点对点与广播信道:数据链路层通信详解
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更新于2024-08-14
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在计算机网络的第6版中,第3章详细探讨了数据链路层的重要功能和原理。数据链路层主要负责在物理层提供的比特流上进行数据传输,确保数据的可靠性和正确性。其核心概念包括:
1. **数据链路类型**:
- **点对点信道**:这种信道采用一对一的通信方式,如PPP(Point-to-Point Protocol)协议,特点是直接且高效,适合于连接距离较短、对延迟敏感的应用。
- **广播信道**:如以太网,使用一对多的广播通信,需要CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)协议来协调多个主机的数据发送,避免数据冲突。
2. **数据链路层的三个基本问题**:
- **封装成帧**:为了在不同长度的数据上添加地址和控制信息,将数据分割成固定大小的帧,以便在链路上传输。
- **透明传输**:确保数据在链路层传输时不携带任何额外的控制信息,保持原始数据的完整性。
- **差错检测**:通过检错和纠错机制,如CRC校验,确保数据的准确性。
3. **硬件地址与适配器**:
- **硬件地址**,也称为MAC地址,是网络适配器(网卡)的唯一标识符,用于在局域网中区分不同的设备,是数据链路层通信的基础。
- **适配器(网卡)**:负责实现数据链路层协议,包括链路层和物理层的功能,如发送和接收数据,以及帧的封装和解封装。
4. **局域网与通信设备**:
- **集线器、网桥和交换机**:这些设备在数据链路层起到连接和路由作用,集线器简单地转发所有接收到的信号,网桥根据MAC地址进行过滤,而交换机则更智能地根据目的地地址进行分发。
- **CSMA/CD协议特点**:这是一种基于冲突检测的介质访问控制协议,每个设备在发送前监听信道,只有在信道空闲时才发送,以防止数据包碰撞。
5. **数据流动模型**:
- 数据链路层关注的是帧的传输,无论通过点对点还是广播信道,帧都是从应用层经过运输层、网络层到达物理层后,由数据链路层封装、发送和接收。
6. **帧的封装和解封装**:
- 在点对点信道上,数据链路层会将IP数据报封装成帧,包含帧头(MAC地址、长度等)、数据区和帧尾。接收端同样会解封装,提取出IP数据报进行进一步处理。
数据链路层是计算机通信的关键环节,它负责数据的可靠传输,通过适配器与网络设备协同工作,确保在各种类型的通信信道上高效、准确地传输数据帧。理解这些概念对于设计和维护现代网络系统至关重要。
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