數(shù)據(jù)鏈路層基本概念

結(jié)點(diǎn)：主機(jī)、路由器儒搭。

鏈路：網(wǎng)絡(luò)中兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間的物理通道，鏈路的傳輸介質(zhì)主要有雙絞線芙贫、光纖和微波搂鲫。分為有線鏈路、無(wú)線鏈路磺平。

數(shù)據(jù)鏈路：網(wǎng)絡(luò)中兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間的邏輯通道魂仍，把實(shí)現(xiàn)控制數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議的硬件和軟件加到鏈路上就構(gòu)成數(shù)據(jù)鏈路。

幀：鏈路層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元拣挪，封裝網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)報(bào)擦酌。

數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)通過(guò)一條鏈路從一個(gè)結(jié)點(diǎn)向另一個(gè)物理鏈路直接相連的相鄰結(jié)點(diǎn)傳送數(shù)據(jù)報(bào)

數(shù)據(jù)鏈路層功能

• 數(shù)據(jù)鏈路層在物理層提供服務(wù)的基礎(chǔ)上向網(wǎng)絡(luò)層提供服務(wù)，其最基本的服務(wù)是將源自網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)可靠地傳輸?shù)较噜徆?jié)點(diǎn)的目標(biāo)機(jī)網(wǎng)絡(luò)層菠劝。其主要作用是加強(qiáng)物理層傳輸原始比特流的功能赊舶，將物理層提供的可能出錯(cuò)的物理連接改造成為邏輯上無(wú)差錯(cuò)的數(shù)據(jù)鏈路，使之對(duì)網(wǎng)絡(luò)層表現(xiàn)為一條無(wú)差錯(cuò)的鏈路赶诊。
  秘書檢測(cè)物理層保證上層正確接收

功能一：為網(wǎng)絡(luò)層提供服務(wù)笼平。無(wú)確認(rèn)無(wú)連接服務(wù)，有確認(rèn)無(wú)連接服務(wù)舔痪，有確認(rèn)面向連接服務(wù)寓调。【有鏈接一定有確認(rèn)】
功能二：鏈路管理锄码，即連接的建立捶牢、維持、釋放（用于面向連接的服務(wù)）巍耗。
功能三：組幀。
功能四：流量控制渐排【嫣【限制發(fā)送方】
功能五：差錯(cuò)控制（幀錯(cuò)/位錯(cuò)）。

封裝成幀

封裝成幀就是在一段數(shù)據(jù)的前后部分添加首部和尾部驯耻，這樣就構(gòu)成了一個(gè)幀亲族。接收端在收到物理層上交的比特流后炒考，就能根據(jù)首部和尾部標(biāo)記，從收到的比特流中識(shí)別幀的開始和結(jié)束霎迫。首部和尾部包含許多的控制信息斋枢，他們的一個(gè)重要作用：幀定界（確定幀的界限）。
幀同步：接收方應(yīng)當(dāng)能從接收到的二進(jìn)制比特流中區(qū)分出幀的起始和終止知给。

封裝成幀

組幀的四種方法

• 字符計(jì)數(shù)法
  錯(cuò)一個(gè)就基本全錯(cuò)

• 字符（節(jié)）填充法
  容易誤會(huì)瓤帚，得填充
  ESC后面直接當(dāng)數(shù)據(jù)接收

• 零比特填充法
  不錯(cuò)

• 違規(guī)編碼法
  局域網(wǎng)IEEEE802就采用這個(gè)方法

差錯(cuò)

概括來(lái)說(shuō)，傳輸中的差錯(cuò)都是由于噪聲引起的涩赢。

全局性 1.由于線路本身電氣特性所產(chǎn)生的隨機(jī)噪聲（熱噪聲）戈次，是信道固有的，隨機(jī)存在的筒扒。解決辦法：提高信噪比來(lái)減少或避免干擾怯邪。（對(duì)傳感器下手）

局部性：2.外界特定的短暫原因所造成的沖擊噪聲，是產(chǎn)生差錯(cuò)的主要原因花墩。解決方法：通常利用編碼技術(shù)來(lái)解決悬秉。

數(shù)據(jù)鏈路層的差錯(cuò)控制

早點(diǎn)解決差錯(cuò)，別傳錯(cuò)誤的

差錯(cuò)控制

檢錯(cuò)編碼

• 奇偶校驗(yàn)碼
  --奇校驗(yàn)保證由奇數(shù)個(gè)1
  --偶校驗(yàn)保證由偶數(shù)個(gè)1
  

  --若發(fā)送前后1個(gè)數(shù)的奇偶性都變了那說(shuō)明有問(wèn)題冰蘑。
  也有缺陷

• 循環(huán)冗余碼CRC
  就是利用余數(shù)和泌，也就是除法，大概驗(yàn)證了每一位懂缕；也可能出錯(cuò)允跑，但是概率會(huì)小一些
  接收端

