数据链路层

数据链路层

1.链路层的功能

1.基本概念

1.结点：主机、路由器

2.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、光纤和微波。分为有限链路和无线链路

3.数据链路：网络中两个结点的逻辑通道，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了数据链路。

4.帧：链路层的协议数据单元，封装网络层的数据报

注意：数据链路层负责通过一条链路从一个结点向另一个物理链路直接相连的相邻结点传送数据报

2.功能

数据链路层在物理层提供的服务的基础上向上向网络层提供服务，其基本的服务是将源自网络层来的数据可靠的传输到相邻结点的目标机网络层。

主要作用是：加强物理层传输原始比特流的功能，将物理层提供的可能出错的物理连接改造为逻辑上无差错的数据链路，使之对网络层表现为一条无差错的链路。

功能1：为网络层提供服务。无确认无连接服务，有确认无连接服务，有确认面向连接

功能2：链路管理，即连接的建立、维持、释放（面向有连接的服务）

功能3：组帧

功能4：流量控制

功能5：差错控制（帧错/位错)

2.封装成帧和透明传输

1.封装成帧

封装成帧：就是在一段数据的前后部分添加首部和尾部，这样就构成了一个帧。接收端在收到物理层上交的比特流的比特流后，就能根据首部和尾部的标记，从收到的比特流中识别帧的开始和结束。

首部和尾部包含许多控制信息，他们的一个重要作用是帧定界（确定帧的边界）

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。

组帧的四种方法：1.字符计数法 2.字符（节）填充法 3.零比特填充法 4.违规编码法

3.字符计数法

帧首部使用一个计数字段（第一个字节，八位）来标明帧内的字符数

缺点：如果计数字段发生错误，则会导致数据传输错误

4.字符填充法

1.使用特定的字符来定界一帧的开始与结束；如SOH控制字符放在帧的最前面表示帧的开始，EOT放在帧的尾部表示帧的结束。

2.为了避免信息位部分出现特殊的字符不被误判为帧的首部和尾部，可在特殊字符前面填充一个转义字符ESC来区分；这样就可以实现透明传输，接收方碰到ESC之后，就知道后面跟着的是数据信息，不是控制信息。

3.注意：

1）当传送的帧是由文本文件组成时（文本文件的字符都是从键盘输入的，都是ASCII码）。不管从键盘上输入什么字符都可以放在帧里面传过去，即可实现透明传输。

2）当传送的帧是由非ASCII码的文本文件组成时（二进制代码程序或图像等）。就要采用字符填充法实现透明传输。

4.字符填充法数据传输过程：

5.零比特填充法

1.在发送端，扫描整个信息字段，只要连续5个1，就立即填入1个0

2.在接收端，找到标志字段确定边界，再用硬件对比特流进行扫描。发现连续5个1时，就把后面的0删除

3.保证了透明传输：在传送的比特流中可以传送任意比特组合，而不会引起对帧边界的判断错误

4.数据加工与解析过程：

6.违规编码法

1.在物理层进行比特编码时，通常采用违规编码法。如曼彻斯特编码方法将1编成“高-低”电平对，0编成“低-高”电平对。而“高-高”和“低-低”电平对在比特数据中是违规的（即没有采用）。可以借助这些违规编码来定界帧的起始和终止。

