计网期末复习三(数据链路层)

一、数据链路层的功能

物理链路：指的从一个节点到相邻节点的一段物理线路，中间没有结点(路由器)。（没有路由器隔离的就是一段链路）
数据链路：在物理链路上，加上相关通信协议的硬件和软件所构成的链路。
帧：数据链路层传递的协议数据单元(PDU).

数据链路层功能（3个）：

1.封装成帧：P数据包在该层被封装为帧，其结构为：帧首+数据部分+帧尾，其中数据载荷的最大上限
称为MTU.(例如：以太网MTU为1500字节)最小是46字节

2.透明传输：数据链路层对于发送的数据不能有任何限制，让本层处于“透明”。填充ESC前，误解为1帧用字节填充法(Flag为帧定界符，ESC为转义字符)

3.差错检验：判断传输中会否产生误码。常用的检错码：奇偶校验和循环冗余校验(CRC)（掌握），常用纠错码：海明码（了解）

各层传输单元区分：

奇校验与偶校验

基本规则：
在原数据位后附加一个1位的校验位，将其值置为0或1，使附加该位后，使
整个数据码中二进制位“1”的个数成为奇数（奇校验）或偶数（偶校验）。

例如：传送原码为1101101
奇校验11011010
偶校验11011011

缺点：偶数个误码，奇偶性如果不变，就容易漏检。

循环冗余校验（多项式校验）CRC

循环冗余校验CRC的基本思想：

例如：双方约定除数3，待发送的数据为100.
发送方：先进行计算，把待发送数据为100当作被除数，与除数3运算，余数1（冗余码）
发送方将待发送数据100和1（冗余码），一起发给接收方。
接收方：再计算一遍，用100-1=99，再除以3。余数为0，说明未出错。如果余数不为0，有错误。

CRC计算过程

**1.**通信双方约定除数（生成多项式G(x)）
**2.**发送方基于待发送的数据（后补多项式最高次个0）和生成多项式（其各项系数构成的比特串）相除（异或运算），计算出余数差错检测码（冗余码）
**3.**发送方将其添加到待传输数据的后面一起传输。（相加而不是拼接，参考下题1）
**4.**接收方通过新的被除数和生成多项式相除，通过余数，判断收到的数据是否产生了误码

生成多项式

例题

二、点到点信道和广播信道的数据链路

点到点信道的数据链路：指的一条链路上就一个发送端和接收端的信道。通常用在广域网

场景1：两个路由器相连 场景2：家庭户PPPoE拨号连接ISP

高级数据链路控制协议HDLC:早期支持点到点和点对多。

点到点协议PPP:应用最广泛的标准。

PPP组成的三个部分：网络控制协议NCP（含多个协议）、链路控制协议LCP、数据报封装到串行链路
PPP协议的帧格式：帧首部(长度5B)、数据载荷(长度≤1500B)、帧尾部(长度3B)。帧的格式是功能的主要体现。

1、异步链路使用字节填充：

发送时，如原载荷中含帧定界符、转义字符和控制字符，其前面应插入转义字“7D”。

帧定界符：一般为7E,填充时减去20，变为5E.
控制字符：一般为ASCⅡ码中数值小20的字符，转换时加上20。如：03变23。

2、同步链路使用零比特填充：

发送时，对载荷进行扫描，如果出现连续的5个1，就在其后填充1个0。接收时，逆操作。

广播信道的数据链路

广播信道的局域网：最初局域网用同轴电缆或集线器组网。一台发送，都能收到。
以太网标准：一种局域网组网技术(IEEE802.3标准)10Mb/s
CSMA/CD协议：广播信道使用带冲突检测的载波侦听的多路访问(CSMA/CD)机制通信。
以太网最短帧：最小帧长=(线长/介质传播速率)×数据传输速率×2

CSMA/CD的工作原理：

①发送前侦听；②边发边听；③发生冲突立即停止发送④停止发送数据后，发送增强冲突信号；⑤执行退避算法。
以太网帧常见两种格式：802.3标准 和 以太网V2 MAC帧格式（后者应用更广泛）
网卡：计算机连接到以太网，所用的网络适配器；网卡与CPU间用并行通信，其与外部用串行通信。

MAC地址：

每个网卡有一个唯一的地址，固化在网卡的ROM中，称物理地址，长度为48bit（全球唯一，不会随设备移动而改变）

例题

三、扩展以太网和高速以太网

一、扩展以太网

1.集线器Hub:

工作在物理层。10BASE-T以太网每个站到Hub距离<100m。每个Hub为一个冲突域
Hub扩展了计算机数量和距离：主干Hub+Hub可达400m,缺点：冲突域扩大、带宽降低。

2.网桥：

工作在数据链路层，一般2-4口，
作用：优化以太网，隔离冲突，识别帧的结构。
原理：根据帧首部中的目的MAC地址和网桥自身的帧转发表来转发或丢弃所收到的帧
网桥自主构建MAC地址表：收到帧后进行登记源MAC地址和进入的端口号

转发帧：

查到MAC一转发对应端口，没查到转发全部口，查到目标为入口一丢弃。

3.交换机Switch:

本质为多接口网桥，一般8-24口，支持多种速率，可直连计算机。其工作在数据链路层。
特点：①端口独享带宽②比集线器安全③接口到计算机全双工模式④不再使用CSMA/CD协议
⑤接口可以工作在不同的速率⑦广播帧会转发到全部端口（隔离冲突域，不隔广播域）

生成树协议STP:

来产生能够连通全网但不产生环路的通信路径

例题

第二题解析：以太网交换机属于数据链路层 用不到IP(网络层) 故选A

二、高速以太网

100BASE-T以太网：在双绞线上传输基带信号的速率为100Mb/s的以太网，又称快速以太网）
吉比特以太网：也称为干兆以太网，目前主流产品
10吉比特以太网(10G),也称为万兆以太网。只支持双工方式。
万兆交换机常作为干兆网的汇聚层交换机。

VLAN：

虚拟局域网（VLAN）是一种将局域网内的站点划分成多个逻辑组的技术。交换机配置VLAN后，属于同一VLAN的站点间可通信，而属于不同VLAN的站点间不能通信。

交换机接口分为Access接口（交换机连主机）和Trunk接口（交换机连交换机）

例题