數(shù)據(jù)鏈路層

使用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道的數(shù)據(jù)鏈路層

這種信道使用一對(duì)一的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信方式

鏈路

是一條無(wú)源的點(diǎn)到點(diǎn)的物理線(xiàn)路段莉御，中間沒(méi)有任何其他的交換結(jié)點(diǎn)
類(lèi)型：
    物理鏈路
    邏輯鏈路-->物理鏈路加上必要的通信協(xié)議

數(shù)據(jù)鏈路

把實(shí)現(xiàn)通信協(xié)議的軟件硬件加到鏈路上就構(gòu)成了數(shù)據(jù)鏈路
數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元---幀

功能

基本功能(三個(gè)問(wèn)題)

封裝成幀 : 最大的傳輸單元:MTU,幀開(kāi)始符SOH,幀結(jié)束符號(hào)EOT
透明傳輸 : 轉(zhuǎn)義字符ESC
差錯(cuò)檢測(cè) : 誤碼率BER,循環(huán)冗余檢測(cè)CRC

封裝成幀
    定義：就是在一段數(shù)據(jù)的前后部分添加首部和尾部矢洲，這樣就構(gòu)成了一個(gè)幀
    方法：字符計(jì)數(shù)法潭枣、字符填充法、零比特填充法、違規(guī)編碼法

透明傳輸：是指不管所傳數(shù)據(jù)是什么樣的比特組合拉一，都應(yīng)當(dāng)能夠在鏈路上傳送矫夯。因此，鏈路層就“看不見(jiàn)”有什么妨礙數(shù)據(jù)傳輸?shù)臇|西
    SOH：十六進(jìn)制編碼01（二進(jìn)制00000001）
    EOT：十六進(jìn)制編碼04（二進(jìn)制00000100）
    ESC：十六進(jìn)制編碼1B（二進(jìn)制00011011）
    方法：字節(jié)填充 (byte stuffing) 或字符填充 
    
差錯(cuò)檢測(cè)：在發(fā)送的碼序列（碼字）中加入適當(dāng)?shù)娜哂喽纫允沟媒邮斩四軌虬l(fā)現(xiàn)傳輸中是否發(fā)生差錯(cuò)的技術(shù)
    檢錯(cuò)編碼：奇偶校驗(yàn)碼、循環(huán)冗余碼（CRC）
    糾錯(cuò)編碼：海明碼

封裝成幀

透明傳輸

循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）

補(bǔ)充

這里需要多提一點(diǎn)：循環(huán)冗余檢驗(yàn)的原理 
    首先测蘑，在發(fā)送之前灌危，需要把數(shù)據(jù)劃分為 m 組,假設(shè)每組有 k 個(gè)比特
    其次，假設(shè) m 組中的其中 1 組的數(shù)據(jù)為M=101001,設(shè)k=6
    然后碳胳，用 冗余碼的計(jì)算 算出 n 位的冗余碼
    最后勇蝙，我們?cè)?M 的后面再添加供差錯(cuò)檢測(cè)用的 n 位冗余碼一起發(fā)送
    （以上的的符號(hào)m,n,k是提供理解用的）    

以上用到的：冗余碼的計(jì)算
    用二進(jìn)制的模2運(yùn)算：進(jìn)行 2的n次方 乘 M 的運(yùn)算，這相當(dāng)于在 M 后面添加 n 個(gè)0
        假設(shè)M=101001,生成多項(xiàng)式：P(X)=X^3 + X^2 + 1 = 1*X^3 + 1*X^2 + 1*X^0
        我們可以得到除數(shù)p=1101(除數(shù)是4位挨约，那就在M后面添加3個(gè)0
        這個(gè) 3 也可以理解為生成多項(xiàng)式的最高項(xiàng),（或許也可以這么想浅蚪，假設(shè)n=3,就是在M的后面增加三個(gè)0，2^n就可以理解為二進(jìn)制上的右移烫罩，了解即可）
        所以我們得到的M=101001000
        我們進(jìn)行模2運(yùn)算：
                                 110101
                    p(1101) M=101001000
                              1101
                          -->  1110
                               1101
                           -->  01110
                                 1101
                             -->  01100
                                   1101
                               -->  001 -->(余數(shù)R)
其中可以理解為二進(jìn)制中的異或(^)
    1^1=0
    0^0=0
    1^0=1
    0^1=1
即把余數(shù) R 就是作為冗余碼添加在數(shù)據(jù) M 的后面發(fā)送出去
發(fā)送的數(shù)據(jù)是：2^n*M + R （此處的 “+” 是拼接的意思）
即：101001001惜傲，共 (k + n) 位

