前言

计算机网络的知识抽象、晦涩、不易理解并记忆，在此对“数据链路层”一章中重点知识总结成提纲。

数据链路层的功能

数据链路层的功能

  • 为网络层提供服务
  • 链路管理——主要用于面向连接服务
  • 组帧（帧定界、帧同步、透明传输）
  • 流量控制——不是特有功能
  • 差错控制

数据链路层为网络层提供的服务类型

  • 无确认的无连接服务——用于以太网
  • 有确认的无连接服务——用于无线网
  • 有确认的面向连接服务（三阶段：数据链路建立，帧传输，数据链路释放）

有面向连接就有确认，不存在无确认的面向连接服务

组帧

组帧的方式

  • 字符计数法
  • 字符填充法
  • 比特填充法——常用
  • 违规编码法——常用

差错控制

差错控制的编码类型

  • 检错编码：奇偶校验码，循环冗余（校验）码（CRC）/多项式码
  • 纠错编码：海明码

注意：循环冗余（校验）码（CRC）/多项式码有纠错功能，但数据链路层只用检错功能：帧出错丢弃

差错的类型

  • 位/比特差错
  • 帧差错

位/比特差错的控制方式

  • 自动重传请求（ARQ）
  • 前向纠错（FEC）

帧差错的控制方式

  • 序号
  • 定时器

流量控制和可靠传输机制

流量控制的方式

  • 停止-等待/停-等协议/ 滑动窗口协议（发送窗口=1，接收窗口=1）
  • 滑动窗口协议

可靠传输的方式

  • 确认
  • 超时重传/自动重传请求（ARQ）：停止-等待/停-等协议、后退N帧协议（GBN）、选择重传协议（SR）

流量控制和可靠传输结合的方式

注意：流量控制和可靠传输是不可分割、互相包含的关系

  • 停止-等待/停-等协议/滑动窗口协议（发送窗口=1，接收窗口=1）+确认+超时重传/自动重传请求（ARQ）的停止-等待/停-等协议
  • 滑动窗口协议（发送窗口>1，接收窗口=1）+确认+超时重传/自动重传请求（ARQ）的后退N帧协议（GBN）
  • 滑动窗口协议（发送窗口>1=接收窗口>1）+确认+超时重传/自动重传请求（ARQ）的选择重传协议（SR）

介质访问控制

介质访问控制的方式

  • 信道划分——静态划分信道——多路复用技术
  • 随机访问——动态划分信道
  • 轮询访问——动态划分信道

信道划分介质访问控制的方式

  • 频分复用（FDM）
  • 时分复用（TDM），统计/异步时分复用（STDM）
  • 码分复用（CDM）
  • 波分复用（WDM）——光的频分复用（FDM）

实质：信道划分

随机访问介质访问控制的方式

随机访问介质访问控制协议/争用型协议：

  • 附加连接在线夏威夷系统（ALOHA）协议
  • 载波侦听多路访问（CSMA）协议
  • 载波侦听多路访问/碰撞检测（CSMA/CD）协议
  • 载波侦听多路访问/碰撞避免（ CSMA/CA）协议

实质：信道争用，广播信道->点到点信道

附加连接在线夏威夷系统（ALOHA）协议的类型

  • 纯附加连接在线夏威夷系统（ALOHA）协议
  • 时隙附加连接在线夏威夷系统（ALOHA）协议

附加连接在线夏威夷系统（ALOHA）协议的机制

  • 确认
  • 超时等待随机时间重传
  • 碰撞等待随机时间重传

载波侦听多路访问（CSMA）协议的类型

依据侦听方式和侦听到信道忙后的处理方式：

  • 1-坚持载波侦听多路访问（CSMA）：信道忙，继续侦听；信道空闲，以概率为1发送数据
  • 非坚持载波侦听多路访问（CSMA）：信道忙，放弃侦听，等待随机时间侦听；信道空闲，发送数据
  • p-坚持载波侦听多路访问（CSMA）：信道忙，持续（推迟到下个时隙）侦听；信道空闲，以概率为p发送数据

载波侦听多路访问（CSMA）协议的机制

  • 载波侦听

载波侦听多路访问/碰撞检测（CSMA/CD）协议的机制

  • 载波侦听
  • 碰撞检测

概括：

  • 先听后发
  • 边听边发：保证最小帧长>=数据传输速率×传播时延×2
  • 冲突停发
  • 随机重发：截断二进制指数退避算法

载波侦听多路访问/碰撞避免（ CSMA/CA）协议的机制

  • 载波侦听
  • 碰撞避免

概括：

  • 发前预约

另：

  • 帧间间隔（IFS）：短帧间间隔（SIFS），点协调帧间间隔（PIFS），分布式帧间间隔（DIFS）
  • 退避算法：等待随机时间+进入争用窗口
  • 自动重传请求（ARQ）

