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计算机网络原理期末复习3-9章(谢希仁版教材)
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2022-05-14
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计算机网络原理期末复习
● 第三章 数据链路层
● 1 使用点对点信道的数据链路层
● 1.2 三个基本问题
● ① 封装成帧:在前一段数据前后分别添加首部和尾部,确定帧的界限,然后构成帧。
● 首部和尾部的作用是进行帧界定,包含重要的控制信息。帧长包括首部和尾部的长度。最
大传送单元 MTU 是指能够包含的最大数据部分长度。帧界定的方法是,使用特殊的帧界定
符,在 ASCII 码中,用 SOH 表示帧开始,EOT 表示帧结束。帧界定的作用是判断收到的帧
是否完整,不完整则丢弃。
● ② 透明传输:不管什么数据,都能完整无差错的通过这个数据链路层,数据链路层对数据
没有妨碍,数据链路层对数据而言是透明的。传输中,如果数据中的某个字节的二进制代
码恰好组成了帧界定符,就会出现错误。解决方法是进行字节填充。在控制字符和特殊字
符前插入一个转义字符“ESC”,而真正的首部和尾部前不加。
● ③ 差错检测:
● 误码率:在一段时间内,传输错误的比特占所有传输比特总数的比率,与信噪比有关。
● 循环冗余校验(CRC):(见笔记)
● 帧校验序列(FCS):为差错检验而添加的冗余码,就是计算后得到的余数 R。
● 生成多项式:一种方便的表示循环冗余校验过程的方法。
● 常见的差错:比特差(在传输中可能会发生 0 变 1,1 变 0 的问题)、帧丢失、帧重复、
帧失序。
● CRC 的局限性:只能实现无比特差错,不能实现无传输差错,只能判断收到的帧是否
正确,其余均无法判断,不是可靠传输。
● 无差错接受:接收端数据链路层接受的帧,都能认为在传输过程中没有出现差错。
● 可靠传输:发送端发送什么,接收端就接受什么。
● 2 点对点协议 PPP
● 2.1 PPP 协议的特点
● 对于点对点的链路,目前使用最广泛的是 PPP 协议
● PPP 协议应满足的要求:
● 简单:对数据链路层的帧,不需要纠错、序号、流量控制,简单作为首要要求;收到帧
进行 CRC 检验,无差错则接收,反之则丢弃。
● 封装成帧 :必须规定特殊字符作为帧界定符,使接收端从收到的比特流中准确找出帧开
始和结束的位置。
● 透明性 :必须保证数据传输的透明性,要能解决碰巧出现和特殊字符比特组合一样的问
题。
● 多种网络层协议:必须能够在同一条物理链路上支持多种网络层协议的运行,如 IP 等;
在局域网和路由器上同样。
● 多种类型链路:必须能在多种链路上运行。
● 差错检测 :必须能够对接收端收到的帧进行检测,并立即丢掉由差错的帧。
● 检测连接状态:必须能够自动检测链路是否处于正常工作状态。
● 最大传送单元:必须对每一种点对点链路设置 MTU 的默认标准值。
● 网络层地址协商:必须提供一种机制使通信的两个网络层能够通过协商知道或能够配置
彼此的网络地址。
● 数据压缩协商:必须提供方法来协商数据压缩算法。
● PPP 的特点:不支持多点线路,只支持点对点线路,支持全双工链路。
● PPP 协议不需要的功能:纠错、序号、流量控制、多点线路、半双工或单工链路。
● PPP 协议的组成:
● 将 IP 数据包封装到串行链路的方法;(封装成帧的方法)
● PPP 支持异步链路,也支持面相比特的同步链路;
● IP 数据包在 PPP 帧中数据部分,受到 MTU 限制;
● (2)用来建立、配置和测试链路连接的链路控制协议 LCP;
● (3)网络控制协议 NCP,其中每个协议支持不同的网络层。
● 2.2 PPP 协议的帧格式
● 首部和尾部分别有 4 个和 2 个字段。
● 首部:
● 首部的标志字段 F(1 字节)规定为 0x7E,表示一个帧的开始或结束,就是帧的定
界符。地址字段 A(1 字节)规定为 0xFF,控制字段 C(1 字节)规定为 0x03。
● 协议字段(2 字节):
● 协议字段为 0x0021 时,PPP 帧的信息字段就是 IP 数据报。
● 协议字段为 0xC021 时,PPP 帧的信息字段就是链路控制协议 LCP 的数据。
● 协议字段为 0x8021 时,PPP 帧的信息字段就是网络层的控制数据。
● 信息字段(不超过 1500 字节):IP 数据报的储存部分,长度可变。
● 尾部:
● 帧减压序列 FCS(2 字节):CRC 中使用的冗余码。
● 标志字段 F(1 字节),标志着 PPP 帧的结束。
● 透明传输问题: 当信息字段出现和标志字段相同的比特组合时(0x7E),必须采取一些措
施使这些形式上和标志字段相同的字段表现出不同。
● 解决措施是异步传输-字符填充。
● 当 PPP 使用异步传输时,它把转义符定义为 0x7D,并使用字节填充,RFC1662 规定
了如下填充方法:
● 把信息字段中出现的每一个 0X7E 字节转变为 2 字节序列(0x7D,0x5E)。
● 若信息字段出现了一个-0x7D 字节,则把转义字符 0x7D 转变为 2 字节序列
