《计算机网络》Chapter3-数据链路层
A级：
数据链路层的功能：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
为网络层提供服务
无确认的无连接服务：适用于实时通信或误码率低的通信信道。如以太网
有确认的无连接服务：适用于误码率高的通信信道，如无线通信
有确认的面向连接服务：适用于通信要求较高的场合
链路管理
帧定界：确定帧的界限
帧同步：接收方能从接收到的二进制比特流中区分出帧的起始与终止
透明传输：不管传什么数据都要能够传输
流量控制
差错控制
ARQ（自动重传请求）方法：发送方将要发送的数据帧附加一定的CRC冗余检错码一并发送，接收方根据检错码对数据帧进行错误检测，发现错误丢弃，发送方超时重传该数据帧
数据链路层的SAP：
MAC地址
MAC地址的长度为
48位(6个字节)，通常表示为12个16进制数
数据链路层设备：
网桥：
处理数据的对象是帧
介质访问控制（MAC子层）
数据链路层的一个子层
目的：使信道上结点间的通信不会互相干扰
三种实现方式：
信道划分
随机访问
轮询
信道划分方式：
FDM：一种将
多路基带信号调制到不同频率载波上再进行
叠加形成一个复合信号的多路复用技术
TDM：时分复用。 将提供给整个信道传输信息的
时间划分成若干时间片(简称时隙)，并
将这些时隙分配给每一个信号源使用
WDM：
波分复用。将两种或多种不同波长的光载波信号（携带各种信息）在发送端经复用器(亦称合波器，Multiplexer)汇合在一起，并耦合到光线路的同一根光纤中进行传输的技术
CDM：
例子：可理解为A站一辆装绿豆和B站一辆装黄豆的车，经过信道时物品装在一起。然后到了目的地再分离
CDMA码分多址：用两个向量表示上述思想，同时向量要求相互正交
随机访问：所有的用户能根据自己的意愿随机发送信息
核心思想：争用
随机访问介质访问控制协议又称争用型协议
ALOHA：
不检测直接发送，
没收到确认再发
时隙ALOHA：时间上同步，划分若干个时隙，只能在时隙开始时发送
CSMA（载波侦听多路访问）：
核心思想：
先听，空闲就发送
分类：
1-坚持CSMA：坚持侦听，信道空闲立刻发送
非坚持CSMA：忙就放弃侦听，一会再听，信道空闲立刻发送
p-坚持CSMA：如果空闲，以概率p发送数据，1-p推迟到下一个时隙
CSMA/CD（载波侦听多路访问/碰撞检测）：
CSMA的改进，适用于
总线型网络或者半双工环境。不太可能
全双工通信
应用于
有线连接的局域网
先听后发，边听边发（区别于CSMA协议），
冲突停发，随机重发（二进制退避算法）
二进制指数退避算法等待一段时间
争用期（冲突窗口或碰撞窗口）：2*单程传播时延
最小帧长：以太网规定64B，太短了无法判断是否会冲突，发出此帧的时候，前期发送的侦听帧还没回来
二进制退避算法：最多重传16次
CSMA/CA（载波侦听多路访问/碰撞避免）：
广播告诉其他结点，让其他结点在某段时间不要发送数据
为什么要有这个协议：
无线介质实现碰撞检测硬件花费过大；
“隐蔽站”
适用于
无线局域网
二进制退避算法
实现方法：
预约信道：我要用多久
ACK：收到了给我个回复
RTS/CTS帧：“隐蔽站”
PPP协议：拨号或专线
建立点对点连接
串行线路通信的
面向字节的协议
三个组成部分：
链路控制协议LCP：建立、配置、测试和
管理数据链路
网络控制协议NCP：为网络层协议建立和
配置逻辑连接
一个
将IP数据报封装到串行链路的方法
工作原理：为了建立点对点链路上的通信连接，发送端PPP首先发送
LCP帧，以
配置和测试数据链路。
在LCP建立好数据链路并协调好所选设备之后，发送端PPP发送
NCP帧，以
选择和配置一个或多个网络层协议。
当所选的网络层协议配置好后，便可以将各网络层协议的数据包发送到数据链路上。配置好后的链路一直保持通信状态，直到LCP帧或NCP帧明确提示关闭链路，或者有其它的外部事件发生。
