计算机网络教程 复习笔记（举例阐述术语原理，便于理解记忆）

Posted 2022-11-07 施莱

《计算机网络》教程 谢希仁

文章目录

• 《计算机网络》教程 谢希仁
• • 前言
  • 第一章 概述
  • • 1.1、计算机网络在信息时代中的作用
    • • 1.1.1、三大网络
      • 1.1.2、互联网的基本特点
    • 1.2、互联网概述
    • • 1.2.1、网络的网络
      • 1.2.2、互联网基础结构发展的三个阶段
      • 1.2.3、互联网的标准化工作
    • 1.3、互联网的组成
    • • 1.3.1、互联网的边缘部分
      • 1.3.2、互联网的核心部分
    • 1.6、计算机网络的性能
    • • 1.6.1、计算机网络的性能指标
    • 1.7、计算机网络体系结构
    • • 1.7.1、计算机网络体系结构的形成
      • 1.7.2、协议与划分层次
      • 1.7.3、五层协议的体系结构
  • 第二章 物理层
  • • 2.1、物理层的基本概念
    • 2.2、数据通信的基本知识
    • • 2.2.1、数据通信系统的模型
      • 2.2.2、有关信道的几个基本概念
      • 2.2.3、信道的极限容量
    • 2.3、物理层下的传输媒体
    • • 2.3.1、导引型传输媒体
      • 2.3.2、非导引型传输媒体
    • 2.4、信道复用技术
    • • 2.4.1、频分复用、时分复用和统计时分复用
      • 2.4.2、时分复用TDM
      • 2.4.3、统计时分复用STDM
      • 2.4.4、波分复用 WDM
      • 2.4.5、码分复用CDM
  • 第三章 数据链路层
  • • 3.1、使用点对点信道的数据链路层
    • • 3.1.1 数据链路和帧
      • 3.1.2三个基本问题
    • 3.2、点对点协议PPP
    • • 3.2.1、PPP协议的特点
      • 3.2.2、PPP协议的帧格式
    • 3.3使用广播信道的数据链路层
    • • 3.3.1、局域网的数据链路层
      • 3.3.2、CSMA/CD协议

前言

欢迎小伙伴浏览本篇博客，本篇博客的宗旨是，用举例方法、白话说明的方式来解析小伙伴在看书时，那些似懂非懂，或不理解的原理和术语，方便我们快速理解、记忆。

第一章 概述

1.1、计算机网络在信息时代中的作用

1.1.1、三大网络

• 通信网络

向用户提供电话、电报及传真等服务

• 有线电视网络

向用户传送各种电视节目

• 计算机网络

使用户能够在计算机之间传送数据文件

1.1.2、互联网的基本特点

• 连通性

所谓连通性，就是互联网使用户之间可以交换信息，好像这些用户都彼此直接连通一样

• 共享

共享就是资源共享，可以是信息共享、软件共享也可以是硬件共享

1.2、互联网概述

1.2.1、网络的网络

​ 计算机网络（简称网络）有若干个结点和连接这些结点的链路组成。可能有小伙伴不理解，太抽象了，那么对照下图来看。

​ 互连网：网络之间通过路由器互连起来，构成一个范围更大的计算机网络，这样的网络称为互连网。因此互连网是“网络的网络”

