bilibili

06:00开始

四、交换局域网

1、链路层地址——MAC地址

当多个主机连接在同一个总线上，要实现两个主机间通信，每个主机需要一个唯一标识MAC地址

MAC地址又称LAN地址

MAC地址被称为物理地址，但并不属于物理层

MAC地址是适配器（网络接口）的链路层地址，不是各设备或路由器的链路层地址

MAC地址长6字节，共有 $2^{48}$ 种MAC地址

（1）单播MAC地址

（2）广播MAC地址

（3）多播MAC地址

2、地址解析协议——ARP协议

ARP协议：将网络层的IP地址转换成链路层的MAC地址

ARP分组有四个字段：源IP、MAC + 目的IP、MAC

ARP表是自动建立的，不需要管理员配置

工作方式：每台主机和路由器在其内存中具有一个ARP表，这张表包含IP地址到MAC地址的映射关系

举例：

主机B想给主机C发送数据包，但只知道C的IP地址，不知道MAC地址。

主机B先在自己的ARP高速缓存中寻找C的IP地址，未找到

主机B广播ARP请求报文来获取主机C的MAC地址

主机C发现询问的IP地址是自己的，进行响应：

1、主机C将B的IP地址和MAC地址记录到自己的ARP高速缓存中

2、给主机B发送ARP响应，告知自己的MAC地址

主机C将ARP响应报文进行单播，主机B接收到后，将C的IP地址和MAC地址记录到自己的ARP高速缓存中

五、集线器与交换机

1、集线器

集线器是一种物理层设备，每个接口仅转发比特，不进行碰撞检测

集线器作用于各个比特而不是作用于帧

某主机要给另一主机发送单播帧，该单播帧会通过共享总线传输到总线上的各个主机（交给主机判断）

2、交换机

交换机具有多个接口，每个接口可以直接与一台主机或另一个以太网交换机相连，采用全双工方式

交换机有并行性，能同时连通多对接口，无碰撞（不使用CSMA/CD协议）

交换机工作在链路层（包括物理层），收到帧后，在帧交换表中查找帧的目的MAC地址对应的接口号，然后进行转发

交换机是一种即插即用设备，内部的帧交换表是通过自动学习算法自动建立的

某主机要给另一主机发送单播帧，交换机会将该单播帧转发给目的主机（交给交换机判断）

3、交换机与路由器比较

交换机是第二层链路层的分组交换机，使用MAC地址转发分组的存储转发分组交换机，即插即用，对于广播风暴不提供任何保护措施，即如果某主机出了故障并传输出没完没了的以太网广播帧，该交换机将转发所有这些帧，是以太网崩溃

路由器是第三层网络层的分组交换机，使用IP地址转发分组的存储转发分组交换机，不是即插即用的，对第二层的广播风暴提供防火墙保护

补充：单工、半双工、全双工的区别

单工：只支持数据在一个方向上传输；在同一时间只有一方能接受或发送信息，不能实现双向通信，举例：电视，广播。

半双工：允许数据在两个方向上传输，在某一时刻只允许数据在一个方向上传输，实际上是一种切换方向的单工通信；在同一时间只可以有一方接受或发送信息，可以实现双向通信。举例：对讲机。