2.违规编码不需要采用任何的填充技术，便能实现数据传输的透明性，但它只适用于采用冗余编码的特殊编码环境

由于字节计数法中计数字段的脆弱性和字符填充法实现上的复杂性与不兼容性，目前采用较多的组帧方法是比特填充法和违规编码法

3.差错控制

1.相关问题

1.差错从何而来

传输中的差错都是由于噪声引起的。

全局性：

由于线路本身电气特性所产生的的随机噪声（热噪声），是信道固有的，随机存在的。

解决办法：提高信噪比来减少或避免干扰（对传感器下手）

局部性：

外界特定的短暂原因造成的冲击噪声，是产生差错的主要原因。

解决办法：通常采用编码技术来解决,差错控制

2.差错分类

位错（比特错）：比特位出错，1变成0，0变成1

帧错：

1）丢失

2）重复

3）失序

3.链路层为网络层提供的服务

1）无确认无连接服务：通信质量好，有限传输链路

2）有确认无连接服务：通信质量差，无线传输链路

3）有确认有连接服务：通信质量差，无线传输链路

4.为什么需要差错控制

在链路层，每个结点的差错控制可及时发现错误，并做相应的处理。

5.差错控制主要关注比特错（位错）

1）控制方法分为：

检错编码：奇偶校验码、循环冗余码CRC

纠错编码：海明码

2）什么是冗余编码

在数据发送之前，先按照某种关系附加上一定的冗余位，构成一个符合某一规则的码字后再发送。

当要发送的有效数据发生变化时，相应的冗余位也随之变化，使码字遵从不变的规则。接收端根据收到码字是否符合原则，从而判断是否出错

6.注意

数据链路层和物理层的数据编码与调制不同。

物理层编码：针对的是单个比特，解决传输过程中比特的同步（对于连续的数字脉冲信号，接收方如何区分每一位信息，即同步问题，需要通过编码解决）等问题，如曼彻斯特编码。

数据链路层：针对的是一组比特，它通过冗余码的技术实现一组二进制比特串在传输过程中是否出现了差错

2.检错编码

1.奇偶校验码

n-1位信息元+1位校验元

1）奇校验码：n位比特信息（包括1位校验元，n-1位信息元），1的个数位奇数

2）偶校验码：n位比特信息（包括1位校验元，n-1位信息元），1的个数位偶数

特点：只能检查个奇数个比特错误，检错能力是50%

2.CRC循环冗余码

又称多项式编码
1）发送端处理过程：

2）接收端处理过程：

3）注意

接近于1的概率认为，凡是接收端数据链路层接收到的帧均无差错（错误已近被丢弃了）

可靠传输：数据链路层发送端发送什么，接收端接收什么

链路层使用CRC校验，能够实现误无比特差错的传输，但这不是可靠传输

3.纠错编码-海明码

1.海明码：发现双比特错，纠正单比特错。牵一发而动全身

2.工作流程：确定校验码的位数r、确定校验码和数据的位置、求出校验码的值、检错并纠错

3.确定校验码的位数r

海明不等式：2^r >= k + r + 1(r为冗余信息位，k位信息位)
海明码的位数 = r + k

3.确定校验码和数据的位置

4.求出校验码的值

通过以上步骤可以得出：101101的海明码为：0010011101
5.检错并纠错

4.流量控制&可靠传输机制

1.链路层的流量控制

1.较高的发送速度和较低的接收能力的不匹配，会造成传输出错，因此流量控制也是数据链路层的一项重要工作。

2.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

3.数据链路层的流量控制手段：接收方收不下就不回复确认。

4.传输层流量控制手段：接收端给发送端一个窗口公告。

2.流量控制的方法

1.停止等待协议

每发送一个帧就停止发送，等待对方的确认，在收到确认后再发送下一个帧。特殊的滑动窗口协议

2.滑动窗口协议

1）后退N帧协议GBN

2）选择重传协议SR
注意：在链路层，滑动窗口的大小在发送过程中是固定不变的

3.对比

3.可靠传输

1.可靠传输：发送端发送什么，接收端接收什么（要解决位错、乱序、帧丢失、重复等问题）

2.可靠传输、流量控制、华东窗口三者的关系

流量控制：控制发送速率，使得接收方有足够的缓冲空间接收每一个帧

滑动窗口：实现流量控制（收不下就不收）和可靠传输（丢帧，发送发自动重传）

5.停止等待协议

1.注意

1.早期通信链路质量不是很好的情况下，需要链路层担负起可靠传输的职责，但是随着科学技术的发展，通信链路的通信质量越来越高，所以为了进一步提高数据传输的效率（提高速度，减少延时），取消了链路层可靠传输的职责，将停等协议、滑动窗口等机制放在了传输层，保证可靠传输的职责放在传输层，链路层只需要差错控制即可。