​ 网络把许多计算机连接在一起，而互连网则把许多网络通过路由器连接在一起。

​ 与网络相连的计算机称为主机

互连网与互联网的区别

注意这两个英文是不同的哦，这两个不一样，小伙伴要多加思考

internet(互连网)是一个通用名词，他泛指由多个计算机网络互连而成的计算机网络

Internet（互联网或因特网）是一个专用名词，他指当前全球最大的、开放的、由众多网络互相连接而成的特定互联网

1.2.2、互联网基础结构发展的三个阶段

• 第一阶段

  第一阶段是从单个网络ARPANET向互连网发展的过程

• 第二阶段

  建成了三级结构的互联网。它是一个三级计算机网络，分为主干网、地区网和校园网

• 第三阶段

  逐渐形成了多层次ISP结构的互联网。

  出现了互联网服务提供者 ISP（ISP又唱翻译为互联网服务提供商，如中国电信、中国移动）

  任何机构和个人只要向某个ISP交纳规定的费用，就可从ISP获取所需的ip地址的使用权，并可通过此ISP接入到互联网

  根据提供的服务的覆盖面积大小以及拥有的ip地址数目的不同，ISP分为三个不同的层次：主干ISP、地区ISP、本地ISP

1.2.3、互联网的标准化工作

成为互联网正式标准经历的三个阶段

• 互联网草案。在这个阶段还不是RFC文档
• 建议标准。从这个阶段开始就成为RFC文档
• 互联网标准。

1.3、互联网的组成

从互联网的工作方式上看，可以划分为两大块

1、边缘部分：由所有连接在互联网上的主机组成。这部分是用户直接使用，用来进行通信（传送数据、音频或视频）和资源共享

2、核心部分：由大量网络和连接这些网络的路由器组成，这部分是为边缘部分提供服务的。（提供连通性和交换）

1.3.1、互联网的边缘部分

处在互联网边缘的部分就是连接在互联网上的所有的主机，这些主机又称为端系统。

端系统之间通信的含义：

主机A的某个进程和主机B的某个进程上的另一个进程之间的通信，简称为计算机之间的通信

端系统之间的两种通信方式：

• 客户-服务器方式（C/S方式）
• 对等方式（P2P方式）

客户-服务器工作方式方式（C/S方式）

对等连接工作方式

1.3.2、互联网的核心部分

在网络核心部分中起特殊作用的是路由器

路由器是实现分组交换的关键构件，其任务是转发收到的分组，这是网络核心部分最重要的功能。

1、电路交换的主要特点

交换的含义：

• 交换的含义就是转接——把一条电话线转接到另一条电话线，使它们连通起来
• 从通信资源的分配角度来看，交换就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源

电路交换必定是面向连接的。

电路交换方式分为三个阶段：

• 建立连接
• 通话
• 释放连接

电路交换的一个重要特点就是：

在通话的全部时间内，通话的两个用户始终占用端到端的通信资源

2、分组交换的主要特点

分组交换采用存储转发技术。

注意：这里的分组是一个对象，存储转发才是传输的方式

• 这里分组交换，就好比运输快递，将一个非常大的包裹拆分成几个小的包裹，然后将这些小包裹，以不同的路径传输，最后在一起拼成大的包裹
• 而报文，我们就可以理解为是这个大的包裹
• 而分组，我们就可以理解为是这个小的包裹
• 首部就是包裹上面的那个写有住址，人名的白色标签

1.6、计算机网络的性能

1.6.1、计算机网络的性能指标

计算机网络的性能一一般是指它的几个重要的性能指标

• 速率
• 带宽
• 吞吐率
• 时延
• 时延带宽积
• 往返时间RTT
• 利用率

1、速率

• 比特（bit）是计算机中的数据量的单位，意思是一个“二进制数字”，即一个比特就是二进制数字中的一个0或1
• 速率指的是数据传送速率，也称为数据率或比特率
• 速率的单位是bit/s,或kbit/s、Mbit/s、Gbit/s。他们三个的换算是1000，即1kb/s=1000b/s 而1kb=1024b,这里不一样小伙伴注意

2、带宽

带宽表示在单位时间内网络中的某信道所能通过的最高数据率。

也就是说，一条通信链路的带宽越宽，其所能传输的最高数据率也越高。

这里我们打个比方：这个和一段路上所行驶的车辆很像，原来规定每小时10公里，现在提升为20公里，那么单位时间内通过的车辆数则增加了2倍。

3、吞吐量

吞吐量表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的实际的数据量

这里也打个比方：这个吞吐量就相当于一个大门，许多车辆量可以通过这个大门，但是能一次通过多少个取决于大门的大小。但是当这些车辆出去之后，又会被车道上的速度限制，所以也会限制出大门的车辆数。

因此，吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。

4、时延

时延是指数据（一个报文或分组，甚至是比特）从网络的端传送到另一端所需的时间。

网络中的时延有以下几个不同的部分组成

• 发送时延
• 传播时延
• 处理时延
• 排队时延

5、时延带宽积

时延带宽积 = 传播时延 x 带宽

6、往返时间RTT

往返时间表示从发送方发送数据开始，到发送方收到来自接收方的确认，总共经历的时间。

7、利用率

时延与网络利用率的关系

信道或网络的利用率过高会产生非常大的时延

1.7、计算机网络体系结构

1.7.1、计算机网络体系结构的形成

分层将庞大而复杂的问题，转化为若干个较小的问题。

OSI：开放系统互连基本参考模型

两种国际标准：

法律上的国际标准OSI并没有得到市场的认可

非国际标准TCP/IP 却获得了最广泛的应用。TCP/IP常被称为事实上的国际标准

1.7.2、协议与划分层次

网络协议：

为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定称为网络协议

网络协议的三要素：

• 语法，即数据与控制信息的结构或格式
• 语义，即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应
• 同步，即事件实现顺序的详细说明

