计算机网络第三章——数据链路层
数据链路层的基本功能：成帧(帧同步)、差错控制、流量控制、链路控制、MAC寻址、区分数据和控制信息、透明传输
点对点信道的数据链路层的协议数据单位——帧
数据链路层的三个基本问题（原因、解决⽅法） 封装成帧：封装成帧就是在⼀段数据前后分别添加⾸部和尾部。接收端以便从收到的⽐特流中辨认帧的开始与结束，帧定界是分组交换的肯定要求 。 帧的数据部门长度上限——最大传送单元MTU maximum transfer unit 透明传输：透明传输避免消息符号与帧定界符号相混淆。（透明：某⼀个实际存在的事物看起来却好像不存在） 当发送数据出现帧定界符 SOH 或 EOT ，则在 SOH 、 EOT 前插⼊⼀个转义字符 “ESC” （ 0x1B ），当数据出现转义字符同样在“ESC” 前添加⼀个 ESC 。当接收端收到连续的两个转义字符时，就删除其中前⾯的⼀个。 零比特传输法：每5个连续1前加0 https://i-blog.csdnimg.cn/direct/180314dd50a448c3b1ffd5e34835629d.png https://i-blog.csdnimg.cn/direct/8225c9c39a9643819e790ecad9707188.png 差错检测：差错检测防⽌差错的⽆效数据帧，浪费⽹络资源。 使⽤循环冗余检测CRC • 差错检测技术 CRC ：被除数、除数、二进制模 2 除法、判断是否出现差错（如习题3-7/3-8 ）；可靠传输 循环冗余码CRC：
1.除数：生成多项式取各项系数，或直接给01代码。除数由发送方和接收方约定。
2.源数据串后加上生成多项式的最高次幂个数的0得到中心数据串。中心数据串除以（按位异或）除数，得到的 余数与中心数据串之和。就是目标数据串。
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/7cec82bc17cd47c5a177ac88e21b3ab7.png https://i-blog.csdnimg.cn/direct/10be4d1e279040838508c6ff23f8868b.png – 同步传输：必须建立准确的时钟信号，各信号码元之间的相对位置都是固定的。 – 异步传输：在每一个字符的开始和结束的地方加上标志，即加上起始码和停止码。 1. 异步传输⾯向字符的传输，传输单位为字符（ 8bit ）。同步传输时⾯向⽐特的传输，传输单位是帧（⼤⼩不固定）。 2. 异步传输通过字符的开始码和停⽌码抓住再同步的时机，⽽同步传输则是从前同步码中抽取同步信息。 3. 异步传输每个字符中要多传递 2 ⽐特信息，总传输负责量增加不少，传输服从⽐同步传输服从低。异步传输对于那些数据传输量的⾼速设备⽽⾔，增加了不少传输率。因此，得当⽤于传输量较⼩的低速设备。 数据链路层使⽤的两种信道及对应协议 点对点信道：使⽤⼀对⼀的点对点通讯⽅式，使⽤点对点协议 PPP 。 ⼴播信道：使⽤⼀对多的⼴播通讯释放，使⽤专⽤的共享信道协议 CSMA/CD 协议。 【点对点链路和链路层交换机的交换式局域网在有线领域取代了共享式局域网，但由于无线广播天性，无限局域网仍采用共享媒体技术】 使用广播信道的数据链路层
共享信道：协调多个发送和接收站点对一个共享媒体的占用，即前言接入控制MAC(medium access control）
①静态划分信道 (频分、时分、波分、码分多址）
CDMA（Code Division Multiplex Access）是码分多址的英文缩写词。 CDMA的每个用户可以在雷同的时间使用雷同的频带举行通讯 TDMA（Time Division Multiplex Access）是时分多址的英文缩写词。时分复用的所有效户在不同的时间占用同样的频带 FDMA（Frequency Division Multiplex Access）是频分多址的英文缩写词。频分复用的所有效户同时占用不同的频带资源并行通讯 ②动态媒体接入（多点接入）：分为随机接入【以太网】和受控接入。
以太网采用：
CSMA/CD载波监听多点接入/碰撞检测--总线局域网（无线用CSMA/CA）
CSMA属于争用型的媒体接入控制协议，毗连在同一媒体上的多个站点使用该协议以竞争方式发送数据帧，可能出现冲突（也称为碰撞）。
1.想发送信息的接点首先“监听”信道，看是否有信号在传输。如果信道空闲，就立即发送。
2.如果信道忙，则继续监听，直到信道空闲。
3.发送信息的站点在发送过程中同时监听信道，检测是否有冲突发生。
4.当发送数据的节点检测到冲突后，就立即停止该次数据传输，并向信道发送长度为4字节的“干扰”信号，以确保 其他节点也发现该冲突，等待一段随即时间，再尝试重新发送。
多址（点）接入MA:总线型，链接在一条总线。
载波监听CS：边发送边监听【先听后说】
碰撞检测CD：边听边说
载波监听检测到总线空闲，但总线并不愿定空闲。
使用CSMA/CD协议的共享总线以太网上的各站点，只是只管避免碰撞并在出现碰撞时做出退避后重发的处理，但不能完全避免碰撞。
在使用CSMA/CD协议时，由于正在发送帧的站点必须“ 边发送帧边检测碰撞”，因此站点不可能同时举行发送和接收，也就是不可能举行全双工通讯，而只能举行半双工通讯（双向交替通讯)。
什么是争用期？
共享总线以太网的端到端往返时间2τ被称为争用期（Contention Period）或碰撞窗口（Collision Window）
