青岛网站建设公,昆明网站建设方案报价,金融企业网站建设,黑龙江省住房和城乡建设厅官网计算机网络复习系列文章传送门#xff1a; 第一章 计算机网络概述 第二章 物理层 第三章 数据链路层 第四章 网络层 第五章 传输层 第六章 应用层 第七章 网络安全 计算机网络整理-简称缩写 文章目录 前言三、数据链路层3.1 数据链路层的基础概念3.2 帧3.2.1 帧的概念3.2…计算机网络复习系列文章传送门 第一章 计算机网络概述 第二章 物理层 第三章 数据链路层 第四章 网络层 第五章 传输层 第六章 应用层 第七章 网络安全 计算机网络整理-简称缩写 文章目录 前言三、数据链路层3.1 数据链路层的基础概念3.2 帧3.2.1 帧的概念3.2.2 组帧/封装帧的方法3.2.3 差错控制 3.3 流量控制、可靠传输、滑动窗口3.4 以太网中的数据帧中的MAC和LLC3.5 介质访问控制方法3.5.1 载波监听多路访问/碰撞检测CSMA/CD协议3.5.2 载波监听多路访问/碰撞避免CSMA/CA协议3.5.3 CSMA/CD与CSMA/CA两者区别3.5.4 令牌传递协议 3.6 局域网3.6.1 局域网的基本概念3.6.2 以太网3.6.3 无线局域网IEEE802.11 3.7 广域网3.7.1 广域网的基本概念3.7.2 局域网与广域网的区别3.7.3 广域网数据链路层控制协议PPP协议HDLC协议 3.8 数据链路层设备3.8.1 网桥3.8.2 局域网交换机3.8.3 广播域、冲突域 下一章 第四章 网络层 前言
给大家整理了一下计算机网络中的重点概念以供大家期末复习和考研复习的时候使用。 参考资料是王道的计算机操作系统和西电的计算机操作系统。 三、数据链路层
3.1 数据链路层的基础概念
数据链路层是在物理层和网际层之间的协议提供相邻结点的可靠数据传输为从网络层提供服务、链路管理、帧定界、帧同步与透明传输、流量控制、差错控制。
3.2 帧
3.2.1 帧的概念
帧为数据链路层的协议数据单元由帧头数据帧尾组成。帧头包含源MAC地址目的MAC地址类型。
3.2.2 组帧/封装帧的方法
字符计数法在帧的头部使用一个计数字段来标明帧内字符数。 首位定界法字符填充采用特殊字符前用转义字符填充零比特填充法数据区每遇到五个1就填充一个0。 违规编码法局域网IEEE802标准采用曼彻斯特编码中“高-低”表示1“低-高”表示0则可以采用“高高/低低”来定界帧的起始和终止。
3.2.3 差错控制
检错编码奇偶校验码只能检查奇数位出错情况、CRC循环冗余码。纠错编码海明码。 CRC循环冗余码设除数为n位则阶数位n-1阶在被除数后加n-1个0遵从同0异1的原则找出余数FCS最后用余数FCS替换n-1个0则这串位CRC循环冗余码。 海明码n位有效信息的位数k位校验位的位数则应满足,若信息位为D1,D2,D3,D4,则校验位为三位即P1,P2,P3对应海明码为H1,H2,H3,H4,H5,H6,H7。规定Pi在海明码的位其余按序填充则海明码的各具体分布为P1,P2,D1,P3,D2,D3,D4所以D1在H3上由P1H1,P2H2123校验D2在H5上由P1H1,P3H4145校验D3在H6上由P2H2,P3H4246校验D4在H7上由P1H1,P2H2,P3H41247校验按照对校验位按照异或原则同0异1P1D1异或D2异或D4P2D1异或D3异或D4P3D2异或D3异或D4。记得倒过来写H7,H6,H5,H4,H3,H2,H1把得到的P1,P2,P3放到相应的位置。校验原理S1P1异或D1异或D2异或D4S2P2异或D1异或D3异或D4S3P3异或D2异或D3异或D4若S1,S2,S3的指为000则无差错若S1,S2,S3为100则说明H1出错取反即可得到纠错目的。
3.3 流量控制、可靠传输、滑动窗口