轮询访问介质访问控制的方式-

  • 令牌传递协议

实质：信道轮询分配

局域网（LAN）

电气与电子工程师协会（IEEE） 802协议层/局域网参考模型

从高到低：

  • 逻辑链路控制（LLC）子层
  • 媒体接入控制（MAC）子层
  • 物理层

局域网（LAN）特性的决定要素

  • 拓扑结构：总线型，星型，环形，总线型和星型结合的复合型
  • 传输介质：双绞线（主流），铜缆，光纤
  • 介质访问控制方式（最重要）：载波侦听多路访问/碰撞检测（CSMA/CD）协议，令牌传递协议

局域网（LAN）的特殊类型

  • 以太网：电气与电子工程师协会（IEEE） 802.3；逻辑拓扑：总线形，物理拓扑：星形或拓展星形
  • 令牌环：电气与电子工程师协会（IEEE） 802.5；逻辑拓扑：环形，物理拓扑：星形
  • 光纤分布数字接口（FDDI）：：电气与电子工程师协会（IEEE） 802.8；逻辑拓扑：环形，物理拓扑：双环形
  • 无线局域网：电气与电子工程师协会（IEEE） 802.11

以太网介质访问控制（MAC）帧的结构

前导码：8字节（B）：

  • 前同步码：7字节（B）
  • 帧开始定界符：1字节（B）

以太网介质访问控制（MAC）帧：从首部到尾部：

  • 目的地址：6字节（B）
  • 源地址：6字节（B）
  • 类型/长度：2字节（B）
  • 数据：46-1500字节（B）
  • 可能填充：0-46字节（B）
  • 帧校验序列（FCS）：4字节（B）

最大帧长：1518字节（B）

虚拟局域网（VLAN）的802.1Q介质访问控制（MAC）帧的结构

  • 目的地址：6字节（B）
  • 源地址：6字节（B）
  • 类型/长度：2字节（B）
  • 虚拟局域网（VLAN）标签：4字节（B）
  • 数据：46-1500字节（B）
  • 可能填充：0-46字节（B）
  • 帧校验序列（FCS）：4字节（B）

最大帧长：1522字节（B）

无线局域网的类型

  • 有固定基础设施的无线局域网
  • 无固定基础设施的移动自组织网（ad hoc）

无线局域网介质访问控制（MAC）帧的类型

  • 管理帧
  • 控制帧
  • 数据帧

无线局域网介质访问控制（MAC）数据帧的结构

  • 首部：30字节（B）
  • 数据：0-2312字节（B）
  • 帧校验序列：4字节（B）

广域网

串行线路网际协议（SLIP）发展： 点对点协议（PPP）的组成

  • 链路控制协议（LCP）
  • 网络控制协议（NCP）
  • 封装网际协议（IP）分组到串行链路的方法/组帧方法

点对点协议（PPP）帧的结构：面向字节（B）

从首部到尾部：

  • 标志（首部）：1字节（B）
  • 地址：1字节（B）
  • 控制：1字节（B）
  • 协议：2字节（B）
  • 数据：0-1500字节（B）
  • 帧校验序列(FCS)：2字节（B）
  • 标志（尾部）：1字节（B）

点对点协议（PPP）的认证方式

  • 密码验证协议（PAP）
  • 挑战握手验证协议（CHAP）

高级数据链路控制（HDLC）协议帧的类型

  • 无编号帧
  • 监督帧
  • 信息帧

高级数据链路控制（HDLC）协议帧的结构：面向比特/位（b）

  • 标志（首部）：8比特/位（b）
  • 地址：8比特/位（b）
  • 控制：8比特/位（b）
  • 数据：0-1500字节（B）->0-12 000比特/位（b）
  • 帧校验序列（FCS）：16比特/位（b）
  • 标志（尾部）：8比特/位（b）

高级数据链路控制（HDLC）协议的操作方式

  • 正常响应模式——同步，非平衡
  • 异步响应模式——异步，非平衡
  • 异步平衡模式——异步，平衡

数据链路层设备

数据链路层的设备

  • 网桥——工作在介质访问控制（MAC）子层
  • 交换机——本质：多端口网桥

交换机的工作模式

  • 直通式
  • 存储转发式

交换机交换/转发表的组成

至少有：

  • 介质访问控制（MAC）地址
  • 端口

总结

计算机网络的知识抽象、晦涩、不易理解并记忆，在此对“数据链路层”一章中重点知识总结成提纲。

参考资料

  • 《2023年计算机网络考研复习指导》组编：王道论坛

作者的话

  • 感谢参考资料的作者/博主
  • 作者：夜悊
  • 版权所有，转载请注明出处，谢谢~
  • 如果文章对你有帮助，请点个赞或加个粉丝吧，你的支持就是作者的动力~
  • 文章在描述时有疑惑的地方，请留言，定会一一耐心讨论、解答
  • 文章在认识上有错误的地方, 敬请批评指正
  • 望读者们都能有所收获