《计算机网络》学习总结----第三章-数据链路层

基本概念和基本问题

链路link：一条无源的点到点的物理线路段。
数据链路data link ：除物理线路外，还有通信协议来控制这些数据的传输。若把实现这些协议的硬件和软件加到链路上，构成了数据链路。
数据链路层传送的是帧。其像个数字管道，管道内传输的数据单位是帧。

三个基本问题：
1.封装成帧framing：
在一段数据前后添加帧头帧尾，构成一个帧。
2.透明传输：
接收端收到开始与结束才算完整，半截的全会抛弃。

数据部分也会可能存在帧尾相同字符，会被接收端误认为为帧尾，完成一个帧接收，其他作为无效抛弃。因此，提出转义字符。
在数据部分出现控制字符“SOH”“EOT”数据，在其前面插入一个转义字符“ESC”。
字节填充(byte stuffing)或字符填充(character stuffing)——接收端的数据链路层在将数据送往网络层之前删除插入的转义字符。
3.差错控制：
传输过程可能产生比特差错：1可能变为0，0变为1。
传输错误的比特占所传输比特总数比率称为误码率。BER：Bite Error Rate
误码率与信噪比有很大关系。为保证数据传输可靠性，在计算机网络传输数据，必须采用各种差错检测措施。
循环冗余检验CRC余数作为冗余码(算术)加在数据后面发送。余数称为帧检验序列FCS；并不是百分百可靠。除数越大，出错概率越小。
只能做到无差错接受。”无差错接受”是指：“凡是接受的帧（即不包括丢弃的帧），我们都能以非常接近于 1 的概率认为这些帧在传输过程中没有产生差错”。

两种情况

1.点对点信道：一对一的点对点通信方式
PPP协议：拨号上网。
应满足的要求：简单(首要)、封装成帧、透明性、多种网络层协议、多种类型链路、差错检测、检测连接状态、最大传送单元、网络层地址协商、数据压缩协商。
三个组成部分：
一个将 IP 数据报封装到串行链路的方法。
链路控制协议 LCP (Link Control Protocol)。建立并维护数据链路连接
网络控制协议 NCP (Network Control Protocol)。允许点到点连接上使用多种网络层协议。
链路层通了网络层才能通！！！
PPP协议帧格式：

如何解决透明传输？
若传输的是字节：
将信息部分出现的0x7E字节转变为2字节序列（0x7D，0x5E）；
若信息部分出现0x7D字节，将其转变为2字节序列（0x7D，0x5D）；
若信息部分出现其他ASCII控制字符，则在字符前加入0x7D字节。
若传输的是比特流：（同步传输使用）
零比特填充法（5个连1之后填入0再发送，在接收端将0比特删除）
PPP协议不使用序号和确认机制。
PPP协议的工作状态：

2.广播信道：一对多的广播通信方式
局域网的拓扑：星形网，环形网，树形网，总线网，
局域***点：网络为一个单位拥有，地理范围和站点数目均有限。
局域网的主要优点：具有广播功能；可靠性、可用性、生存性、扩展性。
静态划分信道不适合现在网络使用。，动态划分信道，随机接入（以太网）常用，适用。、受控接入（不常用）

载波监听多点接入/碰撞检测~使用CSMA/CD协议
“多点接入”表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。
“载波监听”是指每一个站在发送数据前检测总线是否有其他计算机发送数据，若有，暂时不发送，以免发送碰撞。其原理是用电子技术检测总数上有没有其他计算机发送的数据信号，检测信道上信号电压大小。
重要特性：CSMA/CD协议的以太网不能进行全双工通信，只能进行半双工通信。
争用期：2τ；以太网端到端往返时延。或称为碰撞窗口。
最短有效帧长：64字节(10MB/S以太网)。
二进制指数类型退避算法：发生碰撞的站的停止发送数据后，推迟一个随机时间才能再发送数据。

以太网

以太网的两个标准：DIX Ethernet V2 IEEE 802.3
以太网与数据链路层的两个子层：逻辑链路控制LLC子层（作用不大，基本没了），媒体接入控制MAC子层
以太网提供的服务是不可靠的交付，即尽最大努力的交付。(有差错的数据帧就丢弃。出现错误就进行重传，但视为新帧传输。)
10Base-T 10兆以太网，里程碑

信道利用率：发送数据时间比发送数据占用信道时间。理想情况下，信道利用率最大值Smax（发送数据占用信道时间=发送数据+τ）

a->0；利用率越高，碰撞概率越小。

MAC层的硬件地址：又称为物理地址。
“发往本站的帧”包括：单播帧unicast、广播帧broadcast、多播帧multicast。
MAC帧格式：以太网用的曼彻斯特编码，不需要结束码控制。

扩展以太网：
在物理层扩展，多用设备实现数量扩展、距离扩展。
在数据链路层扩展：网桥设备，隔绝冲突域，提高效率。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。
网桥优点：过滤通信量，降低冲突，扩大了物理范围，提高了可靠性。
缺点：存储转发功能，增加延迟，速率降低。只适合用户数不多和通信量不大的局域网。
目前使用最多的网桥是透明网桥。属于即插即用设备。透明表明，局域网站点并不知数据传输经过了几个网桥。
透明网桥为避免产生转发的帧在网络中不断转圈子，采用生成树算法，树形结构无环。即任何两个站之间只有一条路径。

网桥口足够多时就是交换机。
交换机：安全，单独通信，抓包不可能，并且单独直接通信，端口带宽独享，速率高。全双工方式。

虚拟局域网：
LAN---局域网和VLAN---虚拟局域网
一个VLAN=一个广播域=逻辑网段(子网)：分段，灵活性，安全性。每一个 VLAN 的帧都有一个明确的标识符，表明属于哪个VLAN。
实现同一个交换机下，分多个VLAN，隔绝共享通信。可以实现多PC在跨交换机情况下依然在一个VLAN下。

在交换机上保证安全，可将MAC地址和交换机端口绑定。