糾錯(cuò)碼

• 海明碼 工作原理：動(dòng)一發(fā)而牽全身
  

  1.確定校驗(yàn)碼位數(shù)r
  
  2.確定校驗(yàn)碼和數(shù)據(jù)位置
  
  
  3.求出校驗(yàn)碼的值
  我自己練了，并不難
  
  4.檢錯(cuò)并糾錯(cuò)
  本應(yīng)異或?yàn)榱愕囊来斡?jì)算還是否為0搪柑，逆序?qū)懗龆M(jìn)制轉(zhuǎn)十進(jìn)制就是出錯(cuò)位數(shù)聋丝，至于原理我只懂個(gè)大概，如果感興趣可以自己研究一下工碾，應(yīng)該并不難弱睦，也可以在評(píng)論區(qū)對(duì)我進(jìn)行指導(dǎo)

編碼VS編碼
數(shù)據(jù)鏈路層編碼和物理層的數(shù)據(jù)編碼與調(diào)制不同。物理層編碼針對(duì)的是單個(gè)比特渊额，解決傳輸過(guò)程中比特的同步等問(wèn)題况木，如曼徹斯特編碼。
而數(shù)據(jù)鏈路層的編碼針對(duì)的是一組比特旬迹，它通過(guò)冗余碼的技術(shù)實(shí)現(xiàn)一組二進(jìn)制比特串在傳輸過(guò)程是否出現(xiàn)了差錯(cuò)火惊。

冗余編碼

6本可以看作冗余位按灶，用來(lái)直觀判斷出沒出錯(cuò)

流量控制與可靠傳輸機(jī)制

目錄

數(shù)據(jù)鏈路層的流量控制

• 較高的發(fā)送速度和較低的接受能力的不匹配症革，會(huì)造成傳輸出錯(cuò)，因此流量控制也是數(shù)據(jù)鏈路層的一項(xiàng)重要工作鸯旁。
• 數(shù)據(jù)鏈路層的流量控制是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的噪矛，而傳輸層的流量控制是端到端的。
• 數(shù)據(jù)鏈路層流量控制手段：接收方收不下就不回復(fù)確認(rèn)羡亩。
  傳輸層流量控制手段：接收端給發(fā)送端一個(gè)窗口公告摩疑。

流量控制的方法

• 停止-等待協(xié)議
  每發(fā)送完一個(gè)幀就停止發(fā)送，等待對(duì)方的確認(rèn)畏铆，在收到確認(rèn)后再發(fā)送下一個(gè)幀雷袋。

• 滑動(dòng)窗口協(xié)議
  1
  2
  3
  
  
  對(duì)比

可靠傳輸：發(fā)送端發(fā)啥，接收端收啥辞居。

目錄

停止等待協(xié)議屬于那一層瓦灶？

1.為什么要有停止等待協(xié)議鸠删？
除了比特差錯(cuò)，底層信道還會(huì)出現(xiàn)丟包問(wèn)題贼陶。為了實(shí)現(xiàn)流量控制刃泡。

丟包：物理線路故障括堤、設(shè)備故障宫莱、病毒攻擊菱涤、路由信息錯(cuò)誤等原因黑滴、會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)包的丟失。

2.研究停等協(xié)議的前提训措？
雖然現(xiàn)在常用全雙工通信方式掠归，但為了討論問(wèn)題方便掀亩，僅考慮一方發(fā)送數(shù)據(jù)（發(fā)送方）芹啥，一方接收數(shù)據(jù)（接收方）锻离。

因?yàn)槭窃谟懻摽煽總鬏數(shù)脑恚圆⒉豢紤]數(shù)據(jù)是在哪一層上傳輸?shù)摹?/p>

“停止-等待”就是每發(fā)送一個(gè)分組就停止發(fā)送墓怀，等對(duì)方確認(rèn)汽纠，在收到確認(rèn)后再發(fā)送下一個(gè)分組。

3.停等協(xié)議有幾種應(yīng)用情況傀履？

確認(rèn)幀丟失

確認(rèn)幀遲到疏虫，直接丟棄

RTT為往返傳播時(shí)間

信道利用率：發(fā)送放在一個(gè)發(fā)送周期內(nèi)，有效地發(fā)送數(shù)據(jù)所需要的時(shí)間占整個(gè)發(fā)送周期的比率。

