第五章 數據鏈路層與局域網
1.數據鏈路層服務
識記
數據鏈路層功能
組幀
鏈路接入
可靠交互
差錯控制
領會
組幀
將傳輸的數據封裝成幀
2.差錯控制
識記
差錯控制基本概念
通過差錯編碼技術，實現對信息傳輸差錯的檢測，並基於某種機制進行差錯糾正和處理
領會
差錯控制典型機制
檢錯重發
向前糾錯
反饋校驗
檢錯丟棄
差錯編碼基本原理
香農信道編碼地理指出：理論上可以通過編碼使得數據傳輸過程不發生錯誤，或者錯誤概率控制在很小的數值之下
漢明距離的概念與意義
兩個等長碼字之間，對應位不同的位數
差錯編碼的檢錯或糾錯能力
檢錯：ds = r + 1，可以檢測r位的差錯
糾錯：ds = 2r +1 ，可以糾正r位錯誤
應用
奇偶校驗碼
在最後一位插入“0”或”1“，如果是奇校驗，則使數據的”1“的個數爲奇數；若果是偶校驗，則使數據的”1“的個數爲偶數
循環冗餘碼CRC
計算例題
3.多路訪問控制協議
識記
數據鏈路的分類
點對點信道
廣播信道
MAC協議的作用
解決信道的共享問題
MAC協議的分類
信道劃分MAC協議
隨機訪問MAC協議
受控接入MAC協議
領會
多路複用技術
頻分多路複用
在頻域內將信道帶寬劃分爲多個子信道，優點是分路方便，是目前模擬通信中常採用的一種複用方式
時分多路複用
將通信信道的傳輸信號在時域內劃分爲多個等長的時隙，每路信號在時域上互不重疊
波分多路複用
廣泛應用於光纖通信，在一根光纖中，傳輸多路不同波長的光信號，由於波長不同，所以各路光信號互不干擾
碼分多路複用
利用更長的相互正交的碼組分別編碼各路原始信息的每個碼元，使得編碼後的信號在同一信道中混合傳輸
隨機訪問協議ALOHA協議、時隙ALOHA協議、CSMA
純ALOHA
任何一個站點有數據要發送時就直接發送至信道，發送站在發送數據後需要對信道偵聽一端時間，如果在偵聽時間內收到接收站發來的應答信號，說明發送成功，否則說明發送失敗，則等待一個隨機時間後再進行重新發送，直到重發成功爲止
時隙ALOHA
把信道時間分成離散的時隙，每個時隙爲發送一幀所需的發送時間，每個通信站只能在每個時隙開始時刻發送幀，如果在一個時隙內發送幀出現衝突，下一個時隙一概率P重發該幀，一概率（1-P）不發該幀（等待下一個時隙），直到幀發送成功。（P不能爲1，否則協議會死鎖）
非堅持CSMA
若通信站有數據發送，先偵聽信道；若發現信道空閒，則立即發送數據；若發現信道忙，則等到一個隨機時間，然後重新開始偵聽信道，嘗試發送數據；若發送數據時發送衝突，則等待一個隨機時間，然後重新開始偵聽信道，嘗試發送數據
優點：減少了衝突的概率
缺點：發送延遲增大
1-堅持CSMA
若通信站有數據發送，先偵聽信道；若發現信道空閒，則立即發送數據；若發現信道忙，則繼續偵聽信道直至發現信道空閒，然後立即發送數據
優點：減少了信道的空閒時間
缺點：增加了發生衝突的概率
P-堅持CSMA
若通信站有數據發送，先偵聽信道；若發現系電腦空閒，則以概率P在最近時隙開始時刻發送數據，以概率Q=1-P延遲至下一個時隙發送。如下一個時隙仍空閒，重複此過程，直至數據發出或時隙被其他通信站佔用；若信道忙，則等待下一個時隙，重新開始發送過程；若發送數據時發送衝突，則等待一個隨機時間，然後重新開始發送過程
受控接入MAC協議
各個用戶不能隨意接入信道而必須服從一定的控制
集中式控制：有一個主機負責調度其他通信站接入信道，從而避免衝突。主要方法是輪詢技術
分散式控制：典型的分散式控制方法是令牌技術，它代表了通信站使用信道的許可
應用
CSMA/CD特點以及最小幀長與結點間距離的約束關係
Lmin/R >= 2Dmax/v
Lmin：數據幀最小長度；R：信息傳輸速率；Dmax：兩通信站之間的最遠距離；v：信號傳播速度
4.局域網
識記
局域網特點
覆蓋面積較小，網絡傳輸速率高，傳輸誤碼率低
局域網體系結構
星形網絡
總線型網絡
環形網絡
領會
MAC地址
主機或路由器的適配器具有的鏈路層地址，或稱爲MAC地址、物理地址、局域網地址等，用來標識局域網中的結點或網絡接口，每個接口對應一個MAC地址，MAC地址全球唯一
ARP
地址解析協議，用於根據本網內目的主機或默認網關的IP地址獲取其MAC地址。APR通過廣播ARP查詢報文，來詢問某目的IP地址對應的MAC地址，即知道本網內某主機的IP地址，可以查詢得到其MAC地址
以太網
佔領着現有的有線局域網市場，IEEE 802.3系列標準以以太網爲基礎
10Base-5總線型，10M基帶傳輸500米
10Base-T，10M基帶傳輸雙絞線
快速以太網（100Base-T）
千兆以太網
萬兆以太網
VLAN基本原理
虛擬局域網是一種基於交換機的邏輯分割廣播域的局域網應用形式，可以不受物理位置的限制，以軟件的方式劃分和管理局域網中的工作組，“抑制廣播風暴”。
劃分局域網的方法
基於交換機端口劃分
基於MAC地址劃分
基於上層協議類型或地址劃分
應用
以太網幀結構
以太網CSMA/CD協議
帶衝突檢測的載波監聽多路訪問協議
基本原理
通信站使用CSMA協議進行數據發送；在發送期間如果檢測到碰撞，立即終止發送，併發出一個衝突強化信號，使所有通信站都知道衝突的發生；發生衝突強化信號後，等待一個隨機時間，再重複上述過程
工作狀態
傳輸狀態：一個通信站使用信道，其他站禁止使用
競爭狀態：所有通信站都有權嘗試對信道的使用權
空閒狀態：沒有通信站使用信道
交換機工作原理
以幀的目的MAC地址爲主鍵，查詢其內部的交換表，如果交換表中有幀的目的MAC地址對應的交換表項，且對應的端口與接收到該幀的端口相同，則丟棄該幀，否則向表項中的端口轉發幀；如果交換表中沒有站的目的MAC地址對應的交換表項，則向除接收到該幀的端口外的所有其他端口轉發該幀
交換機的優點
消除衝突
支持異質鏈路
網絡管理
5.點對點鏈路協議
識記
點對點鏈路特點
PPP處理錯誤檢測
支持多種上層協議
允許連接時刻協商IP地址
允許身份認證
點對點鏈路層協議功能需求
成幀
鏈路控制協議
網絡控制協議
DHLC協議
高級數據鏈路控制協議
領會
點對點鏈路層協議實現透明數據傳輸的方法
幀的定界符01111110，發送端掃描整個數據字段，只要發現5個連續的1，就立即插入一個0，經過此過程處理，數據字段不會出現連續的6個1。接收端收到一個幀後，先找到標誌字段01111110確定幀的邊界，接着利用硬件掃描整個比特流，當發現5個連續的1，就刪除其後的0