(0x7D,0x5D)。
● 若信息字段中初现 ASCII 码的控制符(即数值小于 0x20 的字符),则在该字符前
面加入一个 0x7D 字节,同时将该字符的编码加以改变。
● 由于在发送端进行了字节填充,链路上传输的信息字节数超过了原来的字节数。但接收端
在接受到数据后再进行与发送端填充相反的变换,就可以正确地恢复原来发送的信息。
● 同步传输-零比特填充。
● 当 PPP 使用同步传输时,使用零比特填充。具体方法为:
● 在发送端先扫描整个信息字段(通常用硬件实现,也可以用软件,稍慢);
● 只要发现有 5 个连续的 1,就填入一个 0;
● 接收端在收到一个帧时,先找到标志字段 F 确定帧的边界,接着再用硬件对其中的
比特流进行扫描,每当发现 5 个连续的 1 时,把后面的 0 删掉,以还原成原来的信
息比特流。
● 因此通过这种填充之后,信息字段中就不会再出现连续的 6 个 1。
● 2.3 PPP 协议的工作状态(见笔记)
● 链路静止,物理层建立;
● 链路建立后 LCP 配置协商;
● 鉴别,判断鉴别成功或无需鉴别
● 网络层协议,NCP 配置协商
● 链路打开
● 3 使用广播信道的数据链路层
● 3.1 局域网的数据链路层
● 局域网的特点:网络为一个单位所有,地理范围和站点数目均有限。
● 局域网的优点:
● 具有广播功能,从一个站点可方便地访问全网;局域网上,主机共享局域网上的各种硬
件和资源。
● 便于系统的扩展和演变,各设备的位置可灵活调整和改变。
● 提高了系统的可靠性、可用性和生存性。
● 局域网的拓扑结构:总线网、星型网、环状网。
● 媒体共享技术:(?)建议去看书
● 静态信道划分: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。
● 动态媒体接入控制:多点接入。
● 随机接入:所有用户可随机发送信息,若发生冲突碰撞,会使这些发送失败,需要解决
碰撞的网络协议。
● 受控接入:用户不能发送信息而必须服从一定的控制。
● 以太网的两个标准: DIX Ethernet V2; IEEE 802.3
● 数据链路层的两个子层:
● 逻辑链路控制(LLC):靠近网络层,看不见下面的局域网,为网络层提供统一的接口,
已经过时。
● 媒体接入控制(MAC):靠近物理层,存放与接入媒体有关的内容。
● 适配器的作用:网络适配器又被称为网卡,包含了数据链路层和物理层两层的功能。
● 适配器的功能:
● 进行串行、并行转换
● 对数据进行缓存
● 在计算机的操作系统安装驱动程序
● 实现以太网协议
● 计算机通过配置器和局域网通信(请自觉看书)
● 3.2 CSMA/CD 协议(超级重点)
● 总线的特点:当一台主机发送数据时,总线上所有主机都能检测到这个数据,就是广播通
信方式。多点接入。
● 为使通信更加简便,采取措施:
● 采用无连接工作方式,不必先建立连接就可以直接发送数据;适配器对数据帧不编号,
不要求发回确认;因此,以太网提供尽最大努力交付,是不可靠交付;收到差错帧则丢
弃,是否重传由高层决定,和以太网无关;同一时间只允许一台主机发送数据;使用
CSMA/CD 协议。
● 发送的数据使用曼彻斯特编码。
● 使用环境:双相交替通信(半双工通信)。
● 以太网的发送不确定性:每一个站在自己发送数据之后的一段时间内,存在遭遇碰撞的可
能,这段时间是不确定的,取决于离另一个发送站的位置,因此无法保证能把自己的数据
帧成功发送出去。
● 争用期(碰撞窗口):以太网端到端的往返时间为 2t;经过争用期没检测到碰撞,才能肯
定这次发送不会发送碰撞。
● 截断二进制指数退避算法:用来确定碰撞后重传的时机,不是信道空闲就立即再次发送,
而是推迟一个随机的时间。具体流程:
● 规定了基本退避时间为争用期 2t,具体的争用期时间是 51.2 微秒;对于 10Mbit/s 以
太网,争用期内能发送 512bit,即 64 字节,也可以说争用期是 512 比特时间。
● 从离散的整数合集[0,1,2……,2^k-1]中随机取一个数,记为 r,重传应推后 r 倍
的争用期,k=min{重传次数,10}。
● 当重传 16 次仍不成功时,丢弃该帧,向高层报告。
● 强化碰撞:当发现碰撞时,除了立即停止发送数据外,还要继续发送 32bit 和 48bit 的人
为干扰信号,使所有用户都知道发生了碰撞。
● 帧间最小间隔:9.6 微秒,即 96 比特时间,使刚收到数据帧的站的接收缓存来得及清理,
做好接受下一帧的准备。
● CSMA/CD 协议要点:
● 多点接入:说明是总线型网络。
● 载波监听:检测总线上有无其他主机在发送;每个主机必须不停地检测信道,发送前检
测是为了获取发送权,发送中检测是为了及时发现碰撞。
● 碰撞检测:边发送边监听,也叫做冲突检测;发生碰撞就立刻停止发送,等待一段随机
时间后再次发送。
● 发生碰撞的原因:电磁波在 1km 电缆的传播时延为 5 微秒,在这段时间内其他主
机发送数据无法检测到,就会导致之后某时刻发送冲突。
● 两种情况:
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Tageshi_
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