划分层次示意图

这里我们举个栗子：比如两个国家的领导人会晤，他们只管表达自己的观点，而这个观点，如何给到通信人手里，如何传送到对面领导人手里，他是不关心的，这就实现里分层

1.7.3、五层协议的体系结构

应用进程的数据在各层之间的传递过程所经历的变化。

注意：我们这里 每一个层次都认为是在和自己同等层次之间进行交互，这里就和上面的分层联系起来了

每一个层次都认为是在和自己同等层次之间进行交互，这里就和上面的分层联系起来了

这里举个栗子：比如说我现在要从主机1的应用进程AP1发送一个包裹（这个包裹就是数据），想把这个包裹给对面的AP2,但是我无法直接给，所以就传给下层，让下层解决，而下层是要传给对面的和他同等的层次，所以就加个标签（也就是首部），然后继续往下层传，往下传时，同理，直到最下层，通过电信号或光信号，传给对面的最下层，然后最下层的，拆开标签，继续网上传，同理，直到AP2收到AP1的数据

第二章 物理层

2.1、物理层的基本概念

• 物理层考虑的是怎样才能在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流，而不是指具体的传输媒体。
• 物理层的作用是要尽可能地屏蔽掉不同传输媒体和通信手段的差异。
• 用于物理层的协议也常称为物理层规程

物理层的主要任务：确定与传输媒体的接口有关的一些特性，即：

• 机械特性 指明接口所用接线器的形状和尺寸、引脚数目、固定和锁定装置等
• 电气特性 指明在接口电缆的各条线上出现的电压范围
• 功能特性 指明某条线上出现的某一电平的电压意义
• 过程特性 指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序

2.2、数据通信的基本知识

2.2.1、数据通信系统的模型

一个数据通信系统可划分为三大部分：

• 源系统（或发送端、发送方）
• 传输系统（或传输网络）
• 目的系统（或接收端、接收方）

两个计算机经过普通电话机的连线，再经过公用电话网。

下图是一些常用术语

• 通信的目的是传送信息。
• 数据是运送消息的实体。数据是使用特定方式表示的信息，通常是有意义的符号序列。这种信息的表示可用计算机或其他机器处理或产生。

注意
模拟信号，就是上面数据通信系统模型图中，用户家中的调制解调器到电话端局之间的用户线上传送的就是模拟信号。
数字信号，就是上面数据通信系统模型图中，用户家中的计算机到调制解调器之间，或在电话网中继线上传送的就是数字信号。

2.2.2、有关信道的几个基本概念

信道：一般用来表述向某一个方向传送信息的媒体。

通信的双方信息交互的方式有以下三种：

基带信号：来自信源的信号常称为基带信号，像计算机输出的代表各种文字或图像文件的数据信号属于基带信号。

调制分为两大类：

2.2.3、信道的极限容量

任何实际的信道都不是理想的，在传输信号时都会产生各种失真以及带来多种干扰。

从概念上讲，限制码元在信道的传输速率的因素有一下两个：

1）信道能够通过的频率范围

2）信噪比

香农公式（研究生考点）：

香农公式表明：

• 信道的带宽或信道中的信噪比越大，则信息的极限传输速率就越高

注意：

对于频带宽度已确定的信道，如果信噪比也不能提高了，并且码元传输速率也达到了上限值，那么还有什么办法提高信息的传输速率能？

那就是：用编码的方法让每一个码元携带更多比特的信息量。

举个栗子：就是在一条已经确定宽度的公路上，每个人都开一个小汽车，汽车速率也确定了，那么如何让人更多的在同一时间内通过一段公路，答案是：原来的是每个人都开一个小汽车，那么就换成一辆公交车，速度一样，同一时间它承载过去的人就多了。

