计算机网络复习之DL层（数据链路层）与LAN（Local Area Network局域网）

Posted 2023-02-19 Icy Hunter

tags:

篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了计算机网络复习之DL层（数据链路层）与LAN（Local Area Network局域网）相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

文章目录

封装成帧
透明传输
差错控制
透明网桥
交换机/路由器的广播域、冲突域
CSMA/CD协议
PPP协议
HDLC协议
PPP和HDLC的对比
简述IEEE802.3标准。说明其对应网络体系结构中的哪几层？典型速率有哪些？它如何解决信道争用？
参考

数据链路层的任务是将有噪声线路变成无传输差错的通信线路，为达到此目的，数据被分装成帧；为防止发送过快，一般提供流量控制功能。
数据链路的管理包括数据链路的建立、维持和链路的释放。
在数据链路层中，帧是用于描述PDU的单位。
透明传输：指上层不需要考虑下层的实现机理，无论什么SDU均可传输。
SDU服务数据单元：为完成用户所要求的功能而应传送到的数据。
PDU协议数据单元：对等层次之间传送的数据单位。
每一层的PDU会作为下一层的SDU，然后和PCI组成该层的PDU，再作为下下层的SDU…直到物理层。
当信息字段中出现和标志字段一样的比特组合时，必须采用一些特定的方法，HDLC采用零比特填充法；PPP协议在同步传输时，使用零比特填充法，在异步传输时，使用字节填充法。
高级数据链路控制（HDLC，High-level Data Link Control）是一组用于在网络结点间传送数据的协议，是由国际标准化组织（ISO）颁布的一种高可靠性、高效率的数据链路控制规程，其特点是各项数据和控制信息都以比特为单位，采用“帧”的格式传输。
PPP是面向字节的点到点传输协议，所以其所有帧的长度都必须是以字节为单位的。
PPP协议能协商网络层参数。
HDLC通常被称为是面向比特的高级链路控制规程，而PPP主要是面向字符的。
HDLC有三种不同类型的帧，分别为信息帧、监督帧和无编号帧。
CRC是一种在计算机网络的差错控制中经常使用的方法，在发送端采用软件编码时，一般使用模二除以生成多项式的系数，得到的余数就是CRC检错编码的结果。在采用CRC差错控制的接收端，当把收到的比特串用模二除以生成多项式时，若除不尽时，则判断传输有错误。
IEEE802委员会将局域网的数据链路层拆分为两个子层。其中，与传输媒体有关的内容放在MAC子层，与传输媒体无关的放在LLC子层。
IEEE802系列标准把数据链路层分成LLC（Logical Link Control，逻辑链路控制）和MAC（Media Access Control，介质访问控制）两个子层。上面的LLC子层实现数据链路层与硬件无关的功能，比如流量控制、差错恢复等；较低的MAC子层提供LLC和物理层之间的接口。
局域网的体系结构包括物理层、LLC、MAC。
构建局域网的要素包括：速率，时延，拓扑，网间连接设备，价格等。
LAN常用的拓扑结构有总线, 环型, 星型等。
网卡的功能覆盖了体系结构的物理层和MAC子层等的功能。
目前，局域网的传输介质（媒体）主要是双绞线、同轴电缆和光纤等。
WLAN对于有固定基础设施的无线局域网，IEEE制定的标准为IEEE802.11，它使用星型拓扑。拓扑结构中的AP全称是接入点。
以太网的媒体访问控制方法（即以太网解决信道冲突的方法）是CSMA/CD。
CSMA/CD的算法可以简单的概括为：载波监听、冲突检测、冲突后用截断二进制指数退避算法。
对于基带CSMA/CD而言，为了确保发送站点在传输时能检测到可能存在的冲突，数据帧的传输时延至少要等于信号传播时延的2倍。
以太网最小帧长为64字节，是指从目的地址到校验和（FCS）的长度。当数据字段的长度小于46字节时，数据链路层会在数据字段的后面加入一个整数字节的填充字段，以保证以太网的MAC帧长不小于64字节。有效的MAC帧长度为64~1518字节。
对于以太网10BASE-T标准，10M bps， BASE表示基带传输，T代表双绞线。
MAC地址的格式由6个字节，共计48个比特组成，前3个字节是由IEEE分配给各个申请的公司组织的标识符OUI，后3个字节是由厂商分配的接口标识符。
网络中每台设备都有一个唯一的网络标识，这个地址叫MAC地址或网卡地址，由网络设备制造商生产时写在硬件内部。MAC地址则是48位的（6个字节），通常表示为12个16进制数，每2个16进制数之间用冒号隔开，如08：00：20：0A：8C：6D就是一个MAC地址。
中继器负责在物理层间实现透明的二进制比特复制，以补偿信号衰减。
交换机/网桥工作在数据链路层。
使用网桥的好处：过滤通讯量，增大吞吐量；扩大了物理范围；提高了可靠性；可互联不同物理层、不同MAC子层和不同速率的以太网。
VLAN（Virtual Local Area Network）的中文名为"虚拟局域网"。
以太网的媒体访问控制方法（即以太网解决信道冲突的方法）是CSMA/CD。

