（5.1.3）计算机网络之数据链路层

1-数据链路(即逻辑链路)与链路(即物理链路)有何区别? “电路接通了”与”数据链路接通了”的区别何在?

答：数据链路与链路的区别在于数据链路出链路外，还必须有一些必要的规程来控制数据的传输，因此，数据链路比链路多了实现通信规程所需要的硬件和软件。 “电路接通了”表示链路两端的结点交换机已经开机，物理连接已经能够传送比特流了，但是，数据传输并不可靠，在物理连接基础上，再建立数据链路连接，才是“数据链路接通了”，此后，由于数据链路连接具有检测、确认和重传功能，才使不太可靠的物理链路变成可靠的数据链路，进行可靠的数据传输当数据链路断开连接时，物理电路连接不一定跟着断开连接。

2-数据链路层的三个问题

• 封装成帧
  
  
  • 最大传输单元MTU
  • 帧定界：SOH[00000001]+EOT [00000100]
• 透明传输
  
• soh或者eot出现在数据文本中，需要转义符“esc”
• 差错检验
  
  • 比特差错：0变1,1变0
  • FCS帧检测序列和CRC冗余检测

3-FCS和CRC的计算方法。

• 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。
• 可以用 CRC 这种方法得出，但 CRC 并非用来获得 FCS 的唯一方法。

假设待传送的一组数据 M = 101001（现在 k = 6）。我们在 M 的后面再添加供差错检测用的 n 位冗余码一起发送。

解答：
现在 k = 6, M = 101001。
设 n = 3, 除数 P = 1101，
被除数是 2nM = 101001000
模 2 运算的结果是：商 Q = 110101，
余数 R = 001。
把余数 R 作为冗余码添加在数据 M 的后面发送出去。发送的数据是：2nM + R
即：101001001

• 接收端

接收端对收到的每一帧进行 CRC 检验 (1) 若得出的余数 R = 0，则判定这个帧没有差错，就接受(accept)。 (2) 若余数 R  0，则判定这个帧有差错，就丢弃

4-数据链路层CRC并不提供可靠传输

不保证可靠传输，只保证接受正确的帧，也就是比特正确，但是例如帧丢失、重复、失序都无法控制，可能出现传输差错

5-ppp协议：不可靠传输

满足的需求：
1. 简单
2. 封装成帧
3. 透明
4. 多种网络层协议
4. 差错检验
5. 检测连接状态

不提供功能：
1. 差错纠正
2. 流量控制：由网络层的tcp进行流量控制
3. 序号
4. 多点线路
5. 只支持全双工链路

6-ppp协议的组成

• 封装成帧
  
  • 帧格式
    
    其中PPP协议的帧界定字符由F-0x7E表示，A和C作为地址字段和控制字段，现在已经没有实际意义。首部的两个字节的协议字段指明数据中的协议类型，0x0021-IP数据报；0xC021-LCP数据；0x8021-NCP数据等。
  • 透明传输：字节填充：异步传输情况下，PPP采取字节填充
    信息部分每个0x7E字节转为两字节序列0x7D,0x7E
    信息部分每个0x7D字节转为两字节序列0x7D,0x7D（谢希仁教材里说是0x7D，0x5D，应该是笔误）
    信息部分如有ASCII控制字符（数值小于0x20的字符），则前面加上-x7D，同时还要改变字符编码，如0x03要改为0x7D，0x31
  • 透明传输：0比特填充：同步传输情况下，PPP采取零字节填
    充
    扫描信息部分，每发现5个连续1就在后面加一个0，这样信息部分就不会有6个连续1（0x7E用二进制就是01111110，连续6个1）。接收端同样扫描信息部分，发现5个连续1，就把紧接着的0删除
    
• 数据链路控制协议LCP
  
• 网络控制协议NCP

7-CSMA/CD，即载波监听多点接入/碰撞检测的缩写

-多点接入：说明这是个总线网络，许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上，协议的实质是“载波监听”和“碰撞监测”；
-载波监听：即“发送前先监听”，每个站在发送数据前要先检测一下总线上是否有其他站在发送数据，如果有，暂时不发送数据，等待信道空闲时再发送，总线上没有“载波”，这里只是一个习惯称呼；
-碰撞检测：即“边发送边监听”，适配器边发送数据边检测信道上的信号电压，以便判断自己在发送数据时其他站是否也在发送数据。

7-1以太网争用期：51.2us，帧间最小间隔：9.6us

CSMA/CD的要点为：
-1. 适配器从网络层获得一个分组，加上以太网的首部和尾部，组成以太网帧，放入适配器的缓存中，准备发送；
-2. 若适配器检测到信道空闲，即在发送间隙9.6微秒约96个比特时间内没有检测到信道上有信号，就发送这个帧；若检测到信道忙，则继续检测并等待信道转为空闲（加上96比特时间），然后发送这个帧；
-3. 在发送过程中继续检测信道，若一直未检测到碰撞，就顺利把这个帧成功发送完毕；若检测到碰撞，则中止数据发送，并发送人为干扰信号；
-4. 在中止发送后，适配器就执行指数退避算法，等待r被的512比特时间后，返回到步骤(2);

8-以太网将局域网的“链路层”拆分为”逻辑链路控制层LLC“和”媒体接控制层MAC”

8-1 Mac帧

9- 网卡适配器、转发器、网桥、交换机、路由器

答：

• 适配器（即网卡）来实现数据链路层和物理层这两层的协议的硬件和软件网络适配器工作在TCP/IP协议中的网络接口层
• 转发器工作在物理层，它仅简单地转发信号，没有过滤能力以太网。
• 集线器 没有存储转发功能 ，是物理层设备 ，
• 网桥工作在数据链路层，它根据 MAC 帧的目的地址对收到的帧进行转发。网桥具有过滤帧的功能。当网桥收到一个帧时，并不是向所有的接口转发此帧，而是先检查此帧的目的 MAC 地址，然后再确定将该帧转发到哪一个接口。
• 交换机则为链路层设备，可视为多端口网桥
• 路由器：连接不同IP 子网的设备，负责寻径和转发，工作在OSI 的网络层。
• 网关（gateway）：工作在应用层，不同子网间的翻译器，对收到的信息进行重新打包。

10-网桥工作原理