计算机网络

第三章 数据链路层（点到点的传输服务）

数据链路层属于计算机网络的低层。数据链路层使用的信道主要有以下两种类型：

（1）点到点信道。这种信道使用一对一的点到点通信方式。

（2）广播信道。这种信道使用一对多的广播方式。

数据链路层的三个基本问题：封装成帧、透明传输和差错检测。

链路层是一个节点到相邻节点的一段物理线路，数据链路则是在链路的基础上增加一些必要的硬件（如网络适配器）和软件（如协议的实现）。

数据链路层传送的协议数据单元是帧。

网络层协议数据单元是IP数据报（或简称为数据报、分组或包）。

链路层规定所能传送的数据部分长度上限-最大传送单元MTC。

封装成帧的方法：

（1）字节填充法

（2）字符填充的首尾定界法

（3）比特填充（7EH，每五个1插入0）

（4）违法编码法（时间中期不跳变）

循环冗余校验CRC是一种检错方法，而帧检验序列FCS是添加在数据后的冗余码。

出现传输差错一般有：帧丢失、帧重复和帧失序。

点对点协议PPP是数据链路层使用最多的一种协议，它的特点是：简单；只检测差错，而不纠正差错；不使用序号，也不进行流量控制；而可以支持多种网络层协议。

PPPoE是为宽带上网主机使用的链路层协议。

局域网的优点是：具有广播功能，从一个站点可以很方便的访问全球；便于系统扩展和逐渐演变；提高了系统的可靠性、可用性和生存性。

共享通信媒体资源的方法有：

（1）静态划分信道（各种复用技术）

（2）动态媒体接入控制，又称多点接入（随机接入控制或受控接入）。

IEEE 802 委员会曾把曾经局域网的数据链路拆成两个子层，即逻辑链路控制（LLC）子层（与传输媒体无关）和媒体接入控制（MAC）子层（与传输媒体有关）。但现在在LLC子层已成为历史。

计算机与外界局域网通信要通过网络适配器，它又称网络接口卡或网卡。计算机的硬件地址就在适配器的ROM中。

以太网采用无连接的工作方式，对发送的数据帧不进行编号，也不要求对方发回确认。目的站收到有差错帧就把它丢弃，其他什么都不做。

以太网发送的数据都是使用曼彻斯特编码信号。

以太网采用的协议是具有冲突检测的载波监听多点接入CSMA/CD（半双工通信）。协议的要点是：发送前先监听，便发边监听，一旦发现总线上发生了碰撞，就立刻停止发送。然后按照退避算法等待一段随机时间后再次发送。因此，每一个站在自己发送数据之后的一段时间内，存在着遭遇碰撞的可能性。以太网上各站点都平等地争用以太网信道。

常见退避算法：

（1）非坚持算法

（2）1-坚持算法

（2）p-坚持算法

电磁波在1km电缆的传播时延约为5us。

最长帧长：发送时延=2*传播时延

以太网网使用截断二进制指数退避算法来确认碰撞后重传的时机。

传统的总线以太网基本上都是使用集线器的双绞线以太网。这种以太网在物理上是星形网，但在逻辑上则是总线网。集线器工作在物理层，它的每个接口仅仅简单地转发比特，不进行碰撞检测。

以太网的硬件地址，即MAC地址实际上就是适配器地址或适配器标识符，与主机所在地点无关。源地址和目的地址都是48位长。

以太网的网络适配器有过滤功能，它只接受单播帧、广播帧和多播帧。

使用集线器可以在物理层扩展以太网（扩展后的以太网仍是一个网络）。

交换式集线器常称为以太网交换机或第二层交换机（工作在数据链路层）。它就是一个多端口的网桥，而每个端口都直接与某台单主机或另一台集线器相连，且工作在全双工方式。以太网交换机能同时连通许多对端口，使每一对相互通信的主机都能像独占信号媒体那样，无碰撞地传输数据。

高速以太网有100Mbit/s的快速以太网、吉比特以太网和10Gbit/s的10吉比特以太网。最近还发展到400吉比特以太网。在宽带接入技术中，也尝使用高速以太网进行接入。