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数据链路层笔记.pdf
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数据链路层
数据链路层
一、数据链路层的概念
(一)链路
信道及类型
(二)数据链路和帧
1、数据链路层协议数据单元:帧
2、数据链路层三个基本问题
(1)封装成帧
3、噪声与差错
4、数据链路层设计思想
5、循环冗余检验CRC
(1)循环冗余校验 CRC(Cycle Redundancy Code)
(2)循环码的特点
6、线性码
(1)线性码𝑪:分组码,编码的冗余位都是由信息位经若干异或运算得到的编码;
7、循环码
8、码字(codeword)多项式 𝑪(𝑿)(信息位)
9、生成多项式 𝑮(𝑿)
10、标准 CRC 生成多项式 𝑮(𝑿)(不重要)
11、CRC 编码原理
(1)求码多项式和待发送编码
(2)例题
(3)说明
12、CRC 校验原理
(1)原理
(2)例题
(3)说明
13、CRC 编码|校验原理(小结)
14、CRC 校验码的检错能力
15、注意
(三)循环冗余检验 CRC (Cyclic Redundancy Check) 原理(计算版)
1、CRC 冗余码的发送
2、帧检验序列 FCS
二、PPP 协议
(一)数据链路层协议分类
1、PPP 协议的特点
(1)介绍
(2)PPP 协议应满足的需求
2、PPP 协议的组成
3、PPP 协议的帧格式
(1)各字段的意义
(2)透明传输问题
(3)字节填充
(4)零比特填充
(二)PPP 协议的工作状态
1、PPP 链路初始化过程
2、PPP 链路建立的过程
(1)阶段1:创建 PPP 链路
(2)阶段2:用户验证
(3)口令验证协议(PAP)
(4)挑战-握手验证协议(CHAP)
(5)阶段3:调用网络层协议

(6)PPP 协议的状态图
(7)PPP 协议的工作流程
三、使用广播信道的数据链路层
(一)局域网的数据链路层
1、局域网最主要的特点
2、局域网具有如下主要优点
3、决定局域网性能的三要素
4、局域网拓扑结构
5、媒体共享技术
(1)媒体共享技术
(2)共享信道(随机接入)带来的问题
6、几种局域网的性能
7、IEEE 802 参考模型
8、IEEE 802 标准与 OSI/RM 的关系
9、局域网数据链路层分为 2 个子层
(1)逻辑链路控制 LLC (Logical Link Control) 子层
(2)媒体接入控制 MAC (Medium Access Control) 子层
10、注意
四、以太网
(一)以太网的两个标准
1、DIX Ethernet V2
2、IEEE 802.3
3、注意
(二)适配器(网卡)的作用
1、计算机通过适配器和局域网进行通信
2、重要功能
(三)CSMA/CD 协议
1、简介
(1)最早的以太网
(2)总线特点
(3)媒体访问控制(MAC)方法的演进
(4)实现原理
(5)总线缺点
2、CSMA/CD 协议的要点!!!
(1)检测到碰撞后的措施
(2)争用期
(3)碰撞后重传的时机
(4)以太网的最大端到端长度
(5)强化碰撞:人为干扰信号
3、CSMA/CD 协议工作流程
(1)CSMA/CD 的结点工作状态图
(四)两种重要的措施
1、无连接的工作方式
(1)提供不可靠的交付服务
(2)同一时间只能允许一台计算机发送
2、曼彻斯特编码
(五)使用集线器的星形拓扑)——以太网
1、星形以太网
(1)传统以太网使用同轴电缆,采用总线形拓扑结构
(2)采用双绞线的以太网采用星形拓扑
(3)星形以太网 10BASE-T
2、集线器的一些特点
3、具有 3 个接口的集线器
(六)以太网的信道利用率
1、原因
2、以太网信道被占用的情况
3、参数 a 与利用率
4、对以太网参数 a 的要求

