数据链路层

Posted 2021-02-20 ztniu666

三、数据链路层

3.1、基础知识

---

数据链路和帧

链路（link）是从一个结点到相邻结点的中间没有任何交换结点的物理线路。

数据链路是加上必要通信协议（通信规程（procedure））的物理链路，是逻辑链路。常用网络适配器实现这些协议。

帧：数据链路层协议的数据单元。

三个基本问题

1. 封装成帧

   定义：在一段数据前后分别添加帧定界的首部和尾部。接收端收到物理层上交的比特流后，根据帧定界识别一个帧。

   传输效率——尽可能 数据部分>首部+尾部（长度），但有数据部分长度上限——最大传输单元MTU（Maximum Transfer Unit）。

   帧定界可以用帧定界符——SOH（Start Of Header)0x01,EOF（End Of Transmission）0x04。

   

2. 透明传输

   透明：某一个实际存在的事物看起来却好像不存在一样。

   解决方法：字节填充（byte stuffing）或字符填充（character stuffing）——插入转义字符ESC（0x1B）

3. 差错检测

   差错：比特差错、传输差错（帧丢失、帧重复、帧失序）。

   数据链路层——>网络层不是“可靠传输”服务。

   比特差错，误码率BER（Bit Error Rate)——错误/总（比特数）。

   差错检测措施——循环冗余检验CRC（Cyclic Redundancy Check）：把数据划分为组，假定每组K个比特。假定传输数据M=101001(k=6)。CRC运算就是在M后面添加用于检错的n为冗余码，然后构成一个帧一起发出去，一共发送（k+n）位。

   n位冗余码的得到方法：（二进制模2运算——不进位）。事先规定n+1位的除数P，得到商Q余数R。现假定M=101001，P=1101(n=3)，用M模2运算除P得到商Q=110101，余数R=001，这个余数R就作为冗余码拼接在数据M的后面发送出去。这种为了检错而进行添加的冗余码常称为帧检验序列FCS（Frame Check Sequence）。因此加上FCS后发送的帧是101001001(共k+n位)。

   在接收端把接收到的数据以帧为单位进行CRC检验：把收到的帧都除以同样的除数P（模2运算），然后检查得到的余数R。若余数R为0，则这个帧么有出错，接受；否则就有差错，丢弃。

   P=1101，M=1011001，n=3，k=7

   

   生成多项式：P(X)=X³+X²+1表示除数P=1101。

3.2、点到点协议PPP

---

点到点协议PPP

可靠数据链路控制HDLC（High-level Data Link Control）（了解，很少使用）——>PPP（Point-to-Point Protocol）协议。

PPP协议的组成

一个将IP数据封装到串行链路的方法；

一个用来建立、配置和测试数据链路的链路控制协议LCP；

一套网络控制协议NCP（其中每个协议支持不同分网络层协议）；

PPP协议特点

简单、封装成帧、透明性、多种网络协议、多种类型的链路、差错检测、检测连接状态、最大传送单元、网络层地址协商、数据压缩协商。

支持点对点链路通信和全双工链路。

PPP协议的帧格式

1. 各字段意义

2. 字节填充（异步传输）

   填充方法如下：

   • 把信息字段中的0x7E转化为2字节序列（0x7D,0x5E)
   • 把信息字段中的0x7D转化为2字节序列（0x7D,0x5D)
   • 当信息字段中出现ASCII码的控制字符（数值小于0x20的字符），则在该字符前面要加入一个0x7D字节，同时把该字符编码加以改变。例如：0x03就要把它转变为2字节序列（0x7D,0x23)

3. 零比特填充（同步传输）

   零比特填充的具体方法：

   • 在发送端先扫描整个信息字段(通常使用硬件实现，但也可以用软件实现，但是会慢一些)。
   • 只要发现有5个连续的1，则立即填入一个0。
   • 接收端在收到一个帧时，先找到标志字段F以确定帧的边界，接着再用硬件对其中的比特流进行扫描，每当发现5个连续1时，就把5个连续1后的一个0删除，以还原成原来的信息比特流。

PPP协议的工作状态

3.3、使用广播信道的数据链路层

---

局域网的数据链路层

局域网主要特点：网络为一个单位所拥有，且地理位置和站点数目均有限。

局域网主要优点：广播功能；便于系统扩展和逐渐演变，各设备位置可灵活调制和改变；提高系统的可靠性（reliability）、可用性（availability）、生存性（survivability）。

局域网分类（网络拓扑）：星形图（集线器）；环形网；总线网。

共享信道方法：

1. 静态划分信道——划分信道（频分复用、时分复用等）
2. 动态划分信道（多点接入）
   • 随机接入（重点）——解决碰撞问题
   • 受控接入

以太网

1. 共享以太网

   采取两种措施

   • 无连接的工作方式，尽最大努力交付即不可靠交付。解决碰撞问题——载波监听多点接入/碰撞检测（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection）
   • 奥彻斯特编码

   CSMA/CD协议

   详见：https://blog.csdn.net/idealhunting/article/details/85038512

   使用集线器的星形拓扑

   ? 集线器

2. 交换式以太网

以太网的信道利用率

以太网帧格式

3.4、扩展的以太网

?
?