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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date计算机网络-自顶向下设计的读书笔记(13)计算机网络-自顶向下设计的读书笔记(13)一、 数据链路层服务1、 数据链路层的一些术语/概述(1) 、结点：主机和路由器1) 链路： 连接相邻结点的通信信道a. 物理链路a) 有线链路（wired link）b) 无线链路（wireless link）c) 局域网（LANs）b. 数据链路(2) 、帧（frame）：链路层（
2、第二层）数据分组，封装网络层数据报(3) 数据链路层负责实现物理链路之间直接相连的相邻结点传送数据报2、 链路层服务 组帧1) 封装数据报构成数据帧，加首部和尾部2) 帧同步：如何从物理层传来的比特流识别帧 链路接入1) 如果是共享介质，需要解决信道接入（channel access）2) 帧首部中的“MAC”地址，用于标识帧源和目的a. 不同于IP地址3) 相邻结点间可靠交付/传输1) 在低误码率的有线链路上很少采用（如光纤，某些双绞线）2) 无线链路：wife 流量控制1) 协调相邻的发送结点和接收 差错检测1) 信号衰减和噪音会引起差错2) 接收端检测到差错a. 通知发送端重传或者直接丢
3、弃帧 差错纠正1) 接收端直接纠正比特拆错 全双工和半双工通信控制1) 全双工：链路两端结点同时双向传输2) 半双工：链路两端结点交替双向传输？3、 链路层的具体实现 每个主机或者嗯路由器接口-网卡 链路层在“适配器”（即网络接口卡-NIC）中实现或者在一共芯片上实现1) 以太网卡，802.11网卡；以太网芯片组2) 实现链路层和物理层 链接主机的系统总线 由硬件、软件于固件组成二、 差错编码1、 差错检测的基本原理(1)2、 差错编码的检错能力 差错编码可分为检错码和纠错码 对于检错码，如果编码集的汉明距离ds = r + 1，则该差错编码可以检测r位的差错1) 汉明距离：两个等长字符串之间
4、的汉明距离是两个字符串对应位置的不同字符的个数。换句话说，它就是将一个字符串变换成另外一个字符串所需要替换的字符个数2) 编码集的汉明距离：任意两个数的汉明距离的最小值3) 比如由c1与c2，c1与c2之间汉明编码一定大于r+1，如果c1错了r位，那c1也变成不了c2，因此错误的那一个一定会被检测出来的 对于纠错码，如果编码集的汉明距离ds = 2*r + 1,则该差错编码可以纠正r位的差错1) 将无效的码字纠错成离它最近的码字2) 奇偶校验码1) CheckSum发送端1) 将“数据”（校验内容）划分位为16位的二进制“整数”序列2) 求和（sum）：补码求和（最高位进位的“1”，返回最低位
5、继续加）3) 校验和（Checksum）：sum的反码4) 放入分组（UDP、TCP、IP）的校验和字段接收端1) 与发送端相同算法计算2) 计算得到的“checksum”a) 全为0（或全1）：无措b) 否则有错 循环冗余校验码（CRC）1) 检错能力更强大的差错编码2) 将数据比特，D,视为一个二进制数3) 选择一个r+1位的比特模式（生成比特模式），G4) 目标：选择r位的CRC比特，R，满足a. 刚好可以被G整出（模2）b. 接收端检错：利用G除，余式全0，无措；否则，有错！c. 可以检错所有突发长度小于r+1的差错5) 广泛应用于实际网络（以太网，802.11wife，ATM0）6)
