计算机网络自顶向下设计的读书笔记13.docx
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计算机网络自顶向下设计的读书笔记13
1、数据链路层服务
1、数据链路层的一些术语/概述
(1)、结点:
主机和路由器
1)链路:
连接相邻结点的通信信道
a.物理链路
a)有线链路(wiredlink)
b)无线链路(wirelesslink)
c)局域网(LANs)
b.数据链路
(2)、帧(frame):
链路层(第二层)数据分组,封装网络层数据报
(3)数据链路层负责实现物理链路之间直接相连的相邻结点传送数据报
2、链路层服务
1组帧
1)封装数据报构成数据帧,加首部和尾部
2)帧同步:
如何从物理层传来的比特流识别帧
2链路接入
1)如果是共享介质,需要解决信道接入(channelaccess)
2)帧首部中的“MAC”地址,用于标识帧源和目的
a.不同于IP地址
3)
3相邻结点间可靠交付/传输
1)在低误码率的有线链路上很少采用(如光纤,某些双绞线)
2)无线链路:
wife
4流量控制
1)协调相邻的发送结点和接收
5差错检测
1)信号衰减和噪音会引起差错
2)接收端检测到差错
a.通知发送端重传或者直接丢弃帧
6差错纠正
1)接收端直接纠正比特拆错
7全双工和半双工通信控制
1)全双工:
链路两端结点同时双向传输
2)半双工:
链路两端结点交替双向传输?
3、链路层的具体实现
1每个主机或者嗯路由器接口---网卡
2链路层在“适配器”(即网络接口卡--NIC)中实现或者在一共芯片上实现
1)以太网卡,802.11网卡;以太网芯片组
2)实现链路层和物理层
3链接主机的系统总线
4由硬件、软件于固件组成
5
6
2、差错编码
1、差错检测的基本原理
(1)
2、差错编码的检错能力
1差错编码可分为检错码和纠错码
2对于检错码,如果编码集的汉明距离ds=r+1,则该差错编码可以检测r位的差错
1)汉明距离:
两个等长字符串之间的汉明距离是两个字符串对应位置的不同字符的个数。
换句话说,它就是将一个字符串变换成另外一个字符串所需要替换的字符个数
2)编码集的汉明距离:
任意两个数的汉明距离的最小值
3)
比如由c1与c2,c1与c2之间汉明编码一定大于r+1,如果c1错了r位,那c1也变成不了c2,因此错误的那一个一定会被检测出来的
3对于纠错码,如果编码集的汉明距离ds=2*r+1,则该差错编码可以纠正r位的差错
1)
将无效的码字纠错成离它最近的码字
2)
4奇偶校验码
1)
5CheckSum
发送端
1)将“数据”(校验内容)划分位为16位的二进制“整数”序列
2)求和(sum):
补码求和(最高位进位的“1”,返回最低位继续加))
3)校验和(Checksum):
sum的反码
4)放入分组(UDP、TCP、IP)的校验和字段
接收端
1)与发送端相同算法计算
2)计算得到的“checksum”
a)全为0(或全1):
无措
b)否则有错
6循环冗余校验码(CRC)
1)检错能力更强大的差错编码
2)将数据比特,D,视为一个二进制数
3)选择一个r+1位的比特模式(生成比特模式),G
4)目标:
选择r位的CRC比特,R,满足
a.
b.接收端检错:
利用G除
c.可以检错所有突发长度小于r+1的差错
5)广泛应用于实际网络(以太网,802.11wife,ATM0)
6)
7)
8)
3、MAC:
(multipleaccesscontrolprotocol)多路访问控制协议
1、两类电路:
1点对点电路
1)拨号接入的PPP
2)以太网交换机于主机间的点对点链路
2广播电路(共享介质)
1)早期的总线以太网
2)802.11无线局域网
3)HFC的上行链路
4)
2、解决问题----
1单一共享广播信道
2两个或者两个以上结点同时传输:
干扰
1)冲突
a.结点同时接收两个或多个信号-----接收失败
3MAC协议
1)采用分布式算法决定结点如何共享信道,即决策结点合可以传输数据
2)必须基于信道本身,通信信道共享协调信息!
