數據鏈路層(CRC校驗)

  1. 數據鏈路層的作用是是網絡層接受的數據包可以可靠的在物理層的比特信道上傳輸,主要校驗處理傳輸錯誤。
  2. 數據鏈路層數據鏈路除了物理鏈路以外還包括實現數據傳輸的協議,這些協議由硬件和軟件來完成。適配器(網卡) 就可以實現協議的硬件和軟件。
  3. 數據鏈路中傳輸的單位是幀,幀有首部(SOH)和尾部(ETO)標誌着幀定界。該層要解決的3個基本問題是:封裝成幀、透明傳輸、差錯檢驗。
  4. 幀的透明傳輸問題:當幀的數據部分如果出現了尾部(ETO)相同值時,接收端就會在遇到該ETO時認爲幀結束了並把後邊的的幀內容當作是無用幀丟掉。

         解決方法:在特殊字符前加上轉義字符(0x1B),特殊字符包括:SOH、ETO、轉義字符。

  1. 數據鏈路層中會對每一幀數據進行CRC校驗,判斷每一幀數據傳輸是否正確。發送方會在一幀的尾部添加一組根據CRC算出來的結果,接收方會將一幀尾部前的部分進行同樣的CRC算法,並與幀的尾部(發送方算出結果)進行比較,如果相等則認爲傳輸正確。

         CRC算法原理簡介:方法是將傳輸的二進制數據除以某生成式(除法描述見下文),並將餘數放到幀的尾部待接收方驗證,餘數位數是多項式位寬數。CRC分爲CRC8、CRC16、CRC32等方式數據傳輸校驗準確度依次提高,其生成式的位寬對應於8 、16、32(實際上多項式位數比位寬多一,且首位永遠是1),CRC8、CRC16 、CRC32的生成式是固定的幾個值是別人通過數學的方式研究出來的。

        位寬爲4的除法描述:  

  1. PPP協議是使用最多的協議是點對點傳輸的協議,特點是:簡單,提供不可靠數據傳輸,只檢驗不糾錯,同時支持多種網絡層協議。PPPOE是爲寬帶上網的主機使用的鏈路層協議。ppp協議和pppoe協議聯繫密切但不是簡

          單的包含與被包含關係。

  1. ppp協議幀要求: 7E表示幀開始和結尾,FF固定值,03控制字段

                                     

  1. ppp協議透明傳輸的2種解決方法:異步傳輸添加轉義字符;同步傳輸5個1後立即添加0。
  2. 共享通信媒體資源(文字照片視頻)的兩方法:一是:靜態劃分信道(各種複用技術);二是:動態媒體接入控制。
  3. 局域網的數據鏈層是很重要的,比如CAN通信就是局域網也就是說車身上ECU間通信都是使用的局域網,當然最終的數據可能會通過T-box連上以太網。
  4. 計算機與外界局域網相連是通過適配器也就是網卡,電腦硬件地址就儲存在網卡的ROM中,MAC幀的目的地址就是尋找符合硬件地址要求的主機。
  5. 以太網是局域網一種的 ,是數據鏈路層的。以太網採用無連接工作方式時對發送幀不進行編號,不要求回覆確認,差錯幀就丟棄。
  6. 以太網的硬件地址也就是MAC地址,實際上就是適配器地址(適配器標識符),與主機所在地無關,源地址和目的地址都是48位長。
  7. 適配器有過濾功能它只就收單幀、廣播幀、多播幀。
  8. 網橋可以在數據鏈路層擴展以太網,其不改變幀的源地址。
  9. 數據鏈路具有檢測、確認和重傳的作用使得不太可靠的物理鏈路變成了可靠的數據鏈路。
  10. 最早以太網就是許多計算機連接在一總線上,所有計算機都可以收到總線上的信息,數據幀首是地址只有符合地址的計算機可以被接收。
  11. 以太網是局域網的一種,現在以太網幾乎壟斷了局域網成爲局域網的代名詞,以太網現在主要是DIX Ethernet V2標準。
  12. 爲通信簡便,以太網採用CSMA/CD協議協調以太網通信,防止以太網信息衝突,CSMA/CD協議:載波監聽多點接入/碰撞檢測,並且發送數據採用曼切斯特編碼。下面簡介曼切斯特編碼編碼和CSMA/CD協議 :

         曼切斯特編碼 :在二進制通信中出現連1或連0時的位提取依舊是比較麻煩的,曼切斯特就將一個碼元分爲了兩個相等時間間隔,相當於一個碼元有兩個Bit,然後再約定好10代表1,01代表0,這樣就保證了每個碼元的中間時間都會有一次電平跳變。

         CSMA/CD(載波監聽多點接入/碰撞檢測):這個理解了其實就很簡單,解釋這個名字:多點接入表示多站點連接同一總線上;載波監聽指站點可以檢測到信道上的信號,是站點可檢測的東西之一;當多個站點同時發送數據時電壓會疊加導致信號丟失,當電壓變化幅度疊加超過某閘限就認爲信號碰撞 ,通過碰撞檢測發現它,是站點可檢測的東西之一;發送信號的前提條件不是檢測信道空閒時纔會發送嗎,怎麼還會有信號碰撞?那是因爲傳輸距離導致的,A發給B信號,在整個信號幀都發完了在A和B之間的傳輸線上,但還沒到B,這時B沒有監聽到載波(因爲A還沒到)也沒檢測到碰撞,萬一剛好B發出了信號給A,就碰撞了。那怎麼解決這個問題?如果A發的信號剛好到B時碰撞了,產生的碰撞信號再傳回給A的時間,是在這條傳輸線上檢測到最長的碰撞的時間,如果這段時間不碰撞,就說明之後不會碰撞了(仔細想想),這段時間稱爲爭用期。還有個要點指的一提:我們要是把發送一幀的時間設置爲爭用期那麼長,就可以讓碰撞在一幀發送完之前被檢測到,這就是我們所想要的,我們可以及時終止這一幀的發送和確定下次重傳這一幀,所以每條線路都有最短幀,以太網規定最短幀爲64Btye =512bit。檢測到衝突後的處理方式是什麼呢?見筆記-can通信

  1. 10BASE-T:10表示10Mb/s;    BASE表示基帶信號;     T表示雙絞線星型結構。
  2. MAC幀的格式:

                                   

  1. MAC幀和PPP幀的區別是什麼:PPP幀是點對點的信息幀傳輸,所以沒有目的地址,電腦和路由器之間的通信就是用的PPP幀(配置路由器)。而MAC幀是廣播的,發給所有主機只有符合目的地址的可以接受到,這個信息在物理層傳輸時會多8字節用於同步,具體的接收方式查看can筆記-can通信。
  2. 網橋是連接多個以太網的設備,每個以太網可以稱爲一個網段,網橋的一個接口連接一個網段,網橋通過轉發表傳遞不同網段的幀。
  3. 以太網網橋轉發表自學習方式:主機A發出一幀後網橋若查找轉發表沒有發現該目的地址,將幀中的源地址和進入接口放到轉發表中的“地址欄“中,然後轉發給其它網橋。這樣相當於如果目的地址是在所有網橋中沒有記錄的,那麼會遍歷一遍所有的網橋,這樣就使得所有網橋中的轉發表中添入了源地址,遍歷的過程中目的地址的主機其實早就收到了該幀。
  4. 網橋中的轉發表是每隔一段時間按就會清空一次以保證網絡拓撲是最新狀態。

 

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