基本概念

结点

主机、路由器

链路

网络中两个结点之间的物理通道

数据链路

网络中两个结点之间的逻辑通道

帧

链路层的协议数据单元，封装网络数据报

功能

在物理层提供服务的基础上想网络层提供服务，其最基本的服务是将源自网络层来的数据可靠地传输到相邻结点地目标机网络层，其主要作用是加强物理层传输原始比特流地功能，将物理层提供地可能出错的物理连接改造成逻辑上无差错的数据链路，使之对网络层表现为一条无差错的链路

1. 为网络层提供服务。
2. 链路管理，即连接的建立，维持，释放(用于面向连接的服务)
3. 组帧
4. 流量控制(限制发送方)
5. 差错控制(帧错/位错)

   封装成帧和透明传输

   封装成帧

   在一段数据的前后部分添加首部和尾部，这样就构成了一个帧。接收端在收到物理层上交的比特流后，就能根据首部和尾部的标记，从收到的比特流中识别帧的开始和结束。

首部和尾部包含许多的控制信息，他们的一个重要作用：帧定界
帧同步：接收方应当能从接收到的二进制比特流中区分出帧的起始和终止

透明传输

透明传输是指不管所传数据是什么比特组合，都应当能够在链路上传送。因此，链路层就”看不见”有什么妨碍数据传输的东西。

差错控制

差错： 位错、帧错(丢失，重复，失序)
位错：检错编码(奇偶校验码，循环冗余码CRC),纠错编码(海明码)

物理层编码针对的是单个比特，解决传输过程中比特同步的问题。而数据链路层的编码针对的是一组比特，它通过冗余码的技术实现一组二进制比特串在传输过程是否出现差错。

流量控制和可靠传输机制

较高的发送速度和较低的接受能力不匹配，会造成传输出错，因此流量控制也是数据链路层的一项重要工作

数据链路层的流量控制的点对点的，而传输层的流量控制是端到端的。

数据链路层流量控制手段：接收端收不下就不回复确认。

• 可靠传输： 发送端发啥，接收端收啥
• 流量控制：控制发送速率，使接收方有足够的缓冲空间来接受每一个帧

  停止等待协议

  每发送完一个帧就停止发送，等待对方的确认，在收到确认后再发送下一个帧。

  除了比特出差错，底层信道还会出现丢包问题。

停止等待协议信道利用率低！

自动重传请求ARQ协议

停止等待协议中超时重传是指只要超过一段时间仍然没有收到确认，就重传前面发送过的分组（认为刚才发送过的分组丢失了）。因此每发送完一个分组需要设置一个超时计时器，其重传时间应比数据在分组传输的平均往返时间更长一些。这种自动重传方式常称为自动重传请求 ARQ。

连续ARQ协议

连续 ARQ 协议可提高信道利用率。发送方维持一个发送窗口，凡位于发送窗口内的分组可以连续发送出去，而不需要等待对方确认。接收方一般采用累计确认，对按序到达的最后一个分组发送确认，表明到这个分组为止的所有分组都已经正确收到了。

