数据链路层概述

Posted 2021-07-25 小布丁value

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了数据链路层概述相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

数据链路层

数据链路层概述
使用点对点信道的数据链路层
媒体接入控制MAC
数据链路层的互连设备

数据链路层概述

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链路(Link)就是从一个结点到相邻结点的一段物理线路，而中间没有任何其他的交换结点。
数据链路(Data Link)是指把实现通信协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路。
数据链路层以帧为单位传输和处理数据。

使用点对点信道的数据链路层

三个重要问题：封装成帧，差错检验，可靠传输

封装成帧

封装成帧是指数据链路层给上层交付的协议数据单元添加帧头和帧尾使之成为帧。
帧头和帧尾中包含有重要的控制信息。
贞头和帧尾的作用之一就是帧定界。
透明传输是指数据链路层对上层交付的传输数据没有任何限制就好像数据链路层不存在一样。
面向字节的物理链路使用字节填充(或称字符填充)的方法实现透明传输。
面向比特的物理链路使用比特填充的方法实现透明传输。(一个字节等于8个比特）
为了提高帧的传输效率，应当使帧的数据部分的长度尽可能大些。
考虑到差错控制等多种因素，每一种数据链路层协议都规定了帧的数据部分的长度上限，即最大传送单元MTU(Maximum Transfer Unit)。

细节部分：理解的可以跳过
封装成帧是指数据链路层给上层交付的协议数据单元添加帧头和帧尾使之成为帧
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PPT帧的格式：红色部分就是帧定界

Mac帧的格式：没有帧定界
有前导码和帧间间隔

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差错检查

检错码只能检测出帧在传输过程中出现了差错，但并不能定位错误，因此无法纠正错误。
要想纠正传输中的差错，可以使用冗余信息更多的纠错码进行前向纠错。但纠错码的开销比较大，在计算机网络中较少使用。
循环冗余校验CRC有很好的检错能力（漏检率非常低)，虽然计算比较复杂，但非常易于用硬件实现，因此被广泛应用于数据链路层。
在计算机网络中通常采用我们后续课程中将要讨论的检错重传方式来纠正传输中的差错，或者仅仅是丢弃检测到差错的帧，这取决于数据链路层向其上层提供的是可靠传输服务还是不可靠传输服务。

可靠传输

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可靠传输的实现机制——停止-等待协议

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可靠传输机制二–回退N帧协议GBN

产生原因：
为了解决停止等待协议的信道利用率很低，若出现超时重传，则信道利用率更低
所以采用流水线传输可提高信道利用率
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无差错情况

1.本题取Wr=5接受窗口只能是Wr=1,和停止等待协议一样，接受方接收后依次一个一个返回确认分组
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累积确认

接收方不一定要对收到的数据分组逐个发送确认。而可以在收到几个数据分组后(由具体实现决定)对按序到达的最后一个数据分组发送确认。ACKn表示序号为n及以前的所有数据分组都已正确接收.

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本例中。尽管序号为6.7,0.1的数据分组正确到达接收方;但由于5号数据分组误码不被j接受;它们也受到牵连而不被接受。发送方还要重传这些数据分组。这就是所谓的Go-back-N(回退N制).
可见,当通信线略质量不好时,回退N帧协议的信道利用率并不比停止-等待协议高.

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若Wr的值大于8会发生什么呢？

Wr=1是停止等待协议
Wr=8时接收方无法分辨新旧分组
NzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80OTI2MzY0Nw==,size_16,color_FFFFFF,t_70)

小结

发送方	接收方
发送窗口尺寸Wr的取值范围是1< Wr≤ 2"一1其中，n是构成分组序号的比特数量	接收方的接收窗口尺寸Wr的取值范围是`Wr=1` ,因此`接收方只能按序接收数据分组。`
Wr = l停止-等待协议	接收方只接收序号落在接收窗口内且无误码的数据分组并且将接窗口向前滑动—个位置，与此同时给发送方发回相应的确认分组。`为了减少开销`。接收方`不—定每收到一个按序到达且无误码的数据`分组就`给发送方发回一个确认分组`

2"-1接收方无法分辨新、旧数据分组发送	`而是可以在连续收到好几个按序到达且无误码的数据分组后`（由具体实现决定)。才针对最后一个教据分组发送确认分组。这称`为累积确认;`
	或者可以在自己有数据分组要发送时才对之前按序接收且无误码的数据分组进行捎带确认
发送方收到多个重复确认时。可在重传计时器超时前尽早开始重传。由具体实现决定	接收方收到未按序到达的数据分组。除丢弃外，还要对`最近按序接收的数据分组进行确认;`
`发送方发送窗口内某个已发送的数据分组产生超时重发时，其后续在发送窗口内且已发送的数据分组也必须全部重传，这就是回退N帧协议名称的由来`。

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可靠传输机制三 ——选择重传协议

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接收窗口的尺寸超过最大值

接收方无法辨认新旧数组，会造成重复接收
本例中 0 丢失重传计时器超时
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小练习

媒体接入控制MAC

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1. 媒体接入控制——静态划分信道

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频分复用

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时分复用

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波分复用

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码分复用

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练习：

总结：

2.媒体接入控制——动态接入控制——随机接入

为了解决多个主机在同一条线路上发送数据产生的碰撞问题
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载波监听多址接入/碰撞检测CSMA/CD

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载波监听

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碰撞检测和强化碰撞

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争用期

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最小帧长

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A站发送了一个很短的帧，但在发送完毕之前没有检测出碰撞，假定这个帧继续向前传播到达目地站之前和别的栈发送的帧
发生了碰撞，因而目地站将受到有差错的帧，当然会把它丢弃，可是发送站却不知道这个帧发生了碰撞，因而不会重传这个帧，
这当然不是我们所希望的。为了避免这种情况，我们规定

CSMA/CD协议——截断二进制指数退避算法

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CSMA/CD协议——信道利用率

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CSMA/CD协议——帧发送与接收流程

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CSMA/CD协议——考研题

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CSMA/CD协议总结

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CSMA/CA 协议（媒体接入控制 — 动态接入控制 — 随机接入）

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由于不可能避免所有碰撞,无线局域网使用的 CSMA/CA协议，在CSMA的基础上增加了一个碰撞CA功能

CAMA/CA使用数据链路层的（停止等待协议来保证数据被接受——

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请求发送RTS和允许发送CTS

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CSMA练习

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3. MAC地址、IP地址以及ARP协议

基本概念：

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3.1MAC地址：

使用点对点信道的数据链路曾不需要使用MAC地址
使用广播信道的数据链路层必须使用MAC地址来区分吧个主机

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在每个主机发送的帧中必须携带标识发送主机和接收主机的地址。由于这类地址是用于媒体接入控制MAC(Media Access
Control)，因此这类地址被称为MAC地址;

MAC地址一般被固化在网卡(网络适配器）的电可擦可编程只读存储器EEPROM中，因此MAC地址也被称为硬件地址;
MAC地址有时也被称为物理地址。请注意:这并不意味着MAC地址属于网络体系结构中的物理层!

一般情况下，用户主机会包含两个网络适配器:有线局域网适配器（有线网卡)和无线局域网适配器（无线网卡)。每个网络适配器都有一个全球唯一的MAC地址。而交换机和路由器往往拥有更多的网络接口，所以会拥有更多的MAC地址。综上所述，严格来说，MAC地址是对网络上各接口的唯一标识，而不是对网络上各设备的唯一标识。