《计算机网络》数据链路层笔记思维导图
计算机网络之数据链路层知识点笔记
树图思维导图提供 《计算机网络》数据链路层笔记 在线思维导图免费制作，点击“编辑”按钮，可对 《计算机网络》数据链路层笔记 进行在线思维导图编辑，本思维导图属于思维导图模板主题，文件编号是：d32aef884dd4ca9a677671291cb16dfa
思维导图大纲
《计算机网络》数据链路层笔记思维导图模板大纲
第一节 数据链路层的功能
数据链路层的功能
为网络层提供服务
有连接就一定有确认，不存在无确认的面向连接的服务
有确认的面向连接的服务
有确认的无连接服务
无确认的无连接服务
链路管理
面向连接的服务
帧定界、帧同步与透明传输
帧定界：通过头部尾部确定一个帧的范围
透明传输：使和头部尾部长得比较像的数据也能在数据链路层转发
流量控制
限制发送方流量，防止接收方接受速度太慢
差错控制
位错：ARQ法/自动重传请求
帧错（帧的丢失、重复和失序）：定时器（帧丢失）和编号机制（帧重复）
第二节 组帧
字符计数法
在帧头部使用一个计数字段标明帧内字符数
字符填充的首尾定界符法
当帧的数据段出现转义字符DEL时，在DEL字符前加一个DEL以实现透明传输
比特填充的首位标志法
使用01111110来标记，当数据段出现连续5个1时，自动在后面插上0
违规编码法
不需要任何填充，就可以实现透明传输，但是只适合采用冗余编码的特殊编码环境
第三节 差错控制
差错控制的实现
自动重传请求（ARQ）：使用检错编码
向前纠错（FEC）：使用纠错编码
检错编码
奇偶校验码
循环冗余码（CRC）
纠错编码
海明
海明码“纠错”d位，需要码距为2d+1的编码方案，“检错”d位需要码距为d+1
在k比特信息位上附加r比特冗余信息，构成k+r比特的码字，必须满足2^r≥k+r+1
第四节 流量控制与可靠传输机制
停止等待协议
滑动窗口协议
停止等待协议：发送窗口大小=1，接收窗口大小=1
停止等待协议的确认帧ACKn，表示期望收到标识为n的数据帧
双方都要有帧缓冲区
后退N帧协议：发送窗口大小＞1，接收窗口大小=1
接收方只允许按序接受帧
接收方的确认帧ACKn表示已收到前n个帧，期望收到第n+1个帧
若使用n比特对帧进行编号，则发送窗口的尺寸应该满足1≤W≤2^n-1
若信道的传输质量很差导致误码率较大时，后退N帧协议不一定优于停止-等待协议
选择重传协议：发送窗口大小＞1，接收窗口大小＞1
不只有确认帧ACKn，也有否定帧NAKn
接收方的确认帧ACKn表示已收到n号帧，对之前的帧没有影响，即一帧一确认
如果前面有一帧丢失，其他帧暂存缓存中，等缺失帧重发确认后再出缓存
若采用n比特对帧进行编号，接收窗口WR+发送窗口WT≤2^n
WT的最大值=WR的最大值=2^(n-1)
接收窗口等于1的时候可以保证帧的有序接收
可靠传输协议
确认
稍带确认
超时重传
传统自动重传请求
停止等待ARQ
连续ARQ协议
后退N帧ARQ
选择性重传ARQ
第五节 介质访问控制
介质访问控制方法
静态划分信道
信道划分介质访问控制
频分多路复用（FDM）
时分多路复用（TDM）
同步时分多路复用
异步时分多路复用/统计时分多路复用
波分多路复用（WDM）：光的频分多路复用
码分多路复用（CDM）
码分多址（CDMA）区分后面的CSMA
规格化内积，就是内积之后做平均
动态分配信道
随机访问介质访问控制/争用型协议
ALOHA协议
纯ALOHA协议
不检测直接发送，未收到确认就认为发生冲突，随即等待一段时间重传
时隙ALOHA协议
划分时隙，在规定时间发送，其他和纯ALOHA一样
CSMA协议（载波侦听多路访问）
1-坚持CSMA
发送数据前侦听信道，信道忙就坚持侦听信道，信道空闲的时候，发送帧的概率为1
受传播延迟影响较大
非坚持CSMA
发送数据前侦听信道，信道忙就放弃侦听，等待随机时间后再重复
p-坚持CSMA