2.3、物理层下的传输媒体

2.3.1、导引型传输媒体

1、双绞线

也许有些小伙伴不理解？双绞线是什么呢？嘿嘿，其实它就是网线

2、同轴电缆

3、光纤

光纤通信就是利用光导纤维（简称光纤）传递光脉冲来进行通信。

光纤是光纤通信的传输媒体。

光纤通常由非常透明的石英玻璃拉成细丝，主要由纤芯和包层构成双层通信圆柱体。

2.3.2、非导引型传输媒体

注意：下图中画得那个红线的，是讲的短波通信方式，黑线是微波通信方式

2.4、信道复用技术

2.4.1、频分复用、时分复用和统计时分复用

复用是通信技术中的基本概念。它允许用户使用一个共享信道进行通信，降低成本，提高利用率。

1、频分复用FDM

• 用户在分配到一定的频带后，在通信过程中自始至终都占用这个频带。

• 频分复用：所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源（注意：这里的“带宽”是频率带宽，而不是数据的发送速率）

• 使用傅里叶变换分离信号

• 缺点：会出现频段的浪费的问题，一个频段被一个用户独占

2.4.2、时分复用TDM

• 时分复用：将时间划分为一段段等长的时分复用帧（TDM 帧），每一个时分复用的用户在每一个 TDM 帧中占用固定序号的时隙(slot)。
• 每个用户所占用的时隙周期性出现（其周期就是 TDM 帧的长度）。
• TDM 信号也称为等时(isochronous)信号。即：时分复用的所有用户是在不同的时间占用同样的频带宽度。
• 使用时分复用系统传送计算机数据时，由于计算机数据的突发性质，用户对分配到的子信道的利用率一般是不高的。

2.4.3、统计时分复用STDM

• 各用户将数据发往集中器，时分复用帧分给申请方，动态按需分配。
• 特点：Slot数少于用户数，slot动态分配给用户；集中器按顺序扫描用户输入的数据，将缓存中数据依次放入STDM帧中slot，当一帧放满，再发送。
• STDM特点:
  • STDM帧不是固定分配时隙，而是按需动态分配；
  • STDM可以提高线路的利用率
  • STDM方法中，每个时隙中，必须分配部分时间用于传送用户信息。

2.4.4、波分复用 WDM

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-yjerB34p-1621756395212)(计算机网络教程《谢希仁》 详细思维笔记.assets/波分复用.png)]

2.4.5、码分复用CDM

码分复用是另一种共享信道的方法。实际上，人们更常用的名词是码分多址CMDA

每个用户可以在同样的时间使用同样的频带进行通信。

各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此彼此不会造成干扰。

码片序列：

每一个比特时间划分为m个短的间隔，称为码片。

小伙伴可能会问什么是比特时间呢？比特时间就是发送1比特所消耗的时间。

使用CDMA的每一个站被指派一个唯一的 m bit 码片序列

好，在这里举个栗子来形容一下:

就是说，我们想象有一个长的水管（代表共享信道），唉，里面流的不是水了，是水果，

有西瓜、苹果、香蕉（代表不同码型），他们混合起来一起传输到水管的另一端。（这就是码分复用了）。而在传输过程中，是将这几种水果，切成m段（码片），这个m段的香蕉，是m bit码片序列。

• 如果发送比特 1，则发送自己的m bit 码片序列。
• 如果发送比特 0，则发送该码片序列的二进制反码。

例如，S 站的8 bit 码片序列是 00011011

发送比特1 时，就发送序列 00011011
发送比特0 时，就发送序列 11100100

如果用0表示，那么当我们计算的时候就没意义了，所以我们按照惯例将码片中的0写为-1，将1写为+1.因此S站的码片序列是（-1-1-1+1+1-1+1+1）

CDMA的工作原理

• 对于每个站分配的码片序列必须各不相同,并且必须互相正交
• 在实用的系统中，码片序列使用伪随机码序列。

码片序列的正交关系

令向量 S表示站 S的码片向量，T 表示其他任何站的码片向量。
两个不同站的码片序列正交，就是向量 S 和 T 的规格化内积为 0

这就意味着大家在传输的时候怎么混合都没问题，因为传输的无非是我自己的码片或者我自己码片的反码或者别人的码片。

到最后，我们用自己的码片和相加混合的码片求内积，最后的结果中，但凡不是我的信号，都为0，是自己则为1 ，是自己的反码则为-1.这样就筛选出来了。（如上图的右边的红色字）