a.无带外信道用于协调
4理想的MAC协议
1)给定:
速率位Rbps的广播信道
2)期望:
a.当只有一个结点希望传输数据时,它可以以速度R发送
b.当有M个结点期望发送数据时,每个结点平均以速度R/M速度发送
c.完全分散控制
a)无需特定结点协调
b)无需时钟、时隙同步
d.简单
5MAC协议分类
1)三大类
a.信道划分MAC协议
a)多路复用技术
b)TDMA,FDMA,CDMA,WDMA等
c)FDMA
i.信道频谱划分未若干频带
ii.每个站点分配一个固定频带
iii.无传输频带空闲
iv.
d)TDMA
i.“周期性”接入信道
ii.每个站点在每个周期、占用固定长度的时隙(长度=每组传输时间)
iii.未使用时隙空闲
iv.
e)如果网络负载重,利用率大
f)如果网络负载轻,利用率小
b.随机访问(randomaccess)MAC协议
a)信道不划分,允许冲突
b)当有结点要发送分组时:
i.利用信道的全部速率R发送分组
ii.没有实现的结点间协调
iii.
c)采用冲突“恢复”机制
i.如何检测冲突
ii.如何从冲突中恢复(eg通过延迟重传)
d)典型的随机访问MAC协议
i.时隙(sloted)ALOHA协议
i)假定
a.所有帧大小相同
b.时间被划分为等长的时隙(每个时隙可以传输一个帧)
c.结点只能在时隙开始时刻发送帧
d.结点间时钟同步
e.如果有2个或2个以上结点在同一时隙发送帧,结点检测到冲突
ii)运行
a.当结点有新的帧时,在下一个时隙发送
b.如果无冲突:
该结点可以在下一个时隙继续发送新的帧
c.如果冲突:
该结点在下一个时隙以概率p重传该帧,知道成功
iii)优点
a.单个结点活动时,可以连续以信道全部速率传输速率
b.高度分散化:
只需同步时隙
c.简单
缺点
a.冲突、浪费时隙
b.空闲时隙
c.结点也许远小于分组传输时间检测到冲突
d.时钟同步
效率
ii.ALOHA
i)非时隙(纯)Aloha:
更加简单,无需同步
ii)当有新的数据帧生成时
a.立即发送
iii)冲突可能性增大
效率
iii.CSMACSMA/CDCSMA/CA
i)CSMA(载波监听多路访问协议:
carriersensemultipleaccess)
a.发送帧之前,监听信道(载波)----判断是否有其他数据
信道空闲:
发送完整帧
信道忙:
推迟发送
1---坚持CSMA
非坚持CSMA
P--坚持CSMA
b.冲突仍然有可能发生:
信号传播延迟
c.继续发送冲突帧:
浪费信道资源
ii)CSMA/CDCSMAwithcollisiondetection
a.短时间可以检测冲突
b.冲突后传输终止,减少信道浪费
c.冲突检测
a)有限局域网易于实现:
测量信号强度,比较发射信号于接收信号
b)无线局域网很难实现:
接收信号强度淹没在本地发射信号强度下
c)边发边听,不发不听
c.轮转(“takingturns”)MAC协议
a)结点轮流使用信道
b)轮询(polling):
i.主结点轮流“邀请”从属结点发送数据
ii.典型运用:
i)哑从属设备
ii).轮询开销
iii)等待延迟
iv)单点故障问题(主结点有问题)
c)令牌传递
i.控制令牌依次从一个结点传递到下一个结点
ii.令牌:
特殊帧
iii.问题:
i)令牌开销
ii)等待延迟
iii)单点故障
MAC总结
信道划分协议:
时间、频带、码片划分
TMDAFDMACDMA
随机访问MAC协议
ALOHA
CSMA/CD
轮转访问MAC协议
主结点、令牌
蓝牙FDDI令牌环网
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