補(bǔ)充：幀檢驗(yàn)序列 FCS
     在數(shù)據(jù)后面添加上的冗余碼稱(chēng)為幀檢驗(yàn)序列 FCS
     循環(huán)冗余檢驗(yàn) CRC 和幀檢驗(yàn)序列 FCS 并不等同
        CRC 是一種常用的檢錯(cuò)方法，而 FCS 是添加在數(shù)據(jù)后面的冗余碼贝攒。
        FCS 可以用 CRC 這種方法得出盗誊，但 CRC 并非用來(lái)獲得 FCS 的唯一方法

3-07中接有問(wèn)到有關(guān)檢測(cè)的問(wèn)題：
    這個(gè)還是要用到 CRC檢驗(yàn)，求出余數(shù)R
    舉個(gè)例子：3-07求得的商M=1101011011,Q=1100001010,除數(shù)p=10011,n=4(M后面加4個(gè)0),余數(shù)R=1110
            現(xiàn)在我們檢驗(yàn)  傳輸過(guò)程中最后一個(gè)1變成了0
            則為未拼接冗余碼的M=1101011010
            拼接了冗余碼的M=11010110101110
            然后進(jìn)行CRC檢驗(yàn)：
                                    1100001011
                    p(10011)  M=11010110101110
                                10011
                            -->  10011
                                 10011
                             -->  000010101
                                      10011
                                  -->  011011
                                        10111
                                    -->  11000
                                         10111
                                      --> 0011 -->(余數(shù)R)
若得出的余數(shù) R = 0隘弊，則判定這個(gè)幀沒(méi)有差錯(cuò)哈踱，就接受 (accept)。
若得出的余數(shù) R != 0梨熙，則判定這個(gè)幀有差錯(cuò)开镣，就丟棄。
顯然這個(gè)幀就被丟棄了
    僅用循環(huán)冗余檢驗(yàn) CRC 差錯(cuò)檢測(cè)技術(shù)只能做到無(wú)差錯(cuò)接受
    凡是接收端數(shù)據(jù)鏈路層接受的幀都沒(méi)有傳輸差錯(cuò)（有差錯(cuò)的幀就丟棄而不接受）
    ?要做到“可靠傳輸”（即發(fā)送什么就收到什么）就必須再加上確認(rèn)和重傳機(jī)制
    
?《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 第七版 謝希仁》第三章課后習(xí)題3-07/3-08做一下咽扇，加深理解邪财，下面的內(nèi)容可以等你做完題之后再看

3-07

3-08

點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議 PPP

互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)通常需要連接到某個(gè)ISP才能接入到互聯(lián)網(wǎng)。
PPP協(xié)議就是用戶(hù)計(jì)算機(jī)和ISP進(jìn)行通信時(shí)所使用的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議质欲。 
為在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接上傳輸多協(xié)議數(shù)據(jù)報(bào)提供了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)方法树埠。

PPP協(xié)議

PPP 協(xié)議的特點(diǎn)

簡(jiǎn)單 
只檢錯(cuò),不糾錯(cuò)
不使用序號(hào)
不進(jìn)行流量控制
可同時(shí)支持多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議

在因特網(wǎng)環(huán)境，PPP的數(shù)據(jù)字段放入的是IP數(shù)據(jù)報(bào)嘶伟，為網(wǎng)絡(luò)層的IP協(xié)議協(xié)議提供服務(wù)怎憋，而IP協(xié)議是不可靠的數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)
思考一：PPP不可靠，為什么還用它九昧？
思考二：PPP IP都不可靠绊袋，誰(shuí)來(lái)保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕?

PPP 協(xié)議需要滿(mǎn)足的需求

簡(jiǎn)單,PPP協(xié)議沒(méi)有流量控制
封裝成幀
透明性
多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議
多種類(lèi)型鏈路
差錯(cuò)檢測(cè)
檢測(cè)連接狀態(tài)
最大傳送單元
網(wǎng)絡(luò)層地址協(xié)商
數(shù)據(jù)壓縮協(xié)商

PPP 協(xié)議不需要的功能

糾錯(cuò)、流量控制铸鹰、序號(hào)癌别、多點(diǎn)線(xiàn)路、半雙工或單工鏈路

PPP 協(xié)議的組成

 一個(gè)將IP數(shù)據(jù)報(bào)封裝到串行鏈路的方法  
 一個(gè)用來(lái)建立,配置和測(cè)試數(shù)據(jù)鏈路連接的鏈路控制協(xié)議LCP
 一套網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議NCP

