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计算机网络重点概念整理-第三章 数据链路层【期末复习|考研复习】

news 2025/9/14 11:43:25

计算机网络复习系列文章传送门：
第一章 计算机网络概述
第二章 物理层
第三章 数据链路层
第四章 网络层
第五章 传输层
第六章 应用层
第七章 网络安全
计算机网络整理-简称&缩写

文章目录

  • 前言
  • 三、数据链路层
    • 3.1 数据链路层的基础概念
    • 3.2 帧
      • 3.2.1 帧的概念
      • 3.2.2 组帧/封装帧的方法
      • 3.2.3 差错控制
    • 3.3 流量控制、可靠传输、滑动窗口
    • 3.4 以太网中的数据帧中的MAC和LLC
    • 3.5 介质访问控制方法
      • 3.5.1 载波监听多路访问/碰撞检测CSMA/CD协议
      • 3.5.2 载波监听多路访问/碰撞避免CSMA/CA协议
      • 3.5.3 CSMA/CD与CSMA/CA两者区别
      • 3.5.4 令牌传递协议
    • 3.6 局域网
      • 3.6.1 局域网的基本概念
      • 3.6.2 以太网
      • 3.6.3 无线局域网IEEE802.11
    • 3.7 广域网
      • 3.7.1 广域网的基本概念
      • 3.7.2 局域网与广域网的区别
      • 3.7.3 广域网数据链路层控制协议
      • PPP协议
      • HDLC协议
    • 3.8 数据链路层设备
      • 3.8.1 网桥
      • 3.8.2 局域网交换机
      • 3.8.3 广播域、冲突域
  • 下一章 第四章 网络层

前言

给大家整理了一下计算机网络中的重点概念，以供大家期末复习和考研复习的时候使用。
参考资料是王道的计算机操作系统和西电的计算机操作系统。

三、数据链路层

3.1 数据链路层的基础概念

数据链路层是在物理层和网际层之间的协议，提供相邻结点的可靠数据传输，为从网络层提供服务、链路管理、帧定界、帧同步与透明传输、流量控制、差错控制。

3.2 帧

3.2.1 帧的概念

帧为数据链路层的协议数据单元，由帧头，数据，帧尾组成。帧头包含源MAC地址，目的MAC地址，类型。

3.2.2 组帧/封装帧的方法

字符计数法：在帧的头部使用一个计数字段来标明帧内字符数。
首位定界法：字符填充（采用特殊字符前用转义字符填充）零比特填充法（数据区每遇到五个1就填充一个0）。
违规编码法：局域网IEEE802标准采用，曼彻斯特编码中，“高-低”表示1，“低-高”表示0，则可以采用“高高/低低”来定界帧的起始和终止。

3.2.3 差错控制

检错编码：奇偶校验码（只能检查奇数位出错情况）、CRC循环冗余码。纠错编码：海明码。
CRC循环冗余码：设除数为n位，则阶数位n-1阶，在被除数后加n-1个0，遵从同0异1的原则找出余数FCS，最后用余数FCS替换n-1个0，则这串位CRC循环冗余码。
海明码：n位有效信息的位数，k位校验位的位数，则应满足,若信息位为D1,D2,D3,D4,则校验位为三位，即P1,P2,P3，对应海明码为H1,H2,H3,H4,H5,H6,H7。规定Pi在海明码的位，其余按序填充，则海明码的各具体分布为：P1,P2,D1,P3,D2,D3,D4，所以D1在H3上，由P1（H1）,P2（H2）（1+2=3）校验，D2在H5上，由P1（H1）,P3（H4）（1+4=5）校验，D3在H6上，由P2（H2）,P3（H4）（2+4=6）校验，D4在H7上，由P1（H1）,P2（H2）,P3（H4）（1+2+4=7）校验，按照对校验位按照异或原则（同0异1），P1=D1异或D2异或D4，P2=D1异或D3异或D4，P3=D2异或D3异或D4。记得倒过来写H7,H6,H5,H4,H3,H2,H1，把得到的P1,P2,P3放到相应的位置。校验原理，S1=P1异或D1异或D2异或D4，S2=P2异或D1异或D3异或D4，S3=P3异或D2异或D3异或D4，若S1,S2,S3的指为000，则无差错，若S1,S2,S3为100，则说明H1出错，取反即可得到纠错目的。

