计算机网络复习——数据链路层

甚至是想罢工的一天！！！

  相关知识见，感觉比较容易入手

《计算机网络》（谢希仁）内容总结 | JavaGuide

1.数据链路层的定位与功能 水平传送

P70 71图

数据链路层不必考虑物理层的比特传输细节，只需要考虑数据链路层

基本服务：数据链路层最基本的服务是将源计算机网络层来的数据可靠的传输到相邻节点的目标计算机的网络层。

基本服务：封装成帧 透明传输 差错控制

2.三个基本问题

1）封装成帧 

        如何封装： 添加首部（SOH）与尾部（EOT）实现帧定界

        MUT = 数据部分最大长度 ！= 帧最大长度

2）透明传输

        字节填充（转义字符）与比特填充

3）差错控制

        CRC（循环冗余检验）消除比特差错

        FCS：帧检验序列，冗余码 2^nM+FCS   n+1 = |P| CRC!=FCS 

                若 R = 0，则接受

                若R ！= 0 ，则判断为差错，丢弃

凡是数据链路层接受的帧，我们都认为这些帧在传输过程中没有产生差错。

注意：可靠传输：数据链路层发送端发什么，接收端就收到什么

传输差错：比特差错和一些复杂差错（帧丢失，帧重复，帧失序）

无比特差错！=无传输差错

仅使用CRC协议只能实现没有比特差错，但还不是可靠传输

现在：通信质量好的线路：不要求可靠传输，若出错，由上层实现纠错

         通信质量差的线路：要求可靠传输，使用确认和重传机制。

3.PPP点对点协议

点对点协议。即用户计算机和 ISP 进行通信时所使用的数据链路层协议。 PPP 帧的示意图： 

 （偷图偷图偷图）

对于构建局域网有用。

字节填充 flag = 7E 转义字符ESC = 7D

零比特填充 每5个1插一个0

4.使用广播信道的数据链路层 

2t = 争用期

以太网的争用期为51.2us，帧的最小间隔为9.6us

以太网提供不可靠的交付，尽最大的努力的交付，无连接，对帧不进行编号，也不要求对方发回确认，丢弃差错帧，是否重传由高层决定

        1）CSMA/CD协议表述细节：

                载波监听（检测信道不停地）多点接入(总线型网络)/碰撞检测（边发送边监听，同股票检测的信号电压幅度，一旦冲突立刻停发等待）

                注意：电磁波在1km电缆的传播时延约5us

        综上，CSMA/CD不能同时发送接收（全双工），只能半双工。

        指数退避算法，强化干扰

        具体工作原理见P90页

        2）网桥：一种用于数据链路层实现中继，连接两个或多个局域网的网络互连设备。

                （工作：过滤，转发）

对于收到的帧，根据其MAC帧的目的地址进行过滤和转发

查表，过滤，转发

                交换机（一般工作在全双工）：广义的来说，交换机指的是一种通信系统中完成信息交换的设备。这里工作在数据链路层的交换机指的是交换式集线器，其实质是一个多接口的网桥

        3）信道利用率

                以太网的信道利用率达不到100%

                a = t （以太网单程端到端时延）/T0（帧的发送时间），a越小越好

                t不能太大，以太网连线不能太长

                T0不能太小，以太网帧长不能太短

        4）以太网MAC帧结构

                物理层上的传输，P96页图3-22，P97划线

最长帧长与最短帧长 1518和64

有效数字段长度[46，1500]

        5）解决碰撞处理的弊端P98

                多个集线器多级使用造成更大的碰撞域

                图3-24

         6）集线器

                P91，功能类似于多接口转发器，工作在物理层，仅仅简单转发比特，不进行碰撞检测。（交换机 = 交换式集线器）

        7）以太网交换机的特点

                P99页

• 不共享带宽
• 实质上是多接口网桥
• 一般以全双工工作，具有并行性，相互通信的主机独占传输媒体，无碰撞传输数据
• 接口有存储器，端口繁忙时可进行缓存
• 即插即用设备，内部有帧交换表
• 一般具有多种速率的接口

                交换表（自学习功能）P100页 转发过程中，先查表，没有就广播，有就往这个接口发

重点知识：

1. 数据链路层使用的主要是点对点信道和广播信道两种。
2. 数据链路层传输的协议数据单元是帧。数据链路层的三个基本问题是：封装成帧，透明传输和差错检测
3. 局域网的优点是：具有广播功能，从一个站点可方便地访问全网；便于系统的扩展和逐渐演变；提高了系统的可靠性，可用性和生存性。
4. 计算器的硬件地址就在适配器的 ROM 中。
5. 载波监听多点接入 CSMA/CD（具有冲突检测）：协议的特点是：发送前先监听，边发送边监听，一旦发现总线上出现了碰撞，就立即停止发送。然后按照退避算法等待一段随机时间后再次发送。

