数据链路层
数据链路层
将网络层传来的IP数据报封装成帧，差错控制，流量控制，介质访问控制
数据链路层的作用
封装成帧
帧定界：确定帧的界限
帧同步：接收方能区分帧的起始和终止
透明传输：不管什么样的比特组合，都能在链路上传输
方法：字符计数法，字节填充法，0比特填充法，违规编码法
差错控制
奇偶校验码，循环冗余码CRC，海明码
流量控制
限制发送方发送速率不超过接收方的接收能力。
数据链路层：点对点，接收方接受不下就不回复确认。
传输层：端对端，接收端发给发送端一个窗口公告。
流量控制的方法：停止等待协议，滑动窗口协议（后退N帧协议，选择重传协议）
可靠传输的方式
ARQ自动重传请求协议：分为连续ARQ和停止等待ARQ，接收方根据检错码对发送方的数据帧进行错误检测，发现错误则丢弃，发送方超时则重传该数据帧。
停止等待协议：发送方每发送一个帧，必须收到接收方确认帧才能发送下一个帧，如果在规定未收到确认帧，则发送方超时，重传该帧
GBN后退N帧协议：发送方可以发送若干连续的数据帧，接收方对帧采用累计确认，按序接收的方式，接收方对于不按序接收的帧及错误的帧直接丢弃，若发送方已接收到n号帧的确认，表明n号帧及之前的帧都已正确接收，滑动窗口，如果出现超时的帧，发送发需要重新发送所有为被确认的帧。
发送窗口大小为1~2^n-1^，否则接收方无法区分新帧和旧帧
SR选择重传协议：发送发可以发送若干个连续的帧，接受方可以缓存正确按不按序的帧，发送方只需重传出现错误或超时的帧，直到接收方一个窗口内所有的帧的正确接收再交付给上层，然后滑动窗口。
接收窗口为最大时，发送窗口大小为2^(n-1)^，接受窗口大小为2^(n-1)^
LLC逻辑链路控制子层：
识别网络层协议，对他们进行封装，编号，提供与网络层的接口
向网络层提供无确认的无连接服务，有确认的无连接服务，有确认的面向连接服务
MAC介质访问控制子层：
负责连接和控制物理层的物理介质，组帧，差错控制，透明传输，使信道上结点间的通信不会互相干扰
三种实现方式：信道划分，随机访问，轮询访问
信道划分的方式
静态划分
把多个输入通道的信息整合到一个复用通道中，在接收端把信息分离并传送到对应的输出通道
FDM频分多路复用：将物理信道按照频率划分为多个子信道，每个子信道传输一种信号
TDM 时分多路复用：将物理信道按时间分成若干时间片，轮流地分配给多个信号使用
STDM统计时分复用：TDM的改进，按需动态分配时间片，以此提高线路利用率
WDM波分多路复用：光的频分多路复用，一根光纤传输波长不同的光信号
CDM码分多路复用：采用不同的编码来区分各路原始信号，既共享频率又共享时间
随机访问
所有的用户能根据自己的意愿随机发送信息，占用信道全部带宽
核心思想：争用
随机访问介质访问控制协议又称争用型协议
ALOHA：不检测直接发送，没收到确认（认为发生冲突）则随即等待一段时间再发
时隙ALOHA：不检测直接发送，没收到确认则必须等到下一个时间片开始时刻再发
CSMA （载波侦听多路访问）：
载波侦听：在发送数据之前要检查信道是否发生冲突，根据信道忙或空闲做出不同反应
多路访问：多台主机以多点接入方式连接在一根总线上。
分类：
1-坚持CSMA：闲则发送，忙则继续监听
非坚持CSMA：闲则发送，忙则等待一个随机时间重新监听
p-坚持CSMA：闲则以概率p发送数据，1-p概率等待到下一个时间片再发送，忙则等待一个随机时间重新监听
CSMA/CD（载波侦听多路访问/碰撞检测）：
以太网所使用的随机的随机争用型介质访问控制方法，发送帧前先监听信道，信道空闲则发送数据，并在发送数据的同时边发送边检测信道是否有冲突，有则停止发送，随机等待一段时间再发送
主要用于有线局域网
CSMA的改进，适用于总线型网络和半双工通信
争用期（冲突窗口或碰撞窗口）：2*单程传播时延，如果在一个争用期为检测到碰撞，则此次发送不会冲突。
采用二进制退避算法：最多重传16次，重传次数为k，从离散整数[0,1,2,4…2^k-1]随机选取一个数r