3.3 流量控制、可靠传输、滑动窗口

信道利用率=在这里插入图片描述，在这里插入图片描述，时间T内发送L比特数据，C为发送方传输率，T为发送周期。
流量控制采用单帧滑动窗口与停止-等待协议、多帧滑动窗口与后退N帧协议（GBN）、多帧滑动窗口与选择重传协议（SR）。
滑动窗口的重要性质：只有接收方收到一个确认帧后时，发送窗口才有可能向前滑动；停等协议的发送窗口=1，接受窗口=1，后退N帧发送窗口>1，接受窗口=1，选择重传协议发送窗口>1，接受窗口>1。只有接受窗口为1时，可以保证帧的有序接受，在数据链路层中滑动窗口在传输过程中是固定的。
若采用n比特的对帧编号，则GBN协议的发送窗口在这里插入图片描述大小应满足在这里插入图片描述，在SR协议中在这里插入图片描述。

3.4 以太网中的数据帧中的MAC和LLC

MAC对接物理层，LLC对接网络层。
MAC子层叫做介质访问控制子层，用来决定广播信道中信道分配的协议属于MAC子层。作用：数据帧的封装/卸载，帧的寻址和识别，帧的接收语发送，链路的管理，帧的差错控制等。MAC子层的存在屏蔽了不同的物理链路层种类的差异性。1.组帧拆帧，2.比特差错检测，3.寻址，4.竞争处理，5.屏蔽不同物理层的差异。
LLC子层叫做逻辑链路控制子层，LLC子层的主要功能为传输可靠性保障和控制，数据包的分段与重组，数据包的顺序传播。1.建立和释放数据链路层逻辑链接（无确认无连接、面向连接、带确认无连接、高速传送），2.提供与高层接口，3.差错控制，4.给帧加序号。

3.5 介质访问控制方法

数据链路层的介质访问控制都是点对点的通信，常见的介质访问控制方法有静态划分信道：信道划分介质访问控制（在物理层），动态划分信道：随机访问介质访问控制和轮询介质访问控制。静态划分在网络负载重的地方共享信道效率高，公平，负载较低的地方共享信道利用率低。随机访问介质访问控制在负载低的地方效率较高，负载高的地方的地方会引起冲突。
随机访问介质控制分为：ALOHA协议（纯ALOHA协议，时隙ALOHA协议），载波监听多路访问CSMA协议（1-坚持，非坚持，p坚持），载波监听多路访问/碰撞检测CSMA/CD协议，载波监听多路访问/碰撞避免CSMA/CA协议。

3.5.1 载波监听多路访问/碰撞检测CSMA/CD协议

应用于以太网，先听后发，边听边发，冲突停发，随机重发，以太网规定51.2微秒为一个争用期长度（2t），对于10Mb/s的以太网，争用期可以发送512bit，即64B，所以以太网的最小帧长为64B。
CSMA/CD协议采用二进制指数退避算法来解决碰撞问题，k为重传次数，k不超过10，k=min{重传次数，10}，从离散的[0,1,…,]]随机选一个r，则避退时间为2rt，当重传次数>=16次时，则抛弃此帧并向高层报错。

3.5.2 载波监听多路访问/碰撞避免CSMA/CA协议

应用于无线局域网，采用预约信道，ACK帧和RTS/CTS帧来避免碰撞。

3.5.3 CSMA/CD与CSMA/CA两者区别

两者主要区别：1、CSMA/CD可以检测冲突，但不能避免，CSMA/CA发送数据时不能检测信道上有无冲突，只能尽量避免。2、传输介质不同。CSMA/CD协议用于总线型以太网，CSMA/CA用于无线局域网802.11a/b/g/n等。3、检测方式不同。CSMA/CD采用电缆中电压的变化来检测，CSMA/CA采用能量检测、载波检测和能量载波检测混合三种检测方式来检测信道是否空闲。

3.5.4 令牌传递协议

应用于令牌环局域网（物理是星型拓扑，逻辑为环形拓扑），应用于网络负载较重，通信量较大的网络中。令牌传递协议为轮询访问介质控制，只有得到令牌才可以传输数据，否则等待。

3.6 局域网

3.6.1 局域网的基本概念

局域网LAN指在较小的区域内将各种计算机、外部设备、数据库等系统用双绞线，同轴电缆等链接起来，组成资源和信息共享的计算机互联网络。局域网主要使用广播信道和广播技术，注重数据传输。IEEE802标准定义局域网的模型，提供无确认无连接、面向连接、带确认无连接、高速传送。
局域网的特点：1、网络为一个单位所拥有，地理范围和站点数目有限。2、所有站点共享带宽。3、可靠性高，较低延迟和较低误码率。4、能进行广播和组播。
局域网的主要拓朴结构有：星型、环形、总线型、星型和总线型复合结构。
局域网的介质控制方法主要有CSMA/CD、令牌总线、令牌环。
局域网的分类：以太网（最主要的局域网，逻辑拓扑为总线型，物理拓扑为星型或拓展星型，IEEE802.3）、令牌环网（逻辑拓扑为环形，物理拓扑为星型，IEEE802.5）、光线分布数字接口FDDI（逻辑拓扑为环形，物理拓扑为双环型，IEEE802.8）。
局域网对应OSI参考模型中的两层：物理层和数据链路层（主要），编码方式采用曼彻斯特编码。

