深入理解计算机网络：链路层详解

"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。