第一节 数据链路层服务

链路：通信链路连接的相邻结点的通信信道。

链路层数据单元：帧

主要功能包括：

1. 组帧

2. 链路接入：点对点链路、广播电路

3. 可靠交付（可靠传输方法多用于高出错率链路）

4. 差错控制

第二节 差错控制

一、差错控制的基本方式

差错控制的四种基本方式：

1. 检错重发

2. 前向纠错：接收端进行差错纠正

3. 反馈校验：接收端将收到的数据原封不动发回发送端

4. 检错丢弃

二、差错编码的基本原理

香农信道编码定理：

理论上可以通过编码使得数据传输过程不发生错误，或者将错误概率控制在很小的数值之下。

        将通过进行编码，得到差错编码值，将差错编码值与原来的数值连接在一起通过信道进行传送，如果传输过程发生差错，这个数据或差错编码值会发生变化。

       接收方收到数据后，把其中收到的数据取出来，然后用相同的差错编码方法进行运算，得到计算出的差错编码，然后将计算出的差错编码和我收到的差错编码进行比较，看是否一样，如果一样，说明数据正确，这时候把数据提交到网络层，否则出错了，那就进行适当的出错处理。

三、差错编码的检错与纠错能力

汉明距离：两个等长码字之间，对应位不同的位数。

编码集的汉明距离：该编码集中任意两个码字之间汉明距离的。

差错编码的检错或纠错能力与编码集的汉明距离有关。

1. 检错编码：如果编码集的汉明距离，则该差错编码可以检测 r 位的差错。

0000与0101有2位不一样

0101与1010有4位不一样

1010与1111有2位不一样

取最小值，所以汉明距离为2。所以，即可以检查一位错。

若将0000改为0001，它发现在这个编码里面没有0001这个编码，这就可以检测出错误了。

2. 纠错编码：如果编码集的汉明距离，则该差错编码可以纠正 r 位的差错。

同上，，可以纠正一位错。

若把第三位编码改为101110，则

1）000000与101110的汉明距离为4

2）010101与101110的汉明距离为5

3）101010与101110的汉明距离为1

4）111111与101110的汉明距离为2

综上，3）的汉明距离最小，则认为该出错的编码原本为3），那就将它改过来。

四、典型的差错编码

1. 奇偶校验码：

奇校验：编码后的码字中 "1" 的个数为奇数

偶校验：编码后的码字中 "1" 的个数为偶数qi

例：我要传输的是101，如果是奇校验，就在后面补个1，保证1的个数为奇数，即1011；如果是偶校验，就在后面补个0，保证1的个数为偶数，即1010，如果出错了，最后一位变为1，那么通过偶校验可以检验出错误。

2. 汉明码：

可以实现单个比特差错纠正。

3. 循环冗余码CRC：

检错能力强，编码效率高，实现简单。

【例题】假设CRC编码采用的生成多项式为,请为位串10111001进行CRC编码。

【答案】CRC编码后的结果为101110011001。

【解析】，提取前面的系数，即10011。对应的比特串为10011，在待编码位串10111001后添加0000，（因为的最高次项为4），得到101110010000，按如下计算过程求得余数R=1001。

2个数之间做异或运算，即1与0得1，1与1得0，0与0得0

所以最后的编码位101110011001，若余数少于4位，比如最后余数为1，那么就在前补三个0，即0001。

第三节 多路访问控制协议

一、信道划分MAC协议

多路访问控制MAC：广播信道上用于协调各个结点的数据发送。

（通常来说，需要通过多路访问控制的都是广播链路，广播链路会产生的影响：你发送出来的信号会传到别人那里，如果另外一个人也发送他自己的信号，你的信号就会和他的信号产生互相的干扰，即碰撞或冲突，这种干扰会导致接收方无法识别原来的信号，导致数据发送的失败。所以在这种情况下，对于广播型的链路下，哪个结点可以使用链路需要进行一些控制，以减少碰撞，或者说当碰撞发送后有办法去解决，可以使接收方收到有效的数据）