3.6.2 以太网

IEEE802.3标准定义的以太网逻辑拓扑为总线型，物理拓扑为星型或拓展星型，提供无连接、不可靠服务，介质为光纤、双绞线。以太网的最小帧长为64B，以太网的MAC帧由目的地址（6B），源地址（6B），类型（2B），数据，FCS（4B）组成，MAC地址的长度为6B，所以数据最小为46B，最大为1500B。
在这里插入图片描述

高速以太网：100BASE-T以太网（100Mb/s）支持全双工、半双工，在全双工下不使用CSMA/CD；吉比特（1Gb/s）支持全双工、半双工，全双工下不使用CSMA/CD；10吉比特以太网只支持全双工，不使用CSMA/CD。

3.6.3 无线局域网IEEE802.11

使用802.11的局域网又称WIFI，在MAC层采用CSMA/CA协议。帧头格式包括帧控制（2B）、生存周期ID（2B）、地址1（接收端RA，6B）、地址2（发送端TA，6B）、地址3（目的地址DA，6B）、序列控制（2B）、地址4（源地址SA，6B）。
在这里插入图片描述

最小构件为基本服务集BSS。一个服务集包括一个基站和若干移动站，所有站在本BSS可以直接通信，跨站通信必须通过本BSS的基站。AP则为基本服务集中的基站，AP名称则为WiFi名称，即服务集标识符。安装AP时为AP分配一个服务集标识符和一个信道。一个服务集覆盖的地理范围叫做一个基本服务区，一个基本服务区不超过100m。

3.7 广域网

3.7.1 广域网的基本概念

广域网通常指覆盖范围很广的长距离网络，广域网是因特网的核心，注重资源共享，对应OSI参考模型的网络层（主要）、数据链路层、物理层。广域网可与i链接不同类型的网络，既可以连接局域网，也可以连接广域网，通常由路由器来连接。广域网用一些结点交换机（结点交换机在单个网络中转发分组，路由器在多个网络构成的互联网中转发分组，交换机的功能是分组转发）及连接这些交换机的链路构成，提供点对点的连接，为了保证网络的可靠性，一个结点交换机通常与多个结点交换机相连。

3.7.2 局域网与广域网的区别

在这里插入图片描述

3.7.3 广域网数据链路层控制协议

广域网中重要的问题是路由选择和分组转发，路由选择协议负责搜索分组到某个结点到目的结点的最佳传输路由，以便构造路由表，然后路由表再构造出转发分组的转发表，分组是通过转发表转发的。

PPP协议

PPP协议是使用串行线路通信的面向字节的协议，通过拨号或专线方式建立点对点连接发送数据，应用于直接连接的两个结点的链路中，因为PPP是点对点的，因此无需采用CSMA/CD协议。PPP协议支持异步线路（字节填充法）和同步线路（比特填充法）.
PPP协议由三个部分组成，链路控制协议LCP（用于建立、配置、测试和管理线路），网络控制协议NCP（PPP协议允许采用多种网络层协议，但需要相应的NCP来配置，为网络层协议建立和配置逻辑连接），一个将IP数据报封装到串行线路的方法（PPP帧中的信息部分受最大传送单元MTU限制）。
PPP帧包括标志字段F（1B，0x7E，前后都有，出现在数据段要采用控制转义字符0x7D），地址字段A（1B，0xFF），控制字段C（1B，0x03），协议字段（2B，用于表示信息段运载的是啥网络层协议）IP数据报，FCS（2B），标志字段F（1B），IP数据报大小为0~1500B
在这里插入图片描述
PPP协议工作状态
在这里插入图片描述

当链路处于静止时，不存在物理层连接，当线路检测到载波信号时，建立物理链路，线路变为建立状态，此时LCP开始商定，商定成功时进入身份验证状态，双发身份验证（PAP,CHAP）通过后，进入网络状态，采用NCP配置网络层，配置成功后进入打开状态，就可以进行数据传输，当传输完后线路转终止状态，载波停止后回到静止状态。
PPP协议注意：1、PPP协议只保证无差别的接受（CRC校验），提供检错但不提供纠错功能，是不可靠的协议传输，因此也不采用序号和确认机制。2、PPP仅支持点对点协议，不支持多路。3、PPP只支持全双工。4、PPP两端可以运行不同的网络层协议，因为NCP的存在可以使用同一个PPP进行通信，5、PPP是面向字节的，默认为异步线路采用字符填充法，也支持在同步线路用硬件来完成比特填充。

