计算机网络原理 —— 数据链路层

1、数据链路层的主要功能：封装成帧、透明传输和差错检测。

2、封装成帧：在一段数据的前后分别添加首部和尾部，并规定数据部分的长度上限——MTU

透明传输：无论所传数据是什么样的比特组合（包括特殊组合），都应当能够在链路上传送。

针对（比特）的差错检测：确定比特流传输的过程中没有出现差错（但不保证可靠）。

解决方案：

• 封装成帧：帧前后添加帧定界符（帧开始符SOH和帧结束符EOH）


• 透明传输：添加转义字符。同步：零比特填充；异步：字节填充。


• 差错检测：CRC循环冗余校验，在帧的尾部添加帧检验序列FCS。

3、CRC校验的过程：不考虑进位借位的模2运算。

4、PPP协议的特点：

• （1）简单：不提供可靠服务，只检测但不纠正差错，不使用序号，不进行流量控制


• （2）封装成帧：规定了特殊的帧定界符


• （3）透明性：保证了数据传输的透明性


• （4）多种网络层协议：常见的如PPPoE (over Ethernet)


• （5）多种类型链路：串行/并行、电/光、低速/高速等


• （6）差错检测：丢弃有错误的帧


• （7）检测链路状态


• （8）最大传送单元：超过MTU的帧丢弃


• （9）网络层地址协商


• （10）数据压缩协商

5、局域网的拓扑结构及特点

6、CSMA/CD协议原理

• 多点接入：允许计算机以多点接入的方式接入到一条总线上。


• 载波侦听：检测信道，无论是发送前、发送中，每个站都必须不停的检测信道。


• 碰撞检测：边发送边监听：一旦发生碰撞，立刻停止发送，等待一段随机事件后再继续。

注意：

• （1）以太网使用截断二进制指数退避算法，基本退避时间为争用期2τ，具体时间为51.2μs，通常为其整数倍。


• （2）重传16次仍旧不能成功，丢弃该帧并向高层汇报。


• （3）长度小于64B的帧都是由于冲突而异常终止的无效帧


• （4）采用强化碰撞，持续发送32bit/48bit的人为干扰信号

算法程序框图：

7、集线器工作在物理层，网络适配器和交换机工作在数据链路层。

交换机转发表的建立：根据发出的帧中的源地址信息进行记忆，同时广播寻找位置的目的地址，等待其回应后写入交换表。

8、MAC地址（Media Access Control Address），用来确认网上设备位置的地址。

以太网帧的格式：目的地址6B+源地址6B+类型2B+数据+FCS 4B

为保证MAC帧长不小于64B，数据字段长度不得小于46B

9、扩展局域网的方法：物理层使用集线器扩展（基本不用），数据链路层使用交换机扩展

10、传统总线型以太网和交换性以太网的区别

• 传统以太网：使用集线器的双绞线以太网，物理上是星型网，逻辑上是总线型网络。每个接口简单的转发比特，不进行碰撞检测（由端系统通过CSMA/CD协议完成碰撞检测）


• 交换式以太网：以太网交换机能同时连接许多对接口，使得每一对相互通信的主机都能像独占通信媒体那样，无碰撞的传输数据。

11、虚拟局域网：由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组。只是给局域网用户提供的一种服务，并不是一种新型的局域网。

12、高速以太网工作在全双工状态下，不存在争用问题，不适用CSMA/CD协议。