6、7)8)三、 MAC：（multiple access control protocol）多路访问控制协议1、 两类电路： 点对点电路1) 拨号接入的PPP2) 以太网交换机于主机间的点对点链路 广播电路(共享介质)1) 早期的总线以太网2) 802.11无线局域网3) HFC的上行链路4)2、 解决问题- 单一共享广播信道 两个或者两个以上结点同时传输：干扰1) 冲突a. 结点同时接收两个或多个信号-接收失败 MAC协议1) 采用分布式算法决定结点如何共享信道，即决策结点合可以传输数据2) 必须基于信道本身，通信信道共享协调信息！a. 无带外信道用于协调 理想的MAC协议1) 给定：速率位R
7、 bps的广播信道2) 期望：a. 当只有一个结点希望传输数据时，它可以以速度R发送b. 当有M个结点期望发送数据时，每个结点平均以速度R/M速度发送c. 完全分散控制a) 无需特定结点协调b) 无需时钟、时隙同步d. 简单 MAC协议分类1) 三大类a. 信道划分MAC协议a) 多路复用技术b) TDMA，FDMA，CDMA，WDMA等c) FDMAi. 信道频谱划分未若干频带ii. 每个站点分配一个固定频带iii. 无传输频带空闲iv.d) TDMAi. “周期性”接入信道ii. 每个站点在每个周期、占用固定长度的时隙（长度=每组传输时间）iii. 未使用时隙空闲iv.e) 如果网络负载重
8、，利用率大f) 如果网络负载轻，利用率小b. 随机访问（random access）MAC协议a) 信道不划分，允许冲突b) 当有结点要发送分组时:i. 利用信道的全部速率R发送分组ii. 没有实现的结点间协调iii.c) 采用冲突“恢复”机制i. 如何检测冲突ii. 如何从冲突中恢复（eg 通过延迟重传）d) 典型的随机访问MAC协议i. 时隙（sloted）ALOHA协议i) 假定a. 所有帧大小相同b. 时间被划分为等长的时隙（每个时隙可以传输一个帧）c. 结点只能在时隙开始时刻发送帧d. 结点间时钟同步e. 如果有2个或2个以上结点在同一时隙发送帧，结点检测到冲突ii) 运行a. 当结
9、点有新的帧时，在下一个时隙发送b. 如果无冲突：该结点可以在下一个时隙继续发送新的帧c. 如果冲突：该结点在下一个时隙以概率p重传该帧，知道成功iii) 优点a. 单个结点活动时，可以连续以信道全部速率传输速率b. 高度分散化：只需同步时隙c. 简单缺点a. 冲突、浪费时隙b. 空闲时隙c. 结点也许远小于分组传输时间检测到冲突d. 时钟同步效率ii. ALOHAi) 非时隙（纯）Aloha：更加简单，无需同步ii) 当有新的数据帧生成时a. 立即发送iii) 冲突可能性增大效率iii. CSMA CSMA/CD CSMA/CAi) CSMA（载波监听多路访问协议：carrier sense
10、multiple access）a. 发送帧之前，监听信道（载波）-判断是否有其他数据信道空闲：发送完整帧信道忙：推迟发送1- -坚持CSMA非坚持CSMAP- -坚持CSMAb. 冲突仍然有可能发生：信号传播延迟c. 继续发送冲突帧：浪费信道资源ii) CSMA/CD CSMA with collision detectiona. 短时间可以检测冲突b. 冲突后传输终止，减少信道浪费c. 冲突检测a) 有限局域网易于实现：测量信号强度，比较发射信号于接收信号b) 无线局域网很难实现：接收信号强度淹没在本 地发射信号强度下c) 边发边听，不发不听c. 轮转（“taking turns”）MAC协议a) 结点轮流使用信道b) 轮询（polling）：i. 主结点轮流“邀请”从属结点发送数据ii. 典型运用：i) 哑从属设备ii) . 轮询开销iii) 等待延迟iv) 单点故障问题（主结点有问题） c) 令牌传递i. 控制令牌依次从一个结点传递到下一个结点ii. 令牌：特殊帧iii. 问题：i) 令牌开销ii) 等待延迟iii) 单点故障MAC总结信道划分协议：时间、频带、码片划分TMDA FDMA CDMA随机访问MAC协议ALOHA CSMA/CD轮转访问MAC协议主结点、令牌蓝牙 FDDI 令牌环网-
