数据链路层

计算机网络

点对点信道

数据链路和帧

帧的结构

• 发送端在数据中出现控制字符时会在前面插入一个转义字符 ESC （1B），接收端在交付给网络层之前会删除这个转义字符。
• 数据链路层广泛采用循环冗余检测来进行差错检测。

差错检测

• 发送方先将数据划分为组，假定每组 k 个比特，在每组后面添加 n 位冗余码（帧检验序列 FCS）。

  n 位冗余码通过以下运算得出。用二进制的模 2 运算进行 2ⁿ 乘 M 的运算，这相当于在 M 后面添加 n 个 0，得到的（k + n）位的数除以收发双方实现商定的长度为（n + 1）位的除数 P，得出商是 Q 而余数是 R。R 即为添加在后面的 n 位冗余码。
  最后发出的组就是 2ⁿ*M + R

• 接收方收到数据后用 R 除以 P，如果余数为 0，就接受；余数不为 0，就丢弃。

点对点协议 PPP

PPP 的帧格式

标志字段标志一个帧的开始或者结束，连续两帧之间只需要用一个标志字段。

字节填充

当 PPP 使用异步传输时使用字节填充，它把转义符定义为 0x7D。

• 0x7E 转变为 2 字节序列（0x7D, 0x5E）
• 0x7D 转变为 2 字节序列（0x7D, 0x5D）
• 控制字符转变为 2 字节序列（0x7D, 控制字符）

零比特填充

当 PPP 使用同步传输时使用零比特填充。在发送端扫描到 5 个连续的 1，即填入一个 0。在接收端扫描到 5 个连续的 1，即删除后一个 0。

PPP 协议的工作状态

链路控制协议 LCP 配置选项包括链路上的最大帧长、所使用的鉴别协议的规约，以及不使用 PPP 帧中的地址和控制字段。
网络控制协议 NCP 根据网络层的不同协议相互交换网络层特定的网络控制分组

使用广播信道的数据链路层

局域网的数据链路层

以太网

• 采用无连接的工作方式，不必建立连接就可以直接发送数据。适配器对发送的数据帧不进行编号，也不要求对方发回确认。同一时间只能允许一台计算机发送数据。
• 使用曼彻斯特编码。

CSMA/CD

• 多点接入：只能进入半双工通信。
• 载波监听：在发送前和发送中每个站都必须不停地检测信道。
• 碰撞检测：争用期为两倍端到端传播时延（2τ），在发生碰撞之后先退避一段时间再发送数据。这个时间为rτ，r为[0,1,...(2^k-1)]中随机的一个数。k = Min[重传参数，10]，当重传次数超过 16 时丢弃该帧并向高层报告。以太网的最短帧长为 64 字节。
• 强化碰撞：当发送数据的站发现发生了碰撞时，还要继续发送一段人为干扰信号。

使用集线器的星型拓扑

• 使用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网。
• 集线器工作在物理层，它仅仅简单地转发比特。
• 集线器采用了专门的芯片来抵消串音回波。

以太网的信道利用率

$a=\frac{τ}{T_0}$
$S_{max}=\frac{T_0}{T_0+τ}=\frac{1}{1+a}$
T₀为帧本身的发送时间。

以太网的 MAC 层

MAC 地址是固化在适配器 ROM 中的地址。