2.在学习本章时，不必纠结该协议在那一层，只需要关注协议实现的原理，处理的数据（在链路层处理的是数据帧，在传输层处理的是分组）

2.相关问题

1.为什么有停等协议

1）除了比特出错，还会发生丢包问题（物理线路故障、设备故障、病毒攻击、路由信息错误等）

2）实现流量控制

2.研究停等协议的前提

1）虽然现在常用全双工通信，但为了方便讨论问题，通过半双工研究问题

2）停等协议就是每发送一个分组就停止发送，等待对方确认，在收到确认后再发送下一个分组

3.应用场景

1）无差错情况

2）有差错情况



4.性能分析

信道利用率太低

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

信道利用率= （L/C)/T

L：T内发送L比特数据

C：发送方数据传输率

T：发送周期 = RTT + L/C L/C为发送时延

信道吞吐率 = 信道利用率*发送方的发送速率

6.GBN后退N帧协议

1.出现原因及需要解决的问题

1）解决停等协议的弊端

2）必须增加序号的范围

3）发送方需要缓存多个分组

2.实现

发送窗口：发送方维持一组连续的允许发送的帧的序号。

接收窗口：接收方维持一组连续的允许接收帧的序号。

3.GBN发送方必须响应的三件事

1）上层要发送数据时，发送方要先检查发送窗口是否已满，如果未满，则产生一个帧并将其发送；如果窗口已满，发送方只需要将数据返回给上层，暗示上层窗口已满。上层等一会儿再发送。

2）收到一个ACK

GBN协议中，对n号帧的确认采用累积确认的方式，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

协议的名字为后退N帧/回退N帧协议，来源于如果出现丢包和时延过时发送方的行为。就像在停等协议中一样，定时器将再次用于恢复数据帧或确认帧的丢失。如果出现超时，发送方重传所有已发送但未被确认的帧。

4.GBN接收方要做的事

如果正确收到n号帧，并且按序，那么接收方为n帧发送一个ACK，并将该帧中的数据部分交付给上层。

其余情况都丢弃帧，并为最近按序接收的帧重新发送ACK。接收方无需缓存任何失序帧，只需要维护一个信息，即下一个按序接收的帧序号，如果帧丢了，则这个信息一直停在此帧序号处，直到重传。

5.运行时例子

6.滑动窗口长度

若采用n个比特对帧编号，那么发送窗口的尺寸W应该满足：1<= W <= 2^(n - 1)。因为窗口尺寸过大，就会使得接收方无法区别新帧和旧帧。

例子：若n = 2， 则有0、1、2、3、0、1、2、3；所以窗口大小上限是3；如果窗口大小为5，则在所有帧都丢失的情况下，重传过去的0、1、2、3、0无法确认是新帧还是旧帧

7.GBN协议总结总结：

1）累积确认

2）接收方只按序接收帧，不按序无情丢弃

3）确认序号最大的、按序到达的帧

4）发送窗口大小最大为2^n - 1

8.性能分析

1.因连续发送数据帧提高了信道利用率
2.在丢包重传时，必须把原来已经正确传送的数据帧重传，使传送效率降低；需要批量重传

7.选择重传协议SR

1.解决GBN弊端

1.只重传出错的帧；设置单个确认，同时加大接收窗口，设置接收缓存，缓存乱序到达的帧。

2.SR协议的滑动窗口

3.SR发送方必须响应的三件事

1.上层调用

从上层收到数据后，SR发送方检查下一个可用于该帧的序号，如果序号位于发送窗口内，则发送数据帧；否则就像GBN一样，要么将数据缓存，要么返回给上层之后再传输。

2.收到了一个ACk

1）如果收到ACK，假如该帧序号在窗口内，则SR发送方将那个被确认的帧标记为已接收。
2）如果该帧序号是窗口的下界（最左边第一个窗口对应的序号），则该窗口向前移动到具有最小序号的未确认帧处。如果窗口移动了并且有序号在窗口内的未发送帧，则发送这些帧。

3.超时事件

每个帧都有自己的计时器，一个超时事件发生后，只重传一个帧

4.SR接收方要做的事

1.来者不拒（窗口内的帧）；

2.SR接收方将确认一个正确接收的帧而不管其是否按序。

3.失序的帧将被缓存，并返回给发送发一个该帧的确认帧（收谁确认谁），直到所有帧（即序号更小的帧）皆被收到为止，这时才可以将一批帧按序交付给上层，然后向前移动滑动窗口。

4.如果收到了窗口序号外（小于窗口下界）的帧，就返回一个ACK。其他情况，就忽略该帧。

5.运行中的SR

6.滑动窗口的长度

1.发送窗口最好等于接收窗口（大了会溢出，小了没意义）

2.W接收方= W发送方 <= 2^(n - 1);

