第五章 数据链路层与局域网
1.数据链路层服务
识记
数据链路层功能
组帧
链路接入
可靠交互
差错控制
领会
组帧
将传输的数据封装成帧
2.差错控制
识记
差错控制基本概念
通过差错编码技术，实现对信息传输差错的检测，并基于某种机制进行差错纠正和处理
领会
差错控制典型机制
检错重发
向前纠错
反馈校验
检错丢弃
差错编码基本原理
香农信道编码地理指出：理论上可以通过编码使得数据传输过程不发生错误，或者错误概率控制在很小的数值之下
汉明距离的概念与意义
两个等长码字之间，对应位不同的位数
差错编码的检错或纠错能力
检错：ds = r + 1，可以检测r位的差错
纠错：ds = 2r +1 ，可以纠正r位错误
应用
奇偶校验码
在最后一位插入“0”或”1“，如果是奇校验，则使数据的”1“的个数为奇数；若果是偶校验，则使数据的”1“的个数为偶数
循环冗余码CRC
计算例题
3.多路访问控制协议
识记
数据链路的分类
点对点信道
广播信道
MAC协议的作用
解决信道的共享问题
MAC协议的分类
信道划分MAC协议
随机访问MAC协议
受控接入MAC协议
领会
多路复用技术
频分多路复用
在频域内将信道带宽划分为多个子信道，优点是分路方便，是目前模拟通信中常采用的一种复用方式
时分多路复用
将通信信道的传输信号在时域内划分为多个等长的时隙，每路信号在时域上互不重叠
波分多路复用
广泛应用于光纤通信，在一根光纤中，传输多路不同波长的光信号，由于波长不同，所以各路光信号互不干扰
码分多路复用
利用更长的相互正交的码组分别编码各路原始信息的每个码元，使得编码后的信号在同一信道中混合传输
随机访问协议ALOHA协议、时隙ALOHA协议、CSMA
纯ALOHA
任何一个站点有数据要发送时就直接发送至信道，发送站在发送数据后需要对信道侦听一端时间，如果在侦听时间内收到接收站发来的应答信号，说明发送成功，否则说明发送失败，则等待一个随机时间后再进行重新发送，直到重发成功为止
时隙ALOHA
把信道时间分成离散的时隙，每个时隙为发送一帧所需的发送时间，每个通信站只能在每个时隙开始时刻发送帧，如果在一个时隙内发送帧出现冲突，下一个时隙一概率P重发该帧，一概率（1-P）不发该帧（等待下一个时隙），直到帧发送成功。（P不能为1，否则协议会死锁）
非坚持CSMA
若通信站有数据发送，先侦听信道；若发现信道空闲，则立即发送数据；若发现信道忙，则等到一个随机时间，然后重新开始侦听信道，尝试发送数据；若发送数据时发送冲突，则等待一个随机时间，然后重新开始侦听信道，尝试发送数据
优点：减少了冲突的概率
缺点：发送延迟增大
1-坚持CSMA
若通信站有数据发送，先侦听信道；若发现信道空闲，则立即发送数据；若发现信道忙，则继续侦听信道直至发现信道空闲，然后立即发送数据
优点：减少了信道的空闲时间
缺点：增加了发生冲突的概率
P-坚持CSMA
若通信站有数据发送，先侦听信道；若发现系电脑空闲，则以概率P在最近时隙开始时刻发送数据，以概率Q=1-P延迟至下一个时隙发送。如下一个时隙仍空闲，重复此过程，直至数据发出或时隙被其他通信站占用；若信道忙，则等待下一个时隙，重新开始发送过程；若发送数据时发送冲突，则等待一个随机时间，然后重新开始发送过程
受控接入MAC协议
各个用户不能随意接入信道而必须服从一定的控制
集中式控制：有一个主机负责调度其他通信站接入信道，从而避免冲突。主要方法是轮询技术
分散式控制：典型的分散式控制方法是令牌技术，它代表了通信站使用信道的许可
应用
CSMA/CD特点以及最小帧长与结点间距离的约束关系
Lmin/R >= 2Dmax/v
Lmin：数据帧最小长度；R：信息传输速率；Dmax：两通信站之间的最远距离；v：信号传播速度
4.局域网
识记
局域网特点
覆盖面积较小，网络传输速率高，传输误码率低
局域网体系结构
星形网络
总线型网络
环形网络
领会
MAC地址
主机或路由器的适配器具有的链路层地址，或称为MAC地址、物理地址、局域网地址等，用来标识局域网中的结点或网络接口，每个接口对应一个MAC地址，MAC地址全球唯一
ARP
地址解析协议，用于根据本网内目的主机或默认网关的IP地址获取其MAC地址。APR通过广播ARP查询报文，来询问某目的IP地址对应的MAC地址，即知道本网内某主机的IP地址，可以查询得到其MAC地址
以太网
占领着现有的有线局域网市场，IEEE 802.3系列标准以以太网为基础
10Base-5总线型，10M基带传输500米
10Base-T，10M基带传输双绞线
快速以太网（100Base-T）
千兆以太网
万兆以太网
VLAN基本原理
虚拟局域网是一种基于交换机的逻辑分割广播域的局域网应用形式，可以不受物理位置的限制，以软件的方式划分和管理局域网中的工作组，“抑制广播风暴”。
划分局域网的方法
基于交换机端口划分
基于MAC地址划分
基于上层协议类型或地址划分
应用
以太网帧结构
以太网CSMA/CD协议
带冲突检测的载波监听多路访问协议
基本原理
通信站使用CSMA协议进行数据发送；在发送期间如果检测到碰撞，立即终止发送，并发出一个冲突强化信号，使所有通信站都知道冲突的发生；发生冲突强化信号后，等待一个随机时间，再重复上述过程
工作状态
传输状态：一个通信站使用信道，其他站禁止使用
竞争状态：所有通信站都有权尝试对信道的使用权
空闲状态：没有通信站使用信道
交换机工作原理
以帧的目的MAC地址为主键，查询其内部的交换表，如果交换表中有帧的目的MAC地址对应的交换表项，且对应的端口与接收到该帧的端口相同，则丢弃该帧，否则向表项中的端口转发帧；如果交换表中没有站的目的MAC地址对应的交换表项，则向除接收到该帧的端口外的所有其他端口转发该帧
交换机的优点
消除冲突
支持异质链路
网络管理
5.点对点链路协议
识记
点对点链路特点
PPP处理错误检测
支持多种上层协议
允许连接时刻协商IP地址
允许身份认证
点对点链路层协议功能需求
成帧
链路控制协议
网络控制协议
DHLC协议
高级数据链路控制协议
领会
点对点链路层协议实现透明数据传输的方法
帧的定界符01111110，发送端扫描整个数据字段，只要发现5个连续的1，就立即插入一个0，经过此过程处理，数据字段不会出现连续的6个1。接收端收到一个帧后，先找到标志字段01111110确定帧的边界，接着利用硬件扫描整个比特流，当发现5个连续的1，就删除其后的0