物理层
通信方式:单工通信、半双工通信、全双工通信
带通调制:模拟信号是连续的信号,数字信号是离散的信号。带通调制把数字信号转换为模拟信号。
数据链路层
数据链路层使用信道的主要类型:点对点信道以及广播信道
点对点信道:一对一的点对点通信方式,使用PPP协议进行控制
广播信道:一对多的通信方式,主要使用CSMA/CD协议进行控制
信道复用技术:频分复用、时分复用、统计时分复用、波分复用、码分复用
频分复用:频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源
时分复用:所有用户在不同的时间占用同样的频带宽度
统计时分复用:是对时分复用的一种改进,不固定每个用户在时分复用帧中的位置,只要有数据就集中起来组成统计时分复用帧然后发送。
波分复用:波分复用就是光的频分复用。由于光的频率很高,因此习惯上用波长而不是频率来表示所使用的光载波。
码分复用:更多的是采用码分多址CDMA。每一个用户可以在同样的时间使用同样的频带进行通信。由于各用户使用经过特殊挑选的不同码型,因此各用户之间不会造成干扰。
数据链路层的三个基本问题:封装成帧、透明传输和差错检测
封装成帧:在一段数据的前后分别添加首部和尾部,这样就构成了一个帧。首部以及尾部用于标记帧的开始和结束。
透明传输:表示无论什么样的比特组合的数据,都能够按照原样没有差错的通过这个数据链路层
差错检测:目前数据链路层广泛使用了循环冗余检验(CRC)来检查比特差错。
PPP协议:互联网用户通常需要连接到某个 ISP 之后才能接入到互联网,PPP 协议是用户计算机和 ISP 进行通信时所使用的数据链路层协议。
PPP协议的帧格式:
PPP协议帧的首部和尾部分别为4个字段和2个字段。F为标志字段;A为地址字段;C为控制字段;FCS为2字节的CRC的帧检验序列
CSMA/CD 协议(表示载波监听多点接入 / 碰撞检测):
多点接入:说明这是总线型网络,许多主机以多点的方式连接到总线上
载波监听:每个主机都必须不停地监听信道。在发送前,如果监听到信道正在使用,就必须等待
碰撞检测:即“边发送边监听”。在发送中,如果监听到信道已有其它主机正在发送数据,就表示发生了碰撞。虽然每个主机在发送数据之前都已经监听到信道为空闲,但是由于电磁波的传播时延的存在,还是有可能会发生碰撞。
MAC层的硬件地址:在局域网中,硬件地址又称为物理地址或MAC地址,大小为6字节(48位),用于唯一标识网络适配器。一台主机拥有多少个网络适配器就有多少个 MAC 地址。例如笔记本电脑普遍存在无线网络适配器和有线网络适配器,因此就有两个 MAC 地址,该地址存储在适配器的ROM中。
MAC帧的格式
局域网按照网络拓扑结构分为:星型、环形、总线型。
以太网是一种星型拓扑结构局域网,但逻辑上以太网仍然使用总线型拓扑和CSMA/CD的总线早期使用集线器进行连接,集线器是一种物理层设备,作用于比特而不是帧,当一个比特到达接口时,集线器重新生成这个比特,并将其能量强度放大,从而扩大网络的传输距离,之后再将这个比特发送到其它所有接口。如果集线器同时收到两个不同接口的帧,那么就发生了碰撞。目前以太网使用交换机替代了集线器,交换机是一种链路层设备,它不会发生碰撞,能根据 MAC 地址进行存储转发。
交换机具有自学习能力,学习的是交换表的内容,交换表中存储着 MAC 地址到接口的映射。
正是由于这种自学习能力,因此交换机是一种即插即用设备,不需要网络管理员手动配置交换表内容。下图中,交换机有4个接口,主机A向主机B发送数据帧时,交换机把主机A到接口1的映射写入交换表中。为了发送数据帧到B,先查交换表,此时没有主机B的表项,那么主机A就发送广播帧,主机C和主机D会丢弃该帧,主机B回应该帧向主机A发送数据包时,交换机查找交换表得到主机A映射的接口为1,就发送数据帧到接口1,同时交换机添加主机B到接口2的映射。
虚拟局域网可以建立与物理位置无关的逻辑组,只有在同一个虚拟局域网中的成员才会收到链路层广播信息。例如下图中 (A1, A2, A3, A4) 属于一个虚拟局域网,A1 发送的广播会被 A2、A3、A4收到,而其它站点收不到。使用VLAN干线连接来建立虚拟局域网,每台交换机上的一个特殊接口被设置为干线接口,以互连 VLAN 交换机。IEEE 定义了一种扩展的以太网帧格式 802.1Q,它在标准以太网帧上加进了4字节首部VLAN标签,用于表示该帧属于哪一个虚拟局域网。
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