计算机网络 （4）

数据链路层

• 术语：
  • node 结点
  • link 链路 (i.e wired links, wireless links, LANs)
  • frame 帧
• 数据链路层 负责通过一条链路从一个节点向另一个物理链路直接相连的相邻结点传送数据报。
• 链路层服务
  • framing 组帧
  • link access 链路接入
  • 相邻结点间可靠交付
  • flow control
  • error detection
  • error correction
  • 全双工和半双工通信控制

差错编码

• 差错编码不能保证100%可靠
• 差错编码可分为检错码与纠错码
• 奇偶校验码
• checksum
• CRC 循环冗余校验码

MAC （多路访问控制）协议

• 两个以上结点同时传输：interference
  • collision
  • 同时接受多个信号->接受失败
• multiple access control protocol
• 分类：
  • channel partitioning MAC protocol
    • TDMA, FDMA, CDMA, WDMA 等
  • random accesss MAC protocol
  • taking turns MAC protocol

Random access MAC protocol

• 典型的：
  • sloted ALOHA
    • 所有帧大小相同
    • 当结点有新的帧时，在下一个时隙发送
    • 优点 ：
      • 单个结点，全部速率
      • 高度分散化
      • 简单
    • 缺点：
      • 冲突，浪费时隙
      • 空闲时隙
    • efficiency ：长期运行时，成功发送帧的时隙所占比例.P=0.37
    • 非时隙ALOHA ：更加简单，无需同步。P=0.18
  • ALOHA
  • CSMA, CSMA/CD, CSMA/CA
    • CSMA （carrier sense multiple access）
      • 冲突可能仍然发生
    • CSMA/CD 协议
      • CSMA with Collision Detection
      • 工作原理：
      • \[L_{min}/R=2*d_{max}/V, d_{max}=(V/2R)*L_{min} , \Delta d_{max}=(V/2R)*\Delta L_{min}\]
      • example : 传输速率 1Gbps，传播速度 200 000 km/s ， 最小数据帧长度减少800 bit ，则最远的两个站点之间的距离至少需要 ： 减少80 m
      • $T_{prop}=LAN中2个结点间的最大传播延迟$
      • $t_{trans}=最大帧传输延迟$
      • $效率=\frac{1}{1+5t_{prop}/t_{trans}}$
      • 远优于ALOHA，并且简单，分散
  • taking turns MAC protocol
    • 轮转访问 MAC 协议
      • 信道划分MAC协议：负载重 共享信道效率高 公平 / 负载轻 效率低
      • 随机访问MAC协议：负载轻 效率高

        轮转访问MAC协议 ：综合两者优点

    • polling 轮询.
    • token passing

MAC协议总结

• 信号划分MAC协议：TDMA, FDMA, CDMA
• 随机访问MAC协议：ALOHA, S-ALOHA, CSMA, CSMA/CD
  • CSMA/CD -> 以太网
  • CSMA/CA -> 802.11 WLAN
• 轮转访问MAC协议：蓝牙，FDDI，令牌环网

ARP协议

32位IP地址：网络层地址。支持分组转发。
MAC地址： 链路层。48 bit MAC地址（用于大部分LANs），固化在网卡。e.g. 1A-2F-BB-76-09-AD。局域网中的每网卡有一个唯一的MAC地址

Ethernet 以太网