3.如果窗口过大，接收方每接收一个帧，窗口向后移动一位，并返回一个确认ACK，如果ACK中途丢失，则发送方迟迟收不到0序号确认消息，超时会重传，如果接收窗口过大，则此时窗口内的帧序号恰恰指向新的0序号，则此时会出现问题，无法确认是旧帧还是新帧，出现二义性的问题。

8.介质访问控制

1.传输数据使用的两种链路

1.点对点链路

两个相邻结点通过一个链路相连，没有第三者

应用：PPP协议，常用于广域网

2.广播式链路

所有主机共享通信介质

应用：早期总线以太网、无线局域网、常用于局域网

典型的拓扑结构：总线型、星型（逻辑总线型）

2.介质访问控制

1.为什么要介质访问控制

采取一定的措施，使得两对节点之间的通信不会发生相互干扰的情况

2.分类

1）静态划分信道

信道划分介质访问控制：

频分多路复用FDM、时分多路复用TDM、波分多路复用WDM、码分多路复用CDM

2）动态划分信道

轮询访问介质访问控制：令牌传递协议

随机访问介质访问控制：

ALOHA协议、CSMA协议、CSMA/CD协议、CSMA/CA协议

3.信道划分介质访问控制(静态)

1.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他设备的通信隔离开，把时域和频域资源合理分配给网络上的设备。

2.多路复用技术

把多个信号组合在一条物理信道上进行传输，使得多个计算机或终端设备共享信道资源，提高信道利用率

3.频分多路复用技术FDM

1）用户分配到一定的频带后，在通信过程中自始至终都占用这个频带。

2）频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽（频带带宽、单位HZ）资源。

3）充分利用传输介质带宽、系统效率较高；技术成熟，实现容易

注意：类似于”并行“

4.时分多路复用技术TDM

1）将时间划分为一段段等长的时分复用帧（TDM帧）。

2）每一个时分复用的用户在每一个TDM帧中占有固定序号的时隙，所有用户轮流占用信道。

3）TDM帧是在物理层传送的比特流所划分的帧，标志一个周期。

注意：类似于“并发”；

存在的问题：每一个用户需要等待的时间比较久，及时其他用户没有传输数据，还是需要等，所以导致信道的利用率比较低

5.改进的时分复用--统计时分复用STDM

1）解决上面存在的问题，发送数据不是连续发送，发送频率比较低，发一会儿，歇一会儿，所以导致信道利用率低

2）解决方式是：将低速用户的数据先通过集中器集中起来，然后长度达到一个STDM帧后，通过信道一次性发送出去

6.波分多路复用WDM

实质是光的频分多路复用，在一根光纤中传输多种不同波长（频率）的光信号，由于波长（频率）不同，所以各路光信号互不干扰，最后再利用波长分解复用器将各路波长分解出来。

7.码分多路复用CDM

1）码分多址（CDMA）是码分复用的一种方式。

2）1个比特时间分为多个码片/芯片，即将比特时间再划分为m个短的时间槽，m通常取64或128

3）每一个站点被指定一个唯一的m位芯片序列（此序列是直接给出的，此处为方便讨论 m = 8，如00011011）；站点发送1时，发送它的码片序列（00011011），发送0时，发送发送该码片的序列的反码（11100100）；值得注意的是，实际在发送过程中，0被写作-1，1被写作+1;

4）当两个或多个站点同时发送时，各路数据在信道中线性相加。为从信道中分离出各路信号，要求每个站点的码片序列相互正交。

5）简单理解，A站向C站发出的信号用一个向量表示，B站向C站发出的信号用另一个向量表示，两个向量要求相互正交。向量中的分量，就是所谓的码片。

6）例子：

设A的码片序列 S = {00011011}

​ A向C 发送1 s = {-1 -1 -1 +1 +1 -1 +1 +1}

设B的码片序列 T = {00101110}

​ B向C 发送0 -t = {+1 +1 -1 +1 -1 -1 -1 +1}

当两个向量到达公共信道，则进行叠加 (s - t) = {0 0 -2 2 0 -2 0 2}将该数据在信道上进行传输

到达C站后，需要进行数据分离

因为每个站点的码片序列相互正交，所以做内积可得 st = 0 ss = 1

到达C站分离出A的数据是：s(s - t) = 1 所以来自A的数据是1

到达C站分离出B的数据是：t(s - t) = -1 所以来自B的数据是0

4.动态划分信道

静态划分信道，实质是在通信前预选划分好信道，保证通信过程不会出现冲突。

动态划分信道又称为动态媒体接入控制/多点接入；特点是信道并非在用户通信时固定分配给用户，所有的用户可以随机发送信息，发送信息时占全部带宽

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随机访问介质访问控制： ALOCHA、CSMA、CSMA/CD、CSMA/CA

