计算机网络第六章——链路层

Posted 2021-06-06 牧空

链路层

提供的服务

• 流量控制
• 差错检查(更强)
• 错误纠正
• 半双工和全双工
  
  网络适配器
  

差错检测和纠错技术

• 比特级差错检测和纠错
• 差错检测并非100%可靠
  • 差错检验位越多,检测和纠错的功能越好

奇偶校验

• 一维奇偶校验
• 二维奇偶校验

Internet校验和

循环冗余检测(CRC)

多项式编码

基本思想

• 设发送节点要把数据D（d 比特）发送给接收节点。
• 发送方和接收方先共同选定一个生成多项式 G（r+1比特），最高有效位 (最左边)是1
  发送方
• 计算出一个r位附加比特R，添加到D的后面产生DR（d+r 比特）
• DR能被生成多项式G模2运算整除，一起发送
  接收方
• 用生成多项式G去除接收到的DR（d+r比特）
  • 余数非0：传输发生差错；
  • 余数为0：传输正确，去掉尾部r位，得所需数据D。
    
    计算R
    将数据D后面添加r个0，除以给定的生成多项式G，所得余数即为R（r位）
    模2运算
• 加法不进位,减法不借位:操作数按位异或

差错检验方法比较

• 奇偶校验能力最弱，CRC校验能力最强。
• 奇偶校验通常用于简单的串口通信
• Internet校验和通常用于网络层及其之上的层次，要求简单快速的软件实现方式
• CRC通常应用于链路层，一般由适配器硬件实现

多路访问链路和协议

两种网络链路

• 点对点链路
• 广播链路

多路访问协议

目的
协调多个节点在共享广播信道上的传输

• 避免多个节点同时使用信道，发生冲突（碰撞），产生互相干扰

冲突

• 两个以上的节点同时传输帧，使接收方收不到正确的帧（所有冲突的帧都受损丢失）

理想的情况(速率为R bps的广播信道)

• 当一个节点有数据发送时，它能以R bps的速率发送.
• 当有M个节点要发送数据，每个节点的平均发送速率为 R/M
• 完全分散:
  • 不需要主节点协调传输
  • 不需要时钟、时隙同步
• 简单

类型

• 信道划分协议
  • 把信道划分为时隙
  • 给结点分配专门的时隙
• 随机访问协议
  • 不划分信道,允许冲突
  • 能从冲突中恢复
• 轮流协议
  • 轮流访问信道避免冲突
  • 要发送的节点越多轮流时间越长

局域网

主要特点:网络为一个组织所拥有,且地理范围和站点数目均有限

(按拓扑结构)分类:

• 星形网(常用)
  • 优点
  • 缺点
• 环形网
  • 优点:适于光线介质,实时性强
  • 缺点:一个节点的破坏可能会影响整个网络
• 总线网
  • 优点:简单,易于扩充
  • 缺点:检测困难
• 树形网(常用)
• 网状网
  • 优点:网络健壮性
  • 缺点:复杂

局域网和互联网连接:网卡(网络接口卡,NIC)

链路层寻址和ARP

• 网络层地址:IP地址
• 链路层地址:MAC地址、物理地址、局域网地址

MAC地址识别

网卡负责MAC地址的封装和识别

• 发送适配器
• 接收适配器

广播地址:FF-FF-FF-FF-FF-FF

DNS域名系统:将主机名解析为IP地址
ARP地址解析协议:将IP地址解析到MAC地址(之威同一个LAN上的节点解析IP地址)

发送数据报到子网外的过程

IP不会逐跳变换（不考虑NAT），IP是全网标识
MAC地址会逐跳变换

以太网（Ethernet）

以太网物理层标准

曼切斯特编码（10Base-T）

以太网链路层控制技术

MAC子层主要功能

• 数据封装
  • 帧同步、帧定界
  • 地址确定
  • 错误检测机制
• 媒体访问管理
  • 媒体分配（避免冲突）
  • 冲突解决

以太网帧结构

链路层交换机

交换机会冲突吗？

转发表里没有目的MAC地址,会进行广播,然后目的主机返回一个单播帧,并插入交换机的转发表中

同一个子网内

SDN(会考到)