信道划分MAC协议：

1. 频分多路复用：在频域内将信道带宽划分为多个子信道。主要针对电信号

（就像在一条公路上划分为几条道，每条道仅限一辆车使用。）

2. 时分多路复用：将通信信道的传输信号在时域内划分为多个等长的时隙。主要针对电信号

（信道没有那么宽，那这个时间段传输你的数据，那个时间段传输他的数据。）

3. 波分多路复用：在一根光纤中，传输多路不同波长的光信号。主要针对光信号

4. 码分多路复用：从编码域进行划分，使得编码后的信号在同一信道中混合传输。

二、随机访问MAC协议

1. ALOHA协议

纯ALOHA：直接发送信道侦听冲突重发

时隙ALOHA：时隙开始时发送信道侦听冲突则下一时隙以概率P重发

2. 载波监听多路访问协议CSMA

    （1）非坚持CSMA：忙则等待随机时间后再侦听

    （2）1-坚持CSMA：忙则持续侦听

    （3）P-坚持CSMA：闲则概率P在最近时隙发送

3. 带冲突检测的载波监听多路访问协议CSMA/CD

监听空闲后发送，发送时检测碰撞，碰撞后等待重发。

三、受控接入MAC协议

1. 集中式控制

由一个主机负责调度其他通信站接入信道，从而避免冲突。

主要方法：轮询技术，又分为轮叫轮询和传递轮询。

（你传完了就该你了）

2. 分散式控制

典型方法：令牌技术，如令牌环网。

第四节 局域网

一、数据链路层寻址与ARP

1. MAC地址

每个接口对应一个MAC地址，且全球唯一；长度48位。（前24位：厂商标识；剩余24位：由厂商给它生产的每一个网络设备（比如网卡）分配一个唯一的标识）

2. 地址解析协议（ARP）

根据本网内目的主机或默认网关的IP地址获取MAC地址；

查询/响应的方式。（广播的查询方式，前提是通信双方在一个广播的范围内）

二、 以太网

1. IEEE802.3标准

2. 采用CSMA/CD访问控制方法

3. 以太网技术

    （1）10Base-5，10Base-T

（10表示10兆，Base表示基带传输的方法，5表示单兆的电缆最大传输距离为500米，而且电缆为同轴电缆，T表示使用的是双绞线）

    （2）快速以太网100Base-TX，100Base-T4，100Base-FX（F：使用的是光纤）

    （3）千兆以太网

    （4）万兆以太网

三、交换机

传统的以太网存在CSMA/SD访问控制问题，所以会有一些冲突和碰撞的情况产生，导致网络的性能下降，尤其当主机的数量较多时，大家都抢着发送数据，不断的发生碰撞，所以性能下降非常厉害，在这种情况下就出现了交换机。

有了交换机后，数据只会在两台主机上传输，不会传输到其它地方

1. 转发与过滤

可以依据接收到的链路层帧的目的MAC地址，选择性地转发到相应的端口。

以目的MAC地址为主键，查找交换表。

（交换表类似于路由表，但路由表通过路由协议或者时人工添加构造出来的，若交换表也用这种方法就太复杂，成本太高，不利于组建一个小型的局域网。所以要通过其它方法，交换有自学习的方法）

2. 自学习

交换机通过自学习构建交换表。

3. 优点

（1）消除冲突，提高性能；

（2）支持异质链路；

（3）易于进行网络管理。

四、虚拟局域网（VLAN）

1. 一种基于交换机（支持VLAN功能）的逻辑分割广播域的局域网应用形式。

2. 不受物理位置的限制，以软件的方式划分和管理局域网中的工作组。

3. 能够抑制广播风暴。

4. 划分方法：

基于交换机端口

基于MAC地址

基于上层协议类型或地址

第五节 点对点链路协议

一、PPP

点对点协议——PPP：

能够处理差错检测、支持多种上层协议、允许连接时协商IP地址、允许身份认证。

典型应用：拨号上网

（使用拨号上网时计算机需要一个IP地址，而对于个人用户没有申请过IP地址，那么就需要ISP给它提供IP地址，类似于DSCP（动态主机配置协议），那么就需要协商IP地址，用户的计算机通过PPP协议和ISP协商获取一个IP地址。另外还需要计费，那么就需要用户身份认证）

功能：

1. 成帧

2. 链路控制协议LCP（链路建立-链路传输-链路拆除）

3. 网络控制协议NCP

（拨号成功了需要获取IP地址，通过NCP协议向服务器获取IP地址，服务器把它的IP地址、子网掩码给你的IP地址、子网掩码，以及默认网关等这些网络配置信息传输给计算机，计算机根据这些配置信息配置后，就可以有一个可以上网的IP地址和可以上网的其它网络配置）

二、HDLC协议

高级数据链路控制——HDLC协议：

可以应用于点对点链路和点对多点链路。

（发送的帧全部都是二进制的比特流，而对于接收方来说要怎么区分哪些数据是一个数据帧，所以每帧之间就需要一个边界，这个边界需要有一个特殊的信号，这个信号就是帧定界符）

帧定界：

帧的定界符是

如果在数据中也有，那用户就会认为这是一个数据帧，这样数据就会出错，那要如何解决这个问题呢？

这个问题采用了一个办法——零比特填充或者叫位填充。

位填充：（这叫透明传输）

发送端：只要发现数据字段5个连续的1，就立即插入一个0，保证数据字段不会出现连续的6个1；

接收端：发现数据流中5个连续的1，就删除其后的0，还原成原来的信息

小结：

本文主要介绍了数据链路层服务，差错编码，多路访问控制协议，局域网，点对点链路协议等内容。

回顾：

1. 典型的差错编码，如CRC

2. CSMA/CD协议

3. ARP、以太网、交换机、VLAN等局域网工作原理。