封装成帧

透明传输

字符计数法

但是单点错误，后面就全错了，所有太容易出错了，不是很行。

字符填充法

就是插入转义字符，实现透明传输，读取的时候，读取到转义字符就给他拿掉，就能够还原回正确的信息了。

零比特填充法

违规编码法

比如二进制码元来编码，就只有两种情况0和1，高低代表1，低高代表0，就只有这两种编码方式，出现高高或者低低都是违规的，不能表达0或1，因此可以用这个来作为开始和结尾。

差错控制

透明网桥

1、透明网桥通过自学习算法建立自己的转发表，无需用户配置，是一种即插即用设备。

2、“透明”是指局域网上的站点并不知道所发送的帧将经过哪几个网桥，对各站点来说，网桥好像是“透明” 的，是看不见的。

网桥自学习转发表

1、在转发表中记录接收到帧的源地址及接收到该帧的接口。

2、在转发表中找不到目的地址所在接口时就向所有其他接口转发。

3、网络拓扑可能会发生改变。

4、在网桥的转发表中写入的信息除了地址和接口外，还有帧进入该网桥的时间。

5、定期丢弃陈旧的信息，使网桥中的转发表能反映当前网络的最新拓扑状态。

网桥的自学习和转发帧的步骤

网桥收到一个帧后先进行自学习。查找转发表中与收到帧的源地址有无相匹配的项目：

1、如没有，就在转发表中增加一个项目（源地址、进入的接口和时间）。

2、如有，则把原有的项目进行更新。

然后进行转发帧操作。先查找转发表中与收到帧的目的地址有无相匹配的项目：

1、如没有，则向所有其他接口（进入的接口除外）转发。

2、如有，则按转发表中给出的接口进行转发。

3、若转发表中给出的接口就是该帧进入网桥的接口，则应丢弃该帧（因为这时不需要通过网桥进行转发）。

透明网桥工作原理

网桥收到一帧后先进行自学习。查找转发表（MAC地址表）中与收到帧的源地址有无相匹配的项目。若没有，就在转发表中增加一个项目（源地址、进入的接口及时间）。如有，则把原有的项目进行更新。

转发帧。查找转发表中与收到帧的目的地址有无相匹配的项目。如没有，则从所有其他接口（除进入网桥的接口外）将帧转发出去。如有，则按转发表中给出的接口进行转发。若转发表中给出的接口就是该帧进入网桥的接口，则应丢弃这个帧（因为这时不需要经过网桥进行转发）。

交换机/路由器的广播域、冲突域

冲突域

在以太网中，如果某个CSMA/CD网络上的两台计算机在同时通信时会发生冲突，那么这个CSMA/CD网络就是一个冲突域（collision domain)。如果以太网中的各个网段以集线器连接，因为不能避免冲突，所以它们仍然是一个冲突域。

冲突域是在同一个网络上两个比特同时进行传输则会产生冲突；在网路内部数据分组所产生与发生冲突的这样一个区域称为冲突域，所有的共享介质环境都是一个冲突域，在共享介质环境中一定类型的冲突域是正常行为。

广播域

广播是一种信息的传播方式，指网络中的某一设备同时向网络中所有的其它设备发送数据，这个数据所能广播到的范围即为广播域(Broadcast Domain)。

在传输中当不知道目的MAC地址时，需要在网段内广播当前子网下所有的节点，相应的广播报文以及目的MAC查找失败报文会向所有端口转发，因此会消耗大量的网络带宽。而二层交换机只能隔离冲突域，不能隔离广播域。

冲突域是基于第一层（物理层）

广播域是基于第二层（链路层）

交换机/路由器的两域区别

交换机分割冲突域，但是不分割广播域，而路由器分割广播域。由交换机连接的网段仍属于同一个广播域，广播数据包会在交换机连接的所有网段上传播，在这种情况下会导致广播风暴和安全漏洞问题。而连接在路由器上的网段会被分配不通的广播域，路由器不会转发广播数据。需要说明的是单播的数据包在局域网中会被交换机唯一地送往目标主机，其他主机不会接收到数据，这是区别于原始的集线器的，数据的到达时间由交换机的转发速率决定，交换机会转发广播数据给局域网中的所有主机。