计算机网络笔记-韩立刚-第三章-数据链路层

2023-12-15 20:56:18

24.数据链路层的基本概念

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使用数据链路层的两种场景

  • 点对点信道。这种信道使用一对一的点对点通信方式。

  • 广播信道。这种信道使用一对多的广播通信方式，因此过程比较复杂。广播信道上连接的主机很多，因此必须使用专用的共享信道协议来协调这些主机的数据发送。
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  • 网络层： IP地址

  • 链路层： MAC地址，路由判断是不是给自己的

链路和数据链路

  • 链路(link)是一条点到点的物理线路段
  • 一条链路只是一条通路的一个组成部分。
  • 数据链路(data link)除了物理线路外，还必须有通信协议来控制这些数据的传输。若把实现这些协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路。
  • 现最常用的方法是使用适配器(即网卡)来实现这些协议的硬件和软件。
  • 一般的适配器都包括了数据链路层和物理层这两层的功能。

帧

两个对等的数据链路层之间的数字管道上传输的数据单位是帧
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25. 数据链路层的三个基本问题

  • 封装成帧
  • 透明传输
  • 差错控制

封装成帧

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以太网的MTU（最大传输单元）为1500字节

透明传输

用字节填充法解决透明传输问题

差错控制

26. 循环冗余检验CRC

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  • 余数为0，说明没出错，否则扔掉
  • 商 由数据链路层协议来确定
  • 帧检验序列FCS
  • CRC只是FCS的一种
    小结:CRC差错检测技术

仅用循环冗余检验RC差错检测技术只能做到无差错接受(accept）。
“无差错接受”是指:“凡是接受的帧（即不包括丢弃的帧)，我们都能以非常接近于1的概率认为这些帧在传输过程中没有产生差错”。也就是说:“凡是接收端数据链路层接受的帧都没有传输差错”（有差错的帧就丢弃而不接受)。
要做到“可靠传输”(即发送什么就收到什么）就必须再加上确认和重传机制。
考虑:帧重复、帧丢失、帧乱序的情况
可以说“CRC是一种无比特差错，而不是无传输差错的检测机制”
OSI/RM模型的观点:数据链路层要做成无传输差错的!但这种理念目前不被接受!
不是百分百可靠

27.PPP协议

点对点通讯协定 (Point-to-Point Protocol)

PPPoE

PPPoE（Point-to-Point Protocol over Ethernet）是一种在以太网上建立点对点连接的网络协议。它是在PPP协议基础上封装在以太网中使用的一种协议。

PPPoE的工作原理如下：

建立会话：客户端通过以太网将PPPoE帧发送到网络服务提供商（ISP）的接入服务器。这个过程通常称为“建立会话阶段”。

验证和身份验证：接入服务器对客户端进行验证和身份验证，以确保客户端有权访问网络。验证通常采用用户名和密码进行。

分配IP地址：一旦身份验证成功，接入服务器会为客户端分配一个IP地址，使其能够与互联网通信。

数据传输：客户端和接入服务器之间建立的PPPoE连接允许双方进行数据传输。客户端可以发送和接收数据，就像在常规的以太网连接中一样。

PPPoE主要用于宽带接入，特别是在拨号上网（如DSL）中广泛使用。它允许通过以太网建立虚拟的点对点连接，将网络服务提供商的服务扩展到用户的计算机上。

通过PPPoE，用户可以在以太网上建立安全的、个人的连接，同时使用PPP协议提供的功能，如身份验证、错误检测和压缩等。这使得PPPoE成为一种常见的宽带接入解决方案。

PPP包含的三个部分

  • 将IP数据报封装成帧的方法
  • LCP
  • NCP

在PPP中，HDLC被用作PPP的默认链路控制协议（NCP，Network Control Protocol）。PPP通过LCP（Link Control Protocol）协商链路参数和配置，然后使用HDLC作为数据链路层的封装和传输协议。

具体来说，PPP通过LCP协商链路的参数，如最大传输单元（MTU）、链路质量检测方式、鉴别方式等。一旦链路建立好了，PPP使用HDLC封装上层协议的数据，并通过链路进行传输。