信道利用率时间T内发送L比特数据C为发送方传输率T为发送周期。 流量控制采用单帧滑动窗口与停止-等待协议、多帧滑动窗口与后退N帧协议GBN、多帧滑动窗口与选择重传协议SR。 滑动窗口的重要性质只有接收方收到一个确认帧后时发送窗口才有可能向前滑动停等协议的发送窗口1接受窗口1后退N帧发送窗口1接受窗口1选择重传协议发送窗口1接受窗口1。只有接受窗口为1时可以保证帧的有序接受在数据链路层中滑动窗口在传输过程中是固定的。 若采用n比特的对帧编号则GBN协议的发送窗口大小应满足在SR协议中。
3.4 以太网中的数据帧中的MAC和LLC
MAC对接物理层LLC对接网络层。 MAC子层叫做介质访问控制子层用来决定广播信道中信道分配的协议属于MAC子层。作用数据帧的封装/卸载帧的寻址和识别帧的接收语发送链路的管理帧的差错控制等。MAC子层的存在屏蔽了不同的物理链路层种类的差异性。1.组帧拆帧2.比特差错检测3.寻址4.竞争处理5.屏蔽不同物理层的差异。 LLC子层叫做逻辑链路控制子层LLC子层的主要功能为传输可靠性保障和控制数据包的分段与重组数据包的顺序传播。1.建立和释放数据链路层逻辑链接无确认无连接、面向连接、带确认无连接、高速传送2.提供与高层接口3.差错控制4.给帧加序号。
3.5 介质访问控制方法
数据链路层的介质访问控制都是点对点的通信常见的介质访问控制方法有静态划分信道信道划分介质访问控制在物理层动态划分信道随机访问介质访问控制和轮询介质访问控制。静态划分在网络负载重的地方共享信道效率高公平负载较低的地方共享信道利用率低。随机访问介质访问控制在负载低的地方效率较高负载高的地方的地方会引起冲突。 随机访问介质控制分为ALOHA协议纯ALOHA协议时隙ALOHA协议载波监听多路访问CSMA协议1-坚持非坚持p坚持载波监听多路访问/碰撞检测CSMA/CD协议载波监听多路访问/碰撞避免CSMA/CA协议。
3.5.1 载波监听多路访问/碰撞检测CSMA/CD协议
应用于以太网先听后发边听边发冲突停发随机重发以太网规定51.2微秒为一个争用期长度2t对于10Mb/s的以太网争用期可以发送512bit即64B所以以太网的最小帧长为64B。 CSMA/CD协议采用二进制指数退避算法来解决碰撞问题k为重传次数k不超过10kmin{重传次数10}从离散的[0,1,…,]随机选一个r则避退时间为2rt当重传次数16次时则抛弃此帧并向高层报错。
3.5.2 载波监听多路访问/碰撞避免CSMA/CA协议
应用于无线局域网采用预约信道ACK帧和RTS/CTS帧来避免碰撞。
3.5.3 CSMA/CD与CSMA/CA两者区别
两者主要区别1、CSMA/CD可以检测冲突但不能避免CSMA/CA发送数据时不能检测信道上有无冲突只能尽量避免。2、传输介质不同。CSMA/CD协议用于总线型以太网CSMA/CA用于无线局域网802.11a/b/g/n等。3、检测方式不同。CSMA/CD采用电缆中电压的变化来检测CSMA/CA采用能量检测、载波检测和能量载波检测混合三种检测方式来检测信道是否空闲。
3.5.4 令牌传递协议
应用于令牌环局域网物理是星型拓扑逻辑为环形拓扑应用于网络负载较重通信量较大的网络中。令牌传递协议为轮询访问介质控制只有得到令牌才可以传输数据否则等待。
3.6 局域网
3.6.1 局域网的基本概念
局域网LAN指在较小的区域内将各种计算机、外部设备、数据库等系统用双绞线同轴电缆等链接起来组成资源和信息共享的计算机互联网络。局域网主要使用广播信道和广播技术注重数据传输。IEEE802标准定义局域网的模型提供无确认无连接、面向连接、带确认无连接、高速传送。 局域网的特点1、网络为一个单位所拥有地理范围和站点数目有限。2、所有站点共享带宽。3、可靠性高较低延迟和较低误码率。4、能进行广播和组播。 局域网的主要拓朴结构有星型、环形、总线型、星型和总线型复合结构。 局域网的介质控制方法主要有CSMA/CD、令牌总线、令牌环。 局域网的分类以太网最主要的局域网逻辑拓扑为总线型物理拓扑为星型或拓展星型IEEE802.3、令牌环网逻辑拓扑为环形物理拓扑为星型IEEE802.5、光线分布数字接口FDDI逻辑拓扑为环形物理拓扑为双环型IEEE802.8。 局域网对应OSI参考模型中的两层物理层和数据链路层主要编码方式采用曼彻斯特编码。