PPP 協(xié)議的幀格式

PPP 協(xié)議的幀格式

F：標(biāo)志字段(0x7E)(01111110)掉奄，表示一個(gè)幀的開(kāi)始或結(jié)束规个。連續(xù)兩幀之間一個(gè)標(biāo)志字段凤薛。連續(xù)兩個(gè)標(biāo)志字段表示空幀，丟棄
A：地址字段(0xFF)诞仓，有規(guī)劃但并不起任何作用
C：控制字段(0x03)缤苫，有規(guī)劃但并不起任何作用
協(xié)議：
        0x0021：信息字段是IP數(shù)據(jù)報(bào)
        0xC023，信息字段是鑒別數(shù)據(jù)
        0x8021：信息字段是網(wǎng)絡(luò)控制數(shù)據(jù)  
        0xC021：信息字段是PPP鏈路控制協(xié)議LCP的數(shù)據(jù)
信息部分：可變不超過(guò)1500字節(jié)
FCS：使用CRC的幀檢驗(yàn)序列（存CRC檢驗(yàn)的校驗(yàn)碼）

思考一：對(duì)于很多協(xié)議來(lái)說(shuō)墅拭，地址字段都非常有用活玲，但是為何PPP的地址字段沒(méi)有作用？
   答：因?yàn)樽饔糜邳c(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路谍婉，不存在共享鏈路的問(wèn)題舒憾，不需要地址字段。

PPP協(xié)議怎么解決透明傳輸?shù)膯?wèn)題呢

PPP 是面向字節(jié)的穗熬，所有的 PPP 幀的長(zhǎng)度都是整數(shù)字節(jié)
    當(dāng) PPP 用在同步傳輸鏈路時(shí)镀迂，協(xié)議規(guī)定采用硬件來(lái)完成  比特填充
    當(dāng) PPP 用在異步傳輸時(shí)，就使用一種特殊的 字符填充 法

字符填充

將信息字段中的0x7E轉(zhuǎn)換為2字節(jié)序列（0x7D,0x5E）
如信息字段出現(xiàn)0x7D的字節(jié)唤蔗，則將其轉(zhuǎn)換成為2字節(jié)序列（0x7D,0x5D）
若出現(xiàn)ASCII碼的控制字符（即數(shù)值小于0x20的字符）探遵，則在該字符前面加入一個(gè)0x7D字節(jié)，同時(shí)該字符的編碼加以改變
是不是感覺(jué)摸不到頭腦妓柜？這是什么東西箱季，7E轉(zhuǎn)換為7D,5E；7D轉(zhuǎn)換為7D,5D的
所以棍掐，下面用一道題 3-09 來(lái)講解一下字符填充藏雏，加深理解

3-09

可以先自己研究下再看下面的解釋
詳解：PPP幀的數(shù)據(jù)部分：7D 5E FE 27 7D 5D 7D 5D 65 7D 5E
     在讀數(shù)據(jù)的時(shí)候，識(shí)別到7D會(huì)自動(dòng)跟后面的進(jìn)行拼接
     按著上面的敘述: 7E(標(biāo)志字段)轉(zhuǎn)換為7D,5E
                   7D轉(zhuǎn)換為7D,5D
把轉(zhuǎn)義字符7D開(kāi)始的2字節(jié)序列用下劃線(xiàn)標(biāo)出：

還原之后的數(shù)據(jù)：7E FE 27 7D 7D 65 7E
還算可以吧作煌，感覺(jué)自信又回來(lái)了
但是在想這個(gè)題的時(shí)候看到拼接的字節(jié)序列掘殴，突然想到了兩個(gè)問(wèn)題

思考一：接收端如何處理這些填充的字符？
思考二：加上字符后超出MTU怎么辦最疆？

比特填充

零比特填充：
    在發(fā)送端杯巨，連續(xù)五個(gè)1后要插入一個(gè)0
    在接收端，5個(gè)連續(xù)1后的刪除一個(gè)0
思考一：為什么發(fā)送端努酸，連續(xù)5個(gè)1后要插入一個(gè)0；接收端杜恰，5個(gè)連續(xù)1后的刪除一個(gè)0获诈，就能實(shí)現(xiàn)透明傳輸？
  答案：這就要想到前面的 標(biāo)志字段 0x7E心褐，它的二進(jìn)制01111110舔涎，中間有6個(gè)1，所以以防標(biāo)志字段 F逗爹，所以5位(腦瓜子嗡嗡的吧)

