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计算机网络(三)数据链路层

极客笔记 Geekerstar 12个月前 (04-01) 496次浏览 已收录 0个评论 扫描二维码
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信道分类

1. 点对点信道:一对一通信方式;
2. 广播信道:一对多通信方式。

三个基本问题

1. 封装成帧

网络层传下来的分组添加首部和尾部,用于标记帧的开始和结束。

 

2. 透明传输

透明表示一个实际存在的事物看起来好像不存在一样。

帧使用首部和尾部进行定界,如果帧的数据部分含有和首部尾部相同的内容,那么帧的开始和结束位置就会被错误的判定。需要在数据部分出现首部尾部相同的内容前面插入转义字符,如果出现转义字符,那么就在转义字符前面再加个转义字符,在接收端进行处理之后可以还原出原始数据。这个过程透明传输的内容是转义字符,用户察觉不到转义字符的存在。

 

3. 差错检测

目前数据链路层广泛使用了循环冗余检验(CRC)来检查比特差错。

局域网

局域网是典型的一种广播信道,主要特点是网络为一个单位所拥有,且地理范围和站点数目均有限。

可以按照网络拓扑对局域网进行分类:

PPP 协议

用于点对点信道中。互联网用户通常需要连接到某个 ISP 之后才能接入到互联网,PPP 协议是用户计算机和 ISP 进行通信时所使用的数据链路层协议。

在 PPP 的帧中:

– F 字段为帧的定界符
– A 和 C 字段暂时没有意义
– FCS 字段是使用 CRC 的检验序列
– 信息部分的长度不超过 1500

CSMA/CD 协议*

用于广播信道中。在广播信道上,同一时间只能允许一台计算机发送数据。

CSMA/CD 表示载波监听多点接入 / 碰撞检测。

  •  多点接入 :说明这是总线型网络,许多计算机以多点的方式连接到总线上。
  •  载波监听 :每个站都必须不停地监听信道。在发送前,如果监听到信道正在使用,就必须等待。
  • 碰撞检测 :在发送中,如果监听到信道已有其它站正在发送数据,就表示发生了碰撞。虽然每一个站在发送数据之前都已经监听到信道为空闲,但是由于电磁波的传播时延的存在,还是有可能会发生碰撞。

记端到端的传播时延为 τ,最先发送的站点最多经过 2τ 就可以知道是否发生了碰撞,称 2τ 为 **争用期** 。只有经过争用期之后还没有检测到碰撞,才能肯定这次发送不会发生碰撞。

当发生碰撞时,站点要停止发送,等待一段时间再发送。这个时间采用 **截断二进制指数退避算法** 来确定,从离散的整数集合 {0, 1, .., (2k-1)} 中随机取出一个数,记作 r,然后取 r 倍的争用期作为重传等待时间。

扩展局域网*

1. 在物理层进行扩展

使用集线器进行扩展。

集线器的主要功能是对接收到的信号进行放大,以扩大网络的传输距离。

集线器不能根据 MAC 地址进行转发,而是以广播的方式发送数据帧。

集线器是一种共享式的传输设备,意味着同一时刻只能传输一组数据帧。

2. 在链路层进行扩展

最开始使用的是网桥,它收到一个帧时,根据帧的 MAC 地址,查找网桥中的地址表,确定帧转发的接口。

网桥不是共享式设备,因此性能比集线器这种共享式设备更高。

交换机的问世很快就淘汰了网桥,它实质上是一个多接口网桥,而网桥是两接口。交换机的每个接口都能直接与一个主机或者另一个交换机相连,并且一般都工作在全双工方式。

交换机具有自学习能力,学习的是交换表的内容。交换表中存储着 MAC 地址到接口的映射。下图中,交换机有 4 个接口,主机 A 向主机 B 发送数据帧时,交换机把主机 A 到接口 1 的映射写入交换表中。为了发送数据帧到 B,先查交换表,此时没有主机 B 的表项,那么主机 A 就发送广播帧,主机 C 和主机 D 会丢弃该帧。主机 B 收下之后,查找交换表得到主机 A 映射的接口为 1,就发送数据帧到接口 1,同时交换机添加主机 B 到接口 3 的映射。

3. 虚拟局域网

虚拟局域网可以建立与物理位置无关的逻辑组,只有在同一个虚拟局域网中的成员才会收到链路层广播信息,例如下图中 (A1, A2, A3, A4) 属于一个虚拟局域网,A1 发送的广播会被 A2、A3、A4 收到,而其它站点收不到。

MAC 层*

MAC 地址是 6 字节(48 位)的地址,用于唯一标识网络适配器(网卡),一台主机拥有多少个适配器就有多少个 MAC 地址,例如笔记本电脑普遍存在无线网络适配器和有线网络适配器。

在 MAC 帧中:

类型 :标记上层使用的协议;
数据 :长度在 46-1500 之间,如果太小则需要填充;
FCS :帧检验序列,使用的是 CRC 检验方法;
前同步码 :只是为了计算 FCS 临时加入的,计算结束之后会丢弃。


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