王道计算机网络学习笔记(3)——数据链路层

news2024/9/20 10:44:45

前言

文章中的内容来自B站王道考研计算机网络课程,想要完整学习的可以到B站官方看完整版。

三:数据链路层

3.1:数据链路层功能概述

结点:主机、路由器

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、微波。分为有线链路和无线链路

数据链路:网络中两个结点之间的逻辑通道,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数据链路

帧:链路层的协议数据单元,封装网络层数据报

3.2:封装成帧和透明传输(零比特填充和违规编码法比较常用)

 封装成帧

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

透明传输:指不管所传数据是怎么样的比特组合,都应当能够在链路上传送

即使是解雇小秘书的文件,小秘书也会正常发送,小秘书就当看不见

1:字符计数法

帧首部使用一个计数字段(第一个字节)来标明帧内字符数。如果有一个帧首部错了,后面的帧的长度都会受到影响。

2:字符填充法

 

 为了防止错误找到EOT,在发送方添加一个转义字符,接收方再将这个转义字符给去掉。

 

3:零比特填充法

起始和停止都是01111110,在发送端扫描整个字符如果出现了连续的5个1就在后面添加一个0;在接收方先确定好起始和停止,如果发现了连续的5个1就将后面的那个0删除。

4:违规编码法

使用在编码过程中不会出现的情况作为起始和终止

3.3.1:差错控制(检错编码)

噪声的来源:

差错的分类:

物理层的编码和数据链路层编码之间的对比:

奇偶校验: 

CRC冗余校验:

要传数据、生成多项式、冗余码

一个例子:

发送端

 接收端

在数据链路层仅仅使用循环冗余校验CRC差错检测技术,只能做到对帧的无差错接收,接收端丢弃的帧最终还是因为有差错被丢弃。

“可靠传输”指数据链路层发送端发送什么,接收端就收到什么。CRC循环冗余校验能够实现无比特差错的传输,但这不是可靠传输。

3.4.1:流量控制和可靠传输机制

数据链路层和传输层流量控制对比

1:数据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。

2:数据链路层流量控制手段:接收方收不下就不回复确认

3:传输层流量控制手段:接收端给发送端一个窗口公告

流量控制的方法

1:每发送完一个帧就停止发送,等待对方的确认,在收到确认之后再发送下一个帧。

 

 2:滑动窗口协议

 三种流量控制方式的窗口大小

3.4.2:停止—等待协议

无差错情况

有差错情况(数据帧丢失或检测到帧错误) 

 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

 

一个信道利用率的例题

3.4.3:后退N帧协议(GBN)

GBN发送方必须响应的三件事

1:上层的调用(网络层)

2:收到了一个ACK

GBN协议中,对n号帧的确认采用累计确认的方式,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

GBN接收方要做的事

滑动窗口长度限制

 协议总结

 性能分析

3.4.4:选择重传协议(SR)

解决的主要问题就是在GBN的基础上只传出错的帧,之前对的帧不重传

SR发送方需响应的三件事

 SR接收方要做的事

运行当中的SR

滑动窗口的长度

 SR协议重点总结

 

3.5.1:信道划分介质访问控制

介质访问:采取一定的措施,使得两对节点之间的通信不会发生互相干扰的情况

介质访问控制的分类:

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它设备的通信隔离开,把时域和频域资源合理地分配给网络上的设备

多路复用技术:

1:频分多路复用FDM,频分复用的所有用户在同样的时间占有不同的带宽(频率带宽)资源

2:时分多路复用TDM,类似于时间片轮转

 

3:波分多路复用WDM

4:码分多路复用CDM

3.5.2:ALOHA协议

纯ALOHA协议(想法就发)

时隙ALOHA协议(控制想法就发的随意性)

主要思想: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才发送

3.5.3:CSMA协议 

 

主要思想:发送帧之前,监听信道

1-坚持CSMA

非坚持CSMA

p-坚持CSMA

三种CSMA对比

 3.5.4:CSMA-CD协议

传播时延对载波监听的影响(就是A端发送数据给B,但是电磁波在传输过程中会有时延,此时B认为A没有发数据给它,所以它也发数据到总线上,即会造成冲突)

知道自己和别人发生碰撞的时间区间(0, 2τ),超过2τ就不会发生碰撞了

 

最小帧长问题

 

3.5.5:CSMA-CA协议

工作原理

CSMA-CD和CSMA-CA两者对比

3.5.6:轮询访问介质访问控制

三种类型介质访问控制总结

 

 

轮询协议

 

令牌传递协议

3.6.1:局域网基本概念和体系结构

 局域网的网络拓扑结构

 局域网按照传输介质分类

 

局域网的介质访问控制

 局域网的分类

IEEE 802标准

 

3.6.2:以太网

以太网提供无连接、不可靠的服务

无连接:发送方和接收方之间无“握手过程”

不可靠:不对发送双方的数据帧编号,接收方不向发送方进行确认,差错帧直接丢弃,差错纠错由高层负责

MAC地址:在局域网中,硬件地址又称物理地址(实际上是一个标识符)

以太网MAC

 

3.6.3:无线局域网

Wifi遵循的协议

无线局域网的分类

有固定基础设施无线局域网

无固定基础设施无线局域网的自组织网络

3.6.4:VLAN基本概念与基本原理

虚拟局域网VLAN(Virtual Local Area Network)是一种将局域网内的设备划分成与物理位置无关的逻辑组的技术。

基于接口的VLAN技术

 

3.7.1:链路层设备(网桥、交换机)

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,然后确定该帧转发到哪个接口,或者是把它丢弃。

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。

网桥优点:

1:隔绝冲突域,使得多个主机在同一时间可以相互通信,过滤通信量,增大吞吐率。

2:扩大了物理范围,提高了可靠性。

3:可互连不同物理层、不同MAC子层和不同速率的以太网。

透明网桥

源路由网桥

以太网交换机

以太网交换机的两种交换方式

冲突域和广播域

总结

以上是本文的全部内容,非常感谢你能看到这。

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