计算机网络 第三章 总结

数据链路层使用的信道主要有：
　　1. 点对点信道
　　2. 广播信道

3.1 使用点对点信道的数据链路层

3.1.1 数据链路和帧

链路：指一个节点到相邻节点的一段物理线路（两个节点的中间没有任何设备）
数据链路：除了链路，还包括协议和实现协议的硬件和软件
最常用的方法是使用网络适配器(网卡) 来实现的

数据链路层传输的是 帧

3.1.2 三个基本问题

1. 封装成帧
   数据添加首部和尾部
2. 透明传输
   在数据部分出现控制字符，导致数据传输不完整
   如何解决：字节填充或字符填充
   
3. 差错检测
   一般采用CRC，获取校验位FCS
   CRC：模二除，不借位进位，最后获得的余数即为FCS。校验方法：把数据加上校验位，出完后，如果等于0，则没有发生错误，不为0，则发生错误。
   [notice]注意[/notice]
   CRC在数据链路层只能对帧的无差错接受，如果发生错误，则丢弃，并没有重传机制。
   因为网络层都不能保证可靠交付。

3.2 点对点协议PPP(Point-to-Point Protocol)

最常见的是：用户拨号接入因特网

PPP协议的组成：

PPP协议解决透明传输：

1. 字节填充
   把信息字段中的每一个0x7E字节转为 0x7D 0x5E；每一个0x7D字节转为 0x7D 0x5D；小于0x20的字节在前面加上0x7D
2. 零比特填充
   遇到5个以上的1，在第5个1的后面添加0

若想还原数据，则按照上面的逆过程

3.3 使用广播信道的数据链路层

3.3.1 局域网的数据链路层

局域网的拓扑有：星型，环形，总线型

以太网的两个标准

1. DIX Ethernet V2
2. IEEE 802

IEEE 802委员会把局域网的数据链路层拆成了两个子层：

1. 逻辑链路控制 LLC
2. 媒体接入控制 MAC

然后局域网就拓展成了：

1. LLC
2. MAC
3. 物理层

IEEE 802系列标准定义了有关MAC层和物理层的有关协议

（1）IEEE 802 概述和系统结构；
（2）IEEE 802.1 定义了寻址，网络管理和网际互联；
（3）IEEE 802.2 定义了逻辑链路控制子层的功能与服务；
（4）IEEE 802.3 定义了CSMA/CD总线访问控制及物理层规范（以太网）；
（5）IEEE 802.4 定义了令牌总线访问控制及物理层规范(Token Bus)；
（6）IEEE 802.5 定义了令牌环网访问控制及物理层规范(Token Ring)；
（7）IEEE 802.6 定义了分布式队列双总线访问控制及物理层规范(DQDB)；
（8）IEEE 802.7 定义了宽带LAN技术；
（9）IEEE 802.8 定义了光纤技术（FDDI在802.3、802.4、802.5中的使用）；
（10）IEEE 802.9 定义了综合业务服务(IS) LAN接口；
（11）IEEE 802. 10 定义了互操作LAN/MAN安全(SILS)；
（12）IEEE 802. 11 定义了无线局域网访问控制及物理层规范(Wireless LAN)；
（13）IEEE 802. 12 定义了DPAM按需优先访问控制、物理层和中继器规范；
（14）IEEE802.14 定义了基于Cable-TV（有线电视）的宽带通信网；
（15）IEEE 802. 15 定义了近距离个人无线网络访问控制子层与物理层的标准；
（16）IEEE 802. 16 定义了宽带无线局域网访问控制子层与物理层的标准。

适配器(adapter)又称网络接口卡(NIC)，网卡
主要实现物理层和数据链路层的功能:

1. 进行串行/并行传输的转换
2. 对数据进行缓存
3. 在计算机的操作系统安装设备驱动程序

3.3.2 CSMA/CD协议

IEEE 802.3标准也使用CSMA/CD协议，所以又称802.3局域网为“以太网”
CDMA/CD：载波监听多点接入/碰撞检测，是以太网的广播方式发送，采用曼彻斯特编码
CSMA/CD(以太网) 工作原理：

先听再发，边听边发
发送数据前先监听总线，如果总线忙，则等待。如果总线空闲，就立即发送，一边发送一遍将刚发送的信号接收回来，与刚发送的信号比较，如果一致没有冲突，则继续发送，有冲突就立即停止发送，发出人为干扰信号。

CSMA/CD 的要点：

1. 多点接入
   说明是总线型网络
2. 载波监听
   在发送前和发送中都要监听，只能空闲发送
3. 碰撞检测
   边发边监听

征用期：
在发送数据帧后至多经过$2\tau$时间就知道是否受到碰撞
以太网的端到端往返的时间就是$2\tau$，又叫征用期
经过征用期这段时间还没有检测到碰撞，才能肯定这次发送不会发生碰撞

截断二进制指数回避：
当发生碰撞后，就立即停止发送
推迟一个随机的时间才能再发送数据
主要流程：

1. 基本退避时间为征用期$2\tau$
2. 从整数集合$[0, 1, ……, (2^k-1)]$中随机取出一个数，记为$r$，重传所需推延时间为$r$倍的基本退避时间
3. 参数$k$的计算公式：
   $k = Min(重传次数,10)$
   1. 当重传达16次还不能成功时，即丢弃该帧，并向高层报告

征用期长度：
以太网取$51.2\mu s$为征用期长度
10Mb/s以太网，在征用期可发送512bit 即64字节，如果一次发送长度小于512bit，则需要填充字节，凑到512bit

以太网在发送数据时，若前64字节没有发生冲突，则后续的数据就不会发生冲突