重传需要的退避时间为r*争用期
最小帧长（bit）：总线传播时延数据传输速率2，以太网规定64B，否则太短无法判断是否会冲突
CSMA/CA（载波侦听多路访问/碰撞避免）
无线局域网使用的随机争用型介质访问控制方法，发送数据前先广播告诉其他结点在某段时间不要发送数据，对信道进行预约，以免出现碰撞
为什么要有这个协议：无线介质实现碰撞检测硬件花费过大；存在隐蔽站问题
适用于无线局域网，二进制退避算法
步骤：
- 发送端发送一个数据帧先广播一个RTS控制帧，包括源地址，目的地址，和此次通信的时间
- 若信道空闲，则接收端广播一个允许发送CTS控制帧，其他站点收到后在一段时间抑制发送
- 发送端发送数据帧
- 接收端接收到数据帧后，检验正确性，正确则响应ACK帧。
轮询访问介质控制
令牌传递协议：
在环形网络中，令牌在各结点间以固定次序交换，只有持有令牌的主机才能发送数据。
主要用在令牌环局域网中，不会产生碰撞
传输介质的物理拓扑不必是一个环，逻辑上环形拓扑
适合负载很高的广播通道
PPP点对点协议
面向字节的广域网数据链路层协议，为点对点连接的多协议数据包提供标准方法。PPP具有身份验证，封装成帧，链路控制，网络控制等功能。
三个成部分：
链路控制协议LCP：建立并管理数据链路连接。
网络控制协议NCP：为不同的网络层协议建立和配置逻辑连接
一个将IP数据报封装到串行链路的方法
工作原理：
为了建立点对点链路上的通信连接，发送端PPP首先发送LCP帧，以配置和测试数据链路。
在LCP建立好数据链路并协调好所选设备之后，发送端PPP发送NCP帧，以选择和配置一个或多个网络层协议。
网络层协议配置好后，便可以将各网络层协议的数据包发送到数据链路上。配置好后的链路一直保持通信状态，直到LCP帧或NCP帧明确提示关闭链路，或者有其它的外部事件发生。
PPP协议注意点：
- 不提供纠错功能，只保证无差错接收
- 仅支持点对点
- 只支持全双工
- 两端可以运行不同的网络层协议
- 面向字节
HDLC高级数据链路控制协议
ISO制定的面向比特的广域网数据链路层协议，数据报文可透明传输，并使用编号和确认机制来提供可靠传输。
- 全双工通信，较高的数据链路传输效率
- 所有帧使用CRC检验，顺序编号，可靠传输
- 传输控制与处理功能分离，较大灵活性
非平衡结构：主站控制整个链路工作
平衡结构：链路两端都是复合站，都能平等发起数据传输
主站：负责控制链路操作，发送命令帧
从站：受主站命令操作，发送响应帧
复合站：既有主站功能，又有从站功能
数据操作方式
正常响应方式：非平衡结构。主站向从站传输数据，收到主站允许从站才能响应传输。
异步平衡方式：平衡结构，每个复合站都能向其他复合站发送数据。
异步响应方式：非平衡机构。从站未受主站允许也能发送数据。
HDLC与PPP的区别
面向比特VS面向字节
PPP不使用序号和确认机制，只保证无差错接收。HDLC使用了编号和确认机制，可提供可靠传输
数据链路层设备
网桥
连接以太网，工作在链路层的MAC子层，处理对象是帧
优点：可以隔离碰撞域，可以互联不同的物理层，不同MAC子层和速率不同的局域网。
缺点：增大了时延，可能产生广播风暴。
透明网桥：按自学习算法填写转发表转发。（目前以太网最常用的网桥）
源路由网桥：把详细的路由信息放在帧的首部中，选择的是最佳路由。
以太网交换机
本质上是多端口网桥
特点：每个端口都直接与单台主机相连，能够同时连通许多对端口
两种交换模式：
直通式：接收帧后按照目的MAC地址立即转发，延迟小。
存储转发式：把接受的数据帧缓存检验正确性再处理。
网桥只有存储转发方式
VLAN虚拟局域网络
将局域网内设备划分为与物理位置无关的逻辑组的技术，每个逻辑组具有某些共同的需求，且是单独的广播域。
交换机上不同的VLAN互不相同，需要借助路由器才能通信。
VLAN交换机既能隔离广播域，又能隔离冲突域。
