计算机网络 5 - 链路层

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第6章 链路层和局域网(Link Layer and LANs)

6.2 差错检测 和 纠正

• 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

奇偶校验

校验和

检验和（checksum）

• 计算步骤：将数据中所有的字的二进制加在一起，高位移出要回卷(变成低位的1)，再进行反码运算(0, 1互换)。

CRC 循环冗余校验

计算过程：

题目：收到的以太网帧为110101011011，生成多项式为P(X)=X^4+X^3+1，请检验该帧并给出检验过程。
解答：
根据多项式，CRC除数 = 11001，阶数 n=4
后面 加 4个
			10010111 -> 商
11001 | 110101011011
		11001  | | |
-----------11101 | |
		   11001 | |
-------------10010 |
		     11001 |
--------------10111|
		      11001|
---------------11101
		       11001
		         100 -> R

经计算，余数R不为0，说明接收到的数据是错误
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
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15
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17
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6.3 多路访问协议

• MAC协议的分类
  • ① 信道划分：
    把信道划分成片（依据时间、频率、编码）
    把片分配给每个节点专用
  • ② 随机存取
    信道不划分，允许冲突，冲突后恢复
  • ③ 依次轮流
    节点依次轮流
    很多数据传输节点可以获得较长的信道使用权

信道划分 MAC协议

• TDMA 时分多路访问
  
• FDMA 频分多路访问
  
• CDMA 码分多路访问
  

随机存取MAC协议

• CSMA 载波侦听多路访问

  • 工作方式
    传输前监听信道
    if 信道空闲 then 传送整个帧
    if 信道忙 then 推迟传送帧
  • 缺点
    冲突仍可能发生，冲突帧时间浪费

• CSMA/CD 冲突检测（重点）

  • 算法：
    ① 适配器获取数据包，创建帧
    ② 发送前 监听信道CS，忙等，闲送
    ③ 发送过程中，进行冲突检测(CD)，没冲突则成功，有冲突则放弃，之后尝试重发
    ④ 发送方检测到冲突时，还要发送一个冲突信号，所有听到冲突的信号都发，让所有站点都知道冲突 (强化冲突)
    ⑤ 放弃发送后，适配器进入指数退避状态，择机重发（等待2ⁿ * 512位时间，n为[0~失败次数]）

6.4 LAN 局域网

MAC地址 和 ARP

• MAC地址：48位，固化在适配器的ROM中
  • 示例： 1A-2F-BB-76-09-AD 十六进制

无效的MAC帧格式

Ethernet 以太网

• 每个节点都与中心的交换机端口相连
• 以太网使用CMDA/CD
  • 网卡如果侦听到其他网卡在发送，则不发送（载波监听）
  • 发送时，适配器侦听到其他适配器在发送就放弃对当前帧的发送（冲突检测）
  • 冲突后，适配器等待随机时间，尝试重传（随机访问）

交换机

• 交换机：能够实现将数据发送到指定的设备而不会转发到所有出口（广播）的情况
  • 定位为数据链路层设备
  • 存储和转发 帧、
  • 对于到来的帧，检查帧头，根据目标MAC地址选择性转发
  • 当帧需要发向某个网段时，需要使用CSMA/CD进行接入控制
  • 通常一个交换机端口在一个独立网段
  • 交换机有MAC地址，没有IP地址
  • 交换机是二层设备，即 有数据链路层和物理层，没有网络层
• 每一台交换机内部维护一张 MAC 地址表，记录着每一个设备的 MAC 地址，连接在其哪一个端口上