关于计算题
步骤

• 将收到混合的码片序列分别和已知站的码片序列内积
• 若结果为 1，表示源站发送比特 1；若结果为 -1，表示源站发送比特 0；若结果为 0 ，表示源站没有发送

例题：共有4个站进行码分多址通信。4个站的码片序列为 
A：（－1－1－1＋1＋1－1＋1＋1） 
B：（－1－1＋1－1＋1＋1＋1－1） 
C：（－1＋1－1＋1＋1＋1－1－1）
D：（－1＋1－1－1－1－1＋1－1）
现收到这样的码片序列S：（－1＋1－3＋1－1－3＋1＋1）。
问哪个站发送数据了？发送数据的站发送的是0还是1？

S•A=（＋1－1＋3＋1－1＋3＋1＋1）／8=1，   A发送1 
S•B=（＋1－1－3－1－1－3＋1－1）／8=－1， B发送0 
S•C=（＋1＋1＋3＋1－1－3－1－1）／8=0，   C无发送 
S•D=（＋1＋1＋3－1＋1＋3＋1－1）／8=1，   D发送1

第三章 数据链路层

数据链路层属于计算机网络的低层。

数据链路层使用的信道主要有以下两种类型：

• 点对点信道。这种信道使用一对一的点对点通信方式。
• 广播信道。这种信道使用一对多的广播通信方式，因此过程比较复杂。广播信道上连接的主机很多，因此必须使用专用的共享信道协议来协调这些主机的数据发送。

下面来看一下两台主机通过互联网进行通信时数据链路层所处的地位。

当主机H1向H2发数据时，从协议的层次上看，数据的流动如图3-1（b）。

主机H1和H2都有完整的五层协议栈，但是路由器在转发分组时使用的协议栈只有下面的三层。

当我们专门研究数据链路层的问题时，一般我们只关心协议栈中水平方向的各数据链路层。我们可以想象数据是在数据链路层从左向右沿着水平方向传送的。如图3-2

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-MJmqiy35-1621756605588)(计算机网络教程《谢希仁》 详细思维笔记.assets/数据链路层地位.jpg)]

3.1、使用点对点信道的数据链路层

3.1.1 数据链路和帧

• 链路，是从一个结点到相邻结点的一段物理线路（有线或无线），而中间没有任何其他的交换结点。一条链路只是一条通路的一个组成部分。
• 数据链路。除了物理线路外，还必须有通信协议来控制这些数据的传输，若把实现这些协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路。
• 现在最常用的方法是使用网络适配器（网卡）来实现这些协议的硬件和软件。
• 一般的适配器都包括数据链路层和物理层这两层的功能。
• 帧，在两个对等的数据链路层之间画出一个数字管道，在这条数字管道上传输的数据单位是帧

点对点信道的数据链路层在进行通信时的主要步骤：

• 结点A的数据链路层把网络层交下来的IP数据报添加首部和尾部封装成帧

• 结点A把封装好的帧发送给结点B的数据链路层

• 若结点B的数据链路层收到的帧无差错，则从收到的帧中提取出IP数据报交给上面的网络层；否则丢弃这个帧

数据链路层不必考虑物理层如何实现比特传输的细节。我们甚至还可以更简单的设想好像是沿着两个数据链路层之间的水平方向把帧直接发送到对方,如图b。

3.1.2三个基本问题

数据链路层协议有许多种，但是有三个基本问题是共同的，即

• 封装成帧
• 透明传输
• 差错检测

1、封装成帧

• 封装成帧就是在一段数据的前后分别添加和尾部，然后就构成了一个帧
• 首部和尾部的一个重要作用就是进行帧定界

• 当数据是由可打印的ASCII组成的文本文件，帧定界可以使用特殊的帧定界符。
• 控制字符SOH放在一帧的最前面，表示帧的首部开始，另一个控制字符EOT表示帧的结束。