3-10小試牛刀

3-10

這個(gè)比較簡(jiǎn)單,直接寫(xiě)答案:
    經(jīng)過(guò)零比特填充后變?yōu)椋?11011111 0 11111 0 00
    刪除零比特填充的后為：000111011111-11111-110

PPP 協(xié)議的工作狀態(tài)

PPP協(xié)議的狀態(tài)圖

用戶(hù)撥號(hào)接入ISP后,建立了一條由用戶(hù)到個(gè)人電腦的物理連接
用戶(hù)通信完畢時(shí),NCP釋放網(wǎng)絡(luò)層連接,收回分配的IP地址,接著釋放數(shù)據(jù)鏈路層連接,最后釋放物理層連接

使用廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層

這種信道使用一對(duì)多的廣播通信方式亡嫌，因此過(guò)程比較復(fù)雜嚎于。
廣播信道上連接的主機(jī)很多，因此必須使用專(zhuān)用的共享信道協(xié)議來(lái)協(xié)調(diào)這些主機(jī)的數(shù)據(jù)發(fā)送挟冠。

局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層

局域網(wǎng)最主要的特點(diǎn)

網(wǎng)絡(luò)為一個(gè)單位所擁有
地理范圍和站點(diǎn)數(shù)目均有限

局域網(wǎng)具有如下主要優(yōu)點(diǎn)

具有廣播功能于购，從一個(gè)站點(diǎn)可很方便地訪(fǎng)問(wèn)全網(wǎng)。局域網(wǎng)上的主機(jī)可共享連接在局域網(wǎng)上的各種硬件和軟件資源
便于系統(tǒng)的擴(kuò)展和演變知染，設(shè)備的位置可靈活調(diào)整和改變
提高了系統(tǒng)的可靠性肋僧、可用性和生存性   

局域網(wǎng)的拓?fù)?/h6>

局域網(wǎng)的拓?fù)?/div>

信道共享技術(shù)

靜態(tài)劃分信道：
    頻分復(fù)用、 時(shí)分復(fù)用控淡、波分復(fù)用嫌吠、碼分復(fù)用 
動(dòng)態(tài)媒體接入控制（多點(diǎn)接入）
    隨機(jī)接入
    受控接入 ，如多點(diǎn)線(xiàn)路探詢(xún) (polling)掺炭，或輪詢(xún)
    
信道共享帶來(lái)的兩個(gè)問(wèn)題
問(wèn)題一：訪(fǎng)問(wèn)控制機(jī)制辫诅，協(xié)調(diào)用戶(hù)使用信道的機(jī)制（CSMA/CD）
問(wèn)題二：如何標(biāo)示通信雙方（MAC地址及其幀格式）

數(shù)據(jù)鏈路層的兩個(gè)子層

IEEE 802 委員會(huì)就將局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層拆成兩個(gè)子層：
    邏輯鏈路控制 LLC 子層 （局域網(wǎng)對(duì) LLC 子層是透明的）
    媒體接入控制 MAC 子層

適配器的作用

進(jìn)行串行/并行轉(zhuǎn)換
對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存
在計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)安裝設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序
實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)協(xié)議

CSMA/CD 協(xié)議

載波監(jiān)聽(tīng)多點(diǎn)接入/碰撞檢測(cè)
MA: “多點(diǎn)接入” 表示許多計(jì)算機(jī)結(jié)點(diǎn)連接在一根總線(xiàn)上
CD：“載波監(jiān)聽(tīng)” 是指每一個(gè)結(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)之前先要監(jiān)聽(tīng)一下總線(xiàn)上是否有其他計(jì)算機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，有則等待

為什么叫廣播通信

1.最初的以太網(wǎng)時(shí)將許多計(jì)算機(jī)連接到一根總線(xiàn)上涧狮，認(rèn)為這樣的連接方法既簡(jiǎn)單又可靠炕矮，因?yàn)榭偩€(xiàn)上沒(méi)有源器件
2.當(dāng)一臺(tái)計(jì)算機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，總線(xiàn)上的所有計(jì)算機(jī)都能檢測(cè)到這個(gè)數(shù)據(jù)勋篓。這就是廣播通信的方式

