数据链路层

组帧方法

• 字符计数法：帧头记录帧长
• 字符填充的首尾定界符法：用特殊字符标记帧边界
• 零比特填充法：遇到5个1插入0（如HDLC/PPP）
• 违规编码法：利用违规信号标记边界

纠错编码

• 海明码：可纠正一位错误
• 海明距离：两个码字不同的位数
• 纠错条件：2^r >= m + r + 1，r为校验位，m为数据位

可靠传输机制 KEY

• 可靠传输的要求：无差错、不丢失、不重复、按序到达
• 基本机制：
  • 校验：CRC/FCS检测传输错误
  • 序号：每个分组编号，区分重复和失序
  • 确认：接收方返回ACK，发送方知道数据已到达
  • 超时重传：发送方未收到ACK，超时后重传
• 停止-等待协议：发送一个帧，等待ACK，收到后再发下一个
  • 发送窗口大小=1，接收窗口大小=1
  • 信道利用率低 = 发送时延 / (发送时延 + 2*传播时延)
  • 需处理三种异常：帧丢失、ACK丢失、帧差错
• 连续ARQ协议：发送方连续发送多个帧，接收方累计确认
  • 累积确认：对按序到达的最后一个帧发送确认
  • 出错时需重传所有未确认帧（后退N帧GBN）
• 选择重传SR：只重传出错的帧，效率更高但接收方需缓存

其他介质访问控制

• ALOHA协议：纯ALOHA(想发就发)、时隙ALOHA(按时隙发)
• CSMA协议：1-坚持、非坚持、p-坚持
• CSMA/CA：用于无线网络，避免冲突
• 令牌传递：确定性访问，令牌环网

信道划分介质访问控制

通过将信道资源在时间/频率/码型上划分，实现多个用户无冲突地共享信道。

• 频分复用(FDM)：不同频率子信道，同时传输，适用于模拟信号
• 时分复用(TDM)：不同时隙轮流使用，分为同步TDM和统计TDM
• 波分复用(WDM)：光纤上的频分复用，不同波长光信号
• 码分复用(CDM)：各站点使用不同码片序列，正交编码区分
• 特点：无冲突、无碰撞、但信道利用率低（预分配）

轮询访问：令牌传递协议

• 令牌环网(IEEE 802.5)：令牌在环中传递，只有持令牌的站点才能发送数据
• 令牌总线(IEEE 802.4)：逻辑上的令牌环，物理上是总线结构
• 特点：
  • 确定性访问，无冲突，适合实时应用
  • 各站点获得发送权的时间可确定
  • 维护复杂（令牌丢失、环恢复）
  • 负载重时效率高，负载轻时也需等待令牌
• 对比：随机访问（CSMA）轻负载时延迟小，重负载时冲突严重；令牌传递重负载时效率高

IEEE 802.11无线局域网

• 标准：IEEE 802.11系列（WiFi）
  • 802.11a：5GHz，54Mbps
  • 802.11b：2.4GHz，11Mbps
  • 802.11g：2.4GHz，54Mbps
  • 802.11n：2.4/5GHz，600Mbps（MIMO）
• 介质访问控制：CSMA/CA（载波监听多路访问/冲突避免）
  • 无线网无法检测冲突（隐蔽站问题），改为避免冲突
  • 使用RTS/CTS握手机制预约信道
  • 虚拟载波监听（NAV）机制
  • DIFS/SIFS/PIFS等帧间隔区分优先级
• 两种模式：有基础设施模式（AP接入点）、自组织模式(Ad hoc)
• 帧类型：数据帧、控制帧（RTS/CTS/ACK）、管理帧（Beacon）

VLAN

• 虚拟局域网，逻辑上划分广播域
• IEEE 802.1Q标准
• 同VLAN内可通信，不同VLAN需路由

数据链路层设备

• 网桥：连接两个局域网，根据MAC转发
• 交换机：多端口网桥，自学习转发表

广域网基本概念

• 定义：覆盖地理范围大（几十到几千公里），连接多个城市或国家的网络
• 组成：由多个结点交换机（路由器）及其链路组成
• 特点：点到点通信为主，交换方式为分组交换
• 与局域网对比：
  • 局域网：广播信道，共享介质，CSMA/CD等随机访问
  • 广域网：点到点信道，分组交换，路由选择