3.6.2 以太网
IEEE802.3标准定义的以太网逻辑拓扑为总线型物理拓扑为星型或拓展星型提供无连接、不可靠服务介质为光纤、双绞线。以太网的最小帧长为64B以太网的MAC帧由目的地址6B源地址6B类型2B数据FCS4B组成MAC地址的长度为6B所以数据最小为46B最大为1500B。
高速以太网100BASE-T以太网100Mb/s支持全双工、半双工在全双工下不使用CSMA/CD吉比特1Gb/s支持全双工、半双工全双工下不使用CSMA/CD10吉比特以太网只支持全双工不使用CSMA/CD。
3.6.3 无线局域网IEEE802.11
使用802.11的局域网又称WIFI在MAC层采用CSMA/CA协议。帧头格式包括帧控制2B、生存周期ID2B、地址1接收端RA6B、地址2发送端TA6B、地址3目的地址DA6B、序列控制2B、地址4源地址SA6B。
最小构件为基本服务集BSS。一个服务集包括一个基站和若干移动站所有站在本BSS可以直接通信跨站通信必须通过本BSS的基站。AP则为基本服务集中的基站AP名称则为WiFi名称即服务集标识符。安装AP时为AP分配一个服务集标识符和一个信道。一个服务集覆盖的地理范围叫做一个基本服务区一个基本服务区不超过100m。
3.7 广域网
3.7.1 广域网的基本概念
广域网通常指覆盖范围很广的长距离网络广域网是因特网的核心注重资源共享对应OSI参考模型的网络层主要、数据链路层、物理层。广域网可与i链接不同类型的网络既可以连接局域网也可以连接广域网通常由路由器来连接。广域网用一些结点交换机结点交换机在单个网络中转发分组路由器在多个网络构成的互联网中转发分组交换机的功能是分组转发及连接这些交换机的链路构成提供点对点的连接为了保证网络的可靠性一个结点交换机通常与多个结点交换机相连。
3.7.2 局域网与广域网的区别 3.7.3 广域网数据链路层控制协议
广域网中重要的问题是路由选择和分组转发路由选择协议负责搜索分组到某个结点到目的结点的最佳传输路由以便构造路由表然后路由表再构造出转发分组的转发表分组是通过转发表转发的。
PPP协议
PPP协议是使用串行线路通信的面向字节的协议通过拨号或专线方式建立点对点连接发送数据应用于直接连接的两个结点的链路中因为PPP是点对点的因此无需采用CSMA/CD协议。PPP协议支持异步线路字节填充法和同步线路比特填充法. PPP协议由三个部分组成链路控制协议LCP用于建立、配置、测试和管理线路网络控制协议NCPPPP协议允许采用多种网络层协议但需要相应的NCP来配置为网络层协议建立和配置逻辑连接一个将IP数据报封装到串行线路的方法PPP帧中的信息部分受最大传送单元MTU限制。 PPP帧包括标志字段F1B0x7E前后都有出现在数据段要采用控制转义字符0x7D地址字段A1B0xFF控制字段C1B0x03协议字段2B用于表示信息段运载的是啥网络层协议IP数据报FCS2B标志字段F1BIP数据报大小为0~1500B PPP协议工作状态
当链路处于静止时不存在物理层连接当线路检测到载波信号时建立物理链路线路变为建立状态此时LCP开始商定商定成功时进入身份验证状态双发身份验证PAP,CHAP通过后进入网络状态采用NCP配置网络层配置成功后进入打开状态就可以进行数据传输当传输完后线路转终止状态载波停止后回到静止状态。 PPP协议注意1、PPP协议只保证无差别的接受CRC校验提供检错但不提供纠错功能是不可靠的协议传输因此也不采用序号和确认机制。2、PPP仅支持点对点协议不支持多路。3、PPP只支持全双工。4、PPP两端可以运行不同的网络层协议因为NCP的存在可以使用同一个PPP进行通信5、PPP是面向字节的默认为异步线路采用字符填充法也支持在同步线路用硬件来完成比特填充。
HDLC协议