信道利用率 :(L/C)/T

信道吞吐率：信道利用率×發(fā)送方的發(fā)送速率

傳輸時(shí)延/(傳輸時(shí)延+2傳播時(shí)延)

后退N幀協(xié)議（GBN）中的滑動(dòng)窗口

發(fā)送窗口：發(fā)送方維持一組連續(xù)的允許發(fā)送的幀的序號(hào)卧秘。

橙色為已發(fā)送但未確認(rèn)

接收方收到0

返回ACK確認(rèn)

接收窗口往后移動(dòng)一格

發(fā)送方收到確認(rèn)信息0橙色消失官扣，發(fā)送窗口向后移動(dòng)一格

GBN發(fā)送方必須響應(yīng)的三件事

• 上層的調(diào)用
  上層要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)翅敌，發(fā)送方先檢查發(fā)送窗口是否已滿，如果未滿惕蹄，則產(chǎn)生一個(gè)幀并將其發(fā)送蚯涮；如果窗口已滿，發(fā)送方只需將數(shù)據(jù)返回給上層卖陵，暗示上層窗口已滿遭顶。上層等一會(huì)再發(fā)送。（實(shí)際實(shí)現(xiàn)中泪蔫，發(fā)送方可以緩存這些數(shù)據(jù)棒旗，窗口不滿時(shí)再發(fā)送幀）
• 收到了一個(gè)ACK
  GBN協(xié)議中，對(duì)n號(hào)幀的確認(rèn)采用累積確認(rèn)的方式撩荣，標(biāo)明接收方已經(jīng)收到n號(hào)幀和它之前的全部幀铣揉。
• 超時(shí)事件
  協(xié)議的名字為后退N幀/回退N幀，來(lái)源于出現(xiàn)丟失和時(shí)延過(guò)長(zhǎng)幀時(shí)發(fā)送方的行為餐曹。就像在停等協(xié)議中一樣逛拱，定時(shí)器將再次用于恢復(fù)數(shù)據(jù)幀或確認(rèn)幀的丟失。如果出現(xiàn)超時(shí)台猴，發(fā)送方重傳所有已發(fā)送但未被確認(rèn)的幀朽合。

GBN接收方要做的事

• 如果正確收到n號(hào)幀，并且按序饱狂，那么接收方為n幀發(fā)送一個(gè)ACK曹步，并將該幀中的數(shù)據(jù)部分交付給上層。
• 其余情況都丟棄幀嗡官，并為最近按序接收的幀重新發(fā)送ACK箭窜。接收方無(wú)需緩存任何失序幀，只需要維護(hù)一個(gè)信息：expectedseqnum（下一個(gè)按序接收的幀序號(hào)）衍腥。

若采用n個(gè)比特對(duì)幀編號(hào)磺樱，那么發(fā)送窗口的尺寸WT應(yīng)滿足：1≤WT≤2^n-1。因?yàn)榘l(fā)送窗口尺寸過(guò)大婆咸，就會(huì)使得接收方無(wú)法區(qū)別新幀和舊幀竹捉。

滑動(dòng)窗口大小不能超過(guò)3

GBN協(xié)議重點(diǎn)總結(jié)

1.累計(jì)確認(rèn)（偶爾稍待確認(rèn)）
2.接收方只按序接收幀，不按序無(wú)情丟棄尚骄。

GBN協(xié)議性能分析

優(yōu)點(diǎn)：因連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)而提高了信道利用率状蜗。
缺點(diǎn)：在重傳時(shí)必須把原來(lái)已經(jīng)正確傳送的數(shù)據(jù)幀重傳，使傳送效率降低鹉动。

選擇重傳協(xié)議

對(duì)于GBN的丟棄行為能不能做個(gè)改善轧坎？從而只重傳出錯(cuò)的幀。
解決辦法：設(shè)置單個(gè)確認(rèn)泽示，同時(shí)加大接受窗口缸血，設(shè)置接收緩存，緩存亂序到達(dá)的幀械筛。

上下兩圖無(wú)關(guān)

SR發(fā)送方必須響應(yīng)的三件事

• 上層的調(diào)用
  從上層收到數(shù)據(jù)后捎泻，SR發(fā)送方檢查下一個(gè)可用于該幀的序號(hào)，如果序號(hào)位于發(fā)送窗口內(nèi)埋哟，則發(fā)送數(shù)據(jù)幀笆豁；否則就像GBN一樣，要么將數(shù)據(jù)緩存定欧，要么返回給上層之后再傳輸渔呵。

