5.1 链路层概述

1.将运行链路层协议的所有设备均称为结点node

2.把沿着通信路径连接相邻结点的通信信道称为链路link。

3.在通过特定的链路时，传输结点将数据报封装在链路层帧中，并将该帧传送到链路中。

5.1.1 链路层提供的服务

1.成帧framing

2.链路接入。媒体访问控制MAC协议规定了帧在链路上传输的规则

3.可靠交付

4.差错检测和纠正

5.1.2 链路层在何处实现

1.链路层的主体部分是在网络适配器中实现的（网络接口卡）。位于网络适配器核心的是链路层控制器。

5.2 差错检测和纠正技术

1.差错检测和纠正比特EDC

差错检测与纠正的场景

5.2.1 奇偶校验

1.偶校验1的总数是偶数，奇校验1的总数是奇数

2.二维奇偶校验

二维偶校验

5.2.2 检验和方法

因特网检验和

5.2.3 循环冗余检测

1.CRC编码也成为多项式编码

2.如果余数为非零就出现了差错。CRC计算采用XOR

CRC比特

CRC的例子

G是由国际标准定义的

5.3 多路访问链路和协议

1.点对点链路是由链路一端的单个发送方和链路另一端的单个接收方组成。

2.广播链路，它能够让多个发送和接收结点都连接到相同的、单一的、共享的广播信道上。

3.多路访问协议，结点通过这些协议来规范它们在共享的广播信道上的传输行为

4.结点同时接到多个帧，即发送碰撞

5.多路访问协议可以划分为：（1）信道划分协议（2）随机接入协议（3）轮流协议

5.3.1 信道划分协议

1.TDM将时间划分为时间帧，并进一步划分每个时间帧为N个时隙。每个时隙划分给N个结点中的一个

2.TDM消除了碰撞而且非常公平，但是存在结点被限制了R/N的平均速率以及总是等待它传输序列中的轮次

3.FDM是将信道划分为不同的频段

4.第三种信道划分协议是码分多址CDMA，为每个结点分配一个不同的编码

5.3.2 随机接入协议

1.一个传输结点总是以信道的全部速率进行发送。有碰撞时，等待一个随机时延再发送

时隙ALOHA

1.我们假设（1）所有帧都由L比特组成（2）一个时隙等于传输一帧的时间（3）结点只有在时隙起点开始传输帧（4）结点是同步的，每个结点都知道时隙何时开始（5）在一个时隙里有帧发送碰撞，则所有结点在该时隙检测到碰撞。

2.时隙ALOHA的操作是（1）当结点有一个新帧要发送时，它等到下一个时隙开始并在该时隙传输整个帧（2）如果没有碰撞则成功地传输该帧（3）如果有碰撞，该结点在时隙结束之前检测到这次碰撞，并以概率p在后续的每个时隙重传它的帧。

3.N个结点中任意一个结点传送成功的概率是，最大效率为1/e=0.37

ALOHA

1.没有时隙，每个时间点都可以传送

2.一个给定结点传输成功的概率是，最大效率为1/2e

载波侦听多路访问CSMA

1.载波侦听，一个结点在传输前先听信道

2.碰撞检测。如果检测到另一个结点正在传输干扰帧，它就停止传输

3.由于信道传播时延的存在使得CSMA有几率发送碰撞。

具有碰撞检测的载波侦听多路访问CSMA/CD

1.如果在传输时检测到来自其他适配器的信号能量则终止传输，等待一个随机量。

2.当碰撞结点数量较少时，时间间隔较短，当碰撞数量较大时，时间间隔较长

3.以太网的多路访问协议中的二进制指数后退可以解决时间间隔设置问题。该帧经过n次碰撞，就随机地从

[0,2^n-1]中选择一个K值，结点实际等待时间为K*512比特时间

CSMA/CD效率

5.3.3 轮流协议

1.轮询协议。主节点依次告诉结点能够传输帧的最大数量，传输完成之后进行下一个结点

2.令牌传递协议。

5.3.4 DOCSIS：用于电缆因特网接入的链路层协议

1.CMTS在下行信道发送称为MAP报文的控制报文来指定哪个电缆调制解调器的时间间隔

2.调制解调器在专用微时隙间隔内向CMTS发送微时隙请求帧。该发送采用随机接入方式，有可能发送碰撞，采用二进制回退法

CMTS和电缆调制解调器之间的上行和下行信道

5.4 交换局域网

5.4.1 链路层寻址和ARP

MAC地址

1.适配器（网络接口）的地址，链路层地址即为MAC地址，长度为6个字节

地址解析协议ARP

1.地址解析协议用于将IP地址与MAC地址互相转换。ARP表

2.查询ARP报文是在广播帧中发送的，而响应ARP报文是在一个标准帧中发送的。其次，ARP是即插即用的

发送数据报到子网以外

1

2

5.4.2 以太网

1.总线拓扑、星形拓扑

以太网帧结构

以太网帧结构

1.数据字段存放的是IP数据报，大小为46~1500KB

2.目的地址，目的适配器的MAC地址

3.源地址

4.类型字段

5.CRC，循环冗余检测字段

6.前同步码，用于同步接收方和发送方的时钟

无连接、不可靠服务

以太网技术

CSMA/CD with binary backoff

100Mbps以太网标准：共同的链路层，不同的物理层

5.4.3 链路层交换机

交换机转发和过滤

1.过滤filtering是决定一个帧应该转发到某个接口还是应当将其丢弃的交换机功能，

2.转发forwarding是决定一个帧应该被导向哪个接口，并把该帧移动到那些接口的交换机功能。

3.过滤和转发借助于交换机表

4.（1）如果目的MAC地址不在交换表中则广播该帧（2）如果目的地址为本身，则过滤（3）如果目的地址不是本身，就转发到输出缓存中

自学习

1.交换机表初始化为空

2.对于每个接收到的帧，在表中存储源地址字段中的MAC地址、该帧到达的接口、当前时间

3.一段时间之后，交换机没有收到以该地址作为源地址的帧就在表中删除这个地址

链路层交换机的性质

1.消除碰撞

2.异质的链路

3.管理

交换机和路由器的比较

路由器和交换机的比较

5.4.4 虚拟局域网

1.流量隔离

2.动态成员关系

3.在VLANs之间转发

4.VLAN干线连接

干线连接

5.VLAN标签（用于判断帧属于哪个VLAN）——标签协议标识+标签控制信息

802.1Q标签以太网VLAN帧

多协议标签交换MPLS

MPLS

数据中心网络

数据中心网络