滑动窗口协议

停等协议浪费资源，浪费时间。可以考虑在发送的时候多发送几个数据帧（每一个数据帧都会接着上一个数据帧发送）

后退N帧协议(GBN) - 累计确认

• 发送窗口： 发送方维持一组连续的允许发送的帧的序号
• 接受窗口：接收方维持一组连续的允许接受帧的序号

  GBN发送方必须响应的三件事：

1. 上层的调用：发送方需要检查窗口是否已满
2. 收到一个ACK：GBN协议中，对n号帧的确认采用累计确认的方式，表明接收方已经收到n号帧和之前它的全部帧

3. 超时时间： 如果出现超时，发送方重传所有已发送但违背确认的帧

   GBN接收方要做的事：

4. 如果正确收到n号帧，则接收方为n帧发送一个ACK，并将帧中的数据部分交付给上层

5. 其余情况都丢弃帧，并为最近按序接受的帧重新发送ACK。接收方无需缓存任何帧，只需要维护一个信息 expectedseqnum（下一个按序接受的帧序号）

   滑动窗口长度

   1 <= W <= 2**n - -1

   优劣

• 因连续发送数据帧而提高了信道利用率
• 在重传时必须把原来已经正确传送的数据帧重传，使传送效率降低

  选择重传协议(SR) - 接收缓存

  SR发送方必须响应的三件事：

1. 从上层收到数据后，SR发送方检查下一个可用于该帧的序号，如果序号位于发送窗口内，则发送数据帧；否则就像GBN一样，要么将数据缓存，要么返回给上层再传输
2. 收到一个ACK： 如果收到ACK，加入该帧序号再窗口内，则SR发送方将那个被确认的帧标记为已接受。如果该帧序号使窗口的下届，则窗口向前移动到具有最小序号的未确认帧出。如果窗口内有未确认帧，则发送

3. 超时：一个超时事件发生后只重传一个帧

   SR接收方要做的事：

   来者不拒，失序的帧将被缓存，直到所有帧皆被接受为止。

   特点

4. 对数据帧逐一确认，收一个确认一个

5. 只重传出错帧
6. 接收方有缓存

   介质访问控制

   传输数据的两种链路：

• 点对点： PPP，用于广域网
• 广播：常用于局域网

介质访问控制： 采取一定的措施，使得两对结点之间的通信不会发生互相干扰的情况

局域网

基本概念

LAN，指再某一区域内由多台计算机互联成的计算机组，使用广播信道

• 覆盖的地理范围较小
• 使用专门铺设的传输介质进行联网
• 通信延迟时间短
• 各站为平等关系，共享传输信道
• 多采用分布式控制和广播式信道，能进行广播和组播

  决定局域网的主要要素为：网络拓扑，传输介质和介质访问控制方法

体系结构

• 星型拓扑
• 总线型拓扑
• 环形拓扑
• 树形拓扑

  控制方法

1. CSMA/CD 总线型局域网,也用于树形
2. 令牌总线：总线型局域网，树形网络
3. 令牌环：环形局域网

   以太网

   以太网提供无连接、不可靠的服务：

• 无握手过程
• 不对发送方的数据帧编号，接收方不向发送发进行确认，差错帧直接丢弃，差错纠正由高层负责

  MAC帧

  最常见的MAC帧是以太网V2的格式
  

  无线局域网

  802.11
  MAC帧头格式
  

  链路层设备

  物理层扩展以太网：光线解调器，主干集线器
  链路层扩展以太网：网桥 & 交换机

  网桥

  根据MAC帧的目的地址对帧进行转发和过滤。当网桥首都奥一个帧时，并不向所有接口转发此帧，而是先检查此帧的目的MAC地址，然后再确定将该帧转发到哪一个接口，或是将它丢弃。

  网段：一般指一个计算机网络中使用同一物理层设备，能够直接通讯的那一部分

优点：

1. 过滤通信量，增大吞吐量
2. 扩大了物理范围
3. 提高了可靠性
4. 可以互联不同物理层，不同MAC子层和不同速率的以太网

   透明网桥

   以太网上的站点并不知道所发送的帧将经过哪几个网桥，是一种即插即用设备 — 自学习

   通信的过程中填满转发表

源路由网桥

在发送帧时，把详细的最佳路由信息(路由最少/时间最短)放在帧的首部中。

源站以广播方式向欲通信的目的站发送一个发现帧

交换机

独占传输媒体带宽

直通式交换机

查完目的地址(6B)就立刻转发

存储转发式交换机

将帧放入高速缓存，并检查是否正确

冲突域

同一个冲突域的每一个结点都能收到所有被发送的帧。同一时间只能有一台设备发送信息的范围

广播域

网络中能接收任一设备发出的广播帧的所有设备的集合。所有能接收信号的设备称为广播域