作业题：

3 6 7 8 9 10 13 18 20 27 28 33

1.网络适配器的作用是什么？网络适配器工作在哪一层？

        网络接口适配器（网络接口卡\网卡）其上装有处理器和存储器，适配器与局域网用电缆或双绞线串行传输，适配器和计算机通过总线并行传输方式进行。

功能：1）要进行数据串行传输和并行传输的转换

        2）对数据进行缓存

        3）差错控制，判断帧是否错误决定是否丢弃和交付或发送

网络适配器工作在数据链路层

2.PPP协议的主要特点是什么？为什么PPP不使用编号？PPP适用什么情况？为什么PPP协议不能使数据链路层实现可靠传输？

        特点：1）简单：每收一个帧就进行CRC检验 2)封装成帧：规定帧定界符3）透明性，保证数据传输透明性，处理与帧定界符相同的数据组合 4)支持多网络层协议，PPP支持多种网络层协议在同一个物理链路上运行 5）支持多种类型链路，PPP能在多种类型（串行，并行，同步，异步，低俗，高速，电，光，交换，非交换的点对点链）的链路上运行

         PPP不使用帧编号，因为帧编号是为了出错时有效重传而PPP并不需要实现可靠传输

        PPP适用于线路质量不太差的情况。

        若通信线路质量太差传输频繁出错，但PPP只能靠上层协议（编号和重传机制）才能保证数据传输无误，降低了数据传输的效率，因此不能使数据链路层实现可靠传输。

3.要发送的数据为1101011011，采用CRC的生成多项式为P(X)=X^4+X+1，试着求应添加在数据后的余数

1）若传输过程中，变成了1101011010是否能被发现？

                P = 10011

                每层进行异或运算

                正解：余数为1110（检验序列的长度为冗余码长度为除数-1）

                在被传输的数据后加上正确的余数再进行计算

                传输后过程被改后：余数为0011！=0000（判断是否出错的标准时R 是否为0）

                会被发现，余数不同

2）采用CRC后，数据链路层的传输是否变成了可靠的传输？

        并不是，当接收方尽心CRC时，若发现有差错就丢弃，并不能保证接收方收到的和发送方的完全一样。

4.数据为101110，采用CRC ,P(X)=X^3+1,求应该添加的冗余码

        P=1001(B)

        4位，n = 3

        结果异或运算得出R=011

5.一个PPP帧的数据部分（用十六进制表示）7D 5E FE 27 7D 5D 7D 5D 65 7D 5E试问真正的数据是什么？

        转义字符7D开始的两个字节的序列

                                7D 5E FE 27 7D 5D 7D 5D 65 7D 5E

                                           FE 27                       65

6.PPP协议使用同步传输技术传送比特串0110111111111100

        1）试问经零比特填充后会变成什么样的比特串？011011111011111000

        2）若接收端收到的PPP帧的数据部分为0001110111110111110110，问删除发送端加入的零比特后会变成什么样的比特串？ 0001110111110111110110

7.局域网的主要特点是什么？为什么局域网采用广播通信而广域网不用？

        1）局域网特点：网络为一个单位所有，地理范围和端点数量有限，有较高数据率，低时延，小误码率

        2）局域网地域范围小采用广播通信方便；广域网地域范围大，采用广播势必造成通信资源的极大浪费。

8.10BASE-T的含义

        10 指该种以太网有10Mbit/s的数据率

        BASE指连接线上的信号是基带信号

        T是指双绞线

9.假定1KM长的CSMA/CD网络的数据率为1Gbit/s，设信号在网络上的传播速率为200000km/s，求能使用此协议的最短帧长？

        传播时延： t =（1km）/（200000km/s）=5us 

                2t = 10us   

                （1Gbit/s）*2t = 1Gbit/s*10^-5s = 10000bit

10.有10个站连接到以太网上，试着计算以下三种情况每个站带宽。

        1）10个站都连接到一个10Mbit/s以太网集线器上，设以太网利用率为100%，则10个站共享10Mbit/s即，每个站可以分到1Mbit/s带宽

        2）10个站……100Mbit/s以太网集线器上，设……则10……即每个站可以分到10Mbit/s

        3)10个站……10Mbit/s以太网交换器上，每个站独占交换机的一个接口的带宽10Mbit/s，这里假定交换机带宽不小于100Mbit/s

11.10Mbit/s以太网升级到100Mbit/s，1Gbit/s都需要解决哪些技术问题？为什么以太网能长盛不衰，并将自己的应用范围从局域网扩展到广域网？

        1）10Mbit/s -> 100Mbit/s 需要重新布线

                100Mbit/s 规范 100BASE-TX 100BASE-FX 100BASE-T

                1Gbit/s  有1000BASE-X, 1000BASE-T

                 10Gbit/s 遵循以太网最大和最小帧长，使用光纤，只工作在全双工

        2）以太网有以下优点

                可扩展性（10Mbit/s->10Gbit/s），灵活（多种媒体，全/半双工， 共享/交换），易于安装，稳健性好

12.以太网交换机有6个接口，分别接到5台主机和一个路由器上先后发送4个帧，假定在开始时，以太网交换机的交换表为空。

输出口：6 ，剩余ABCDE对应12345