王道计算机网络学习笔记(3)——数据链路层
前言
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三：数据链路层
3.1：数据链路层功能概述
结点：主机、路由器
链路：网络中两个结点之间的物理通道，链路的传输介质主要有双绞线、光纤、微波。分为有线链路和无线链路
数据链路：网络中两个结点之间的逻辑通道，把实现控制数据传输协议的硬件和软件加到链路上就构成数据链路
帧：链路层的协议数据单元，封装网络层数据报
3.2：封装成帧和透明传输（零比特填充和违规编码法比较常用）
封装成帧
帧同步：接收方应当能从接收到的二进制比特流中区分出帧的起始和终止
透明传输：指不管所传数据是怎么样的比特组合，都应当能够在链路上传送
即使是解雇小秘书的文件，小秘书也会正常发送，小秘书就当看不见
1：字符计数法
帧首部使用一个计数字段（第一个字节）来标明帧内字符数。如果有一个帧首部错了，后面的帧的长度都会受到影响。
2：字符填充法
为了防止错误找到EOT，在发送方添加一个转义字符，接收方再将这个转义字符给去掉。
3：零比特填充法
起始和停止都是01111110，在发送端扫描整个字符如果出现了连续的5个1就在后面添加一个0；在接收方先确定好起始和停止，如果发现了连续的5个1就将后面的那个0删除。
4：违规编码法
使用在编码过程中不会出现的情况作为起始和终止
3.3.1：差错控制（检错编码）
噪声的来源：
差错的分类：
物理层的编码和数据链路层编码之间的对比：
奇偶校验：
CRC冗余校验：
要传数据、生成多项式、冗余码
一个例子：
发送端
接收端
在数据链路层仅仅使用循环冗余校验CRC差错检测技术，只能做到对帧的无差错接收，接收端丢弃的帧最终还是因为有差错被丢弃。
“可靠传输”指数据链路层发送端发送什么，接收端就收到什么。CRC循环冗余校验能够实现无比特差错的传输，但这不是可靠传输。
3.4.1：流量控制和可靠传输机制
数据链路层和传输层流量控制对比
1：数据链路层的流量控制是点对点的，而传输层的流量控制是端到端的。
2：数据链路层流量控制手段：接收方收不下就不回复确认
3：传输层流量控制手段：接收端给发送端一个窗口公告
流量控制的方法
1：每发送完一个帧就停止发送，等待对方的确认，在收到确认之后再发送下一个帧。
2：滑动窗口协议
三种流量控制方式的窗口大小
3.4.2：停止—等待协议
无差错情况
有差错情况（数据帧丢失或检测到帧错误）
信道利用率：发送方在一个发送周期内，有效地发送数据所需要的时间占整个发送周期的比率
一个信道利用率的例题
3.4.3：后退N帧协议（GBN）
GBN发送方必须响应的三件事
1：上层的调用（网络层）
2：收到了一个ACK
GBN协议中，对n号帧的确认采用累计确认的方式，标明接收方已经收到n号帧和它之前的全部帧。
3：超时事件
GBN接收方要做的事
滑动窗口长度限制
协议总结
性能分析
3.4.4：选择重传协议（SR）
解决的主要问题就是在GBN的基础上只传出错的帧，之前对的帧不重传
SR发送方需响应的三件事
SR接收方要做的事
运行当中的SR
滑动窗口的长度
SR协议重点总结
3.5.1：信道划分介质访问控制
介质访问：采取一定的措施，使得两对节点之间的通信不会发生互相干扰的情况
介质访问控制的分类：
信道划分介质访问控制：将使用介质的每个设备与来自同一信道上的其它设备的通信隔离开，把时域和频域资源合理地分配给网络上的设备
多路复用技术：
1：频分多路复用FDM，频分复用的所有用户在同样的时间占有不同的带宽（频率带宽）资源
2：时分多路复用TDM，类似于时间片轮转
3：波分多路复用WDM
4：码分多路复用CDM
3.5.2：ALOHA协议
纯ALOHA协议（想法就发）
时隙ALOHA协议（控制想法就发的随意性）
主要思想：把时间分成若干个相同的时间片，所有用户在时间片开始时刻同步接入网络信道，若发生冲突则必须等到下一个时间片开始时刻才发送
3.5.3：CSMA协议
主要思想：发送帧之前，监听信道
1-坚持CSMA
非坚持CSMA
p-坚持CSMA
三种CSMA对比
3.5.4：CSMA-CD协议
传播时延对载波监听的影响（就是A端发送数据给B，但是电磁波在传输过程中会有时延，此时B认为A没有发数据给它，所以它也发数据到总线上，即会造成冲突）
知道自己和别人发生碰撞的时间区间（0， 2τ），超过2τ就不会发生碰撞了
最小帧长问题
3.5.5：CSMA-CA协议
工作原理
CSMA-CD和CSMA-CA两者对比
3.5.6：轮询访问介质访问控制
三种类型介质访问控制总结
轮询协议
令牌传递协议
3.6.1：局域网基本概念和体系结构
局域网的网络拓扑结构
局域网按照传输介质分类
局域网的介质访问控制
局域网的分类
IEEE 802标准
3.6.2：以太网
以太网提供无连接、不可靠的服务
无连接：发送方和接收方之间无“握手过程”
不可靠：不对发送双方的数据帧编号，接收方不向发送方进行确认，差错帧直接丢弃，差错纠错由高层负责
MAC地址：在局域网中，硬件地址又称物理地址（实际上是一个标识符）
以太网MAC帧
3.6.3：无线局域网
Wifi遵循的协议
无线局域网的分类
有固定基础设施无线局域网
无固定基础设施无线局域网的自组织网络
3.6.4：VLAN基本概念与基本原理
虚拟局域网VLAN（Virtual Local Area Network）是一种将局域网内的设备划分成与物理位置无关的逻辑组的技术。
基于接口的VLAN技术
3.7.1：链路层设备（网桥、交换机）
网桥根据MAC帧的目的地址对帧进行转发和过滤。当网桥收到一个帧时，并不向所有接口转发此帧，而是先检查此帧的目的MAC地址，然后确定该帧转发到哪个接口，或者是把它丢弃。
网段：一般指一个计算机网络中使用同一物理层设备（传输介质、中继器、集线器等）能够直接通讯的那一部分。
网桥优点：
1：隔绝冲突域，使得多个主机在同一时间可以相互通信，过滤通信量，增大吞吐率。
2：扩大了物理范围，提高了可靠性。
3：可互连不同物理层、不同MAC子层和不同速率的以太网。
透明网桥
源路由网桥
以太网交换机
以太网交换机的两种交换方式
冲突域和广播域
