信道类型：①点对点信道，一对一的点对点通信方式。②广播信道，一对多的广播通信方式，过程比较复杂。
3.1数据链路层的几个共同问题
3.1.1数据链路和帧
链路就是从一个节点到相邻节点的一段物理线路，而中间没有任何其他的交换节点。
数据链路：把实现协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路。
目现最常用的方法是使用网络适配器来实现这些协议。一般的适配器都包括了数据链路层和物理层这两层的功能。
数据链路层的协议数据单元是帧。
数据链路层把网络层交下来的数据构成帧发送到链路上，以及把接收到的帧中的数据取出并上交给网络层。在互联网中，网络层协议数据单元就是IP数据报。
点对点信道的数据链路层在进行通信时的主要步骤：
①添加首部和尾部封装成帧。
②发送。③无差错上交，否则丢弃。
3.1.2三个基本问题
①封装成帧。在一段数据的前后分别添加首部和尾部，这样就构成了一个帧。
一个帧的帧长等于帧的数据部分长度加上帧首部刮帧尾部的长度。首部和尾部的一个重要作用就是进行帧定界。
每一种链路层协议都规定了所能传送的帧的数据部分长度上限，最大传送单元MTU。
帧定界可以使用特殊的帧定界符。帧开始符SOH：00000001。帧结束符EOT：00000100。
不完整的帧，只有首部开始符SOH而没有传输结束符EOT，必须丢弃。
②透明传输。数据链路层会错误地找到帧的边界。透明表示：某一个实际存在的事件看起来却好像不存在一样。
为解决透明传输问题，必须设法使数据中可能出现的控制字符SOH和EOT在接收端不被解释为控制字符。具体方法：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：00011011。这种方法称为字节填充或字符填充。
③差错检测。比特在传输过程中可能会产生差错：1可能会变成0，而0也可能变成1，这就作比特差错。
在一段时间内，传输错误的比特占所传输比特总数的比率称为误码率BER。
误码率与信噪比有很大的关系。设法提高信噪比，就可以使误码率减小。
在计算机网络传输数据时，必须采用差错检测措施。目前在数据链路层广泛使用了循环冗余捡验CRC。
CRC运算就是在数据M的后面添加供差错检测用的冗余码FCS，然后构成一个帧发送出去。
接收时：若余数为0，无差错，反之有差错。
CRC仅仅只能实现对帧的无差错接收。
帧丢失，帧重复或帧失序。
帧编号，确认和重传机制。
3.2点对点协议PPP
使用最广泛的数据链路层协议
3.2.1PPP协议特点
多方面的需求：简单，封装成帧，透明性，多种网络层协议，多种类型链路，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。
PPP协议组成：①一个将IP数据报封装到串行链路的方法。②一个用来建立，配置和测试数据链路连接的链路控制协议LCP。③一套网络控制协议NCP。
3.2.2PPP协议的帧格式
①首部和尾部分别为四个字段和两个字段。首部第一个和尾部第2个为标示字段F，规定为0x7E。首部第二个第三个分别为A 0xFF与C 0x03。第四个为协议，其为0x0021时信息字段为IP数据报，若为0xC021，则为LCP数据，若为0x8021则为NCP数据，尾部中第一个字段为FCS。
②字节填充。异步传输时，转义符定义为0x7D，并使用字节填充。
0x7E→0x7D，0x5E。0x7D→0x7D，0x5D。若信息字段中出现ASCIl码的控制字符，该字符前面要加入一个0x7D字节。
③零比特填充：同步传输时：在发送端，先扫描整个信息字段。只要发现5个连续1，则立即填入一个0。
3.2.3PPP协议工作状态
起始和终止状态永远为链路静止。链路建立状态，发送LCP配置请求帧，配置确认帧，配置否认帧，配置拒绝帧。鉴别状态。网络层协议状态，IPCP。链路打开状态。
3.3使用广播信道的数据链路层
3.1.1局域网的数据链路层
特点：网络为一个单位所拥有，且地理范围和站点数目均有限。
优点：①具有广播功能，从一个站点可很方便地访问全网。
②便于系统的扩展和逐渐演变，各设备的位置可灵活调整和改变。
③提高了系统的可靠性，可用性和生存性。
按网络拓扑分类：星形网，集线器。环形网。总线网。
共享信道方法：①静态划分信道，代价较高。
②动态媒体接入控制：多点接入。又分为随机接入和受控接入。
适配器的作用：又称网卡①进行数据串行传输和并行传输的转换。②对数据进行缓存。③还必须把管理该适配器的设备驱动程序安装在计算机的操作系统中。④实现以太网协议。
3.3.2CSMA/CD协议
总线结构：易于实现广播通信，简单，可靠。
使通信简便，措施：①采用较为灵活的无连接的工作方式，即不必先建立连接就可以直接发送数据。适配器对发送的数据帧不进行编号，也不要求对方发回确认。因此，以太网提供的服务是尽最大努力的交付。对有差错帧是否需要重传则由高层来决定。但以太网并不知道这是重传帧，而是当作新的数据帧来发送。总线结构中在同一时间只能允许一台计算机发送数据，否则会互相干扰，数据被破坏。
