计算机网络数据链接层

数据链路层使用两种类型的通道:

（1）点对点通道: 此通道使用的点对点通信.

（2）广播频道: 此频道使用一对多广播通信.

链接是被动的点对点物理线段，中间没有任何其他交换节点.

链接只是路径的一个组成部分.

数据链接: 除了物理线路外，还必须有一个通信协议来控制这些数据的传输. 如果将实现这些协议的硬件和软件添加到链接，则会形成数据链接. 当今最常见的方法是使用适配器（即网卡）来实现这些协议的硬件和软件. 通用适配器包括数据链路层和物理层的功能.

打包和成帧是在一条数据之前和之后分别添加头和尾，然后形成一个帧. 确定框架的边界. 标头和尾标的重要部分是帧定界.

解决透明传输问题: 发送端的数据链路层在数据中出现控制字符“ SOH”或“ EOT”之前插入转义字符“ ESC”（十六进制编码为1B）. 字节填充或字符填充-接收端的数据链路层在将数据发送到网络层之前删除插入的转义字符. 如果转义字符也出现在数据中，请在转义字符之前插入转义字符. 当接收端收到两个连续的转义字符时，它将删除前一个.

错误检测: 为了确保数据传输的可靠性，在计算机网络上传输数据时必须采取各种错误检测措施. 在数据链路层传输的帧中，广泛使用循环冗余校验CRC错误检测技术.

点对点协议PPP: 用户使用拨号电话线访问Internet时，通常使用PPP协议.

PPP协议不需要的功能: 纠错，流控制，序列号，多点线路，半双工或单工链接

PPP协议具有三个组成部分（1）一种将IP数据报封装到链接的方法. （2）链路控制协议（LCP）. （3）网络控制协议（NCP）.

PPP协议的帧格式:

标记字段F = 0x7E（符号“ 0x”表示以下字符以十六进制表示. 7E的十六进制二进制表示为01111110）.

地址字段A仅设置为0xFF. 地址字段实际上无效.

控制字段C通常设置为0x03.

PPP是面向字节的. 所有PPP帧的长度都是整数字节.

PPP具有2字节的协议字段.

当协议字段为0x0021时，PPP帧的信息字段为IP数据报.

如果为0xC021，则信息字段为PPP链接控制数据.

如果为0x8021，则表示这是网络控制数据.

PPP协议的工作状态

当用户拨入ISP时，路由器的调制解调器会确认拨号并建立物理连接.

PC将一系列LCP数据包（封装为多个PPP帧）发送到路由器.

这些数据包及其响应选择一些PPP参数并执行网络层配置. NCP为新访问的PC分配了一个临时IP地址，使该PC成为Internet上的主机.

通信完成后，NCP将释放网络层连接并恢复最初分配的IP地址. 然后高性能计算机 网络 链路数，LCP释放数据链路层连接. 最终版本是物理层连接.

局域网的主要特征是: 该网络归一个单位所有，并且站点的地理范围和数量受到限制.

局域网具有以下主要优点:

（1）具有广播功能，您可以轻松地从一个站点访问整个网络. 局域网上的主机可以共享连接到局域网的各种硬件和软件资源.

（2）该系统便于扩展和逐步发展，并且可以灵活地调整和更改每个设备的位置.

（3）提高系统的可靠性，可用性和可生存性.

数据链路层的两个子层

Logical Link Control LLC（逻辑链接控制）子层

介质访问控制（MAC）子层.

与访问传输介质有关的内容放置在MAC子层中，而LLC子层与传输介质无关. 在TCP / IP系统中，LLC在逻辑链路控制子层中的作用并不重要，因此通常不予考虑. 许多制造商生产的适配器仅具有MAC协议，而没有LLC协议.

CSMA / CD协议

最初的以太网是将多台计算机连接到一条总线. 该模型如下所示:

总线上的每台工作计算机都可以检测到B发送的数据信号. 由于只有计算机D的地址与写在数据帧头中的地址一致高性能计算机 网络 链路数，所以只有D会接收此数据帧. 所有其他计算机（A，C和E）都检测到未发送给它们的数据帧，因此丢弃了这些数据帧，无法接受它们.

为简化通信，以太网采取了两项重要措施: （1）采用更灵活的无连接工作模式，即无需先建立连接就可以直接发送数据. （起初我不了解什么是无连接性的概念. 我故意检查了一下，发现许以示例的方式回答是否存在确认. 他们花了很长时间才学会了三向握手由TCP（2）建立的以太网不对发送的数据帧进行编号，也不需要对方发回确认.

以太网提供的服务交付不可靠，即尽力而为交付. 当目标站接收到错误的数据帧时，它将丢弃该帧，并且不执行其他任何操作. 错误的纠正由最高管理层确定. 如果上层发现某些数据丢失并重新传输，但是以太网不知道这是一个重新传输的帧，而是将其作为新的数据帧发送.

