计算机网络(3):数据链路层-考研笔记

3.1 数据链路层功能概要

为网络层提供几种服务

• 无确认无连接
• 无确认有连接
• 有确认面向连接

功能

• 链路管理
• 帧定界
• 帧同步
• 透明传输
• 流量控制
• 差错控制

3.2 组帧

字符计数法

字符填充首位界定符

零比特填充

违规编码

3.3 差错控制

编码

• 检错编码
  • 奇偶校验码
  • 循环冗余码
• 纠错编码
  • 汉明码

3.4 流量控制和可靠传输机制

重传请求

• ARQ(Auto Repeat reQuest):自动重传请求

协议

• 单帧滑动窗口与停止等待协议
• 多帧滑动窗口与后退 N 帧协议（Go Back N,GBN）
• 多帧滑动窗口与选择重传协议（Selective Repeat,SR）

3.5 介质访问控制

主要任务

• 使信道为每个链路隔离出专门子层

复用方式

• 频分多路复用(Frequency-Division Multiplexing,FDM)
• 时分多路复用(Time-Division Multiplexing,TDM)
• 波分多路复用(Wavelength-Division Multiplexing, WDM)
• 码分多路复用(Code-Division Multiplexing,CDM)

随机介质访问控制

• 常用协议
  • ALOHA(Additive Link On-line HAwaii system)
    • 纯 ALOHA
    • 时隙 ALOHA
  • CMSA(Carrier-sense Multiple Access)
    • 1-坚持 CMSA
    • 非坚持 CMSA
    • p-坚持 CMSA
  • CMSA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)
    • 先听后发，边听边发
    • 最小帧长 = 总线传播时延 * 数据传输率 * 2
    • 二进制指数退避算法（王道 P95）
  • CMSA/CA(with Collision Avoidance)
    • 预约信道
    • ACK 帧
    • RTS/CTS（Request to Send / Clear to Send） 帧：可选的碰撞避免协议
  • 轮询访问介质访问控制

3.6 局域网

三种特殊的局域网拓扑实现

• 以太网
  • 逻辑结构为总线
• 令牌网
• FDDI

IEEE802定义

• 将链路层划分为两个子层
  • 逻辑链路控制子层 LLC
  • 媒体接入控制 MAC

以太网与 IEEE 802.3

• 以太网传输介质
  • 10BASE5
  • 10BASE2
  • 10BASE-T
  • 10BASE-FL
  • 100BASE-T
• 以太网的 MAC 帧
  • 数据最短 46 字节
• 高速以太网
  • 100BASE-T
  • 吉比特以太网
  • 10吉比特以太网

IEEE 802.11

• MAC 层协议： CSMA/CA
• 有接入点
  • 扩展的服务集(Extended Service Set, ESS)
    • 基本服务集(Basic Service Set)
      • 固定基础设施：接入点（Access Point, AP）
    • 主干分配系统(Distribution System, DS)
• 无固定设施
  • 自组织网络

令牌环网的原理

3.7 广域网

基本概念

• 占 OSI 中 物理层、链路层、网络层 三层
• 强调资源共享

常用协议

• PPP(Point to Point)
  • 面向字节
  • 基于 SLIP 发展
  • 组层
    • 链路控制协议（Link Control Protocol, LCP）
    • 网络控制协议（Network Control Protocol, NCP）
    • 将 IP 数据报封装到串行链路的方法
      • 受 MTU(Maximum Transfer Unit) 限制
  • 无差错接受
• HDLC(High-level Data Link Control)
  • 面向比特
  • 两种基本配置
    • 非平衡配置：一个主站控制整个链路
    • 平衡配置：链路两端两个站都是复合站
  • 检验：CRC
  • 站类型：主战、从站、复合站
  • 数据操作方式
    • 正常相应方式：非平衡结构，从站需收到主站的许可，才能传输信息
    • 异步平衡方式：平衡结构
    • 异步相应方式：非平衡结构，从站无论是否有许可，都可以传输信息
  • 可靠传输

3.8 数据链路层设备

网桥

• 透明网桥
  • 用生成树算法确保无环
• 原路由网桥
  • 选择最佳路由

局域网交换机

• 是多端口网桥
• 可以实现虚拟局域网（Virtual LAN, VLAN）以隔离冲突域和广播域
• 每个端口直接与主机相连
• 交换模式
  • 直通式交换机
  • 存储转发式交换机