计算机网络入门基础篇——数据链路层（下）
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了计算机网络入门基础篇——数据链路层（下）相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
参考视频教程：计算机网络微课堂
文章目录
一、媒体接入控制
1.基本概念
当多个主机连接在一个主线上的时候，当主机同时发送消息时，很可能会发生冲突与碰撞，所以我们需要解决此类问题，共享信道要着重考虑的一一个问题就是如何协调多个发送和接收站点对一一个共享传输媒体的占
用，即媒体接入控制MAC(Medium Access Control)。
常见的划分方式如下：
2.静态划分信道
（1）复用技术
复用是通信技术中的一个重要概念。复用就是通过一条物理线路同时传输多路用户的信号。
当网络中传输媒体的传输容量大于多条单一信道传输的总通信量时，可利用复用技术在一条物理线路上建立多条通信信道来充分利用传输媒体的带宽。
（2）频分复用
多个信号输入一个复用器时，这个复用器将每一路信号调制到不同频率的载波上，接收端由相应的分用器通过滤波将各路信分开，将合成的复用信恢复成原始的多路信号。频分复用的所有用户同时占用不同的频带资源进行通信。
（3）时分复用
将时间划分成一个个的时隙，每个用户只在所分配的时隙里使用线路传输数据，时分复用技术将时间划分成了一个个等长的时分复用帧，每个用户出现的时间都是周期性的。
（4）波分复用
也就是光的频分复用，下图是2.5GB/S的光载波。每个光载波相隔1.6nm，这些光载波通过一个光复用器。使其在一条光纤上传播，光传播一段时间后会衰减，所以需要光纤放大器。
（5）码分复用
在CDMA中，每一个比特时间再划分为m个短的间隔，称为码片(Chip) 。通常m的值是64或128。（我们假设m为8。）
使用CDMA的每一个站被指派一个唯一的mbit码片序列(Chip Sequence)。一个站如果要发送比特1,则发送它自己的m bit码片序列;
一个站如果要发送比特0,则发送它自己的m bit码片序列的二进制反码。
栗子：
码片序列的选择原则：
栗子：
3.随机接入
(1)CSMA/CD
栗子：
(2)CSMA/CA
<1>概述
既然CSMA/CD协议已经成功地应用于使用广播信道的有线局域网，那么同样使用广播信道的无线局域网能不能也使用CSMA/CD协议呢?
在无线局域网中，仍然可以使用载波监听多址接入CSMA，即在发送帧之前先对传输媒体进行载波监听。若发现有其他站在发送帧，就推迟发送以免发生碰撞。
在无线局域网中，不能使用碰撞检测CD，原因如下:
1.由于无线信道的传输条件特殊，其信号强度的动态范围非常大，无线网卡上接收到的信号强度往往会远远小于发送信号的强度(可能相差百万倍)。如果要在无线网卡上实现碰撞检测CD，对硬件的要求非常高。
2.即使能够在硬件.上实现无线局域网的碰撞检测功能，但由于无线电波传播的特殊性(存在隐蔽站问题)， 进行碰撞检测的意义也不大。
(1)、802.11无线局域网使用CSMA/CA协议，在CSMA的基础上增加了一个碰撞避免CA功能,而不再实现碰撞检测功能。
(2)、由于不可能避免所有的碰撞，并且无线信道误码率较高，802.11标准还使用了数据链路层
(3)、确认机制(停止 - 等待协议)来保证数据被正确接收。
802.11的MAC层标准定义了两种不同的媒体接入控制方式：
（1）分布式协调功能DCF。
在DCF方式下，没有中心控制站点，每个站点使用CSMA/CA协议通过争用信道来获取发送权，这是802.11定义的默认方式。
（2）点协调功能PCF。
PCF方式使用集中控制的接入算法(一般在接入点AP实现集中控制) ,是802.11定义的可选方式，在实际中较少使用。
<2>帧间间隔IFS
802.11标准规定，所有的站点必须在持续检测到信道空闲一段指定时间后才能发送帧，这段时间称为帧间间隔IFS。
帧间间隔的长短取决于该站点要发送的帧的类型:
1.高优先级帧需要等待的时间较短，因此可优先获得发送权。
2.低优先级帧需要等待的时间较长。若某个站的低优先级帧还没来得及发送，而其他站的高优先级帧已发送到信道上，则信道变为忙态，因而低优先级帧就只能再推迟发送了。这样就减少了发生碰撞的机会。
常用的两种帧间间隔如下:
1.短帧间间隔SIFS(28μs)，是最短的帧间间隔，用来分隔开属于一次对话的各帧。一个站点应当能够在这段时间内从发送方式切换到接收方式。使用SIFS的帧类型有ACK帧、CTS帧、 由过长的MAC帧分片后的数据帧、以及所有回答AP探询的帧和在PCF方式中接入点AP发送出的任何帧。
2.DCF帧间间隔DIFS(128μs),它比短帧间间隔SIFS要长得多,在DCF方式中用来发送数据帧和管理帧。
<3>工作原理
<4>退避算法
<5>信道预约和虚拟载波监听
<6>例题
<7>总结
二、MAC地址
当多个主机连接在同一个广播信道上，要想实现两个主机之间的通信，则每个主机都必须有一个唯一的标识，即一个数据链路层地址。
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，因此这类地址被称为MAC地址。
（下图的当各主机连接在一条总线上的时候，我们的数据链路层就需要加上地址来区分各个主机）
三、IP地址
IP地址是因特网上的主机和路由器所使用的地址，用于标识两部分信息
网络编号：标识因特网上数以百万计的网络
主机编号：标识同一网络上不同主机(或路由器各接口)
数据包传输过程中IP地址和MAC地址的变化
例题：
四、ARP地址
如下图，当B给C传输数据的时候，B知道C的IP地址，但是B并不知道C的MAC地址，所以B发送数据包的时候，无法填写C的目的地址。
我们的ARP协议类似于地址翻译机器，将发送方主机的信息翻译成接收方主机可以理解的传输内容。
五、集线器与交换机的区别
早期的总线型以太网
使用双绞线和集线器HUB的星型以太网
使用集线器HUB在物理层扩展以太网
以太网交换机
对比集线器和交换机
集线器扩大了广播域的时候，也容易导致碰撞的加剧，也就是扩大了碰撞域。而交换机扩大广播域的时候，可以同时隔离碰撞域。
六、以太网交换机自学习和转发帧的流程
1.以太网交换机工作在数据链路层(也包括物理层)
2.以太网交换机收到帧后，在帧交换表中查找帧的目的MAC地址所对应的接口号，然后通过该接口转发帧。
3.以太网交换机是一种即插即用设备，刚上电启动时其内部的帧交换表是空的。随着网络中各主机间的通信，以太网交换机通过自学习算法自动逐渐建立起帧交换表。
栗子：
七、以太网交换机的生成树协议STP
八、虚拟局域网VLAN
1.概述
2.实现机制
交换机的端口类型
Access端口
Hybrid端口
小结
后续
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