计算机网络之链路层学习总结

计算机网络的链路层是网络协议栈中的一个重要层次，它主要负责在两个相邻节点之间提供可靠的通信服务。链路层的职责包括数据帧的封装、解封装、差错检测和控制，以及在局域网（LAN）环境中进行介质访问控制（MAC）。下面将对链路层的关键知识点进行详细阐述。 链路层根据物理连接类型分为有线链路（如以太网）和无线链路（如Wi-Fi）。它们各自面临不同的挑战，例如无线链路通常具有较高的误码率，需要更强大的错误检测和纠正机制。 在链路层，数据报会被封装成数据帧，其中包括网络层的数据报和链路层的首部和尾部。首部包含了MAC地址，用于标识帧的发送者和接收者，确保数据能够正确送达。数据帧的构建和传输过程中，链路层需要实现流量控制，以防止数据拥堵，以及差错检测和纠正，以确保数据的准确性。 差错编码是链路层的一个关键部分，用于检测和纠正传输过程中的错误。常见的差错编码有： 1. 奇偶校验码：添加一个校验位，使得数据位和校验位中1的数量为偶数（偶校验）或奇数（奇校验）。这种方法简单但只能检测出奇数个错误，无法纠正错误。 2. 二维奇偶校验：通过在数据位的行列上都添加校验位，可以检测出某些特定类型的错误，包括一些偶数位错误。 3. 校验和：计算数据位的二进制补码和，用于检测错误。在IP、TCP和UDP等协议中广泛使用。 4. 循环冗余校验（CRC）：通过选定的生成多项式计算校验码，能够检测出突发长度小于生成多项式位数的错误。CRC在现代通信中非常常见，因为它提供了较高的错误检测能力。 介质访问控制（MAC）协议是链路层在局域网环境中的另一核心任务，解决共享介质上的多路访问问题。常见的MAC协议包括： 1. 信道划分MAC：如频分多路复用（FDM）和时分多路复用（TDM），其中每个节点在指定的时间或频率段内独占信道。 2. 随机访问MAC：如ALOHA协议和载波监听多路访问（CSMA）协议，允许多个节点尝试同时访问信道，可能导致冲突。ALOHA协议包括时隙ALOHA和纯ALOHA，而CSMA又分为1-坚持CSMA、非坚持CSMA和p-坚持CSMA，根据不同的策略来决定何时发送数据以减少冲突。 在CSMA协议中，节点在发送前先监听信道，如果空闲则发送，否则采取不同的退避策略等待。这种机制有效地提高了信道利用率，降低了冲突发生概率，是局域网通信中的基础机制。 链路层在计算机网络中起着承上启下的作用，它处理了物理层的数据传输细节，同时为网络层提供了可靠的接口，确保了数据的准确、有效传输。通过差错编码、MAC协议等手段，链路层在面对各种网络环境和通信挑战时都能保持高效、稳定的工作。