5、信道利用率的最大值
(七)MAC 层
1、MAC 层的硬件地址
(1)48 位的 MAC 地址
(2)IEEE 规定地址字段
(3)适配器具有过滤功能
2、MAC 帧的格式
(1)常用的以太网 MAC 帧格式有 2 种标准
(2)以太网 V2 的 MAC 帧格式
(3)无效的 MAC 帧
(4)IEEE 802.3 MAC 与以太网 V2 MAC 帧格式的区别
五、扩展的以太网
(一)局域网扩展和互连的设备
(二)在物理层扩展以太网
1、中继|转发器(Repeater)、集线器(Hub) vs 网桥、交换机
2、使用中继|转发器扩展
3、使用光纤(集线器)扩展
(1)集线器(hub)
(2)使用集线器扩展
(4)集线器的堆叠
(5)优点
(6)缺点
(7)碰撞域
(三)在数据链路层扩展以太网
1、网桥
(2)介绍
2、以太网交换机
(1)以太网交换机的原理
(2)简介
(3)以太网交换机的特点
(4)以太网交换机的优点
(5)以太网交换机的交换方式
(6)以太网交换机的自学习功能
(7)2 台以太网交换机互连——生成树协议 STP (Spanning Tree Protocol)
3、从总线以太网到星形以太网
4、交换式以太网
(四)虚拟局域网 VLAN
1、以太网存在的主要问题
2、广播风暴
(1)广播域(broadcast domain)
(2)交换机之间的冗余链路形成广播风暴
3、安全问题
4、虚拟局域网 VLAN
(1)定义
(2)举例
(3)虚拟局域网优点
5、划分虚拟局域网的方法
(1)基于交换机接口
(2)基于计算机网卡的 MAC 地址
(3)基于协议类型
(4)基于 IP 子网地址
(5)基于高层应用或服务
6、虚拟局域网使用的以太网帧格式
六、高速以太网
(一)100BASE-T 以太网
1、概述
2、特点
3、100 Mbit/s 以太网的 3 种不同的物理层标准

(二)吉比特以太网
1、特点
2、吉比特以太网的物理层
3、半双工方式工作的吉比特以太网
(1)载波延伸 (carrier extension)
(2)分组突发 (packet bursting)
(三)10 吉比特以太网 (10GE) 和更快的以太网
1、特点
2、10GE 以太网的物理层
3、40GE/100GE 以太网的物理层
4、端到端的以太网传输
(1)好处
(四)使用以太网进行宽带接入
1、特点
2、PPPoE
一、数据链路层的概念
(一)链路
1、物理链路 (link) :
一条无源的点到点的物理线路段,中间没有任何其他的交换结点。
一条链路只是一条通路的一个组成部分。
或物理链路。
2、数据链路 (data link):
把实现控制数据传输的协议的硬件和软件加到链路上,就构成了数据链路。
或逻辑链路。
典型实现:适配器(即网卡)
信道及类型
点对点信道
使用一对一的点对点通信方式。
广播信道
使用一对多的广播通信方式。
必须使用专用的共享信道协议来协调这些主机的数据发送。
(二)数据链路和帧
1、数据链路层协议数据单元:帧
2、数据链路层三个基本问题

(1)封装成帧
封装成帧 (framing):在一段数据的前后分别添加首部和尾部,构成一个帧。
首部和尾部的一个重要作用就是进行帧定界(即确定帧的界限)。
最大传送单元 MTU (Maximum Transfer Unit) :规定了所能传送的帧的数据部分长度上限。
控制字符 SOH (Start Of Header(十六进制编码是 𝟎𝟏,即 𝟎𝟎𝟎𝟎 𝟎𝟎𝟎𝟏)) 放在一帧的最前面,表示帧
的首部开始。
控制字符 EOT (End Of Transmission (十六进制编码是 𝟎𝟒,即 𝟎𝟎𝟎𝟎 𝟎𝟏𝟎𝟎)) 放在一帧的末
尾,表示帧的结束。
(2)透明传输
无论发送什么样的比特组合的数据,这些数据都能够按照原样没有差错地通过这个数据链路层。
用“字节填充”或“字符填充”法解决透明传输的问题
转义字符“ESC”(十六进制编码是 𝟏𝑩,即 𝟎𝟎𝟎𝟏𝟏𝟎𝟏𝟏)
(3)差错检测
在一段时间内,传输错误的比特占所传输比特总数的比率称为误码率 BER (Bit Error Rate)。
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