用于时分信道，先侦听信道，信道忙就等下一个时隙再侦听，如果信道空闲就以概率p发送数据，以概率1-p等待下一时隙，重复直到成功发送，或者侦听到信道忙，随机等待一段时间后重新侦听
CSMA/CD协议（适用于有线网络，载波侦听多路访问/碰撞检测）
先听后发
先检测信道是否空闲，空闲就发送，若忙就等待
边听边发（区别于CSMA）
发送过程中持续监听信道
冲突停发
如果发生冲突，停止发送并传输一个48比特的拥塞信号
随机重发
在传输完拥塞信号后，采用截断二进制指数退避算法等待随机时间后再发送
争用期/冲突窗口/碰撞窗口=传播时延×2
计算最小帧长=总线传播时延×数据传输率×2
以太网的最短帧长为64B
截断二进制指数退避算法
取争用期为基本退避时间
重传次数记为k，且k不能超过10，k=min[重传次数，10]
从[0,1,2,...,2^k-1]中随机抽取一个数r，等待r个基本退避时间后重传
如果重传16次仍未成功，就认为此帧永远无法发出
CSMA/CA协议（适用于无线网络，载波侦听多路访问/碰撞避免）
使用二进制指数退避算法
碰撞避免
预约信道：通过交换RTS/CTS
ACK帧
RTS/CTS帧
轮询访问介质访问控制
令牌传递协议
第六节 局域网
三种特殊局域网拓扑
以太网：逻辑拓扑是总线形结构，物理拓扑是星形或拓展星形结构
令牌环：逻辑拓扑是环形结构，物理拓扑是星形结构
FDDI（光线分布数字接口）：逻辑拓扑是环形结构，物理拓扑是双环结构
IEEE802标准定义局域网参考模型
数据链路层
逻辑链路控制（LLC）子层
媒体接入控制（MAC）子层
物理层
以太网的MAC帧
MAC地址/物理地址
长6字节，一般用6个十六进制数表示
MAC帧
前导码：8字节，前七字节用于帧同步，最后一个为帧开始定界符（不计入帧长）
没有帧结束符，但是还是有首部尾部的
地址：6字节的MAC地址
类型：2字节，表明协议
数据：46—1500字节，除数据外还有18字节首部尾部（前导码不计入）
校验码：4字节，使用CRC校验码，不校验前导码、
网卡工作在物理层和数据链路层，没有网络层
以太网以广播的形式发送数据，连同自身都会收到自己发出的数据
第七节 广域网
广域网使用的设备：结点交换机（数据链路层），路由器（网络层）
广域网的数据链路层协议
PPP协议（面向字节）
构成
链路控制协议（LCP）：用来拓展管理链路
网络控制协议（NCP）：用来适配网络层
一个将IP数据报封装到串行链路的方法
PPP帧
使用字符填充的首位标志法，首尾都是01111110
地址字段固定为FF，控制字段固定为03
协议字段，两字节
信息部分，大于等于0，小于等于1500B
帧校验序列，使用循环冗余校验码
PPP协议可差错，不可纠错
点对点，全双工
两端网络层协议可以不同
面向字节
HDLC协议（面向比特）
两种基本配置
非平衡配置
平衡配置
站
主站：发出命令帧
从站：发出响应帧
复合站：两种帧都可以发出
数据操作方式
正常响应方式
异步平衡方式
异步响应方式
帧格式
标志字段和PPP一样
地址字段A，8位
控制字段C，8位
信息帧（I）：第一位0
监督帧（S）：第一二位10
无编号帧（U）：第一二位11
PPP和HDLC比较
PPP面向字节，HDLC面向比特
PPP比HDLC多了一个协议字段
PPP不使用序号和确认机制，只保证无差错接受，而HDLC能够提供可靠传输
第八节 数据链路层的设备
网桥
工作在MAC层，因此没有流量控制能力，因为编号机制只能在LLC子层实现
具有寻址和路径转换能力
可以进行协议转换
网桥隔离了冲突域，没有隔离广播域，会造成广播风暴
分类
透明网桥
使用生成树算法，选择的不是最佳路由
源路对网桥透明
源路由网桥
选择的是最佳路由
源路对网桥不透明
局域网交换机
本质是多端口网桥
可以方便的实现虚拟局域网（VLAN），既可以隔离冲突域，也可以隔离广播域
对于10Mb/s的端口，计算交换机的端口带宽，如果是全双工就是20Mb/s，如果是半双工就是10Mb/s
沪公网安备 31011502019485号
上海工商