载波侦听多点访问/冲突检测（CSMA / CD）: “多点访问”表示许多计算机以多点访问方式连接到总线. “载波侦听”意味着每个站点必须在发送数据之前检查总线上的其他计算机是否正在发送数据. 如果是这样，请勿临时发送数据以避免冲突. “冲突检测”是指计算机在发送数据时检测到通道上的信号电压. 每个正在发送数据的站点一旦在总线上发现冲突，便立即停止发送，以免浪费网络资源，然后等待随机的时间再次发送.

当站点侦听总线空闲时，可能不是总线确实空闲. 从A到B的消息可以在一定时间后发送到B. 如果B在A发送的信息到达B之前发送了自己的帧（由于B的载波侦听此时无法检测到A发送的信息），则它一定会不可避免地与A发送的帧发生冲突. 碰撞的结果是，两个框架都变得无用.

使用CSMA / CD协议的以太网不能执行全双工通信，而只能执行双向备用通信（半双工通信）. 每个站点发送数据后的短时间内，可能会发生冲突. 这种传输的不确定性使整个以太网的平均通信量远远小于以太网的最高数据速率.

首先发送数据帧的站可以在发送数据帧后最多2/8（端到端往返延迟的两倍）后知道发送的数据帧是否遭受了冲突. 以太网的端到端往返延迟2被称为竞争周期或冲突窗口. 在争用期尚未检测到冲突之后，可以确定传输不会冲突.

二进制指数退避算法: 冲突站停止发送数据后，必须在重新发送数据之前将其推迟（退避）一个随机时间. 确定基本退避时间，通常将其视为2t的竞争周期. 定义重传次数k，k <= 10，即k = Min [重传，10]. 从整数[0,1，...，（2k -1）]集中取一个随机数，并将其记录为r. 重传所需的延迟是基本退避时间的r倍. 当重传失败16次时，该帧将被丢弃并报告给上层.

以太网需要51.2毫秒作为争用期的长度. 对于10 Mb / s以太网，可以在竞争期间发送512位或64字节. 以太网发送数据时，如果前64个字节不冲突，后续数据也将不冲突.

最小有效帧长: 如果发生冲突，则冲突必须在传输的前64个字节之内. 由于一旦检测到冲突就会中止传输，因此此时发送的数据必须小于64字节. 以太网指定最小有效帧长度为64字节. 任何少于64个字节的帧都是无效帧，由于冲突而中止.

帧之间的最小间隔: 9.6毫秒，相当于96位传输时间. 站点检测到总线已变为空闲后，它将等待9.6毫秒，然后再次发送数据. 这样做是为了使刚接收到数据帧的站的接收缓冲区有时间清除它并准备接收下一个帧.

当发送数据的站点发现冲突时: 立即停止发送数据；然后继续发送几比特的人工干扰信号，以便所有用户都知道现在已经发生了冲突.

用于以太网的MAC层

MAC地址硬件地址: 在LAN中，硬件地址也称为物理地址或MAC地址，总共48位.

每次适配器从网络接收到MAC帧时，它都会首先使用硬件检查MAC帧中的MAC地址. 如果这是发往该站的帧，则将其接收，然后执行其他处理. 否则，将丢弃该帧，并且不执行其他任何处理.

无效的MAC帧具有以下情况: （1）帧的长度不是整数个字节； （2）通过接收到的帧校验序列FCS检测到错误； （3）数据字段的长度不是46〜1500字节. 只需丢弃检测到的无效MAC帧. 以太网不负责重发丢失的帧.

网桥: 在数据链路层扩展LAN. 桥接器在数据链路层工作. 它根据MAC帧的目标地址转发接收到的帧. 桥接器具有过滤帧的功能. 当网桥接收帧时，它不会将帧转发到所有接口. 相反，它将检查帧的目标MAC地址，然后确定将帧转发到哪个接口.

使用网桥的优点是它可以过滤流量，扩展物理范围并提高可靠性. 它可以互连不同的物理层，不同的MAC子层和不同的速度（例如10 Mb / s和100 Mb / s以太网）LAN.

缺点是存储转发增加了延迟. MAC子层中没有流控制功能. 具有不同MAC子层的网段在桥接在一起时具有较大的延迟.

网桥应根据以下自学习算法处理接收到的帧并建立转发表.

如果从A发送的帧从接口x进入网桥，则必须从该接口以相反的方向向A发送帧. 桥接器每次接收到帧时，都会记录其源地址和进入桥接器的接口作为转发表中的条目. 建立转发表时，帧标题中的源地址写在“地址”列下. 转发帧时，将根据接收到的帧头中的目标地址进行转发. 此时，已将“地址”列下记录的源地址用作目标地址，并将输入的接口用作转发接口.

示例:

本文来自电脑杂谈，转载请注明本文网址：
http://www.pc-fly.com/a/jisuanjixue/article-161877-1.html