目录
4.点对点协议PPP
4.1.PPP协议的组成
**1.链路控制协议：**用于建立、配置、测试数据链路的连接以及协商一些选项
**2.网络层PDU封装到串行链路的方法：**网络层PDU作为PPP帧的数据载荷被封装在PPP帧中传输
**3.网络控制协议：**包含多个协议，分别用来支持不用的网络层协议
4.2.PPP协议的帧格式
|----|----|----|----|----------------|-----|----|
| F | Ａ | C | P | 封装上层的协议数据单元PDU | FCS | F |
| 1B | 1B | 1B | 2B | <=MTU1500B | 2B | 1B |
PPP协议的帧分为帧首部、帧的数据载荷、帧尾部三部分组成。其中帧首部 包括标志字段F，地址字段Ａ，控制字段C，协议字段P组成；数据载荷部分 为封装上层的协议数据单元PDU；帧尾部包括帧检验序列FCS字段和标志字段F
其中协议字段的值用于表示帧的数据载荷应向上交付给哪一个协议，帧检验序列FCS用于CRC计算
4.3.PPP帧的透明传输
若PPP帧的信息字段出现了与标志字段相同的内容0x7E时，需要采用相应措施进行透明传输
1.面向字节的异步链路时采用字节填充
发送方：
1.将信息字段的每一个0x7E减去0x20（即异或0x20），随后在其前面插入转义字符0x7D。该操作相对于将原本的0x7E转换为两个字节0x7D和0x5E
2.若信息字段中本身含有0x7D，则将其转换成0x7D和0x5D
3.若出现ASCII码的控制字符，则将其加上0x20后在前面添加0x7D
接收方收到该帧后执行相反操作还原该帧
2.面向比特的同步链路时采用零比特填充
发送方数据载荷中每出现五个连续的1时，在后方添加0，接收方相应还原数据
4.4.差错检测以及PPP协议工作状态
1.差错检测
接收方每收到一个PPP帧将进行CRC检验，若检验合格则成功接受，不合格则丢弃该帧。因此PPP数据链路层向上提供的是不可靠数据传输服务
2.工作状态
1.PPP链路的开始和结束状态都是静止状态，此时用户的PC与ISP服务区之间不存在物理层连接
2.当检测到载波信号并建立物理层连接后，PPP进入建立状态
3.LCP 开始写上配置选项，协商成功进入鉴别 状态，失败则退回静止（有些无需鉴别）
4.通信双方鉴别成功后进入网络 状态，失败则进入终止
5.PPP链路两端进行NCP配置，成功后链路进入打开状态
6.双方进行通信
7.出现故障或一方终止请求时，链路进入终止 ，当载波停止后回到静止状态
5.共享式以太网
5.1.网络适配器和MAC地址
1.网络适配器（网卡）
当计算机要进行网络连接时，需要使用相应的网络适配器；网络适配器可以实现物理层和数据链路层的功能、进行串/并行转换
当计算机CPU存储器访问访问网卡时，采用并行传输，网卡连接到局域网时采用串行传输
2.MAC地址（硬件地址/物理地址）
在点对点信道中，数据链路层不需要地址，而在广播信道上，每个主机存在唯一的数据链路地址（包装在帧首部，用于媒体接入控制）
IEEE 802标准的局域网MAC地址格式
|-------------|-------------|-------------|-------------|-------------|-------------|
| 第一字节 | 第二字节 | 第三字节 | 第四字节 | 第五字节 | 第六字节 |
| b7b6...b1b0 | b7b6...b1b0 | b7b6...b1b0 | b7b6...b1b0 | b7b6...b1b0 | b7b6...b1b0 |
前三字节是组织唯一标识符 ，需要向IEEE申请，后三字节为厂商分配的网络接口标识符
IEEE规定第一字节的b0位为I/G位 ，I/G=0表示单播地址，I/G=1表示多播地址；b1位为G/L位，G/L=0表示全球管理，G/L=1表示本地管理；因此48比特的MAC地址可分为全球单播，全球多播，本地单播，本地多播四种类型
5.2.CSMA/CD协议
5.2.1.CSMA/CD协议的基本原理
载波监听CS： 每个站点发送帧前先进行检测其他站点有无发送（先听后说 ），若总线忙则继续检测并等待总线转为**空闲96比特时间（帧间最小间隔）**再进行发送；若检测总线为空闲96比特时间则直接发送帧
**多址接入MA：**多个站点连接在一条总线上竞争使用
碰撞检测CD： 站点边发送边检测碰撞（边说边听），一旦总线上发生碰撞则立即停止发送，退避一段时间后再次从CS阶段开始发送
注意：
1.CS检测到总线空闲时总线并不一定空闲（信号还未传达）
2.CSMA/CD协议只能尽量避免碰撞