轮询访问介质控制： 令牌传递协议

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1.ALOHA协议

1）纯ALOHA协议

不监听信道，不按时间槽发送，随机重发，想发就发

冲突如何检测：

如果发生冲突，接收方检测到差错，不予确认，发送方在一定时间内收不到确认就判断冲突发生

冲突如何解决：

等待一个随机时间再重新发送

缺点：吞吐量比较低

2）时隙ALOHA协议

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再发送。

3）注意：

纯ALOHA协议比时隙ALOCHA吞吐量更低，效率更低

充ALOCHA想发就发，时隙ALOCHA只有在时间片段开始才能发

2.CSMA协议

先听再说，发送信息前，先监听信道

1）cs:载波侦听/监听，每一个站在发送数据之前要检测一下总线上是否有其他计算机正在发送数据。（多个计算机同时发送数据时，总线上的信号电压摆动值会增大，即相互叠加，当超过门限时，即可认为多个计算机正在同时发送数据）

2）MA：多点接入，表示多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。

3）协议思想：发送帧前，监听信道

4）监听结果：

信道空闲：发送完帧

信道忙：推迟发送

5）1-坚持CSMA：

​ 如果信道空闲，直接传输，不必等待。忙则一直监听，直到空闲马上传输。如果有冲突，则等待一个随机长的时间再监听，重复上述过程

​ 优点：如果空闲，马上发送，利用率高，但如果多个发送，冲突率会比较大

6）非坚持CSMA

​ 如果空闲，直接传输，信道忙，则等待一个随机事件之后再进行监听

​ 优点：采用随机重发的延迟时间可以减少冲突发生的可能性。

​ 缺点：可能存在大家都在延迟等待的过程中，使得媒体人可能处于空闲状态，媒体使用率低。

7）p-坚持CSMA

​ 空闲，则以p概率直接传输，不必等待；概率1-p等待下一个时间槽在传输。（p是认为可以设置的值）忙则等待一个随机时间之后再进行监听

​ 优点：1-坚持CSMA的优点 + 非坚持CSMA的优点

​ 缺点：发生冲突后还是坚持把数据帧发送完，造成了浪费

3.CSMA/CD协议

先听再说，边听边说；载波监听多点接入/碰撞检测

1）cs:载波侦听/监听，每一个站在发送数据之前和发送数据时要检测一下总线上是否有其他计算机正在发送数据。（多个计算机同时发送数据时，总线上的信号电压摆动值会增大，即相互叠加，当超过门限时，即可认为多个计算机正在同时发送数据）