思考一下：總線(xiàn)上的某一接收方節(jié)點(diǎn)D怎么知道數(shù)據(jù)是節(jié)點(diǎn)A給它發(fā)的呢吧享？
答：1.讓每一臺(tái)電腦的適配器有一個(gè)各不相同的地址
   2.在發(fā)送數(shù)據(jù)幀的時(shí)候，在幀的首部寫(xiě)明接收站的地址

產(chǎn)生沖突

就是兩個(gè)節(jié)點(diǎn)A,B都要給節(jié)點(diǎn)C發(fā)送數(shù)據(jù)譬嚣，就會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)沖突

解決方法：
    1.在發(fā)送數(shù)據(jù)前钢颂，檢測(cè)一下總線(xiàn)有沒(méi)有被占用，空閑再發(fā)

兩種重要的措施

為了通信的簡(jiǎn)便拜银，以太網(wǎng)采取了兩種重要的措施
（1）采用較為靈活的 無(wú)連接 的工作方式：
    a:不必先建立連接就可以直接發(fā)送數(shù)據(jù)殊鞭。
    b:對(duì)發(fā)送的數(shù)據(jù)幀不進(jìn)行編號(hào)，也不要求對(duì)方發(fā)回確認(rèn)尼桶。
    c:這樣做的理由是局域網(wǎng)信道的質(zhì)量很好操灿，因信道質(zhì)量產(chǎn)生差錯(cuò)的概率是很小的。
（2）以太網(wǎng)發(fā)送的數(shù)據(jù)都使用曼徹斯特 
    a:缺點(diǎn)：它所占的頻帶寬度比原始的基帶信號(hào)增加了一倍

以太網(wǎng)提供的服務(wù)

以太網(wǎng)提供的服務(wù)是不可靠的交付泵督，即盡最大努力的交付
差錯(cuò)的糾正由高層來(lái)決定

CSMA/CD 協(xié)議的要點(diǎn)

多點(diǎn)接入 : 表示許多計(jì)算機(jī)以多點(diǎn)接入的方式連接在一根總線(xiàn)上趾盐。
載波監(jiān)聽(tīng) : 指每一個(gè)站在發(fā)送數(shù)據(jù)之前先要用電子技術(shù)檢測(cè)總線(xiàn)上有沒(méi)有其他計(jì)算機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)信號(hào)
碰撞檢測(cè) : (沖突檢測(cè))邊發(fā)送數(shù)據(jù)邊檢測(cè)信道上的信號(hào)電壓大小

爭(zhēng)用期

作用：
    定義最小幀長(zhǎng)
    二進(jìn)制指數(shù)類(lèi)型退避算法
    強(qiáng)化碰撞和最小幀間隔

CSMA/CD協(xié)議的要點(diǎn)

(1) 準(zhǔn)備發(fā)送。但在發(fā)送之前小腊，必須先檢測(cè)信道救鲤。
(2) 檢測(cè)信道。若檢測(cè)到信道忙秩冈，則應(yīng)不停地檢測(cè)本缠，一直等待信道轉(zhuǎn)為空閑。若檢測(cè)到信道空閑入问，并在 96 比特時(shí)間內(nèi)信道保持空閑（保證了幀間最小間隔）丹锹，就發(fā)送這個(gè)幀稀颁。
(3) 檢查碰撞。在發(fā)送過(guò)程中仍不停地檢測(cè)信道楣黍，即網(wǎng)絡(luò)適配器要邊發(fā)送邊監(jiān)聽(tīng)匾灶。這里只有兩種可能性：
        發(fā)送成功：在爭(zhēng)用期內(nèi)一直未檢測(cè)到碰撞。這個(gè)幀肯定能夠發(fā)送成功锡凝。發(fā)送完畢后粘昨，其他什么也不做。然后回到 (1)窜锯。
        發(fā)送失斦派觥：在爭(zhēng)用期內(nèi)檢測(cè)到碰撞。這時(shí)立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)锚扎，并按規(guī)定發(fā)送人為干擾信號(hào)吞瞪。適配器接著就執(zhí)行指數(shù)退避算法，等待 r 倍 512 比特時(shí)間后驾孔，返回到步驟 (2)芍秆，繼續(xù)檢測(cè)信道。但若重傳達(dá) 16 次仍不能成功翠勉，則停止重傳而向上報(bào)錯(cuò)妖啥。

路漫漫其修遠(yuǎn)兮，吾將上下而求索对碌。

喜歡的話(huà)關(guān)注一下荆虱，一起進(jìn)步啦~~~