计算机网络期末总复习——第三章 数据链路层

一、数据链路层基本概念

链路是从一个结点到相邻结点的一段物理线路，数据链路则是在链路的基础上增加了一些必要的硬件（如网络适配器）和软件（如协议的实现）。
数据链路层是在物理层和网际层之间的协议，提供相邻结点的可靠数据传输
数据链路层协议数据单元：帧

二、数据链路层信道类型

1.点对点信道

使用一对一的点对点通信方式

2.广播信道

使用一对多的广播通信方式。
必须使用专用的共享信道协议来协调这些主机的数据发送。

三、数据链路层的三个基本问题

1.封装成帧

封装成帧 (framing)：在一段数据的前后分别添加首部和尾部，构成一个帧。
首部和尾部的一个重要作用就是进行帧定界（即确定帧的界限）

用控制字符作为帧定界符
控制字符 SOH (Start Of Header) 放在一帧的最前面，表示帧的首部开始。
控制字符 EOT (End Of Transmission) 放在一帧的末尾，表示帧的结束。

最大传送单元 MTU (Maximum Transfer Unit) ：规定了所能传送的帧的数据部分长度上限。

2.透明传输

透明传输是指不管所传数据是什么样的比特组合，都应当能够在链路上传输

如果数据中的某个字节的二进制代码恰好和 SOH 或 EOT 一样，数据链路层就会错误地“找到帧的边界”，导致错误。

“在数据链路层透明传送数据”表示：无论发送什么样的比特组合的数据，这些数据都能够按照原样没有差错地通过这个数据链路层。
用“字节填充”或“字符填充”法解决透明传输的问题

3. 差错检测

收到正确的帧就要向发送端发送确认，发送端在一定的期限内若没有收到对方的确认，就认为出现了差错，因而就进行重传，直到收到对方的确认为止
在传输过程中可能会产生比特差错：1-> 0， 0 ->1。

在一段时间内，传输错误的比特占所传输比特总数的比率称为误码率 BER (Bit Error Rate)。

①循环冗余检验 CRC (Cyclic Redundancy Check) 原理

在发送端，先把数据划分为组。假定每组 k 个比特。
CRC 运算在每组 M 后面再添加供差错检测用的 n 位冗余码，然后构成一个帧发送出去。一共发送 (k + n) 位。


这种为了进行检错而添加的冗余码常称为帧检验序列 FCS (Frame Check Sequence)。

循环冗余检验 CRC 和帧检验序列 FCS 并不等同。
CRC 是一种常用的检错方法，而 FCS 是添加在数据后面的冗余码。
FCS 可以用CRC 这种方法得出，但 CRC 并非用来获得 FCS 的唯一方法。

四、点对点协议 PPP

点对点通信是一对一通道，因此不会发生碰撞，因此比较简单，采用PPP协议；其中PPP协议就是用户计算机和ISP（互联网服务提供商）进行通信时使用的数据链路层的协议
PPP最初设计是为两个对等节点之间的IP流量传输提供一种封装协议

①ppp协议应该满足的需求

1，简单 ——首要要求。
2，封装成帧 —— 必须规定特殊的字符作为帧定界符。
3，透明性 —— 必须保证数据传输的透明性。
4，多种网络层协议 —— 能够在同一条物理链路上同时支持多种网络层协议。
5，多种类型链路 —— 能够在多种类型的链路上运行。
6，差错检测 —— 能够对接收端收到的帧进行检测，并立即丢弃有差错的帧。
7，检测连接状态 —— 能够及时自动检测出链路是否处于正常工作状态。
8，最大传送单元 —— 必须对每一种类型的点对点链路设置最大传送单元 MTU 的标准默认值，促进各种实现之间的互操作性。
9，网络层地址协商 —— 必须提供一种机制使通信的两个网络层实体能够通过协商知道或能够配置彼此的网络层地址。
10，数据压缩协商 —— 必须提供一种方法来协商使用数据压缩算法。

②ppp协议组成

三个组成部分：
一个将 IP 数据报封装到串行链路的方法。
一个链路控制协议 LCP (Link Control Protocol)。
一套网络控制协议 NCP (Network Control Protocol)。

③透明传输问题

当 PPP 用在异步传输时，使用字节填充法。
当 PPP 用在同步传输链路时，采用零比特填充法。

五、使用广播信道的数据链路层

1.局域网的数据链路层

局域网最主要的特点：
1.网络为一个单位所拥有；
2.地理范围和站点数目均有限。
局域网具有如下主要优点：
1.具有广播功能，从一个站点可很方便地访问全网。
2.便于系统的扩展和逐渐地演变，各设备的位置可灵活调整和改变。
3.提高了系统的可靠性、可用性和生存性。
共享通信媒体资源的方法：
静态划分信道（各种复用技术）
动态媒体接入控制，又称多点接入（随机接入、受控接入）
局域网数据链路层分为 2 个子层：
逻辑链路控制 LLC (Logical Link Control) 子层：与传输媒体无关。
媒体接入控制 MAC (Medium Access Control) 子层：与传输媒体有关。

计算机与外界局域网的通信要通过通信适配器（网络适配器），它又称为网络接口或网卡。计算机的硬件地址就在适配器的ROM中。

2.CSMA/CD 协议

最早的以太网：将许多计算机都连接到一根总线上。
总线特点：易于实现广播通信，简单，可靠。

总线缺点：多个站点同时发送时，会产生发送碰撞或冲突，导致发送失败。

CSDN/CD即载波侦听多路访问/冲突检测，是广播信道中采用一种随机访问技术的竞争型访问方法，具有多目标地址的特点，总线型网络传输数据==
四大特点（重要）
先听再发
边听边发
冲突停止
延迟后发

3.使用集线器的星形拓扑

4.以太网的 MAC 层

硬件地址又称为物理地址，或 MAC 地址。
IEEE 802 标准为局域网规定了一种 48 位的全球地址（简称为地址）是指局域网上的每一台计算机中固化在适配器的 ROM 中的地址。


常用的以太网 MAC 帧格式有 2 种标准：
1.DIX Ethernet V2 标准
2.IEEE 的 802.3 标准
最常用的 MAC 帧是以太网 V2 的格式。

六、扩展以太网

1.在物理层扩展以太网

使用集线器扩展

2.在数据链路层扩展以太网

更为常用。早期使用网桥，现在使用以太网交换机。



以太网交换机的每个接口都是一个碰撞域
与集线器相比，优点：每个用户独享带宽，增加了总容量

3.虚拟局域网

虚拟局域网其实只是局域网给用户提供的一种服务，并不是一种新型局域网
虚拟局域网（VLAN）技术具有以下主要优点：
改善了性能，简化了管理，降低了成本，改善了安全性
划分局域网的方法
1.基于交换机端口
2.基于计算机网卡的 MAC 地址
3.基于协议类型
4.基于 IP 子网地址
5.基于高层应用或服务

广播域（broadcast domain）：指这样一部分网络，其中任何一台设备发出的广播通信都能被该部分网络中的所有其他设备所接收。一个以太网是一个广播域，交换机的所有端口都在一个广播域，广播域在一个或多个网段内发生
冲突域
交换机的每一个端口都是一个冲突域，冲突域只能发生在一个网段