全双工：允许数据同时在两个方向上传输，可以在同一时间可以同时接受和发送信息，实现双向通信，举例：电话通信。

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spring注入servlet g21121 Spring注入
传统的配置方法是无法将bean或属性直接注入到servlet中的，配置代理servlet亦比较麻烦，这里其实有比较简单的方法，其实就是在servlet的init()方法中加入要注入的内容： ServletContext application = getServletContext(); WebApplicationContext wac = WebApplicationContextUtil
Jenkins 命令行操作说明文档 510888780 centos
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UnicodeBlock检测中文用法布衣凌宇 UnicodeBlock
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java下实现调用oracle的存储过程和函数 aijuans java orale
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Velocity Toolbox antlove 模板 tool box velocity
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JAVA正则表达式匹配基础百合不是茶 java 正则表达式的匹配
正则表达式;提高程序的性能,简化代码,提高代码的可读性,简化对字符串的操作正则表达式的用途; 字符串的匹配字符串的分割字符串的查找字符串的替换正则表达式的验证语法 [a] //[]表示这个字符只出现一次 ,[a] 表示a只出现一
是否使用EL表达式的配置 bijian1013 jsp web.xml EL EasyTemplate
今天在开发过程中发现一个细节问题，由于前端采用EasyTemplate模板方法实现数据展示，但老是不能正常显示出来。后来发现竟是EL将我的EasyTemplate的${...}解释执行了，导致我的模板不能正常展示后台数据。网
精通Oracle10编程SQL(1-3)PLSQL基础 bijian1013 oracle 数据库 plsql
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【Nginx三】Nginx作为反向代理服务器 bit1129 nginx
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Plugin execution not covered by lifecycle configuration: org.apache.maven.plugin blackproof maven 报错
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java-57-用两个栈实现队列&&用两个队列实现一个栈 bylijinnan java
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Nginx配置性能优化 cfyme nginx
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[JAVA图形图像]JAVA体系需要稳扎稳打,逐步推进图像图形处理技术 comsci java
对图形图像进行精确处理，需要大量的数学工具，即使是从底层硬件模拟层开始设计，也离不开大量的数学工具包，因为我认为，JAVA语言体系在图形图像处理模块上面的研发工作，需要从开发一些基础的，类似实时数学函数构造器和解析器的软件包入手，而不是急于利用第三方代码工具来实现一个不严格的图形图像处理软件...... &nb
MonkeyRunner的使用 dai_lm android MonkeyRunner
要使用MonkeyRunner，就要学习使用Python，哎先抄一段官方doc里的代码作用是启动一个程序（应该是启动程序默认的Activity），然后按MENU键，并截屏 # Imports the monkeyrunner modules used by this program from com.android.monkeyrunner import MonkeyRun
Hadoop-- 海量文件的分布式计算处理方案 datamachine mapreduce hadoop 分布式计算
csdn的一个关于hadoop的分布式处理方案，存档。原帖：http://blog.csdn.net/calvinxiu/article/details/1506112。 Hadoop 是Google MapReduce的一个Java实现。MapReduce是一种简化的分布式编程模式，让程序自动分布到一个由普通机器组成的超大集群上并发执行。就如同ja
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以資料庫驗證登入由於 Yii 內定的原始框架程式, 採用綁定在UserIdentity.php 的 demo 與 admin 帳號密碼: public function authenticate() { $users=array( &nbs
github做webhooks：[2]php版本自动触发更新 dcj3sjt126com github git webhooks
上次已经说过了如何在github控制面板做查看url的返回信息了。这次就到了直接贴钩子代码的时候了。工具/原料 git github 方法/步骤在github的setting里面的webhooks里把我们的url地址填进去。钩子更新的代码如下： error_reportin
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使用 Spring 表达式语言配置访问控制，要实现这一功能的直接方式是在<http>配置元素上添加 use-expressions 属性： <http auto-config="true" use-expressions="true"> 这样就会在投票器中自动增加一个投票器：org.springframework
Redis vs Memcache IXHONG redis
1. Redis中，并不是所有的数据都一直存储在内存中的，这是和Memcached相比一个最大的区别。 2. Redis不仅仅支持简单的k/v类型的数据，同时还提供list，set，hash等数据结构的存储。 3. Redis支持数据的备份，即master-slave模式的数据备份。 4. Redis支持数据的持久化，可以将内存中的数据保持在磁盘中，重启的时候可以再次加载进行使用。 Red
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大家都知道装饰器是一个很著名的设计模式，经常被用于AOP(面向切面编程)的场景，较为经典的有插入日志，性能测试，事务处理，Web权限校验， Cache等。原文链接：http://www.gbtags.com/gb/share/5563.htm Python语言本身提供了装饰器语法（@），典型的装饰器实现如下： @function_wrapper de
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JSP异常处理 wyzuomumu Web jsp
1.在可能发生异常的网页中通过指令将HTTP请求转发给另一个专门处理异常的网页中: <%@ page errorPage="errors.jsp"%> 2.在处理异常的网页中做如下声明： errors.jsp: <%@ page isErrorPage="true"%>，这样设置完后就可以在网页中直接访问exc

【计算机网络 - 第六章】链路层

一、概述

1、数据链路层提供的服务？

二、差错检测

1、奇偶校验

2、循环冗余校验CRC

三、多路访问链路和协议

1、概述

（1）多路访问协议

2、信道划分协议

① 频分多路复用FDM

② 时分多路复用TDM

③ 波分多路复用WDM

④ 码分多路复用CDM

3、ALOHA协议

（1）纯ALOHA协议（效率低）

（2）时隙ALOHA协议

4、载波监听多址接入/碰撞检测 CSMA/CD

（1）基本概念

（2）争用期（碰撞窗口）

（3）如何确定碰撞后的重传时机？

（4）最小帧长问题

（5）CSMA/CD协议——帧发送流程

（6）CSMA/CD协议——帧接收流程

（7）信道利用率

5、载波监听多址接入/碰撞避免 CSMA/CA

（1）帧间间隔IFS

（2）CSMA/CA工作原理

四、交换局域网

1、链路层地址——MAC地址

（1）单播MAC地址

（2）广播MAC地址

（3）多播MAC地址

2、地址解析协议——ARP协议

五、集线器与交换机

1、集线器

2、交换机

3、交换机与路由器比较

补充： 单工、半双工、全双工的区别

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