2、透明传输

如果数据中的某个字节的二进制代码恰好和SOH或EOT一样，数据链路层就会错误的找到帧的边界

解决透明传输问题：

解决办法：字节填充或字符填充

• 发送端数据链路层在数据中出现控制字符“SOH”或“EOT”的前面插入一个转义字符“ESC”(其十六进制编码是 1B)。
• 接收端数据链路层在将数据送往网络层之前，删除插入的转义字符，称为字节填充(byte stuffing)或字符填充(character stuffing)。
• 如果转义字符也出现数据当中，在转义字符前面插入一个转义字符。当接收端收到连续的两个转义字符时，就删除其中前面的一个。

3、差错检测

在传输过程中可能会产生比特差错：1 可能变成 0，而 0 也可能变成 1

为了保证数据传输的可靠性，在计算机网络传输数据时，必须采用各种差错检测措施。

循环冗余检验的原理：

• 在发送端，先把数据划分为组。假定每组 k个比特。
• 每组数据 M 的后面再添加用于差错检测的 n 位冗余码 R 一起发送

计算冗余码：

请结合下面例题思考：

这里的生成多项式G(x)就是除数，要发送的数据+r个0（这里的r就是多项式G(x)的位数减1，即这题是4个0），即发送数据+r个0 所得就是被除数。如果小伙伴不知道如何加0，请看下面图中解释

也有小伙伴会问这个怎么除呢？

是这样的，让我们看 着下面例题说，右下角的运算中，第一步的11010除以10011,如果他们的最高阶，即第一位相同，商为1

余数怎么算呢？

这个余数是根据同0异1算的

比如11010除以

​ 10011 余数就是

​ 1001 即竖着从右往左看，0减1为1，1减1为0，即同0异1

即这题的冗余码为1110

接收端对收到的每一帧进行 CRC 检验

若得出的余数 R = 0 ，则判定这个帧没有差错，就接受

若余数 R ≠ 0 ,则判定这个帧有差错，就丢弃

这种检测方法并不能确定究竟是哪一个或哪几个比特出现了差错
只要使用位数足够多的除数 P ，那么出现检测不到的差错的概率就很小很小

3.2、点对点协议PPP

使用得最广发的数据链路层协议是点对点协议 PPP

3.2.1、PPP协议的特点

1、PPP协议应满足的要求

• 简单: 这是首要要求，复杂的要求由传输层实现：
• 对于接受方，每收到一帧，进行CRC检测。如果检验正确，接受该帧，否则，丢弃该帧，其它什么也不做
• 得到的是不可靠传输,所以不使用帧的编号
• 封装成帧 ：规定特殊的字符作为帧定界符
• 透明性 ：必须保证数据传输的透明性
• 支持多种网络层协议 ：能在同一条物理链路上同时支持多种网络层协议的运行
• 多种类型链路 ：能在多种类型的链路上运行。如：串行、并行，同步、异步，低速、高速等链路
• 差错检测
• 检测连接状态，能够及时自动检测出链路是否处于正常工作状态
• 最大传送单元MTU，是数据链路层的帧可以载荷的数据部分的最大长度，而不是帧的总长度
• 网络层地址协商，能够知道或能够配置彼此的网络层地址
• 数据压缩协商

2、PPP协议的组成

• 将 IP 数据报封装到串行链路的方法
• 链路控制协议 LCP (Link Control Protocol)保证的物理的联通性，能发送数据，但是不提供网络服务
• 一套网络控制协议 NCP (Network Control Protocol),每个协议支持不同的网络层协议(如IP, DECnet等),可以分配网络信息

3.2.2、PPP协议的帧格式

1、各字段的意义：

2、PPP 协议的透明传输

字符填充法:

当 PPP 用在异步传输时，使用一种特殊的字符填充法。

• 将信息字段中出现的每一个 0x7E 字节转变成为 2 字节序列：(0x7D, 0x5E)
• 若信息字段中出现一个 0x7D 的字节, 则将其转变成为 2 字节序列：(0x7D, 0x5D)
• 若信息字段中出现 ASCII 码的控制字符（即数值小于 0x20 的字符），则在该字符前面要加入一个 0x7D 字节，同时将该字符的编码加以改变。
  如：0x03 → (0x7D, 0x23)

练习：

一个PPP帧的数据部分（十六进制）是7D 5E FE 7D 5D 7D 5D 65 7D 5E

请问真正的数据是什么？

解：7E FE 7D 7D 65 7E

零比特填充

• PPP 协议用在 SONET/SDH 链路时，使用同步传输。当 PPP 用在同步传输链路时，协议规定采用硬件来完成零比特填充（和 HDLC High-level Data Link Control 的做法一样）
  在发送端，只要发现有 5 个连续 1，则立即填入一个 0
• 接收端对帧中的比特流进行扫描。每当发现 5 个连续 1 时，就把这 5 个连续 1 后的一个 0 删除

