第三章 資料鏈路層
3.1 使用點對點通道的資料鏈路層
1、不同的鏈路層可能採用不同的資料鏈路層協議。
2、鏈路和資料鏈路的不同：
（1）鏈路是從乙個節點到相鄰節點的一段物理線路，中間沒有任何交換結點。一條鏈路只是一條通路的乙個組成部分。
（2）資料鏈路除了物理線路以外，還必須有通訊協議來控制資料的傳輸。將實現這些協議的軟體和硬體都加到鏈路上，就構成了資料鏈路。
3、最常用的方法是使用網路介面卡（網絡卡）實現協議的硬體和軟體，介面卡一般包括了資料鏈路層和物理層兩層的功能。
4、資料鏈路層使用的通道：
（1）點對點通道：一對一的點對點通訊方式；
（2）廣播通道：一對多的方式，必須使用專用的共享通道協議來協調主機傳送資料。區域網使用廣播通道。
5、鏈路分為邏輯鏈路和物理鏈路。物理鏈路：就是上面所說的鏈路；邏輯鏈路：就是資料鏈路，是物理鏈路加上必要的通訊協議。
6、資料鏈路傳輸的資料單位是資料幀。
7、計算機網路的體系結構：
（1）osi的七層協議（從下到上：物理層、資料鏈路層、網路層、運輸層、會話層、表示層、應用層）
（2）tcp/ip的四層協議（從下到上：網路介面層、網際層、運輸層、應用層）
（3）五層協議（物理層、資料鏈路層、網路層、運輸層、應用層）
8、資料鏈路層協議有許多種，但有三個基本問題則是共同的。這三個基本問題是：
（1）封裝成幀：在一段資料的前後分別新增首部（soh）和尾部（eot），就構成了乙個幀。（首部和尾部乙個重要的作用是進行幀 定界）
（2）透明傳輸：如果資料中的某個位元組的二進位制**恰好和 soh （幀開始）或 eot（幀結束） 一樣，資料鏈路層就會錯誤地「找到幀的邊界」。解決方法：在資料**現控制字元「soh」或「eot」的前面插入乙個轉義字元「esc」(其十六進製制編碼是1b)。插入esc的方法叫做位元組填充法。
（3）差錯檢測：在資料鏈路層傳送的幀中，廣泛使用了迴圈冗餘檢驗 crc的檢錯技術。
9、傳送方：冗餘碼的計算：用二進位制的模 2 運算進行 2^n 乘 m 的運算，這相當於在 m 後面新增 n 個 0。（m為原始資料，n為最高位的指數）
得到的 (k + n) 位的數除以事先選定好的長度為 (n + 1) 位的除數 p，得出商是 q 而餘數是 r，餘數 r 比除數 p 少 1 位，即 r 是 n 位。
將餘數 r 作為冗餘碼拼接在資料 m 後面，一起傳送出去。
10、接收方：若得出的餘數 r = 0，則判定這個幀沒有差錯，就接受；若餘數 r ≠ 0，則判定這個幀有差錯，就丟棄。不能知道哪一位出錯。
11、僅用迴圈冗餘檢驗 crc 差錯檢測技術只能做到無差錯接受，而不能實現「無差錯傳輸」或「可靠傳輸」。要做到「無差錯傳輸」（即傳送什麼就收到什麼）就必須再加上確認和重傳機制。
3.2點對點協議ppp
9、ppp 的資訊字段放入的資料是 ip 資料報。資料鏈路層的可靠傳輸並不能夠保證網路層的傳輸也是可靠的。
10、ppp 協議已不是純粹的資料鏈路層的協議，它還包含了物理層和網路層的內容。
3.3使用廣播通道的資料鏈路層
1、區域網最主要的特點：網路為乙個單位所擁有；地理範圍和站點數目均有限。
2、區域網拓撲結構：星形網、環形網、匯流排網。
3、靜態劃分通道：頻分復用、時分復用、波分復用、碼分復用
動態**接入控制（多點接入）：(1)隨機接入；(2)受控接入 ，如多點線路探詢或輪詢。
4、資料鏈路層的兩個子層：（1）邏輯鏈路控制llc（2）**接入控制mac；與接入到傳輸**有關的內容都放在 mac子層，而 llc 子層則與傳輸**無關。不管採用何種協議的區域網，對 llc 子層來說都是透明的。
5、介面卡的重要功能：
（1）進行序列/並行轉換。（2）對資料進行快取。
（3）在計算機的作業系統安裝裝置驅動程式。
（4）實現乙太網協議。
6、計算機通過介面卡和區域網進行通訊,cpu和儲存器與介面卡之間並行通訊，而介面卡到區域網是序列通訊。
7、為了通訊的簡便，乙太網採取了兩種重要的措施：
（1）採用較為靈活的無連線的工作方式。當目的站收到有差錯的資料幀時就丟棄此幀，其他什麼也不做。差錯的糾正由高層來決定。
（2）乙太網傳送的資料都使用曼徹斯特編碼。
8、曼徹斯特編碼缺點是：它所佔的頻頻寬度比原始的基帶訊號增加了一倍。
9、如何避免同時傳送產生的碰撞？
採用 csma/cd協議，含義是：載波監聽多點接入 / 碰撞檢測。「多點接入」表示許多計算機以多點接入的方式連線在一根匯流排上。「載波監聽」是指每乙個站在傳送資料之前先要檢測一下匯流排上是否有其他計算機在傳送資料，如果有，則暫時不要傳送資料，以免發生碰撞。 匯流排上並沒有什麼「載波」。因此， 「載波監聽」就是用電子技術檢測匯流排上有沒有其他計算機傳送的資料訊號。
