【计算机网络】第三章 数据链路层（点对点协议 媒体介入控制）

3.5 点对点协议PPP

点对点协议是目前使用最广泛的点对点数据链路层协议。
PPP协议为在点对点链路传输各种协议数据提供了一个标准方法，主要由如下三个部分过程：

• 对各种协议数据报的封装方法（封装成桢）。
• 链路控制协议 LCP 用于建立、配置以及测试数据链路的连接。
• 一套网络控制协议 NCPs 其中的每一个协议支持不同的网络层协议。

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PPP（Point-to-Point Protocol）是一种点对点协议，通常用于在计算机之间建立串行连接，例如通过调制解调器或序列接口进行互联。以下是有关PPP的一些关键信息：

描述：PPP是一种数据链路层协议，用于在两个节点之间传输数据。它提供了可靠的、面向字节的传输，并支持多种网络层协议，如TCP/IP、IPX/SPX等。

功能：PPP提供了三个主要功能：

建立和终止连接：PPP允许设备之间动态地建立和释放连接。
数据链路协议（LCP）：LCP负责协商并管理连接的配置和参数。
网络控制协议（NCP）：NCP用于配置和管理上层网络协议，如IP地址分配、压缩和加密配置等。

特点：

支持双向通信：PPP提供全双工通信能力，使得节点之间可以同时发送和接收数据。
提供错误检测和纠正：PPP使用CRC（循环冗余校验）校验和来检测和纠正传输中的错误。
支持身份验证：PPP支持对连接的身份进行认证，以确保安全性。
可扩展性：PPP支持通过不同的NCP协议来适应不同的网络层协议。
应用场景：PPP常用于建立拨号上网连接、远程访问局域网和构建虚拟专用网络（VPN）等场景。

3.6 媒体接入控制

3.6.1 媒体接入控制的基本概念

共享信道要着重考虑的一个问题就是如何协调多个发送和接收站点对一个共享传输媒体的占用，即：媒体接入控制 MAC。

随着技术的发展，交换技术的成熟和成本的降低，具有更高性能的使用点对点链路和链路层交换机的交换式局域网在有线领域已完全取代了共享式局域网，但由于无线信道的广播天性，无线局域网任然使用的是共享媒体技术。

3.6.2 媒体接入控制——静态划分信道

信道复用：复用是通信技术中的一个主要概念。复用就是通过一条物理线路同时传输多路用户的信号。
当网络中传输媒体的传输容量大于多条单一信道传输的总通信量时，可利用复用技术在一条物理线路上建立多条通信信道来充分利用传输媒体的带宽。
常见的信道复用技术：频分复用FDM，时分复用TDM，波分复用WDM，码分复用CDM。
码分复用CDM 是另一种共享信道的方法。实际上，由于该技术主要用于多址接入，人们更常用的名词是多址CDMA.
与 频分复用和时分复用不同，码分复用的每一个用户可以在同样的时间使用同样的频带进行通信。
由于各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此各用户之间不会造成干扰。
CDM 最初你是用于军事通信的，因为这种系统所发送的新号有很强的抗干扰能力，其频谱类似于白噪声，不易被敌人发现。
随着技术的进步，CDMA设备的价格和体积都大幅度下降，因为现在预广泛用于民用的移动通信中。
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3.6.3 随机接入——CSMA/CD协议

CSMA/CD协议：载波监听多址接入/碰撞检测 协议
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：每一个站在发送桢之前先要检测一下总线上是否有其他站点在发送桢（先听后说）。

• 若检测到总线空闲 96 比特时间，则发送这个桢。
• 若检测到总线忙，则继续检测并等待总线转为空闲 96 比特时间，然后发送这个桢。

碰撞检测CD：每个正在发送桢的站边发送边检测碰撞（边说边听）

• 一旦发现总线上出现碰撞，则立即停止发送，退避一段随机时间后再次发送（一旦冲突立即停说，等待时机重新再说）

3.6.4 随机接入——CSMA/CA协议

CSMA/CA（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）是一种随机接入协议，常用于无线局域网（WLAN）中，以协调多个设备在共享媒介上进行传输。下面是关于CSMA/CA协议的一些要点：

描述：CSMA/CA协议通过“侦听”共享信道上的活动来避免碰撞。它将发送前的随机等待时间引入到数据传输过程中，以降低碰撞的概率，提高传输成功的概率。

基本原理：

侦听（Carrier Sense）：设备在发送数据之前会先检测信道是否处于忙碌状态。如果信道被其他设备占用，则等待信道空闲。
随机等待时间（Random Wait）：当信道空闲时，设备会引入一个随机的等待时间，以防止多个设备同时开始发送数据而导致碰撞。
数据传输与确认（Collision Avoidance）：设备发送数据后，接收方会返回确认消息。如果发生碰撞，发送方会根据退避算法重新选择一个等待时间后再次尝试发送。
优点：

碰撞避免：由于引入了随机等待时间，CSMA/CA减少了碰撞的发生概率，有助于提高传输效率。
公平性：CSMA/CA允许多个设备按照一定规则共享信道，避免某些设备垄断带宽资源。
缺点：

延迟：由于引入了等待时间，CSMA/CA会引入一定的传输延迟，尤其在信道较为拥塞时延迟可能更大。