原因：flag = 0x7E = 0111 1110

练习：

PPP协议使用同步传输技术传送比特串0110111111111100,

则经过零比特填充后变成怎样的比特串？

解：011011111011111000

3.3使用广播信道的数据链路层

广播信道是一种一对多的通信，局域网使用的就是广播信道

3.3.1、局域网的数据链路层

局域网

局域网最主要的特点：
网络为一个单位所拥有，且地理范围和站点数目均有限。

局域网的优点：
1.具有广播功能，从一个站点可很方便地访问全网。
2.便于系统的扩展和逐渐演变，各设备的位置可灵活调整和改变。
3.提高了系统的可靠性、可用性、生存性。

局域网的拓扑结构：
星形网、环形网、总线网。

​ 由于集线器的出现和双绞线大量用于局域网中，星形以太网以及多级星形结构的以太网获得了广泛的应用。

注意：局域网工作的层次跨越了数据链路层和物理层。

共享信道

要考虑的问题：
如何使众多用户能够合理而方便地共享通信媒体资源。
两种方法：
1.静态划分信道：
频分复用、时分复用、波分复用、码分复用。
2.动态媒体接入控制（多点接入）：其特点是信道并非在用户通信时固定分配给用户

​ 这里分成两类：
随机接入：随机接入的特点是所有的用户可随机的发送信息。
受控接入：受控接入的特点是用户不能随机的发送信息而必须服从一定的控制。

以太网的两个标准：

• DIX Ethernet V2

• 标准IEEE 802.3

数据链路层的两个子层：

• 逻辑链路控制LLC , 与传输媒体无关

• 媒体接入控制MAC, 和局域网都对LLC子层来说是透明的

适配器的作用

• 计算机与外界局域网的连接是通过通信适配器进行的。
• 通信适配器上面装有处理器和存储器
• 适配器和局域网之间的通信是通过电缆和双绞线以串行方式进行
• 适配器和计算机之间的通信是通过计算机主板上的I/)总线以并行方式进行

3.3.2、CSMA/CD协议

CSMA/CD是载波监听多点接入/碰撞检测的缩写，

下面是CSMA/CD协议的要点：

• 多点接入就是计算机以多点接入（动态媒体接入控制）的方式连接在一根总线上。

• 载波监听就是”发送前先监听”，即每一个站在发送数据前先要检测一下总线是否有其他站在发送数据，如有则暂时不要发送数据，要等到信道为空闲。

• 碰撞检测就是“边发送边监听”，即适配器边发送数据边检测信道上的信号电压的变化情况。当一个站检测到的信号电压摆动值超过一定的门限值时，就认为总线上至少有两个站同时在发送数据，表明产生了碰撞，就要立即停止发送，免得继续浪费网络资源，然后等待一段随机时间后再次发送。

  把总线上的单程端到端传播时延记为τ，A 发送数据后，最迟要经过2τ才能知道自己发送的数据和其他站发送的数据有没有发生碰撞。

对上文进行归纳总结

​ 1.准备发送：
​ 适配器从网络层获得一个分组，加上以太网的首部和尾部，组成以太网帧，加入适配器的缓存中。但是在发送之前，必须先检测信道。
​ 2.检测信道：
​ 若检测到信道忙，则应不停的检测，一直等待信道转为空闲。
​ 若检测到信道空闲，并在96比特时间内信道保持空闲，就发送这个帧。
​ 3.发送过程中仍不停地检测信道，即网络适配器要边发送边监听。
​ 发送成功：
​ 在争用期内一直未检测到碰撞。这个帧肯定能狗发送成功。发送完成后，其他什么也不做。然后回到（1）
​ 发送失败：
​ 在争用期内检测到碰撞。立即停止发送数据，并按规定发送人为干扰信号。
​ 适配器接着执行指数退避算法，等待r倍512比特时间后，返回步骤（2），
​ 继续检测信道。但若重传达16次仍不能成功，则停止重传而向上报错。

CSMA/CD发送流程口诀：

先听后发，边听边发，冲突停止，延迟重发。