总的来说，PPP和HDLC是两个不同的协议，但在PPP中，HDLC被用作数据链路层的封装和传输协议，为PPP提供了可靠的数据传输和错误检测功能。
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  • 功能：记账，身份验证等
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28. PPP协议实现透明传输

帧格式

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字节填充

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同步传输时使用零比特填充

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29. PPP的工作状态

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  • ISP网络服务提供者（Internet Service Provider）
  • LCP 链路控制协议
  • NCP（Network Control Protocol）在这里插入图片描述

30. 配置路由器使用PPP协议封装

在计算机网络中，链路控制协议用于管理和控制数据链路层的通信。以下是几个常见的链路控制协议：

HDLC（High-Level Data Link Control）：HDLC是一种通用的链路控制协议，常用于广域网和局域网中的数据链路层通信。它提供了可靠的数据传输和错误检测功能。

PPP（Point-to-Point Protocol）：PPP是一种常见的链路控制协议，用于建立点对点连接，例如拨号上网和DSL（Digital Subscriber Line）等。PPP支持多种链路层协议，如IP（Internet Protocol）、IPX（Internetwork Packet Exchange）等。

LCP（Link Control Protocol）：LCP是PPP中的一个协议，用于在PPP链接建立阶段进行链路的配置和管理。它负责协商链路的参数、认证方式和错误检测等。

LAPB（Link Access Procedure, Balanced）：LAPB是一种面向字节的链路控制协议，常用于X.25网络中。它提供了可靠的数据传输、流量控制和差错检测等功能。

SLIP（Serial Line Internet Protocol）：SLIP是一种简单的链路控制协议，常用于串口通信。它可以将IP数据报封装在串口上进行传输。

IEEE 802.2 LLC（Logical Link Control）：LLC是IEEE 802.2标准中定义的链路控制协议，用于在数据链路层和网络层之间提供接口。

这只是一些常见的链路控制协议示例，还有其他协议根据不同的网络环境和需求。每个协议都有其特定的功能和用途，用于管理和控制数据链路层上的通信。

  • HDLC（High - level Data Link Control）
  • 由HDLC协议改为PPP，两路由器需同一种协议才能通信

31.回顾

32. 以太网特点

拓扑结构

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局域网最主要的特点是:网络为一个单位所拥自，且地理范围和站点数目均有限。
局域网具有如下的一些主要优点:

  • 具有广播功能，从一个站点可很方便地访问全网。局域网上的主机可共享连接在局域网上的各种硬件和软件资源。
  • 便于系统的扩展和逐渐地演变，各设备的位置可灵活调整和改变。
  • 提高了系统的可靠性、可用性和生存性。
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    目前使用动态接入

冲突域（Collision Domain）和广播域（Broadcast Domain）

是计算机网络中的两个重要概念，用于描述数据传输和通信的范围。

冲突域（Collision Domain）是指在共享介质网络中可能发生碰撞的范围。在以太网等共享介质网络中，当两个或多个设备同时尝试通过同一传输介质发送数据时，可能会发生数据碰撞。传统的以太网中，所有连接到同一个集线器（Hub）的设备都处于同一个冲突域中。设备在发送数据前会监听总线，如果检测到其他设备正在发送数据，则会推迟发送以避免碰撞。通过减小冲突域的范围，例如使用交换机（Switch）代替集线器，可以实现全双工通信，从而提高网络性能。

广播域（Broadcast Domain）是指在网络中进行广播传输的范围。广播是一种数据传输方式，当一个设备发送广播消息时，网络中的所有设备都会接收到该消息。在以太网中，广播帧是一种特殊类型的数据帧，它的目标MAC地址被设置为广播地址（全为1）。广播帧用于网络中的广播通信，例如DHCP（动态主机配置协议）请求、ARP（地址解析协议）请求等。一个广播域包括所有可以接收到广播消息的设备。通常情况下，广播域由交换机或路由器边界来划分，通过设置VLAN（虚拟局域网）或子网划分来控制广播消息的传播范围。

