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计算机网络(二):物理层和链路层,通道复用,MAC地址,CSMA/CD协议，PPP点对点协议

news 2025/12/19 3:49:36

文章目录

一、物理层
- 主机之间的通信方式
- 通道复用技术
- 常见的宽带接入技术
二、链路层
- MAC地址和IP地址分别有什么作用
- 为什么有了MAC地址之后还需要IP地址
- 为什么有了IP地址还需要MAC地址
- 以太网中的CSMA/CD协议
- 数据链路层上的三个基本问题
- PPP协议

一、物理层

主机之间的通信方式

单工通信：也叫单向通信，发送方和接收方是固定的，消息只能单向传输。
半双工通信：也叫双向交替通信，通信双方都可以发送消息，但同一时刻同一信道只允许单方向发送数据。
全双工通信：也叫双向同时通信，全双工通信允许通信双方同时在两个方向上传输，其要求通信双方都具有独立的发送和接收数据的能力。

通道复用技术

频分复用: 频分复用将传输信道的总带宽按频率划分为若干个子频带或子信道，每个子信道传输一路信号。
时分复用: 时分复用将信道传输信息的时间划分为若干个时间片，每一个时分复用的用户在每一个 TDM 帧中占用固定时隙进行数据传输。
波分复用: 其将 1 根光纤看做多条「虚拟」光纤，每条「虚拟」光纤工作在不同的波长上
码分复用: 码分复用是靠不同的编码来区分各路原始信号的一种复用方式，不同的用户使用相互正交的码字携带信息。

常见的宽带接入技术

我们一般将速率超过 1 Mbps 的接入称为宽带接入，目前常用的宽带接入技术主要包括：ADSL 和 FTTx + LAN。

ADSL
ADSL 全称为非对称用户数字环路，是铜线宽带接入技术的一种。其非对称体现在用户上行和下行的传输速率不相等，一般上行速率较低，下行速率高。这种接入技术适用于有宽带业务需求的家庭用户或者中小型商务用户等。

FTTx + LAN
其中 FTTx 英文翻译为 Fiber To The X，这里的 X 指任何地方，我们可以理解为光纤可以接入到任何地方，而 LAN 指的是局域网。FTTx + LAN 是一种在接入网全部或部分采用光纤传输介质，构成光纤用户线路，从而实现用户高速上网的接入技术，其中用户速率可达 20 Mbps。这种接入技术投资规模小，网络拓展性强，网络可靠稳定，使得其应用广泛，目前是城市汇总较为普及的一种宽带接入技术。

二、链路层

链路层的经典知识点包括: MAC地址,PPP协议, 以太网中的CSMA/CD协议。

MAC地址和IP地址分别有什么作用

1.MAC地址是数据链路层和物理层使用的地址，用来定义网络设备的位置。
2.IP地址是网络层和以上各层使用的地址，是一种逻辑地址。用来区分网络上的不同的计算机。

为什么有了MAC地址之后还需要IP地址

如果我们只通过MAC地址进行寻址的话，意味着路由器需要记住每一个MAC地址属于哪一个子网，不然每一次路由器收到数据包都要满世界的寻找目的地址。如果我们的路由器需要记录下全世界的MAC地址的话，一共需要2的48次方（MAC地址是48位）的内存，也就是256T。

而和MAC地址不同，IP地址是和地域相关的，在一个子网中的设备，我们给其分配的IP地址前缀都相同，这样路由器就能根据 IP 地址的前缀知道这个设备属于哪个子网，剩下的寻址就交给子网内部实现，从而大大减少了路由器所需要的内存。

为什么有了IP地址还需要MAC地址

只有当设备连入网络时，才能根据他进入了哪个子网来为其分配 IP 地址，在设备还没有 IP 地址的时候或者在分配 IP 地址的过程中，我们需要 MAC 地址来区分不同的设备。

以太网中的CSMA/CD协议

CSMA/CD协议位载波侦听/多路访问冲突检测协议，像以太网这种广播网络采用的一种机制。

载波侦听
当使用 CSMA/CD 协议时，总线上的各个节点都在监听信道上是否有信号在传输，如果有的话，表明信道处于忙碌状态，继续保持监听，直到信道空闲为止。如果发现信道是空闲的，就立即发送数据。
多路访问冲突检测
在数据的发送过程中，以太网是一直在监听信道的，当检测到当前信道冲突，就立即停止这次传输，避免造成网络资源浪费，同时向信道发送一个「冲突」信号，确保其它节点也发现该冲突。

用四个词来总结CSMA/CD协议的工作流程就是:先听后发、边发边听、冲突停发、随即重发.

数据链路层上的三个基本问题

封装成帧：将网络层传下来的分组前后分别添加首部和尾部，这样就构成了帧。首部和尾部的一个重要作用是帧定界，也携带了一些必要的控制信息，对于每种数据链路层协议都规定了帧的数据部分的最大长度。
透明传输：帧使用首部和尾部进行定界，如果帧的数据部分含有和首部和尾部相同的内容，那么帧的开始和结束的位置就会判断错，因此需要在数据部分中出现有歧义的内容前边插入转义字符，如果数据部分出现转义字符，则在该转义字符前再加一个转义字符。在接收端进行处理之后可以还原出原始数据。这个过程透明传输的内容是转义字符，用户察觉不到转义字符的存在。
差错检测：目前数据链路层广泛使用循环冗余检验（CRC）来检查数据传输过程中是否产生比特差错。

PPP协议

PPP(点对点)协议是用户计算机和ISP进行通信的时候锁使用的数据链路层协议。点对点协议为点对点连接上传输多协议数据包提供了一个标准的方法。该协议设计的主要目的是用来通过拨号或者专线建立的方式建立点对点连接发送数据，使其成为各种主机，网桥和路由器之间简单连接的一种方案。

PPP 协议具有以下特点：

1.PPP 协议具有动态分配 IP 地址的能力，其允许在连接时刻协商 IP 地址。
2.PPP 支持多种网络协议，例如 TCP/IP、NETBEUI 等。
3.PPP 具有差错检测能力，但不具备纠错能力，所以 PPP 是不可靠传输协议。
4.无重传的机制，网络开销小，速度快。
5.PPP 具有身份验证的功能。