PPP协议注意点：
不提供纠错功能，只保证无差错接收
仅支持
点对点
只支持全双工
两端
可以运行不同的网络层协议
面向字节
HDLC
（高级数据链路控制协议） 一组用于在
网络结点间传送数据的协议
面向比特
全双工通信，较高的数据链路传输效率
所有帧使用
CRC检验，顺序编号，
可靠传输
传输控制与处理功能分离，较大灵活性
基本配置：
平衡配置：一个主站控制整个链路
非平衡配置：两个站都是复合站，平等地发起数据传输
站：主站，从站，复合站
数据操作方式
正常响应方式：非平衡。主站向从站传输数据
异步平衡方式：平衡。
异步响应方式：非平衡。从站未收到主站允许也可以传输
HDLC与PPP的比较：
面向比特VS
面向字节
PPP不使用序号和确认机制，
只保证无差错接收。
HDLC使用了编号和确认机制，可提供
可靠传输
网桥：连接以太网，工作在
链路层的
MAC子层
处理对象是
帧，工作在
数据链路层
可以隔离碰撞域
透明网桥：生成树算法，生成的不是最佳路由
源路由网桥：选择的是最佳路由
局域网交换机：本质上是
多端口网桥
特点：每个端口都直接与单台主机相连，能够同时连通许多对端口
两种交换模式：
直通式
存储转发式：检验数据是否正确
网桥和交换机的共同点：
按MAC地址转发
隔离冲突域，不能隔离广播域
***STP生成树协议（Spanning Tree Protocol）：
主要作用是防止网桥网络中的冗余链路形成环路工作
该协议可应用于在网络中建立树形拓扑，消除网络中的环路。STP的基本原理是，通过在交换机之间传递一种特殊的协议报文，网桥协议数据单（Bridge Protocol Data Unit，简称BPDU），来确定网络的拓扑结构
生成树协议运行生成树算法(STA).生成树算法很复杂，但是其过程可以归纳为以下3个步骤：
（1）
选择根网桥
（2）
选择根端口
（3）
选择指定端口：被指定为某个网段转发流量的交换机端口
不足：拓扑收敛慢，不能提供负载均衡的功能
端口的状态：阻塞，学习，监听，转发，禁止
B级：
单帧滑动窗口与停止-等待协议
多帧活动窗口与GBN（后退N帧）协议
对n帧的确认表示，1~n帧均正确收到
接收窗口为1
发送窗口1≤W≤2^n-1
多帧活动窗口与选择重传协议
NAK帧：要求发送方对指定的帧重传
发送窗口+接收窗口≤2^n（一般而言发送窗口=接收窗口=2^（n-1））
轮询访问介质控制：令牌传递协议
主要用在令牌环局域网中
用户不能随机发送信息，而是通过一个集中控制的监控站。以循环方式轮询每个结点，再决定信道的分配
令牌在各结点间以固定次序交换
传输介质的物理拓扑不必是一个环，令牌在设备间的传递通路逻辑上必须是一个环
非常适合负载很高的广播通道：同一时刻发送数据概率很大的信道
局域网（LAN）
拓扑结构
星型
环形
总线型
星型和总线型结合的复合结构
主流传输介质：双绞线，铜缆，光纤
介质访问控制方法：
总线型CSMA/CD，令牌总线
环形局域网：令牌环
拓扑实现：
逻辑拓扑是总线型，物理拓扑是星型
令牌环：逻辑拓扑是环形，物理拓扑是星型
局域网参考模型只有数据链路层和物理层
数据链路层：
LLC逻辑控制子层：向网络层提供无确认的无连接服务，有确认的无连接服务，有确认的面向连接服务
MAC介质访问子层：组帧，差错控制，透明传输
C级：
组帧
字符计数法
字符填充的首位定界法
比特填充的首位标志法
违规编码法
检错编码
奇偶校验码
CRC
纠错编码
IEEE 802.3与以太网
IEEE 802.3是一种基带总线形的局域网标准
通常
把802.3局域网简称为
以太网
以太网逻辑上采用总线型拓扑结构
以太网提供的是不可靠服务
IEEE802.11
无线局域网的一系列协议标准，MAC层采用CSMA/CA
无线局域网中，即使发生了碰撞，也要将帧发送完毕
广域网的一个重要问题是路由选择和分组转发