数据链路层与局域网——计算机网络原理（本科）

第一节：数据链路层服务

通信链路连接的相邻结点的通信信道——帧

功能：

组帧、链路接入（点到点、广播）、可靠交付、差错控制

第二节：差错控制

一、差错控制的基本方式

1、检错重发

2、前向纠错：接收端进行差错纠正

3、反馈校验：把数据原封不动发回发送端

4、检错丢弃

二、差错编码的基本原理

香农信道编码定理：通过编码可以使数据传输过程不发生错误，或者错误概率控制很小

三、差错编码的检错与纠错能力

汉明距离：两个等长码之间，对应位不同的位数

编码集汉明距离：任意两个码之间汉明距离的最小值

检错编码：汉明距离Ds=r+1，可以检错r位

纠错编码：汉明距离Ds=2r+1，可以纠正r位

四、典型的差错编码

奇偶检验码：

奇校验：增加一位保证“1”的个数为奇数

偶校验：增加一位保证“1”的个数为偶数

汉明码：实现单个比特差错纠正

循环冗余码CRC：检错能力强，编码效率高，实现简单

第三节：多路访问控制协议

一、信道划分MAC协议

1、频分多路复用：频域带宽划分

2、时分多路复用：使用时间划分，多个等长时隙

3、波分多路复用：光纤，传输多路不同波长光信号

4、码分多路复用：编码域划分

二、随机访问MAC协议

1、ALOHA协议

纯ALOHA：直接发送——信道侦听——冲突重发

时隙ALOHA：时隙开始时发送——信道侦听——冲突则下一时隙概率P重发

2、载波监听多路访问协议CSMA

发送前监听信道是否空闲

（1）非坚持CSMA：忙则等待随机时间后再侦听

（2）1-坚持CSMA：忙则持续侦听

（3）P-坚持CSMA：闲则概率P再最近时隙发送

3、带冲突检测载波监听多路访问协议CSMA/CD监听空闲后发送。检测碰撞，重发

三、受控接入MAC协议

1、集中式控制—— 一个主机负责调度其他通信站接入信道

方法：轮询技术

2、分散式控制

方法：令牌技术

第四节：局域网

一、数据链路寻址与ARP

1、MAC地址：每个接口对应一个MAC地址，全球唯一，长度48位

2、ARP地址解析协议：IP地址获取其MAC地址

二、以太网

1、IEEE802.3标准

2、采用CSMA/CD访问控制方法

3、以太网技术

（1）10Base-5，10Base-T

（2）快速以太网100Base-TX，100Base-T4，100Base-FX、

（3）千兆以太网

（4）万兆以太网

三、交换机

1、转发与过滤——根据MAC地址选择转发到相应端口，以MAC为主键查找交换表

2、自学习——构建交换表

3、优点

（1）消除冲突，提高性能

（2）支持异质链路

（3）易于进行网络管理

四、虚拟局域网——VLAN

1、基于交换机的逻辑分割广播域的局域网应用形式

2、不受物理位置控制

3、抑制广播风暴

4、基于交换机端口——基于MAC地址——基于上层协议类型或地址

第五节：点对点链路协议

一、PPP——拨号上网（典型）

能够处理差错检测、支持多种上层协议、允许连接时协商IP地址、允许身份认证

功能：

1、成帧

2、链路控制协议LCP

3、网络控制协议NCP

二、HDCL协议——高级数据链路控制

HDLC有三种类型，信息帧（I帧）、监控帧（S帧）和无编号帧（U帧）。

1）信息帧简称I帧，用于传输有效信息或数据，控制字段为第一位为“0”。

2）监控帧简称S帧，用于差错控制和流量控制，控制字段为第1、2位为“10”，如果判定一个帧为监控帧，接下来第三四位可以判断其类型。

“00”——接受就绪

“01”——拒绝

“10”——接受未就绪

“11”——选择拒绝

3）无编号帧简称U帧，用于提供链路的建立，拆除等多种控制功能。所以小编猜想，如果字段第一二位为“11”。那大概它就属于无编号帧了吧。

可应用于点位点和点对多链路

帧定界：01111110，判断一个数据帧

位填充：发送端发现数据字段有5个连续1就插入一个0

接收端发现数据流中有5个连续1就删除一个0