计算机网络：链路层

链路层概述

所有节点都有链路层协议：主机，交换机，路由器…

链路层协议

• 以太网协议
• 点到点协议
• 4G/5G的链路层协议
• WiFi的链路层协议

链路层服务

• 成帧：将网络层数据报封装成帧
• 链路接入：解决多个节点共享同一通信链路时，如何协调发送数据的问题。
• 可靠交付：与传输层类似，使用确认重传，一般用于无线链路
• 差错检测：比传输层更加复杂的算法，硬件实现
• 差错纠正
• 流量控制

差错检测

• 奇偶校验：1个EDC，未检测出差错的概率是50%

• 循环冗余校验 发送方把要发送的数据看成一个二进制数，用一个约定好的生成多项式去做“模 2 除法”，得到一个余数。这个余数就是 CRC 校验码。发送时把原始数据和 CRC 一起发出去。 接收方收到后，用同样的生成多项式再除一次： 如果余数为 0，通常认为数据没有出错 如果余数不为 0，说明数据在传输中发生了错误

多路访问

多个设备共享同一条通信信道时，如何协调“谁什么时候发数据”。

• 信道划分协议

  • TDMA：将帧分为时隙，节点在各自的时隙里使用信道
  • FDMA：将信道划分成不同的频段，节点在各自的频段里使用信道
  • CDMA：为每个节点分配一种不同的编码，编码之间相互正交。类似于每个人用一种不同的语言

• 随机访问协议 不划分信道，也不商量，谁要用谁就用，如果有多个节点发送帧，就会导致碰撞

  • CSMA/CD载波监听多路访问：在发送帧之前，先监听信道是否空闲，检测到碰撞时，停止帧传输,节点进入二进制指数退避过程

  [!NOTE] 二进制指数退避过程:在该帧经历了一连串m次碰撞后，节点随机地从{0,1,2, …, 2m-1}中选择一个K值，节点等待K·512比特时间之后，重新尝试传输

  问题：如果两节点距离太远，会发生冲突但却检测不出的情况 解决方法：传播时延 <= 传输时延 / 2

• 轮流协议

冲突域

在同一个共享传输介质中，可能因为同时发送数据而发生碰撞的一组设备范围。

MAC地址

是链路层用来标识网络接口的地址，每个网卡独有，用于局域网内直接通信 常见形式是 48 位二进制，通常写成 6 组十六进制数：00:1A:2B:3C:4D:5E

地址解析协议

根据 IP 地址查询对应的 MAC 地址。

以太网

有线局域网通信技术

以太网服务

不可靠服务 可靠服务通过上层TCP实现

交换机

在局域网内部根据 MAC 地址转发以太网帧。

工作过程：

• 学习 MAC 地址：交换机收到一个帧时，会记录“源 MAC 地址来自哪个端口”，形成一张 MAC 地址表。

• 查表转发：如果目标 MAC 地址在表中，交换机就把帧只转发到对应端口。

• 泛洪：如果目标 MAC 地址不在表中，交换机会把帧发到除入口端口外的所有端口，这叫泛洪。

• 过滤：如果目标 MAC 地址就在收到该帧的同一个端口，说明不需要转发，交换机会丢弃该帧。

VLAN

• 隔离广播域：一个 VLAN 内的广播不会传播到另一个 VLAN。
• 提升安全性：不同部门、不同业务可以放在不同 VLAN 中。
• 便于管理：不一定按物理位置划分网络，而是按业务、部门、用途划分。
• 减少无关广播流量：广播只在本 VLAN 内传播。

干线（Trunk）接口：一种特殊的接口，属于所有VLAN

• 能转发任何VLAN的帧
• 连接两个交换机只需要一个链路