（当帧发生碰撞后会向其发送站点返回碰撞信号，设该帧发送时间为t，则检测到碰撞信号的时间为2t）站点从发送帧开始，颠末争用期2τ这段时间还没有检测到碰撞，就可以肯定这次发送不会产生碰撞。
从争用期的概念可以看出，共享总线以太网上的每一个站点从发送帧开始，到之后的一小段时间内，都有可能遭遇碰撞，而这一小段时间的长短是不确定的，它取决于另一个发送帧的站点与本站点的间隔，但不会超过总线的端到端往返传播时延，即一个争用期2τ 。
很显然，总线的长度越长（单程端到端传播时延越大），网络中站点数目越多，发生碰撞的概率就越大。因此，共享以太网的总线长度不能太长，接入的站点数目也不能太多。
10Mb/s共享总线以太网（传统以太网）规定：争用期2τ 的值为512比特的发送时间，即51.2μs 。
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以太网规定最短有效帧长 （64Byte/512bit）；最长帧1518B
最小帧长=争用期x数据传播速率。
当某个站点在发送帧时，如果帧的前64B没有遭遇碰撞，那么帧的后续部门也就不会遭遇碰撞。也就是说，如果遭遇碰撞，就肯定是在帧的前64B之内。由于发送帧的站点边发送帧边检测碰撞，一旦检测到碰撞就立即中断帧的发送，此时已发送的数据量肯定小于64B。因此，接收站点收到长度小于64B的帧，就可判断这是一个遭遇了碰撞而异常中断的无效帧，将其抛弃即可。
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求最短帧长（如习题3-20）
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退避算法：
退避算法是在在单个信道的基于竞争的介质的一种访问控制（MAC）协议。在使用CSMA/CD协议的共享总线以太网中，正在发送帧的站点一边发送帧一边检测碰撞，当检测到碰撞时就立即停止发送，退避一段随机时间后再重新发送。
基本退避时间为争用期2t
截断二进制退避算法：等待r个争用期。r是来自的随机值，k是“重传次数”和10两个值中较小的。基本退避时间(2t)x随机数r.重传次数小于10时，重传次数=k，大于10 重传次数=10，大于16 抛弃该帧。
以太网的扩展：
从物理层上扩展：
集线器：集线器的重要功能是对接收到的信号举行再生整形放大转发，以扩大网络的传输间隔，同时把所有 节点集中在以它为中心的节点上。
优点：
使原来属于不同碰撞域的以太网上的计算机可以或许举行跨碰撞域的通讯
扩大了以太网覆盖的地理范围
缺点：
碰撞域增大了，但总的吞吐量并未进步
如果不同的碰撞域使用不同的数据率，那么就不能用集线器将它们互连起来
从数据链路层上扩展：
网桥工作在数据链路层，它根据 MAC 帧的目标所在对收到的帧举行转发
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，而是先查抄此帧的目 的 MAC所在，然后再确定将该帧转发到哪一个接口
优点：
过滤通讯量，扩大了物理范围，进步了可靠性
可互连不同物理层、不同 MAC 子层和不同速率（如10 Mb/s 和 100 Mb/s 以太网）的局域网
缺点：
存储转发增加了时延，在MAC 子层并没有流量控制功能，具有不同 MAC 子层的网段桥接在 一起时时延更大
网桥只得当于用户数不太多(不超过几百个)和通讯量不太大的局域网，否则有时还会因传播过多 的广播信息而产生网络拥塞。这就是所谓的广播风暴
以太网交换机实质上就是一个多接口的网桥，交换机工作在数据链路层
以太网交换机的每个接口都直接与主机相连，并且一般都工作在全双工方式，(集线器是半双工)交换 机能同时连通很多对的接口，使每一对相互通讯的主机都能像独占通讯媒体那样，举行无碰撞地传输 数据，以太网交换机由于使用了专用的交换结构芯片，通过硬件来转发就比靠软件转发的网桥速率快得多。
依赖于转发表。
【广播风暴：生成树协议STP】
【路由器隔离广播域 交换机隔离冲突域】
VLAN:把一个较大的局域网分割成一些较小的局域网，而每一个局域网是一个较小的广播域。
在以太网数据帧中加入4个字节的VLAN标签（又称VLAN Tag，简称Tag），用以标识VLAN信息。交换机收到以太网帧后打标签，成为802.1Q帧，转发，去标签 网桥工作在数据链路层，它根据MAC帧的目标所在对收到的帧举行转发。读取目标所在信息,并决定是否向网络的其他段转发交发
网桥具有过滤桢的功能。当网桥收到1个帧时，并不是向所有的接口转发此帧，而是先查抄此帧的目标MAC所在，然后再确定将该桢转发到哪一个接口 集线器工作在物理层，它仅简朴地转发信号,没有过滤能力 以太网交换机:链路层设备，可视为多端网桥
路由器:路由是指通过互联网络把信息从源所在移动到目标所在的活动,路由器是毗连多个网络或网段的网络设备,在OSI模型的网络层上实现互连,比网桥具有更强的互联功能。
• 高速以太网（快速以太网100Mbit/s、吉比特以太网）
吉比特以太网允许全双工（CSMA/CD）和半双工 光纤通道FC 载波延伸 分组突发 第一个短帧采用载波延伸填充，随后一些则可一个接一个发送，只需留有须要的帧间最小间隔，这样就形成了一串分组突发
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