Hello World - 2025年5月
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《计算机网络》第三章 数据链路层
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date: 2025-05-11T11:37:00+00:00
description: 3.1 数据链路层概述3.1.1 数据链路层简介Why需要数据链路层？物理层解决了相邻结点透明传输比特的问题，但没有解决以下问题：如何在比特流中找到一组数据开始和结束的位置线路上有多个设备的时候比特流由谁接收比特传输错误怎么办什么是数据链路？链路(link)是结点间的物理通道，无源的物理线路，中间无任何其它交换结点数据链路(data link)是结点间的逻辑通道，是把实现控制数据传输的协议的硬件加软件加到链路上，即链路+协议数据链路层：负责通过一条链路从一个结点向物理链路直接相连的相邻结点传送帧帧：链路层协议数据单元，封装网络层的数据报从协议栈看数据链路层数据链路层不必考虑物理层如何实现比特传输的细节数据链路层信道类型点对点信道（一对一通信）广播信道（一对多通信 ）3.1.2 三个基本问题封装成帧、透明传输、差错控制1.封装成帧How？ 在一段数据的前后分别添加首部和尾部（标识），构成一个帧首部和尾部的一个重要作用就是进行帧定界（即确定帧的界限）将比特流划分为“帧”的主要目的是为了检测和纠正物理层在比特传输中可能出现的错误（以帧为单位进行差错控制）最大传输单元MTU：规定了所能传送的帧的数据部分长度上限为什么要规定MTU大小？ 如果过大，容易出错；如果过小，浪费资源成帧的方式：字节计数法带字节填充的定界符法带比特填充的定界符法：使用特殊比特序列作为帧开始，遇到数据部分与比特填充定界符相同时，采用比特填充法实现透明传输物理层编码违例：使用特殊的定界符，保证在正常的编码中不太容易产生或不会产生响应的信号，例如以太网中的帧前导码、差分曼彻斯特编码的不正常跳变信号等问题：如果出现差错，破坏了帧的边界，会导致一连串帧的错误问题：如果数据部分包含与“定界符”相同的字节会导致帧的错误“找到帧的边界”透明传输：发送方采用“字节填充”或“字符填充”法 (类似于转义字符)接收方逐个字节检查，遇到填充符则不会将后续字符认作帧首或帧尾，去掉填充符，接收数据差错控制：噪声会导致数据在传输过程中可能会产生比特差错误码率 BER：在一段时间内，传输错误的比特占所传输比特总数的比率，与信噪比有关为保证帧的正确传输，数据链路层需要进行差错检验：纠错码：主要用于错误发生比较频繁的信道上，如无线链路检错码：除妖用在高可靠、误码率较低的信道上，例如光纤链路循环冗余校验CRC原理：在发送端先把数据划分为组M，假定M有k个比特CRC运算在k个比特后再添加供差错检测用的n位冗余码，然后构成一个帧发送出去，一共发送(k+n)位通过CRC计算出来的冗余码称作帧检验序列FCSCRC循环冗余检验不能完全实现数据的可靠传输，WHY？仅仅使用CRC差错检测技术只能做到无差错接收，即“凡是接受的帧（不包括丢弃的帧），我们都能以非常接近于1的概率认为这些帧在传输过程中没有产生差错”而“无比特差错”与“无传输差错”是不同的，CRC只能检测到比特差错，不能检测到传输差错（帧丢失、帧重复、帧失序等）可靠传输：数据链路层的发送端发送什么，在接收端就收到什么。要做到可靠传输，不仅需要CRC技术，还必须再加上帧编号、确认和重传等机制3.2 点对点协议 PPP3.2.1 PPP 协议的特点1.当前使用最广泛2.PPP 协议的组成：一种将IP数据报封装到同步/异步串行链路的方法链路控制协议LCP：建立链路、配置链路 最重要的功能：身份验证网络控制协议NCP：用于支持不同网络层协议3.2.2 PPP 协议的帧格式PPP 是面向字节的，所有的 PPP 帧的长度都是整数字节透明传输问题：当 PPP 用在异步传输时，使用字节填充法当 PPP 用在同步传输时，采用零比特填充法同步传输（SONET/SDH链路）：面向比特的传输，同步传输的单位是帧；同步传输收发双时钟统一、字符间传输同步无间隔异步传输：面向字节的传输，异步传输的单位是字符；异步传输效率低。高速链路开销大3.2.3 PPP 协议的工作状态状态图3.3 使用广播信道的数据链路层3.3.1 局域网的数据链路层1.局域网的主要优点：具有广播功能，从一个站点可以方便的访问全网便于系统的扩展和逐渐地演变，各设备位置可灵活调整和改变提高了系统的可靠性、可用性和生存性2.局域网拓扑结构：（两个结点之间的连接关系）星形网、环形网、总线网共同特点：共享同一信道3.广播信道的问题：可能两个或更多站点同时请求占用信道解决方法：介质的多路访问控制，在多路访问信道上确定下一个使用者（信道分配）怎么介质访问控制？（分配信道，媒体共享技术）静态分配动态分配4.媒体共享技术静态划分信道：频分复用、时分复用、波分复用、码分复用适用于通信量大且流量稳定、用户数量少且数目恒定的情况代价高，不适合突发性业务，不适合局域网动态媒体介入控制（多点接入）随机接入：所有用户可随机地发送信息（以太网）…