2）MA：多点接入，表示多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。总线型网络

3）CD：碰撞检测，”边发送，边监听“适配器边发送数据边检测信道上的电压变化情况，以便判断自己在发送数据时，其他站是否也在发送数据。半双工网络

4）为什么监听后还会发生冲突？

因为电磁波在总线上总是以有限的速率传播，某个时刻B发送站检测到信道空闲时，信道不一定是空闲的。

A发送站发送的数据未到达B，因此B检测不到，误认为空闲，也发送数据后，过一段时间A的数据到达B时会检测到冲突

5）传播时延对于载波监听的影响

Q：最迟多久才能直到自己发送的数据没和别人碰撞？

A：最多是两倍的总线端到端的传播时延 2*t；t是单程端到端传播时延。只要超过2t，就可以认为，没有发生冲突。

6）如何确定碰撞后的重传时机？

不能发生碰撞后立马重发，否则一直恶性循环，一直冲突

解决方法：截断二进制指数规避算法

7）最小帧长

需要检测到冲突后立马停止发送，保证CSMA/CD协议可以边听边发

问题引入：

规定最小帧长：

4.CSMA/CA协议

载波监听多点接入/碰撞避免

1）为什么要有CSMA/CA？

无线局域网中，无法进行检测（无法使用CSMA/CD）；隐蔽站，当A和C检测不到信号，同时给B发送数据帧时，就会导致冲突。

2）工作原理（解决隐蔽站问题）

发送数据前，先检测信道是否空闲；

空闲则发出RTS（request to send），RTS宝库发射端的地址、接收端的地址、下一份数据将持续发送的时间等信息；忙则等待

接收端收到RTS，将响应CTS；

至此，建立了一条空闲信道，避免的冲突

接收端收到数据帧后，将用CRC来检验数据是否正确，正确则响应ACK。

发送方收到ACK后，进行下一个数据帧的发送，若没有则一直重传直到规定的重发次数上限为止（二进制指数规避算法）

3）流程

预约信道-》ACK帧-》RTS/CTS

5.轮询访问介质访问控制-动态划分信道

轮流协议/轮转访问MAC协议/轮询访问MAC协议

优点：即不产生冲突，又在发送时占全部带宽

1.轮询协议

主节点轮流”邀请“从属节点发送数据

存在问题：

1）轮询开销

2）等待延迟

3）单点故障（主节点宕机）

2.令牌传递协议

应用于令牌环网（逻辑上是环型，物理上是星型结构）

令牌：一种特殊格式的MAC控制帧，不含任何信息；控制信道的使用，确保同一时刻只有一个节点独占信道。令牌环网无碰撞

每个节点都可以在一定时间内（令牌持有时间）获得发送数据的权利，并不是无限制的持有令牌。

问题：

1）令牌开销

2）等待延迟

3）单点故障

采用令牌传递方式的网络常用于负载较重、通信量较大的网络中。

注意：只有随机访问介质访问控制才会发生冲突

9.局域网

1.局域网基本概念和体系结构

1.局域网：简称LAN，某一区域内由多台计算机组成的计算机组，使用广播信道

2.特点：

1）范围小；

2）使用专门的传输介质，数据传输率高；

3）通信延迟时间短，误码率低，可靠；

4）共享传输信道；

5）分布式控制和广播式通信；

3.决定局域网的主要要素为：网络拓扑、传输介质、介质访问控制

4.网络拓扑

1）星型拓扑：通信最多两步，便于控制管理，可靠性低，共享能力差，单点故障；

2）总线型拓扑：可靠、响应速度快、共享资源能力强、设备投入少、成本低、无单点故障；

3）环型拓扑：单点故障，传输效率低；

4）树型拓扑：易于拓展，易于故障隔离，有单点故障

5.局域网传输介质

1）有线局域网

双绞线、同轴电缆、光纤

2）无线局域网

电磁波

6.局域网介质访问控制

1）CSMA/CD

用于总线型局域网，也用于树型网络

2）令牌总线

常用于总线型局域网，也用于树型网络；把各个工作站在逻辑上抽象为一个环，只有令牌的持有者才能发送信息

3）令牌环

常用于环形局域网，如令牌环网

7.局域网的分类

1）以太网（IEEE802.3标准）

2）令牌环网（IEEE803.5标准）

3）FDDI网

4）ATM网

5）无线局域网（wifi是无线局域网的一种应用，IEEE802.11标准）

2.MAC子层和LLC子层

3.以太网

1.概述

Ethernet，使用CSMA/CD技术

2.特点：

1）造价低

2）是应用最广范的局域网技术

3）比临牌环网、ATM网便宜，简单

4）满足网络速率的要求 10Mb/s~10Gb/s

3.以太网提供的无连接、不可靠的服务；只实现无差错接收，不实现可靠传输

4.以太网传输介质和拓扑接收的发展

粗通州电缆-》细同轴电缆-》双绞线+集线器

物理拓扑：星型型