HDLC高级数据链路控制协议是一个在同步网上传输数据、面向比特的数据链路层协议所有帧采用CRC检验对信息帧进行顺序编号可防止漏收或重份传输可靠性高。采用全双工通信。数据报文可透明传输用于实现透明传输的“0比特插入法”易于硬件实现。 HDLC站主站负责控制链路发出帧为命令帧从站受控于主站按主站命令进行操作发送帧为相应帧复合站既能发送又能接收命令帧和响应帧并且负责整个链路的控制。 HDLC三种操作方式1、正常响应方式从站发送数据需要得到主站同意2、异步平衡方式每一个复合站都可以实现对其他站的数据传输。3、异步响应方式从站无需得到主站允许即可发送。
HDLC的控制字段C按照第一位或第二位的取值不同分为三类信息帧I第一位为0用来传输数据信息或使用捎带技术对数据确认监督真S一二位分别为10用于流量控制和差错控制对信息帧的确认请求重发请求暂停等无编号帧U一二位均为1用于对链路的建立、拆除等控制功能。 PPP帧和HDLC帧的区别1、PPP协议面向字节HDLC协议面向比特。2、PPP帧比HDLC帧多一个2B的协议字段。3、PPP协议不用序号和确认机制只保证无差别接受用硬件进行CRC检验而端到端的差错检验由高层协议负责。HDLC协议的信息帧采用了编号和确认机制能够提供可靠传输。4、HDLC和PPP都只支持全双工都可以实现对数据的透明传输。
3.8 数据链路层设备
物理层拓展以太网通过光纤调制器和光纤解调器也可以通过集线器来扩展冲突域但效率变低了。数据链路层的以太网拓展利用网桥和以太网交换机。
3.8.1 网桥
两个或多个以太网通过网桥连接后就成为一个更大的以太网而组成的每一个以太网就称为一个网段。网桥工作在数据链路层的MAC子层则可以使以太网各个网段成为隔离开的冲突域。 网桥特点1、必须具有寻址和路径选择功能以确定帧的传输方向。2、从源网络接收帧以目的网络的介质访问控制协议向目的网络转发帧。3、网桥在不同或相同的LAN中存储并转发帧必要时还应进行链路层上的数据转换。4、网桥基本不对接收到的帧做修改。5、网桥应该由足够打的缓冲空间因为帧的到达速率可能高于转发速率。 网桥的优点1、过滤通信量。2、扩大物理范围。3、可以使用不同的物理层。4、可以互联不同的局域网。5、可靠性增强。6、性能更加高。缺点1、存储转发增加了时延。2、MAC子层没有流量控制功能流量控制需要编号机制编号机制在LLC子层。3、不同的MAC子层的网段桥接在一起需要进行帧的格式转换。4、广播信息过多时会产生广播风暴。 网桥具有路由选择功能。按照路径选择算法不同分为透明网桥和源路由网桥。透明网桥使用一种生成树算法选择的不是最佳路由。源路由网桥选择是最佳路由。
3.8.2 局域网交换机
实质上是多口的网桥工作在数据链路层。利用以太网交换机可以方便的实现虚拟局域网VLANVLAN不仅可以隔离冲突域也可以隔离广播域。 交换机Switch原理检测从以太端口来的数据帧的源和目的地址MAC地址然后在系统内哦不动态查找表进行比较若数据帧的MAC地址不在查找表内则将该地址加入查找表并且将数据帧发馊给相应的目的端口。 交换机的特点1、以太网交换机连接的主机都是独占传输媒体无碰撞的传输数据。2、以太网交换机是通过自学习算法建立转发表的。3、总线以太网使用CSMA/CD协议以半双工方式工作而以太网交换机不使用共享总线没有碰撞问题因此不使用CSMA/CD协议一般工作在全双工方式。
3.8.3 广播域、冲突域
广播域网络中能收到任一设备发出的广播帧的所有设备的集合。简单就是如果一个站点发送一个广播信号所有能接受到这个信号的设备范围成为广播域。广播域是基于第二层数据链路层广播域可以跨网段。 冲突域在同一个冲突域中每个结点都能够收到被转发帧简单就是同一时间只能有一个设备发送信息的范围。冲突域是基于第一层物理层。 网段一般指一个计算机网络中使用同以物理层设备能够直接通信的部分。 Hub所有端口都在同一个广播域冲突域内。Switch所有端口都在同一个广播域内而每一个端口就是一个冲突域。
下一章 第四章 网络层
第四章 网络层