3.只适用于半双工通信，不适用于无线网络
5.2.2.争用期
站点从发送帧起，最多经过2t（以太网端到端的传播时延为t）检测出是否发生碰撞，端到端的往返时间2t称为争用期或碰撞窗口
站点从发送帧起，经过争用期2t仍未检测到碰撞即可确定本次发送顺利
规定10Mb/s共享式总线以太网争用期为512比特发送时间，即51.2微秒；最小帧长为64字节（检测到小于64字节帧为无效帧）；最大帧长为1518B（1500+18）
5.2.3.退避算法------截断二进制指数退避算法
1.基本退避时间：将争取用期2t作为基本退避时间
2.随机数r：从{0,1,2,···,(2^k -1)}中随机选择，其中k=min[重传次数，10]
3.计算退避时间：退避时间=基本退避时间 * 随机数r
若重传16次仍未成功则放弃重传并向高层报告本次错误
5.2.4.信道利用率
极限信道利用率 ：
Smax =T0/（T0+t）=1/（1+a） （a=t/T0）
T0表示发送时延
提高信道利用率就需要将距离尽量缩短且帧尽量长
5.3.使用集线器的共享式以太网
集线器 以太网的传输媒体采用更便宜且更灵活的双绞线电缆，集线器的特点有：1.使用CSMA/CD协议2.只工作在物理层3.少量的容错能力和网络管理能力
1.在物理层扩展以太网
10BASE-T以太网通信距离较短，站点到集线器的距离<=100m，因此需要对站点到集线器之间的距离进行扩展
通常采用光纤调制解调器 进行扩展，即PC端和集线器中间增加2个光纤调制解调器并用光纤连接，可以使距离>1000m
此外，若连接站点数量超过以太网集线器接口数量，则需要使用多个集线器连接成覆盖个更大范围和数量的星型以太网，在连接前，每个10BASE-T以太网属于一个独立的碰撞域 ，通过主干集线器连接后形成一个新的碰撞域
2.在数据链路层扩展以太网
使用集线器在物理层扩展以太网会形成更大的碰撞域，为避免此现象，可以使用网桥 在数据链路层扩展以太网，两个碰撞域通过网桥连接在一起，但仍为独立的碰撞域
1）网桥的工作原理
|----|----|
| 地址 | 接口 |
| A | 1 |
| B | 1 |
| C | 1 |
| D | 2 |
| E | 2 |
| F | 2 |
网桥中存在上图所示的转发表，当网桥收到帧后，会在自身的转发表中查找该帧的MAC地址，根据查找结果来选择转发或丢弃该帧（广播帧自动转发至除自身接口外的所有接口）
2）透明网桥的自学习和转发帧
透明网桥是指以太网中各站点不知道自己发送的帧将会经过哪些网桥的转发后到达目的站点且无需配置转发表，通过自学习算法逐步建立转发表
|----|----|
| 地址 | 接口 |
| A | 1 |
| | |
当站点A向同一网段的站点B发送单播帧时，由于网桥和站点B在同一网段，因此网桥会接收到来自站点A所发送单播帧并根据源MAC地址 进行登记，但是由于并未在转发表中找到相应的站点B，因此进行盲目转发，通过另一接口转发至另一网段，该网段中的站点检测后丢弃。
|----|----|
| 地址 | 接口 |
| A | 1 |
| Ｃ | 2 |
当另一网段中的站点C发送一条给A的单播帧时，该单播帧通过集线器首先在自身的网段中转发，转发至网桥时，网桥登记站点C的信息并检测到该单播帧中的目的MAC地址 A，于是在自身的转发表中查找，进行明确转发
6.交换式以太网
1.以太网交换机
以太网交换机本质上为多接口网桥 ，属于全双工通信，无CSMA/CD协议 ；交换机每个接口可以连接计算机/集线器/交换机，若交换机连接到集线器则需要使用半双工通信CSMA/CD协议；部分交换机采用直通交换 ，即在接收帧的同时立即按照帧首部的目的MAC地址进行转发（只需接收完目的MAC地址即可转发）
2.共享式以太网和交换式以太网的对比
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| | 共享式以太网 | 交换式以太网 |
| 单播帧 | 接收、判断接受 | 明确转发 |
| 广播帧 | 接收、判断广播 | 检测广播地址，全部转发 |
| 同时通信 | 发生碰撞 | 无碰撞 |
7.以太网的MAC帧格式
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| 目的地址 | 源地址 | 类型 | 数据 | FCS |
| 6B | 6B | 2B | 46～1500B | 4B |
无效MAC帧：1.帧长不为整数 2.FCS检测误码 3.字长不在64～1518B之间
以太网数据链路层无重传机制，无效帧直接进行丢弃