计算机网络 链路层 学习总结

计算机网络学习笔记3

计算机网络链路层学习

Posted by Xiaoxi on June 22, 2016

计算机网络链路层学习总结

1. 两种链路层信道

  1. 广播信道
  2. 点对点通信链路

2. 一些基本知识

  1. 把沿着通信路径连接相邻节点的通信信道称为链路。
  2. 链路层协议定义了在链路两端的节点之间交互的分组格式，以及当发送和接收分组时这些节点采取的动作。
  3. 链路层协议交换的数据单元称为帧，每个链路层帧通常封装了一个网络层的数据报。
  4. 网络层任务时运输层报文段从源主机端到端地传送到目的主机，而链路层协议的任务是将网络层的数据报通过路径中的单段链路节点到节点地传送。
  5. 重要特点： 数据报在路径的不同链路上可能由不同链路层协议所承载。
  6. 链路层的主体部分在网络适配器，剩余的一小部分由运行在主机CPU上的软件实现。

3. 链路层提供的服务

  1. 成帧
  2. 链路接入
  3. 可靠交付（运输层协议在端到端的基础上为两个进程提供可靠交付；可靠链路层协议在由单一链路相连的两个节点之间提供可靠交付服务）
  4. 流量控制
  5. 差错检测（流量控制和差错控制也和可靠交付一样，运输层提供端到端的，链路层提供节点到节点间）
  6. 差错纠正
  7. 半双工和全双工

4. 检测差错技术

  1. 奇偶校验
  2. 校验和方法（多用于运输层）
  3. 循环冗余检测（多运用于链路层）

5. 多路访问协议

1. 节点通过多路访问协议来规范它们在共享的广播信道上的传输行为。

2. 可分为：

a. 信道划分协议：时分多路复用（TDM）、频分多路复用（FDM）、码分多路复用（CDMA）（前面两个，当只有单个节点活跃时，效率不高）
b. 随机接入协议：

一个传输节点总是以信道的全部速率进行发送，如果遇到碰撞，则每个碰撞的节点独立地等待一个随机时延，然后再发包。重复操作，直到不发生碰撞地成功发送。 ​

  1. 时隙ALOHA：碰撞后，以概率p在后续的每个时隙中重传它的帧，直到该帧被无碰撞地传输出去 问题：当大量节点活跃时，效率不高
  2. 带碰撞的载波侦听多路访问（CSMA／CD）：

    • 两个规则

      1. 说话之前先听（载波侦听）如果来自另一个节点的帧正向信道上发送，节点则等待（后退）一段随机时间，再侦听信道准备发送）

        1. 如果与他人同时开始说话，停止说话 传输时监听信道，若发现有其他节点发包干扰，它就停止传输，再通过某个协议确定下一次尝试传输时间，这里它会转而传输一个48比特的阻塞性好，然后进入一个指数后退阶段）阻塞信号的目的是确保所有其他的传输中的适配器都意识到此次碰撞。 碰撞等待时间指数增长。
c. 轮流协议：
  1. 轮询协议：指定某一节点为主节点，主节点以循环的方式轮询（主节点类似管理员的功能）
  2. 令牌传递协议：一个小的称为令牌的特殊目的帧再节点之间以某种固定的次序进行交换。

6. 链路层编址

1. MAC地址：

节点的适配器具有的链路层地址

2. 地址解析协议（ARP）

工作过程：

  1. 当主机A向本局域网上的某个主机B发送IP数据报时，就先在自己的ARP缓冲表中查看有无主机B的IP地址。
  2. 如果有，就可以查出其对应的硬件地址，再将此硬件地址写入MAC帧，然后通过以太网将数据包发送到目的主机中。

  3. 如果查不到主机B的IP地址的表项。可能是主机B才入网，也可能是主机A刚刚加电。其高速缓冲表还是空的。在这中情况下，主机A就自动运行ARP。

    • ARP进程在本局域网上广播一个ARP请求分组。ARP请求分组的主要内容是表明：我的IP地址是192.168.0.2，我的硬件地址是00-00-C0-15-AD-18.我想知道IP地址为192.168.0.4的主机的硬件地址。
    • 在本局域网上的所有主机上运行的ARP进行都收到此ARP请求分组。
    • 主机B在ARP请求分组中见到自己的IP地址，就向主机A发送ARP响应分组，并写入自己的硬件地址。其余的所有主机都不理睬这个ARP请求分组。ARP响应分组的主要内容是表明：“我的IP地址是192.168.0.4,我的硬件地址是08-00-2B-00-EE-AA”,请注意：虽然ARP请求分组是广播发送的，但ARP响应分组是普通的单播，即从一个源地址发送到一个目的地址。
    • 主机A收到主机B的ARP响应分组后，就在其ARP高速缓冲表中写入主机B的IP地址到硬件地址的映射。

7.交换机与路由器的比较

  1. 路由器使用网络层地址转发分组的存储转发分组交换机。交换机使用的则是MAC地址。（即前者使用IP地址，后者采用MAC地址）
  2. 交换机：即插即用，且能够具有相对高的分组过滤和转发速率，处理最高层仅为第二层的帧。交换网络的活跃拓扑限制为一颗生成树，具有打的ARP表，无广播风暴保护措施。
  3. 路由器：网络寻址分层次，即分组不会限制在一棵生成树上，也因此可以用各种拓扑结构来构建因特网。提供了对第二层的广播风暴的防火墙保护，但其不是即插即用型的，需要人为配置i地址。对分组的处理时间通常比交换机长（处理第三层字段）
  4. 对于小型网络，单交换机就足够了。大型网络中，需要交换机加路由器配合。（路由谋短，交换求快。谋短意在注重寻路，找最优最短路径。路由要最短路径送报文，交换要快速转发提高吞吐量。）

8.例题

  1. 链路层协议能够向网络层提供哪些可能的服务？在这些链路层服务中，哪些在IP层中有对应的服务，哪些在TCP中有对应的服务？ 成帧，链路接入，可靠交付，流量控制，差错检测，差错纠正（前面四项对应TCP），半双工和全双工。

参考：

  1. 《计算机网络：自顶向下方法》
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