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【计算机网络篇】计算机网络概述
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前言
一.数据链路层的功能
二.组帧
2.1封装成帧
2.2透明传输
✨2.2.1 解决透明传输问题
✨2.2.2零比特填充
2.3差错检测
三.流量控制与可靠传输机制
3.1流量控制可靠传输滑动窗口机制
✨基本概念 3.2停止-等待协议
✨3.2.1无差错情况和超时重传
✨3.2.2确认丢失和确认迟到
✨3.2.3信道利用率
总结 前言
数据链路层是OSI模型的第二层主要负责在相邻网络节点间提供可靠的数据传输。它通过帧同步、差错控制和流量控制来确保数据的完整性和准确性。这一层使用MAC地址识别设备并在物理层传输的比特流上添加控制信息形成数据帧。常见的数据链路层协议包括以太网和PPP它们定义了数据封装和传输的具体方法。在本书中重要程度仅次于网络层是非常重要的学习章节。下面我将逐步为大家介绍其重点。 一.数据链路层的功能
链路是一条无源的点到点的物理线路段中间没有任何其他的交换结点。数据链路层传送的是帧。 链路层就是把上层的网络层给它的这个数据包装入到帧这个结构的数据部分中间链路上的比特经过曼彻斯特或差分曼彻斯特等编码方式传输到对端。数据从结点A被传输到结点B后B把数据取出。 注意链路中间没有任何东西顶多放中继器用来放大信号。 二.组帧
2.1封装成帧 封装成帧就是在一段数据的前后分别添加首部和尾部然后就构成了一个帧。一个帧的帧长等于帧的数据部分长度加上帧首部和帧尾部的长度。首部和尾部作用的帧定界即确定帧的界限。 数据部分长度上限--最大传送单元MTU 2.2透明传输
由于帧的开始和结束的标记是使用专门指明的控制字符因此所传输的数据中的任何8比特的组合一定不允许和用作帧定界的控制字符的比特编码一样否则就会出现帧定界的错误。 当数据部分是非ASCII码的文本文件时如二进制代码的计算机程序或图像等情况就不同了。如果数据中的某个字节的二进制代码恰好和SOH或EOT这种控制字符一样见图3-6数据链路层就会错误地“找到帧的边界”把部分帧收下误认为是个完整的帧而把剩下的那部分数据丢弃这部分找不到帧定界控制字符SOH ✨2.2.1 解决透明传输问题 发送端的数据链路层在数据中出现控制字符‘SOH’或‘EOT’的前面插入一个转义字符‘ESC’。 字节填充或字符填充--接收端的数据链路层在将数据送往网络层之前删除插入的转义字符。 如果转义字符也出现在数据当中那么应在转义字符前再加入一个转义字符。当接收端收到两个转义字符时就删除其中前面的一个。 该图表示用字节填充法解决透明传输问题。 ✨2.2.2零比特填充 在发送端只要发现有五个连续的1则立即填入一个0。接收端对帧中的比特流进行扫描。每当发现5个连续1时就把这5个连续1后的一个0删除。 2.3差错检测
在数据链路传送帧中往往广泛的使用循环冗余检验CRC的检错技术。为了进行检错而添加的冗余码常称为帧检验序列FCS。循环冗余检验CRC和帧检验序列FCS并不等同。CRC是一种常用的检错方法而FCS是添加在数据后的冗余码。FCS可以用CRC这种方法得出但CRC并非用来获得FCS的唯一方法。接收端对收到的每一帧进行CRC检验若得出的余数R0则判定这个帧没有差错就接受若余数R≠0则判定这个帧有差错就丢弃。 在发送端先把数据划分为组假定每组 k个比特。现假定待传送的数据M101001(k6)。CRC运算就是在数据M的后面添加供差错检测用的n位冗余码然后构成一个帧发送出去一共发送(k n)位。在所要发送的数据后面增加n位的冗余码虽然增大了数据传输的开销但却可以进行差错检测。 这n 位冗余码可用以下方法得出。用二进制的模 2 运算[插图]进行2n乘 M 的运算这相当于在M后面添加n个0。得到的(k n)位的数除以收发双方事先商定的长度为(n 1)位的除数P得出商是Q而余数是Rn 位比P少一位。 三.流量控制与可靠传输机制
3.1流量控制可靠传输滑动窗口机制 ✨基本概念 流量控制是确保发送方不会因为发送数据过快而导致接收方处理不过来的情况。TCP通过滑动窗口机制来实现流量控制接收方根据自己的缓冲区容量来调整通告给发送方的窗口大小从而控制发送方的数据发送速率。我们假设A是发送方B是接收方流量控制是控制发送方的发送速度和接收方的接受速度保持一致即控制的是发送方。滑动窗口机制是TCP协议中用于流量控制和可靠传输的一个重要技术。它允许发送方在没有收到确认应答的情况下继续发送一定数量的数据这个数量由窗口大小决定。这样可以有效提高数据传输的效率因为它减少了发送方因为等待确认而产生的空闲时间。滑动窗口机制还包括快速重传和超时重传机制。快速重传是指发送方在连续收到三个重复确认即接收方请求重传丢失的数据包时立即重传丢失的数据包而不是等待超时计时器到期。这样可以快速响应丢包情况提高传输效率。 3.2停止-等待协议 ✨3.2.1无差错情况和超时重传 “停止等待”就是每发送完一个分组就停止发送等待对方的确认。有两种情况会出现分别是无差错情况和有差错情况。 在无差错情况中A发送分组M1发送完就暂停发送等待B的确认。B收到了M1就向A发送确认。往后依此类推。在有差错情况中A向B发送时出现了帧丢失的情况或B收到帧后检查发现有错误此时A就引入了超时重传机制。A由于没有收到B发送来的确认因而重传前面发送过的分组。 ✨3.2.2确认丢失和确认迟到 确认丢失 aA在设定的超时重传时间里没有收到B发送的确认信息A无法判断数据处于丢失出错或B发送的确认丢失某种状态所以A继续向B传输原来未发送过去的数据M1直到收到了确认信息继续传输数据。确认迟到 b在传输过程中没有出现任何差错但B对分组M1的确认迟到了A就会再向B发送数据M1B在收到了重复的数据后删掉了其中一个然后向A发送了确认信息。 ✨3.2.3信道利用率 停止等待协议的优点是简单但缺点是信道利用率太低 Td:分组帧的发送时间RTT端到端的传播时延Ta确认时间在整个传输周期的利用率就是Td 在此过程中信道利用率最大为100%重要公式k×Td/TdRTTTa1 发送方可连续发送多个分组不必每发完一个分组就停下来等待对方的确认。 总结
以上就是今天要讲的内容了主要在组帧流量控制与可靠传输机制方面做了重点的讲解里面划分了很多值得重视的小点在书中也是作为重要内容。由于篇幅有限的原因剩下的部分只能放到下一篇来讲解啦如果大家感兴趣的话也可以看看我的专栏《计算机网络》之前的文章相信会对您有所帮助的。
非常感谢您的阅读如果这篇文章对您有帮助那将是我的荣幸。我们下期再见啦
