計算機網絡 chapter3數據鏈路層
第三章 數據鏈路層
定義了在單個鏈路上如何傳輸數據。這些協議與被討論的各種介質有關。示例：ATM，FDDI等。
數據鏈路層使用的信道主要有以下兩種：
點對點信道：使用一對一的點對點通信方式
廣播信道：使用一對多的廣播通信方式
鏈路：從一個結點到相鄰結點的一段物理線路，中間沒有任何其他的交換結點。是一條路徑的組成部分。
數據鏈路：包括鏈路以及必需的通信協議。
現在最常用的是網絡適配器以及通過以太網上網使用局域網適配器。一般的適配器都包括了數據鏈路層和物理層這兩層的功能。
數據鏈路層的協議數據單元：幀
數據鏈路層把網絡層交下來的數據構成幀發送到鏈路上，以及把接收到的幀中的數據結構取出並上交給網絡層。
下三層：網絡層、數據鏈路層和物理層
封裝成幀：在一段數據的前後分別添加首部和尾部。
最大傳送單元MTU：幀的數據部分長度上限。
錯檢測
比特差錯：比特在傳輸過程中可能會產生差錯，即1可能變成0，0可能變成1。
誤碼率BER(Bit Error Rate):傳輸錯誤的比特占所傳輸比特總數的比率。
誤碼率與信噪比有很大關系，如果可以設法提高信噪比，就可以使誤碼率減小。
目前在數據鏈路層廣泛使用的檢錯技術：循環冗余檢驗CRC。
用生成多項式對應的二進制數對左移3位後的原始報文進行模2除（高位對齊），相當於按位異或
註意，無比特差錯和無傳輸差錯並不同，無比特差錯是指在幀中無比特差錯，而傳輸差錯是指幀丟失，幀重復，幀失序等。
點對點協議PPP：目前使用得最廣泛的數據鏈路層協議。
PPP協議的特點：
簡單（因特網體系結構中最復雜的部分在TCP協議中）簡單是首要需求。
封裝成幀（SOH EOT做為幀界定符）
透明性
多種網絡層協議（PPP協議必須能夠在同一條物理鏈路上同時支持多種網絡層協議）
多種類型鏈路（PPP協議必須能夠在多種類型的鏈路上運行）
差錯檢驗（並立即丟棄有差錯的幀）
檢測連接狀態（PPP協議必須有一種機制能夠及時（不超過幾分鐘）自動檢測出鏈路是否處於正常工作狀態，這樣出現故障的鏈路隔了一段時間後又重新恢復正常工作時，就起到很大作用）
最大傳送單元（MTU是數據部分最大長度，不是幀的總長度）
網絡層地址協商
數據壓縮協商
PPP協議不需要的功能：
糾錯（PPP協議是不可靠的傳輸協議）
流量控制（TCP／IP協議中，端到端的流量控制由TCP負責）
序號（不需要使用幀的序號）
多點線路（PPP協議不支持多點線路）
半雙工或單工鏈路（PPP只支持全雙工鏈路）。
PPP協議的組成
PPP協議的幀格式
同步傳輸：一連串的比特連續傳送
異步傳輸：逐個字符地傳送
使用廣播信道的數據鏈路層：
局域網（LAN）使用的是廣播信道，即一對多的通信。
局域網最主要的特點為：網絡為一個單位所擁有，且地理範圍和站點數目均有限。
局域網可按照拓撲結構進行分類。
星形網
環形網（最典型的是令牌環形網）
總線網（可使用兩種協議：一種是傳統以太網使用的CSMA/CD，另一種是令牌傳遞總線網，即物理上為總線網而邏輯上為令牌環形網，前一種演化為星形網，後一種逐漸退出了市場）
樹形網
以太網在局域網中占據了絕對優勢。
以太網
MAC協議：媒體接入控制協議。與接入到傳輸媒體有關的內容都由mac協議控制。
適配器：網卡，一塊網絡接口板。適配器上面包括處理器和存儲器（包括RAM和ROM）。
適配器和局域網之間的通信通過電纜或雙絞線以串行傳輸的方式進行，而適配器和計算機之間的通信則是通過計算機主板上的I/O總線以並行傳輸的方式進行。因此適配器的一個重要功能就是進行數據串行傳輸和並行傳輸的轉換。（基本所有的適配器，電源適配器什麽的作用都是轉換好像> <）.
由於網絡上的數據率和計算機總線上的數據率並不相同，因此適配器中裝有對數據進行緩存的存儲芯片。
CSMA/CD協議
退避時間為爭用期的整數倍。
以太網每發送一幀就要執行一遍CSMA/CD算法。適配器對過去發生的碰撞並無記憶功能。
以太網端到端的時延實際上是爭用期的一半，即5.6us.
使用廣播信道的以太網
目前使用的以太網采用星型拓撲，在星形的中心還增加了集線器，配合雙絞線使用。
使用集線器的以太網在邏輯上仍然是一個總線網，各站共享邏輯上的總線，使用的還是CSMA/CD協議。
以太網信道的利用率
即a要盡量小
以太網的MAC層
在局域網中，硬件地址又稱為物理地址或MAC地址（因為這種地址用在MAC幀中）。
以太網地址由24位的OUI（組織唯一標識符，要向IEEE購買）和擴展標識符（低24位，可由廠家自行指定得到48位的EUI（擴展的唯一標識符）MAC地址，稱為EUI-48或MAC-48.
EUI-48的適用範圍並不局限於局域網的硬件地址，而是可以用於軟件接口。（以太網或者說局域網的地址為48位，即6字節，高24位固定，低24位可自行指定）。
生產適配器時，這種6字節的MAC地址被固化在適配器的ROM中，因此MAC地址也叫做硬件地址或物理地址。MAC地址實際上就是適配器地址或適配器標識符EUI-48.
擴展的以太網：即將以太網的覆蓋範圍擴展
在物理層擴展以太網
在數據鏈路層擴展以太網
在物理層擴展以太網：使用光纖(通常是一對光纖)和一對光纖調制解調器。
光纖調制解調器的作用就是進行電信號和光信號的轉換。
使用多個集線器
在數據鏈路層擴展以太網
網橋將兩個相似的網絡連接起來，並對網絡數據的流通進行管理。它工作於數據鏈路層，不但能擴展網絡的距離或範圍，而且可提高網絡的性能、可靠性和安全性。網絡1 和網絡2 通過網橋連接後，網橋接收網絡1 發送的數據包，檢查數據包中的地址，如果地址屬於網絡1 ，它就將其放棄，相反，如果是網絡2 的地址，它就繼續發送給網絡2.這樣可利用網橋隔離信息，將同一個網絡號劃分成多個網段（屬於同一個網絡號），隔離出安全網段，防止其他網段內的用戶非法訪問。由於網絡的分段，各網段相對獨立（屬於同一個網絡號），一個網段的故障不會影響到另一個網段的運行。
高速以太網
速率達到或超過100Mb/s的以太網稱為高速以太網：
100BASE-T以太網
吉比特以太網（1Gb/s）
10吉比特以太網(10Gb/s)
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