逻辑拓扑：总线型

5.10BASE-T以太网

是传送基带信号的双绞线以太网，T表示采用双绞线，现在10BASE-T采用的是无屏蔽双绞线（UTP），传输速率是10Mb/s；

物理拓扑：星型型

逻辑拓扑：总线型

采用曼彻斯特编码

采用CSMA/CD介质访问控制

6.适配器与MAC地址

适配器：计算机与外界有局域网的连接是通过通信适配器的

在局域网中，硬件地址又称为物理地址，或者MAC地址；全球唯一的48位二进制，常用6个16进制数表示。

7.以太网MAC帧

8.高速以太网

速率>=100Mb/s的以太网称为高速以太网

1）100BASE-T以太网

2）吉比特以太网

3）10吉比特

4.IEEE802.11 无线局域网

1.802.11的MAC帧头格式

接收端和发送端是指基站的mac地址

基站又称AP

发送信息是先发送给A基站，A基站发送到另一个B基站，B基站再讲信息发送给实际的目的地址

10.广域网

1.概念

1.广域网（WAN），通常跨接很大的物理范围，所覆盖的范围从几十公里到几千公里，它能连接多个城市或国家，或横跨几个州并能提供远距离通信，形成国际性的远程网络

2.广域网的通信子网主要使用分组交换技术。实现多个局域网或者计算机系统的互连，达到资源共享的目的。

3.注意：

交换机只能在单个的网络中转发分组

路由器可以在多个网络中转发分组

2.PPP协议

1.特点

点对点协议，是目前使用最广泛的链路层协议，用户使用拨号电话接入因特网时一般都使用PPP协议

只支持全双工链路

2.PPP协议应满足的要求

1）简单，只需要差错控制，不需要可靠

2）封装成帧

3）透明传输

与帧定界符一样比特组合的数据应该如何处理：异步线路使用字节填充（按字节发送），同步线路使用比特填充（按比特发送）

4）多种网络层协议

5）多种类型链路

6）差错控制

7）检测连接状态

8）最大传送单元 MTU

10）网络层地址协商

11）数据压缩协商

3.PPP无需满足的要求

1）纠错

2）流量控制

3）序号

4）不支持多点线路（只需要实现点对点即可）

4.PPP协议的三个组成部分

1）一个将IP数据报封装到串行链路（同步串行/异步串行）的方法

2）链路控制协议LCP：建立并维护数据链路连接，身份验证

3）网络控制协议NCP：为网络层协议建立和配置逻辑连接

5.如何工作？

6.PPP协议帧格式

以字节为单位

3.HDLC协议

1.高级数据链路控制，是在一个同步网上传输数据、面向比特的数据链路层协议。

2.数据报文科透明传输，用于实现透明传输的”0比特插入法“易于硬件实现

3.采用全双工通信

4.所有帧采用CRC检验，对信息帧进行顺序编号，可防止漏收或重收，传输可靠性高

5.HDLC的站

1）主站

2）从站

3）复合站

6.HDLC帧格式

7.帧的类型

信息帧、监督帧、无编号帧

4.PPP和HDLC对比

11.链路层设备

1.物理层扩展以太网

1.为什么扩展

主机和集线器之间的距离如果超过100m，则会导致失真，无法恢复

2.物理层次扩充

1）采用光纤使得距离较远的两台主机之间可以进行通信

2）将距离在一定范围内的主机通过一个集线器连接，构成一个冲突域，再通过主干集线器将多个冲突域连接起来，也可以实现较远距离主机之间的通信

注意：第二种方式的冲突率高，传送效率低

2.链路层扩展以太网

1.网桥&交换机

1）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，然后再确定将该帧转发到哪个一个接口，或者将其丢弃。

2）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

2.优点

1）过滤通信量，增大吞吐量

2）扩大了物理范围

3）提高了可靠性

4）可以互连不同物理层、不同MAC子层和不同速率的以太网

3.网桥分类-透明网桥

1）定义：指以太网上的站点并不知道所发送的帧将经过哪几个网桥，是一种即插即用设备---自学习构建转发表，转发表会在一段时间里清除，重新自学习构建

3.多接口网桥-以太网交换机

1.直通式交换机

查完目的地址就立刻转发

延迟小、可靠性低，无法支持具有不同速率的端口的交换

2.存储转发交换机

将帧放入高速缓存，并检查是否正确，正确则转发，错误则丢弃

延迟大，可靠，支持具有不同速率的端口的交换

4.冲突域和广播域

如下图

判断广播域：有n个路由器就由n + 1个广播域，一个交换机就由一个广播域

冲突域：交换机的每个接口连接一个冲突域，一个集线器构成一个冲突域

交换机如下图所示：

路由器的例子如下图所示