• 收到了一個(gè)ACK
  

  如果收到ACK，加入該幀序號(hào)在窗口內(nèi)砍鸠，則SR發(fā)送方將那個(gè)被確認(rèn)的幀標(biāo)記為已接收扩氢。如果該序號(hào)是窗口的下界（最左邊第一個(gè)窗口對(duì)應(yīng)的序號(hào)），則窗口向前移動(dòng)到具有最小序號(hào)的未確認(rèn)幀處爷辱。如果窗口移動(dòng)了并且有序號(hào)在窗口內(nèi)的未發(fā)送幀录豺，則發(fā)送這些幀。
  雖然只收到ACK2饭弓，但是3綠了双饥，窗口直接移到3后面
• 超時(shí)事件
  每個(gè)幀都有自己的定時(shí)器，一個(gè)超時(shí)事件發(fā)生后只重傳一個(gè)幀弟断。

GBN接收方要做的事

• 來(lái)者不拒（窗口內(nèi)的幀）
  

  SR接收方確認(rèn)一個(gè)正確接收的幀而不管其是否按序咏花。失序的幀將被緩存，并返回給發(fā)送方一個(gè)該幀的確認(rèn)幀【收誰(shuí)確認(rèn)誰(shuí)】阀趴，直到所有幀（即序號(hào)更小的幀）皆被收到為止昏翰，這時(shí)才可以將一批幀按序交付給上層，然后向前移動(dòng)滑動(dòng)窗口刘急。
  如果收到了窗口序號(hào)外（小于窗口下界）的幀棚菊，就返回一個(gè)ACK。其他情況叔汁，就忽略該幀统求。
  動(dòng)態(tài)理解

SR協(xié)議重點(diǎn)

1.對(duì)數(shù)據(jù)幀逐一確認(rèn)码邻，收一個(gè)確認(rèn)一個(gè)折剃。
2.只重傳出錯(cuò)幀。
3.接收方有緩存像屋。
4.WTmax=WRmax=2^(n-1)

傳輸數(shù)據(jù)使用的兩條鏈路

點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路：兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)通過(guò)一個(gè)鏈路相連微驶，沒有第三者。
應(yīng)用：PPP協(xié)議开睡，常用于廣域網(wǎng)。

廣播式鏈路：所有主機(jī)共享通信介質(zhì)苟耻。
應(yīng)用：早期的總線以太網(wǎng)篇恒、無(wú)線局域網(wǎng)，常用于局域網(wǎng)凶杖。
典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：總線型胁艰、星型（邏輯總線型）

鏈路層設(shè)備

網(wǎng)絡(luò)范圍變大但是沖突域變大，效率變低

網(wǎng)段：一般指一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中使用同一物理層設(shè)備（傳輸介質(zhì)漆撞，中繼器殴泰，集線器等）能夠直接通訊的那一部分。

網(wǎng)橋的優(yōu)點(diǎn)：
1.過(guò)濾通信量浮驳，增大吞吐量悍汛。
2.擴(kuò)大了物理范圍。
3.提高了可靠性至会。
4.可互連不同物理層离咐、不同MAC子層和不同速率的以太網(wǎng)。

網(wǎng)橋分類

• 透明網(wǎng)橋：“透明”指以太網(wǎng)上的站點(diǎn)并不知道所發(fā)送的幀將經(jīng)過(guò)哪幾個(gè)網(wǎng)橋奉件，是一種即插即用設(shè)備--自學(xué)習(xí)宵蛀。
  自學(xué)習(xí)--自己填路由轉(zhuǎn)發(fā)表
• 源路由網(wǎng)橋：在發(fā)送幀時(shí)，把詳細(xì)的最佳路由信息（路由最少/時(shí)間最短）放在幀的首部中瓶蚂。
  方法：源站以廣播方式向欲通信的目的站發(fā)送一個(gè)發(fā)現(xiàn)幀糖埋。
  
  多接口網(wǎng)橋--以太網(wǎng)交換機(jī)
  
  
  以太網(wǎng)交換機(jī)的兩種交換方式
• 直通式交換機(jī)： 查完目的地址（6B）就立刻轉(zhuǎn)發(fā)。

延遲小窃这，可靠性低瞳别，無(wú)法支持具有不同速率的端口的交換征候。

存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)式交換機(jī)：將幀放入高速緩存，并檢查是否正確祟敛，正確則轉(zhuǎn)發(fā)疤坝，錯(cuò)誤則丟棄。

延遲大馆铁，可靠性高跑揉，可以支持具有不同速率的端口的交換。

四個(gè)沖突域埠巨，一個(gè)廣播域

介質(zhì)訪問(wèn)控制在另一篇文章