数据链路层和局域网

WAN：网络形式采用点到点链路

• 带宽大，距离远（延迟大）
  • 贷款延迟积大
• 如果采用多点连接方式
  • 竞争方式：一旦冲突代价大
  • 令牌等协调方式：在其中协调节点的发送代价大

点到点链路的链路层服务实现非常简单，封装和解封装

LAN一般采用多点连接方式

• 连接节点非常方便
• 接到共享型介质上（或网络交换机），就可以连接所有其他节点

多点连接方式网络的链路层功能实现相当复杂

• 多点接入：协调各节点对共享型介质的访问和使用
• 竞争方式：冲突之后的协调
• 令牌方式：令牌产生，占有和释放等

一些术语

• nodes：主机和路由器是节点（网桥和交换机也是）
• links：沿着通信路径，连接各个相邻节点通信信道的是链路
  • 有线链路
  • 无线链路
  • 局域网、共享性链路
• frame：第二层协议数据单元帧，封装数据报

数据链路层负责从一个节点通过链路将（帧中的）数据报发送到物理相邻节点

链路层：上下文

数据报（分组）在不同的链路上以不同的链路协议传送：

• 第一跳链路：以太网
• 中间链路：帧中继链路
• 最后一跳：802.11 (无线局域网通用的标准)

不同的链路协议提供不同 的服务（比如在链路层上提供（ 或没有）可靠数据传送）

传输类比

• 从Princeton到Lausanne
  • 轿车: Princeton to JFK
  • 飞机: JFK to Geneva
  • 火车: Geneva to Lausanne
• 旅行者=数据报datagram
• 交通段=通信链路 communication link
• 交通模式=链路层协议 : 数据链路层和局域网 protocol
• 票务代理=路由算法 routing algorithm

链路层服务

成帧，链路接入

• 将数据报封装在帧中，加上帧头、尾部
• 如果采用的是共享性介质，信道接入获得信道访问权
• 在帧头部使用“MAC”（物理）地址来标示源和目的
  • 不同于IP地址

在相邻两个节点完成可靠数据传递

• 第三章内容
• 在低出错率的链路上（光纤和双绞线电缆）很少使用
• 在无线链路经常使用：出错率高
  • Q：为什么在链路层和传输层都实现了可靠性
  • 一般化的链路服务，不是所有的链路层都提供这些服务，一个特定的链路层只是提供其中一部分的服务

在相邻节点间进行可靠的转发

• 第一章内容
• 在低差错链路上很少使用（光纤，一些双绞线）
  • 出错率低，没有必要每一个帧中做差错控制的工作，协议复杂
    • 发送端对每一帧进行差错控制编码，根据反馈做相应的动作
    • 接收端进行差错控制编码，反馈给发送端（ACK，NAK）
  • 在本层放弃可靠控制的工作，在网络层或者是传输层做可靠控制的工作，或者根本就不做可靠控制的工作
• 在高差错链路上需要进行可靠的数据传送
  • 高差错链路：无线链路
  • Q：为什么要在采用无线链路的网络上，链路层做可靠数据传输工作；还要在传输层做端到端的可靠性工作？
  • 原因：出错率高，如果在链路层不做无差别控制工作，漏出去的错误比较高；到了上层如果需要可靠控制的数据传输代价会很大
    • 不做local recovery工作，总体代价大

流量控制

• 使得相邻的发送和接收方节点的速度匹配

错误检测

• 差错由信号衰减和噪声引起
• 接收方检测出的错误：
  • 通知发送端进行重传或丢弃帧

差错纠正

• 接收端检查和纠正bit错误，不通过重传来纠正错误

半双工和全双工

• 半双工：链路可以双向传输，但一次只有一个方向

链路层在哪里实现

在每一个主机上

• 也在每一个路由器上
• 交换器的每个端口上

链路层功能在“适配器”上实现（aka network interface card NIC）或者在一个芯片组上

• 以太网卡，802.11网卡；以太网芯片组
• 实现链路层和相应的物理层功能

接到主机的系统总线上

硬件、软件和固件的综合体

适配器通信

发送方：

• 在帧中封装数据报
• 加上差错控制编码，实现RDT和流量控制功能

接收方

• 检查有无差错，执行rdt和流量控制功能等
• 解封装数据报，将之交给上层