②以太网发送的数据都使用曼彻斯特编码的信号。
CSMA/CD协议要点：
①多点接入，总线型网络。
②载彼监听，边发送边监听，不管在想要发送数据之前，还是在发送数据之中，每个站都必须不停地检测信道。
③碰撞检测：适配器边发送数据边检测信道上信号电压的变化情况。
电磁波在1km电缆的传播时延约为5us。通常把总线上端到端传播时延记为To。最多是2To。
在CSMA/CD中以太网不可能进行全双工通信而只能进行双向交替通信。
端到端往返时间2T称为争用期（碰撞窗口）。
退避算法规定：①争用期时间是51.2us。
②k=Min[重传次数，10]
③当重传达16次仍不能成功时，则丢弃该帧，并向高层报告。
凡长度小于64字节的帧都是由于冲突而异常中止的无效帧。
强化碰撞，除立即停止发送数据外，还要继续发送32比特到48比特的人为干扰信号。
以太网还规定帧间最小间隔为9.6us，相当于96比特时间，为了使刚刚收到数据帖的站的接收缓存来得及清理，做好接收下一帧的准备。
发送失败：停止发送，发送人为干扰信号，适配器执行指数退避算法，等待r倍512比特时间后，检测信道。
3.3.3使用集线器的星型拓扑
①双绞线以太网总是和集线器配合使用，每个站需要两对无屏蔽双绞线。
②集线器使用了大规模集成电路芯片。10BASE-T中10代表10Mbit/s的数据率，BASE表示连接线上的信号是基带信号，T代表双绞线。双绞钱价格便宜和使用方便。
集线器特点:①使用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网，各站共享逻辑上的总线，使用的还是CSMA/CD协议。网络中的各站必须竞争对传输媒体的控制，并且在同一时刻至多只允许一个站发送数据。
②一个集线器有许多端口。
③集线器工作在物理层，仅仅进行简单地转发比特，不进行碰撞检测。
3.3.4以太网的信道利用率
假定发送帧需要时间是T。成功发送一个帧需要占用信道的时间是T+r。
a=r/T。参数a的值应当尽可能小些。当数据率一定时。以太网的连线的长度受到限制，同时以太网的帧长不能太短。
Smax=T/（T+r）=1/1+a。只有当参数a远小于1才能得到尽可能高的信道利用率。当利用率达到30%时就己处于重载情况。
3.3.5以太网的MAC层
①硬件地址又称为物理地址或MAC地址。
固化在适配器的ROM中的地址，适配器变了才会改变。局域网的地址应当是每一个站的名字或标识符。组织唯一标识符OUI，扩展标识符，EUI表示扩展的唯一标识符。
IEEE规定地址字段第一字节的最低有效位为I/G位，当I/G=0时，地址字段表示一个单个站地址。为1时表示组地址，用来进行多播。
第一字节的最低第二位规定为G/L位。为0时为全球管理，全球无相同地址。为1时为本地管理。
三种帧:①单播帧，即收到的帧的MAC地址与本站的MAC地址相同。②广播帧，一对全体。
③多播帧，一对多。
MAC帧的格式：①V2，五个字段，6字节长的目的地址和源地址字段，2字节的类型字段，数据字段，长度在46在1500字节之间，最后一个字段是帧检验序列FCS，FCS检验不包括物理层插入的8字节的前同步码和帧开始定界符。
传输媒体上实际传送的要比MAC帧还多8个字节，其中前7个为前同步码，作用是使时钟同步。第二个字段是帧开始定界符。
以太网上：①以帧为单位传送数据。②不需要使用帧结束定界符，也无需使用字节插入来保证透明传输。
IEEE802.3标准规定无效MAC帧：
①帧的长度不是整数个字节。②用收到的帧检验序列FCS查出有差错。③收到的帧的MAC客户数据字段的长度不在46到1500字节之间。
3.4扩展的以太网
扩展的以太网在网络层看来仍然是一个网络。
物理层扩展：扩展主机和集线器之间的距离的一种简单方法是使用光纤和一对光纤调制解调器。电信号和光信号转换。
使用多个集线器可连接成覆盖更大范围的多级星形结构的以太网。①可以跨系通信。②扩大了覆盖范围。
缺：①由一个独立碰撞域化为更大碰撞域，易发生碰撞。②要使用相同以太网技术才行。
数据链路层扩展：网桥对收到的帧根据其MAC帧的目的地址进行转发和过滤。交换机工作在数据链路层。
以太网交换机特点：①实质为多端口的网桥。②一般都工作在全双方式。③相互通信的主机就都独占传输媒体，无碰撞地传输数据。④即插即用，有自学习算法自动建立帧交换表。⑤部分交换机采用直通的交换方式，大多数我用有储转发。
3.4.3虚拟局域网
一个以太网包含计算机太多时：①风险大。②安全性差。
虚拟局域网其实只是局域网给用户提供的一种服务，并不是一种新型局域网。VLAN标签的帧称为802.1Q帧。后12位为VLAN标识符VID。
3.5高速以太网
①100BASE-T以太网。快速以太网：可在全双工方式下工作而无冲突发生。CSMA/CD对全双工方式工作的以太网是不起作用的。
②古比特以太网：允许在1Gbit/s下以全双工和半双工两种方式工作。
③10吉比特以太网和更快的以太网。
以太网特点：①可扩展的，②灵活的。③易于安装的。④稳键性好的。
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