《計算機網絡-自頂向下》筆記-第五章-鏈路層

鏈路層

鏈路層提供的服務

鏈路層的實現，其主體部分在 **網絡適配器(網絡接口卡)**中。

• 成幀(framing)：講網絡層傳來的數據報打封成幀，幀的結構取決於鏈路層協議
• 鏈路接入：媒體訪問控制(Medium Access Control, MAC)協議規定了幀在鏈路上的傳播規則
• 可靠交付
• 差錯檢測和糾正

差錯檢測和糾正技術

差錯檢測的三種技術:

• 奇偶校驗
• 檢驗和方法
• 循環沉餘檢測

多路訪問協議

在鏈路網絡中，點對點的傳輸(點對點鏈路)是很簡單的，可是多對一的傳輸(被稱爲 廣播鏈路)，因爲可能形成 碰撞(collide)，如何才能協調它們？這就是被稱爲多路訪問問題的問題。與此相應的，網絡經過多路訪問協議來解決這類問題。

協議類型

• 信道劃分協議
• 隨機接入協議
• 輪流協議

一個理想協議應該擁有的特色

• 僅有一個節點發送數據時，其吞吐量等於信道的吞吐量
• 多個節點發送數據時，其公平的共享信道的吞吐量
• 協議是分散式的，不會由於某一個節點損壞而崩潰
• 協議是簡單的且成本低

#交換局域網

鏈路層尋址和ARP

鏈路層經過MAC地址做爲鏈路層尋址的地址，而非網絡層的IP地址，主要目的在於保證 各層獨立 的原則，並且，局域網並不是只適用於IP網絡和因特網。

地址解析協議(ARP)

由於鏈路層處理的是MAC地址，可是網絡層(IP協議)發下來的數據報只帶着IP地址，所以須要把IP地址和MAC地址進行轉換，至於爲何不直接用IP地址，參見上面。

每臺主機或路由器在其內存中都維持着一個ARP表，用於記錄IP地址對應MAC地址的映射

當一個節點想發送分組到另外一個節點(多是一臺主機或路由器)時的流程：

子網內：

1. 發送方會構建的一個特殊的ARP分組，其中含有發送方的IP和MAC地址，以及目的的IP地址。
2. 節點的適配器會把ARP分組封在鏈路層幀中，並經過指示目標MAC地址爲FF-FF-FF-FF-FF-FF，進行一次廣播
3. 接收到廣播的主機會檢查本身的IP地址，若是相符就發送一個ARP響應分組，告知本身的MAC地址
4. 發送方獲得MAC地址，同時記錄在本身的ARP表中

子網外: 目的節點由某個節點變爲子網內的默認路由器，由路由器轉發到網絡上，最終達到目標節點的子網，執行上述步驟。

以太網

以太網幀結構

• 數據字段
• 目的地址
• 源地址
• 類型：指示其上層協議，用於多路複用和分解
• CRC：循環冗餘檢測，用於檢測幀是否出現了差錯
• 前同步碼：用於「喚醒」接受適配器

鏈路層交換機

轉發和過濾

經過 交換機表，交換機會作：

• 轉發：決定一個幀會被導向哪一個接口
• 過濾：決定一個幀是會被轉發仍是被丟棄

交換機的自學習特性

原理：

1. 交換機表初始爲空
2. 對於接受到的每一個幀，存儲其：
   • 源MAC地址
   • 到達時的接口
   • 當前時間
3. 一段時間沒有收到某個主機的幀後，將其MAC地址從交換機表刪掉

性質

• 即插即用
• 消除了多路交換時可能形成的碰撞
• 異質的鏈路：隔離不一樣的鏈路，使得不一樣鏈路能夠在不一樣的媒體上運行
• 管理功能