三、数据链路层

1. 简述数据链路层

在物理层提供的不可靠物理连接上，实现点到点的可靠性传输
数据链路层可以拆分为LLC子层和MAC子层

2. 简述数据链路层的逻辑链路控制子层LLC为网络层提供的服务

1.无确认的无连接服务

• 源机器发送数据不用先建立连接，目的机器收到数据不用发回确认
• 丢失的帧交给上层处理
• 适用于可靠性高的信道

2.有确认的无连接服务

• 源机器发送数据不用先建立连接，目的机器收到数据必须发回确认
• 适用于误码率高的信道

3.有确认的面向连接服务

• 目的机器收到的每一帧都要发回确认，源机器收到确认后才能发送下一帧
• 帧传输分为链路建立-传输数据-链路释放
• 可靠性最高

4.高速传输

3. 封装成帧所要解决的问题

1.帧定界：给数据添加首尾部控制信息以区分帧边界
2.帧同步：从接收到的二进制比特流中区分帧的起始和终止位置
3.透明传输：解决数据中恰好出现于帧定界符相同的比特组合，而丢弃数据的问题

• 采用零比特填充法，每5个1后添一个0

4. 简述流量控制和差错控制的方式

1.流量控制：通过限制发送方的数据流量，使发送速率不超过接受方的能力

• 停止等待协议：发送方收到发送帧的确认后再发送下一帧
• 滑动窗口协议：
  -发送端口收到确认帧后才可以向前滑动一个窗口
  -接收方收到数据帧后，窗口前移并发回确认，落在接收窗口外的一律丢弃

2.差错控制：发送方确认接收方是否收到数据的方法

• 奇偶校验码：通过冗余位使编码为奇数或偶数个1
• 自动重传请求ARQ：发送方计时器超时重发，接收方识错丢弃
  1.停止等待协议：
  相当于发送窗口和接收窗口都是1的滑动窗口协议，采用n比特对帧编号，发送窗口尺寸为1<=W_T <=2ⁿ -1
  2.后退N帧协议（GBN）：
  发送方可以连续发送帧，收到一个确认帧则表示此前的数据帧均接收成功
  3.选择重传协议SR：
  对发送缓冲区的已发送帧进行计时，超时重传，接收缓冲区按序均收到时才接收,接收窗口最大值 W<= 2^{帧序列号 - 1}
  
  

5. 简述数据链路层的可靠传输机制

1.超时重传：发送方在计时器时间内未收到确认帧，则重传数据帧
2.确认：接收方收到数据后向发送方发送确认帧

6. 数据链路层的MAC子层知识点

网卡在出厂时，都有唯一的MAC地址，实现物理层和数据链路层的功能

7. 简述CSMA/CD协议

CSMA/CD协议是指载波侦听多路访问/碰撞检测协议

• 载波侦听指发送前先侦听，等到信道空闲再发送
• 碰撞检测指边发送边侦听
• 只能在以太网中进行半双工通信（以太网使用CSMA/CD和总线型拓扑）
• 认为经过2τ争用期未检测到碰撞，就不会发生冲突

8. 简述局域网LAN

9. 简述以太网的MAC帧

• MAC地址是每块网络适配器（网卡）的特有地址，若收到的MAC帧中的MAC地址不是本站则丢弃
• MAC帧不需要帧结束符，但是需要添加尾部
• 以太网的最短帧长是64B，MAC帧的首部和尾部为18字节，所以数据的最短帧长为64 - 18 = 46字节
• 数据的最长帧长为1500B

10.以太网的传输介质

10. 简述广域网的特点

• 广域网是因特网的核心部分
• 不同的局域网可以通过广域网进行通信
• 广域网通过结点交换机进行分组交换

11. 广域网和局域网的异同

12. 数据链路层的广域网控制协议

1.PPP协议

• 面向字节的串行线路点对点通信协议，不发生碰撞
• 提供检错不纠错的不可靠传输
• 只支持全双工链路通信
• 在异步线路中采用字节填充，在同步线路中采用硬件填充
• 组成：
  1.链路控制协议：控制和管理数据链路
  2.网络控制协议：PPP允许同时采用多种网络协议
  3.一个将IP数据报封装到串行链路的方法

2.HDLC协议

• 面向比特的全双工通信
• 支持透明传输
• 所有帧采用CRC检验和顺序编号，提供可靠传输
• 三种站类型：
  1.主站：负责控制链路操作，发出命令帧
  2.从站：按主站命令操作，发出响应帧
  3.复合站：命令帧和响应帧都可以发出

13. 简述网桥的概念和特点

1.网桥是工作在数据链路层MAC子层的网络设备，处理数据对象是帧
2.以太网可以通过网桥隔离成不同的网段和碰撞域
3.网桥不转发源站和目的站在同一个网段的数据帧，而由局域网内自己转发
4.网桥可以在连接两个不同协议的网段间进行存储转发（具有存储转发功能的设备一般都可以进行协议转换）
5.网桥只修改帧的封装格式，不修改帧内容
6.没有流量控制能力，通信时延大
7.只适用于小型局域网，传播过多会导致拥塞的网络风暴

14. 简述网桥的路径选择算法

1.透明网桥（选择不是最佳路由）

• 源LAN和目的LAN相同则丢弃该帧
• 源LAN和目的LAN不同则转发该帧
• 若目的LAN为未知则扩散该帧
• 逻辑上没有环路，但是生成树一般不是最佳路由

2.源路由网桥（选择的是最佳路由）

• 路由选择由发送帧的源站负责，源路由以广播的方式向目的站发送一个发现帧进行探测最佳路径和网络可通过的最大帧长
• 最佳路由指往返帧时间最短的路由

15. 简述局域网交换机的特点

• 工作在数据链路层的多端口网桥
• 对工作站透明，简化了网络结点的管理
• 交换机可以隔离冲突域，还可以通过VLAN隔离广播域
• 交换机端口与主机直连，工作在全双工方式下
• 主机发送数据帧时，若交换机转发表中无数据帧的目的地址端口，则除向数据帧发送端口的所有端口广播
• 使用了专用的交换芯片，交换效率高
• 用户独占带宽，N对端口的交换机容量为N*10Mb/s
• 有两种交换模式：

1. 直通式：只检查帧的目的地址，接收后立即转发，无法支持不同速率端口的交换
2. 存储转发式：将接收的帧先缓存，检查无误后再转发，可靠性高、延迟大

16.各设备特性

设备名称	能否隔离冲突域	能否隔离广播域	时延大小	通信方式（一般条件）
路由器	能	能	千微秒	全双工
网桥	能	不能	百微秒	全双工
交换机	能	不能	多端口网桥	全双工
集线器	不能	不能	多端口中继器	半双工
中继器	不能	不能	立即转发	半双工

• 物理层设备集线器和中继器不能分割碰撞域和广播域
• 数据链路层设备交换机和网桥可以分割碰撞域，但不能分割广播域
• 网络层设备路由器既可以分割碰撞域，也可以分割广播域
• 网络层以上的中继系统是网关

17. 网桥转发规则
    

• 当网桥收到目的地址未知的帧时，它将扩散该帧，把帧发送到所连接的除输入网段外的所有网段。

18. 简述广播域和冲突域的不同

• 冲突域是由同一信道内可能发生碰撞的各个网卡构成
• 广播域是能收到同一广播的所有网卡集合
• 一个网段是一个冲突域，一个局域网是一个广播域