深入理解计算机网络:链路层详解
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更新于2024-08-03
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"计算机网络笔记:链路层"
在计算机网络中,链路层是网络协议栈中的第二层,负责在两个相邻节点之间提供物理信道的逻辑连接,并确保数据帧的正确传输。这一层的主要任务包括封装成帧、透明传输、差错检测以及管理物理信道的使用。
### 基本问题
#### 1. 封装成帧
封装成帧是链路层的关键功能,它在数据包(通常来自网络层)的前后添加帧头和帧尾,以区分不同数据帧的边界。这使得接收端能够正确地识别和解码数据。帧头包含源和目的地址,以及其他控制信息;帧尾则通常包含校验序列,用于检测传输错误。
#### 2. 透明传输
透明传输确保数据帧中的任何数据组合都不会与帧的结构发生冲突,即使数据中包含了与帧边界相似的序列。例如,以太网采用一种称为“填充”或“字节填充”的方法来解决这个问题,如果连续出现特定的特殊字符(如FF在以太网中),会在其后插入额外的字符,以避免误判。
#### 3. 差错检测
链路层还负责检测传输过程中可能出现的错误,通常通过校验和或者循环冗余校验(CRC)来实现。当接收端检测到错误时,会丢弃错误帧并请求重传。
### 信道分类
#### 1. 广播信道
广播信道允许所有网络上的设备都能接收到发送的数据,如以太网就是典型的广播信道。在这种环境中,数据帧被发送到整个网络,每个设备都会接收到,但只有目标地址匹配的设备才会处理该帧。
#### 2. 点对点信道
点对点信道仅连接两个设备,数据帧只在这两个设备之间传输。例如,DSL或ADSL线路就是点对点连接的例子。
### 信道复用技术
信道复用技术允许多个用户同时使用同一物理信道进行通信,提高信道利用率。
#### 1. 频分复用(FDM)
FDM是将可用频带划分为多个子频带,每个用户分配一个子频带进行通信,互不影响。
#### 2. 时分复用(TDM)
TDM将时间划分为多个时隙,每个用户在自己的时隙内独占信道进行传输。
#### 3. 统计时分复用(STDM)
STDM类似于TDM,但它根据实际需要动态分配时隙,提高了信道利用率。
#### 4. 波分复用(WDM)
WDM在光通信中使用,通过不同波长的光信号在同一光纤中传输多个数据流。
#### 5. 码分多址(CDMA)
CDMA通过独特的编码方式使多个用户同时使用相同的频率,通过解码区分不同用户的数据。
### CSMA/CD协议
载波监听多路访问/碰撞检测(CSMA/CD)是早期局域网(如以太网)中使用的一种介质访问控制协议,它要求节点在发送数据前先监听信道是否空闲,若空闲则发送,若检测到碰撞则停止发送并等待随机时间重试。
### PPP协议
点对点协议(PPP)是一种用于点对点连接的链路层协议,常用于拨号连接或两台计算机之间的直接连接,提供数据帧的封装、错误检测和认证等功能。
### MAC地址
MAC地址是物理网络接口控制器的唯一标识,用于在局域网中识别设备。它是一个48位的二进制数,通常表示为12位的十六进制数。
### 局域网
局域网(LAN)是覆盖小范围区域(如一栋建筑或校园)的网络,允许设备间的高速数据传输。
### 以太网
以太网是最广泛使用的局域网技术,基于CSMA/CD协议,使用MAC地址进行通信。
### 交换机
交换机是一种网络设备,它通过学习和存储MAC地址来转发数据帧,允许多个设备在同一局域网中并行通信,提高了网络性能。
### 虚拟局域网(VLAN)
虚拟局域网是通过软件将物理局域网分割成逻辑上的多个独立网络,实现流量隔离和管理简化。
链路层在计算机网络中起着至关重要的作用,它确保了数据在物理层之上的可靠传输,为网络层提供了稳定的基础。随着技术的不断进步,链路层的协议和机制也在不断发展以应对新的挑战和需求。
2022-08-03 上传
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2023-09-06 上传
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