10、「碰撞檢測」就是計算機邊傳送資料邊檢測通道上的訊號電壓大小。
當幾個站同時在匯流排上傳送資料時，匯流排上的訊號電壓擺動值將會增大。
11、為什麼要進行碰撞檢測？ 因為訊號傳播時延對載波監聽產生了影響。a 需要單程傳播時延的 2 倍的時間，才能檢測到與 b 的傳送產生了衝突。
12、乙太網的端到端往返時延 2t 稱為爭用期或碰撞視窗。經過爭用期這段時間還沒有檢測到碰撞，才能肯定這次傳送不會發生碰撞。
13、發生碰撞的站在停止傳送資料後，要推遲（退避）乙個隨機時間才能再傳送資料。 基本退避時間取為爭用期 2 。
14、對於 10 mbit/s 乙太網，在爭用期內可傳送 512 bit，即 64 位元組，意味著乙太網在傳送資料時，若前 64 位元組沒有發生衝突，則後續的資料就不會發生衝突。
15、乙太網規定了最短有效幀長為 64 位元組，凡長度小於 64 位元組的幀都是由於衝突而異常中止的無效幀。
16、使用 csma/cd 協議的乙太網不能進行全雙工通訊而只能進行雙向交替通訊（半雙工通訊）。這種傳送的不確定性使整個乙太網的平均通訊量遠小於乙太網的最高資料率。
17、採用雙絞線的乙太網採用星形拓撲，在星形的中心則增加了一種可靠性非常高的裝置，叫做集線器。傳統乙太網使用同軸電纜，採用總線形拓撲結構。
18、星形乙太網 10base-t。這種 10 mbit/s 速率的無遮蔽雙絞線星形網的出現，既降低了成本，又提高了可靠性。
19、乙太網的通道利用率。設幀長為 l (bit)，資料傳送速率為 c (bit/s)，則幀的傳送時間為 t0 = l/c (s)。
20、成功傳送乙個幀需要占用通道的時間是 t0 + ，比這個幀的傳送時間要多乙個單程端到端時延 。這是因為當乙個站傳送完最後乙個位元時，這個位元還要在乙太網上傳播。
21、在乙太網中定義了引數 a ，它是乙太網單程端到端時延 與幀的傳送時間 t0 之比： a=/t0。
（1）a→ 0，表示一發生碰撞就立即可以檢測出來， 並立即停止傳送，因而通道利用率很高。
（2）a 越大，表明爭用期（2t）所佔的比例增大，每發生一次碰撞就浪費許多通道資源，使得通道利用率明顯降低。
22、對乙太網引數a要求：當資料率一定時，乙太網的連線的長度受到限制，否則 的數值會太大；乙太網的幀長不能太短，否則 t0 的值會太小，使 a 值太大。
23、通道利用率最大值：傳送一幀占用線路的時間是 t0 + t ，而幀本身的傳送時間是 t0。於是，我們可計算出理想情況下的極限通道利用率 smax 為：
24、mac層硬體位址。區域網中，硬體位址又稱為實體地址，或 mac 位址。
位址字段 6 個位元組（48位）中的後三個位元組 (即低位 24 位) 由廠家自行指派，稱為擴充套件唯一識別符號，必須保證生產出的介面卡沒有重複位址。
前3位元組（24位）組織唯一識別符號；後3個位元組（24位）擴充套件唯一識別符號。25、生產介面卡時，6 位元組的 mac 位址已被固化在介面卡的 rom。
26、ieee 規定位址欄位的第一位元組的最低位為 i/g 位。
（1）當 i/g 位 = 0 時，位址字段表示乙個單站位址。
（2）當 i/g 位 = 1 時，表示組位址，用來進行多播。此時，ieee 只分配位址欄位前三個位元組中的 23 位。
（3）當 i/g 位分別為 0 和 1 時，乙個位址塊可分別生成 2^23 個單個站位址和 2^23 個組位址。
（4）所有 48 位都為 1 時，為廣播位址。只能作為目的位址使用。
27、ieee 把位址字段第一位元組的最低第 2 位規定為 g/l 位，表示 global / local。
（1）當 g/l 位 = 0 時，是全球管理（保證在全球沒有相同的位址）。
（2）當 g/l 位 = 1 時，是本地管理，這時使用者可任意分配網路上的位址。
28、發往本站的幀包括以下三種幀： 單播幀（一對一）、廣播幀（一對全體）、多播幀（一對多）。
29、最常用的 mac 幀是乙太網 v2 的格式。
30、幀間最小間隔：幀間最小間隔為 9.6 s，相當於 96 bit 的傳送時間。
3.4擴充套件的乙太網
3.5高速乙太網
1、速率達到或超過 100 mbit/s 的乙太網稱為高速乙太網。
2、吉位元乙太網允許在1gbit/s下一全雙工和半雙工兩種方式工作。在半雙工方式下使用 csma/cd 協議，全雙工方式不使用 csma/cd 協議。
3、乙太網的工作範圍已經從區域網（校園網、企業網）擴大到都會網路和廣域網，從而實現了端到端的乙太網傳輸。
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