计算机网络笔记

第三章 ： 数据链路层

3.1数据链路层问题

• 数据链路层地位

  • 网络中的主机，路由器都必须实现数据链路层
  • 局域网的主机，交换机等都必须实现数据链路层

  注意：不同链路层可能采用不同协议

  • 数据链路层信道类型

  • 点对点

  • 一对一的通信方式

  • 广播信道

  • 一对多 必须使用专用的共享信道协议

3.1.1数据链路和帧

• 链路
  • 一条无源的点到点的物理线路段，中间没有任何其他的交换节点
  • 一条链路只是一条通路的一个组成部分
  • 物理链路
• 数据链路
  • 把实现控制数据的协议的硬件和软件加到链路上，构成了数据链路
  • 逻辑链路
  • 典型实现：适配器（网卡）
  • 一般的适配器都包含了数据链路层和物理层这两层的功能
• 帧
• 为什么需要数据链路层
  • 物理层解决了节点透明传输bits的问题
  • 物理层没有解决的问题
    • 传输错误的问题
    • 谁接收的问题
    • 传输结束问题

3.1.2 三个基本问题

• 封装成帧

  • 在一段数据的前后分别添加首部和尾部，构成一个帧
  • 首部和尾部一个重要作用就是帧定界（确定帧的界限）

• 透明传输

  • 字节填充

• 差错控制

  • 传输的过程中可能会因为各种原因导致一个或多个比特错误

  • 循环冗余检验（crc）

  • CRC校验的原理

    • 多项式表示

      • 对如下二进制bit字符串：

        $$B = b_{n-1}b_{n-2}\dots b_{1}b_{0}$$

      • 可以将其表示为一个虚拟变量 (x) 的多项式方程 (二进制加权形式)：

      $$B（X） = b_{n-1}X^{n-1}+b_{n-2}X^{n-2}+\dots+b_1X+b_0$$
      • 例：字符串 (1100101) 可以表示为：
      $$B(1100101) = x^6+x^5+x^2+x^1$$
      • 这样做的目的是，方便之后进行数学编码和对二进制数据串的操作 (如：模二运算)。

    • 模二多项式除法

      • 通常一个多项式B(x)除以另一个多项式G(x)会产生一个商多项式Q(x)和一个余数多项式R(x)：

      • $$B（x）/G(x) = Q(x)+ R(x)$$

      • 由于 模二减法=模二加法，上式可重写为：

      • $$B(x)+R(x)=Q(x)⋅G(x)$$

3.2点对点协议 ppp

3.2.1ppp协议特点

协议应满足的需求

• 协议的组成

• 一个将ip封装到串行链路的方法

• 一个链路控制协议（lcp） 用于建立、配置和测试链路
• 一套网络网络控制协议（ncp） 每个协议支持不同的网络层协议

3.2.2ppp帧格式

各字段的意义

• 首部的第一个字段和尾部的第二个字段都是标志字段F（flag）规定为0x7E
• 首部中第二个字段为地址字段A规定为0xFF
• 首部第三个字段为控制字段c规定为0x03
• 首部第四个字段为两个字节的协议字段
• 尾部第一个字段为两个字节用于crc检测的帧检测序列fcs

字节填充（异步传输）

• 将原始数据中出现的控制字符、帧定界符替换
• 在数据前填充一个字节作为转义 后一个字节编码改变
  • 控制字符+0x20 定界符7->5 eg: 0x7D -> 0x5D

零比特填充（同步传输）

• 如果发送端发现五个1相连 在后面添加一个0
• 同理接收端发现五个1相连 删除后面的一个0

3.2.3ppp协议工作过程

• 连接建立

  • 用户拨号接入isp后建立一条用户电脑和isp的物理连接

  • 个人电脑向isp发送一系列链路控制协议lcp分组建立lcp连接

  • 然后网络层网络控制协议ncp给新接入的用户分配一个临时的ip

• 连接释放

  • ncp释放网络层连接
  • 收回分配的IP地址
  • lcp断开连接释放物理链路层连接
  • 最后释放物理层连接