总结来说，冲突域描述了共享介质网络中可能发生碰撞的范围，而广播域描述了网络中进行广播传输的范围。通过减小冲突域和划分广播域，可以提高网络性能、减少冲突和控制广播消息的传播范围。

冲突域和广播域的异同

在传统的以太网中，冲突域和广播域是相同的。

在以太网中，当多个设备连接到同一个集线器（Hub）时，它们都处于同一个冲突域。这意味着它们共享同一个传输介质，如同一条电缆，当两个或多个设备同时发送数据时，可能会发生碰撞。因为集线器是物理层设备，它会将接收到的数据帧复制到所有连接的端口上，以便所有设备都能接收到数据。这也意味着当一个设备发送广播帧时，所有连接到集线器上的设备都会接收到该广播帧，所以广播域也与冲突域相同。

然而，随着网络技术的进步，使用交换机（Switch）替代集线器成为了更常见的网络设备。交换机能够根据MAC地址进行数据帧的转发，从而提供更高的性能和更小的冲突域。当使用交换机时，每个端口都可以形成一个独立的冲突域，因为交换机会根据需要将数据帧仅转发到目标端口。因此，在现代以太网中，冲突域和广播域可以分别定义，而不再必然相同。

以太网（Ethernet）：一种常见的局域网技术

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33. 以太网使用的CSMA CD

IEEE 802.3

IEEE 802.3是一个网络标准，定义了以太网的物理层和数据链路层的规范。它包括了以太网的各种技术和协议的细节，包括传输介质、数据帧格式、速率、连接器类型等。

IEEE 802.3标准中包含了CSMA/CD协议的规范，即以太网的多址访问和碰撞检测机制。CSMA/CD是IEEE 802.3标准中定义的一部分，用于实现多个设备共享同一传输介质的协议。IEEE 802.3标准还定义了以太网的其他方面，如速率（例如10 Mbps、100 Mbps、1 Gbps等）、介质类型（如双绞线、光纤等）、数据帧格式等。

因此，CSMA/CD是IEEE 802.3标准中用于以太网的多址访问和碰撞检测机制的一部分。

CSMA/CD

表示 Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection。
载波监听多点接入/碰撞检测

多点接入

表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。

载波监听

是指每一个站在发送数据之前先要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据,如果有，则暂时不要发送数据，以免发生碰撞。
“载波监听”就是用电子技术检测总线上有没有其他计算机发送的数据信号。

碰撞检测

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退避算法（Exponential Backoff）

当设备检测到碰撞后，会采取退避算法。设备会在一段随机的时间内等待，并尝试重新发送数据。如果再次发生碰撞，设备会增加等待时间的范围，以减少碰撞的概率。

34. 以太网冲突检测和CSMA CD的特点

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所以以太网不能太长，100m内，且整个以太网的平均通信量远小于以太网的最高数据率

CSMA CD的特点：半双工通信

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退避算法

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35. 以太局域网

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以太网不做差错校验，只会丢帧

36.集线器（现在很少用）

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37. 无冲突时以太网的最大信道利用率

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38. 以太网MAC地址

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MAC地址可以自己指定，所以也可能冲突

39.回顾

40. 以太网帧格式

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以太网使用曼彻斯特编码

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46： 64-6-6-2-4

42. 抓包工具排除网络故障

43. 以太网帧格式2

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44. 网桥和交换机优化以太网

集线器

  • 会扩大冲突域

网桥

  • 可以隔离冲突域
  • 增加了延迟（存储转发）
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交换机

若网桥有足够多的接口，可直接接计算机，就是交换机

45. 查看交换机的MAC地址列表

46.生成树过程

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在这里插入图片描述等效于拔掉环路中的长路径

47.更改交换机生成树的根

48.远程重启服务器

49.验证VLAN（虚拟局域网）

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50.VLAN干道链路和访问链路

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在干道链路上使用统计时分复用（STDM）

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在这里插入图片描述- 思科公司的标记方式
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51.扩展以太网

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52.交换机上实现的接入安全

文章来源:https://blog.csdn.net/kill2013110/article/details/134959158
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