计算机网络__第三章数据链路层__CRC检验+PPP协议+载波监听多址接入协议(CSMA)+交换机自学习
数据链路层主要目标：为网络层之间提供设备之间的数据帧传输
一、三个基本问题
1. 封装成帧：在一段数据前后分别添加首部和尾部，构成了一个帧
| 首部 | 尾部 | |
| 控制字符 | SOH | E |
控制字符并不是3个字符，不完整的（有头无尾）的帧一定丢弃。
2. 透明传输：不管传输什么，都可以传输过去
字符填充：在控制字符“SOH”和“EOT”还有“ESC”的前面插入转义字符“ESC”
3.差错检测：
①CRC循环冗余检验：FCS检验字段作为添加在数据后面的冗余码，若余数R=0，则判定这个帧没有差错，接受。
能够检测差错，但是不能找到错误的地方
②奇偶校验
③互联网校验和
二、PPP协议组成
1. 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
三、PPP各字段的含义
1.
F：标记字段，表示一个帧的开始或结束
A：地址字段，规定为0xFF，即二进制的1111 1111
C：控制字段。规定为0x03，即二进制的0000 0011
协议字段部分，通过不同的值，表示信息部分的来源类型
| 值 | 信息字段 |
| 0x0021 | IP数据报 |
| 0xC021 | PPP链路控制协议LCP的数据 |
| 0x8021 | 网络层的控制shu'j |
FCS：CRC的帧检验序列
2. 字节填充
①信息字段中，把转义符定义为0x7D
开始结束符 0x7E ----> 0x7D, 0x5E
转义符本身 0x7D ----> 0x7D, 0x5D
3. 零比特填充
只要发现有5个连续的1，则立即填入一个0，保证不会出现6个1
6个连续的1，如：0111 1110 ----> 7E ，和开始结束符冲突
四、PPP协议的工作状态
五、广播信道面临的问题
1. 共享信道/多路访问信道/广播信道
2. 可能有两个（或多个）站点同时占用信道
解决办法：介质的多路访问控制
在多路访问信道上确定下一个使用者
六、多路访问信道
1. 静态划分信道
频分复用、时分复用、波分复用、码分复用......，代价较高，不适合局域网使用
2. 动态媒体接入控制
①随机访问控制：站点争用信道，可能出现站点之间的冲突
②受控访问：有数据的节点轮流发送，不会出现冲突
七、载波倾听多址接入（CSMA）
1. 发送前监听信道，若信道空闲，发送整个帧；若信道忙，推迟发送
2. 冲突仍可能发生
原因：①由于存在传输延迟，节点可能没有舰艇到其他节点正在发送
②当两个（多个）节点同时发现信道由忙变成空闲、并都决定立即发送是，仍可能发生冲突
3.以太网采用CSMA/CD协议
以太网采用两种措施使通信简便
① 尽最大可能的交付，对有差错帧是否需要传输，需要由高层来决定
② 使用曼切斯特编码信号
4. CSMA/CD要点
①多点接入：许多计算机以多点接入的放hi连接在一根总线上
②载波监听：发送前检测总线上是否有其他计算机在发送数据，避免发生碰撞
③碰撞检测：发送过程中进行碰撞检测，一旦检测到冲突，立即停止发送数据
每一站在自己发送数据之后的一小段时间内，存在着遭遇碰撞的可能性，这个时间最多是两倍的总线端到端的传播时延（2t）
5. 截断二进制指数类型退避算法
①确定基本退避时间，一般是取为争用期2t，具体为51.2μs
②定义重传次数k，k<=10 即k=min{重传次数，10}
③从整数集合[0，1，2，...，(2^k-1)]中随机去除一个数，记为r，重传所需时延就是r倍的2t，如：第一次重传，r从[0，1]中选一个数；第二次重传,r从[0，1，2，3]中选一个数
④当重传达到16次仍不能成功时即丢弃改帧，并向高层报告
6. 强化碰撞
一旦发现了碰撞，除了立即停止发送数据之外，还需要再继续发送32位比特或48位比特的人为干扰信号
7. CSMA/CD总结归纳要点
①准备发送：适配器从网络层获得一个分组，加上以太网的首部和尾部，组成以太网帧，放入适配器的缓存中，在发送之前，必须先检测信道
②检测信道：若检测到信道忙，则应不停地检测，知道等待信道转为空闲，若检测到信道空闲，并在96比特时间内信道保持空闲，就发送这个帧
比特时间：对于10Mb/s，比特时间为0.1μs/bit
③在发送过程中，仍不停地检测信道，网络适配器要边发送边监听
1）发送成功：在争用期未检测到碰撞，回到①
2）发送失败：检测到碰撞，执行退避算法
8. 信道利用率
占用信道的时间：T0+t T0：发送时延 t：最后一个bit在信道传输
α=t/T0
α越大，t越大，争用期碰撞浪费更多，所以α应当尽可能小一些
极限信道利用率 Smax=T0/（T0+t）=1/（1+α）
八、以太网的MAC层
1. 硬件地址=物理地址=MAC地址
名字指出我们所需要找到的那个资源，地址指出那个资源所在何处，路由告诉哦我们如何到达
2. MAC地址固化在适配器的ROM中的地址，生产适配器的厂商向IEEE购买前3个字节的地址好，厂商自行分配后3个字节，保证地址唯一
3. 适配器过滤帧
单播帧：对照MAC地址
广播帧：全部适配器都要接收
多播帧：一部分适配器接收
4. MAC帧格式
判定无效MAC帧 无效帧直接丢弃
1）帧长度不是整个字节
2）帧检验序列FCS有差错
3）数据长度不再46~1500之间
九、扩展以太网
1. 在物理层扩展以太网
①扩展距离：使用光纤
②扩展结构：使用集线器
好处：
1）课进行跨碰撞域通信
2）扩大了以太网覆盖的地理范围
缺点：
1）吞吐量并未提高
2）不同域使用不同以太网技术，不能相连
2. 在数据链路层扩展以太网
采用以太网减缓及（实际上是一个多接口的网桥），全双工，并行性，相互通信的主机都是独占传输媒体，无碰撞地传输数据
3. 交换机的自学习功能
转发帧：查交换表中与收到帧的目的地址有无相同匹配的项目
a. 若无，则向其他所有接口转发
b. 若有，则向交换表中给出的接口转发
c. 若转发接口是自己，则丢弃帧
自学习：交换机收到怡帧之后进行自学习。查找交换表中与之有无相匹配的项，
有，把原有的项进行更新（进入的接口或有效时间）
无，在表中添加一个项（源地址、进入的接口、有效时间）
十、虚拟局域网
虚拟局域网限制了接收广播信息的计算机数，是的网络不会因传播过多的信息（广播风暴）而引起性能恶化