HDLC协议

HDLC高级数据链路控制协议是一个在同步网上传输数据、面向比特的数据链路层协议，所有帧采用CRC检验，对信息帧进行顺序编号，可防止漏收或重份，传输可靠性高。采用全双工通信。数据报文可透明传输，用于实现透明传输的“0比特插入法”易于硬件实现。
HDLC站：主站（负责控制链路，发出帧为命令帧）；从站（受控于主站，按主站命令进行操作，发送帧为相应帧）；复合站（既能发送，又能接收命令帧和响应帧，并且负责整个链路的控制）。
HDLC三种操作方式：1、正常响应方式：从站发送数据需要得到主站同意；2、异步平衡方式：每一个复合站都可以实现对其他站的数据传输。3、异步响应方式：从站无需得到主站允许即可发送。
在这里插入图片描述

HDLC的控制字段C按照第一位或第二位的取值不同分为三类，信息帧I（第一位为0，用来传输数据信息或使用捎带技术对数据确认），监督真S（一二位分别为1，0，用于流量控制和差错控制，对信息帧的确认，请求重发，请求暂停等），无编号帧U（一二位均为1，用于对链路的建立、拆除等控制功能）。
PPP帧和HDLC帧的区别：1、PPP协议面向字节，HDLC协议面向比特。2、PPP帧比HDLC帧多一个2B的协议字段。3、PPP协议不用序号和确认机制，只保证无差别接受（用硬件进行CRC检验），而端到端的差错检验由高层协议负责。HDLC协议的信息帧采用了编号和确认机制，能够提供可靠传输。4、HDLC和PPP都只支持全双工，都可以实现对数据的透明传输。

3.8 数据链路层设备

物理层拓展以太网通过光纤调制器和光纤解调器，也可以通过集线器来扩展冲突域，但效率变低了。数据链路层的以太网拓展利用网桥和以太网交换机。

3.8.1 网桥

两个或多个以太网通过网桥连接后，就成为一个更大的以太网，而组成的每一个以太网就称为一个网段。网桥工作在数据链路层的MAC子层，则可以使以太网各个网段成为隔离开的冲突域。
网桥特点：1、必须具有寻址和路径选择功能，以确定帧的传输方向。2、从源网络接收帧，以目的网络的介质访问控制协议向目的网络转发帧。3、网桥在不同或相同的LAN中存储并转发帧必要时还应进行链路层上的数据转换。4、网桥基本不对接收到的帧做修改。5、网桥应该由足够打的缓冲空间，因为帧的到达速率可能高于转发速率。
网桥的优点：1、过滤通信量。2、扩大物理范围。3、可以使用不同的物理层。4、可以互联不同的局域网。5、可靠性增强。6、性能更加高。缺点：1、存储转发增加了时延。2、MAC子层没有流量控制功能（流量控制需要编号机制，编号机制在LLC子层）。3、不同的MAC子层的网段桥接在一起，需要进行帧的格式转换。4、广播信息过多时会产生广播风暴。
网桥具有路由选择功能。按照路径选择算法不同，分为透明网桥和源路由网桥。透明网桥使用一种生成树算法，选择的不是最佳路由。源路由网桥选择是最佳路由。

3.8.2 局域网交换机

实质上是多口的网桥，工作在数据链路层。利用以太网交换机可以方便的实现虚拟局域网VLAN，VLAN不仅可以隔离冲突域，也可以隔离广播域。
交换机Switch原理：检测从以太端口来的数据帧的源和目的地址MAC地址，然后在系统内哦不动态查找表进行比较，若数据帧的MAC地址不在查找表内，则将该地址加入查找表，并且将数据帧发馊给相应的目的端口。
交换机的特点：1、以太网交换机连接的主机都是独占传输媒体，无碰撞的传输数据。2、以太网交换机是通过自学习算法建立转发表的。3、总线以太网使用CSMA/CD协议，以半双工方式工作，而以太网交换机不使用共享总线，没有碰撞问题，因此不使用CSMA/CD协议，一般工作在全双工方式。

3.8.3 广播域、冲突域

广播域：网络中能收到任一设备发出的广播帧的所有设备的集合。简单就是如果一个站点发送一个广播信号，所有能接受到这个信号的设备范围成为广播域。广播域是基于第二层（数据链路层），广播域可以跨网段。
冲突域：在同一个冲突域中每个结点都能够收到被转发帧，简单就是同一时间只能有一个设备发送信息的范围。冲突域是基于第一层（物理层）。
网段：一般指一个计算机网络中使用同以物理层设备能够直接通信的部分。
Hub所有端口都在同一个广播域，冲突域内。Switch所有端口都在同一个广播域内，而每一个端口就是一个冲突域。
在这里插入图片描述

下一章 第四章 网络层

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编程新知 2025/9/8 2:34:58

【Oracle APEX开发小技巧12】

有如下需求&#xff1a; 有一个问题反馈页面&#xff0c;要实现在apex页面展示能直观看到反馈时间超过7天未处理的数据&#xff0c;方便管理员及时处理反馈。 我的方法&#xff1a;直接将逻辑写在SQL中&#xff0c;这样可以直接在页面展示 完整代码&#xff1a; SELECTSF.FE…...

编程新知 2025/9/13 15:30:49

.Net框架，除了EF还有很多很多......

文章目录 1. 引言2. Dapper2.1 概述与设计原理2.2 核心功能与代码示例基本查询多映射查询存储过程调用 2.3 性能优化原理2.4 适用场景 3. NHibernate3.1 概述与架构设计3.2 映射配置示例Fluent映射XML映射 3.3 查询示例HQL查询Criteria APILINQ提供程序 3.4 高级特性3.5 适用场…...

编程新知 2025/9/13 17:46:40

CocosCreator 之 JavaScript/TypeScript和Java的相互交互

引擎版本&#xff1a; 3.8.1 语言&#xff1a; JavaScript/TypeScript、C、Java 环境&#xff1a;Window 参考&#xff1a;Java原生反射机制 您好&#xff0c;我是鹤九日&#xff01; 回顾 在上篇文章中&#xff1a;CocosCreator Android项目接入UnityAds 广告SDK。 我们简单讲…...

编程新知 2025/8/19 15:38:50

C# 类和继承(抽象类)

抽象类 抽象类是指设计为被继承的类。抽象类只能被用作其他类的基类。 不能创建抽象类的实例。抽象类使用abstract修饰符声明。 抽象类可以包含抽象成员或普通的非抽象成员。抽象类的成员可以是抽象成员和普通带 实现的成员的任意组合。抽象类自己可以派生自另一个抽象类。例…...

编程新知 2025/8/26 6:51:02

自然语言处理——循环神经网络

自然语言处理——循环神经网络 循环神经网络应用到基于机器学习的自然语言处理任务序列到类别同步的序列到序列模式异步的序列到序列模式 参数学习和长程依赖问题基于门控的循环神经网络门控循环单元&#xff08;GRU&#xff09;长短期记忆神经网络&#xff08;LSTM&#xff09…...

编程新知 2025/9/4 7:05:35

技术栈RabbitMq的介绍和使用

目录 1. 什么是消息队列&#xff1f;2. 消息队列的优点3. RabbitMQ 消息队列概述4. RabbitMQ 安装5. Exchange 四种类型5.1 direct 精准匹配5.2 fanout 广播5.3 topic 正则匹配 6. RabbitMQ 队列模式6.1 简单队列模式6.2 工作队列模式6.3 发布/订阅模式6.4 路由模式6.5 主题模式…...

编程新知 2025/9/9 2:13:15

SiFli 52把Imagie图片，Font字体资源放在指定位置，编译成指定img.bin和font.bin的问题

分区配置 (ptab.json) img 属性介绍&#xff1a; img 属性指定分区存放的 image 名称&#xff0c;指定的 image 名称必须是当前工程生成的 binary 。 如果 binary 有多个文件&#xff0c;则以 proj_name:binary_name 格式指定文件名&#xff0c; proj_name 为工程 名&…...

编程新知 2025/9/2 21:29:46

C++.OpenGL （14/64）多光源（Multiple Lights）

多光源（Multiple Lights） 多光源渲染技术概览 #mermaid-svg-3L5e5gGn76TNh7Lq {font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;fill:#333;}#mermaid-svg-3L5e5gGn76TNh7Lq .error-icon{fill:#552222;}#mermaid-svg-3L5e5gGn76TNh7Lq .erro…...

编程新知 2025/6/11 3:15:20

数据库——redis

一、Redis 介绍 1. 概述 Redis&#xff08;Remote Dictionary Server&#xff09;是一个开源的、高性能的内存键值数据库系统&#xff0c;具有以下核心特点&#xff1a; 内存存储架构&#xff1a;数据主要存储在内存中&#xff0c;提供微秒级的读写响应 多数据结构支持&…...

编程新知 2025/7/31 10:23:08