计算机网络期末复习——第5章:链路层 Part One

目录

  • [5.1 链路层概述](#5.1 链路层概述)
  • [5.2 差错检测和纠正技术](#5.2 差错检测和纠正技术)
    • [5.2.1 奇偶校验](#5.2.1 奇偶校验)
    • [5.2.2 循环冗余检测CRC](#5.2.2 循环冗余检测CRC)
  • [5.3 多路访问链路和协议](#5.3 多路访问链路和协议)
    • [5.3.1 信道划分协议(channel partitioning protocol)](#5.3.1 信道划分协议(channel partitioning protocol))
    • [5.3.2 随机接入协议(random access protocol)](#5.3.2 随机接入协议(random access protocol))
    • [5.3.3 轮流协议(taking-turns protocol)](#5.3.3 轮流协议(taking-turns protocol))
    • [5.3.4 DOCSIS](#5.3.4 DOCSIS)

5.1 链路层概述

  1. 链路层提供的服务

    • 成帧:链路层协议要用链路层帧封装

    • 链路接入:规定了帧在链路上传输的规则

    • 可靠交付

    • 差错检测和纠正

  2. 链路层提供相邻节点之间的数据传输,网络层提供端到端主机之间的数据传输,应用层提供应用进程之间的数据传输

5.2 差错检测和纠正技术

5.2.1 奇偶校验

数据后添加一位奇偶校验位,是整个数据"1"的个数位奇数或偶数。若奇数个位误码则可检出,偶数个位误码会漏检

5.2.2 循环冗余检测CRC

步骤

  1. 构造被除数:被发送数据比特D后添加r个0,r是最高阶数

  2. 构造除数D:多项式系数构成的比特串

  3. 作除法:作异或运算

    • 除法时只要位数够就能记为1

5.3 多路访问链路和协议

  1. 碰撞:多个帧在接收方处碰撞,碰撞的所有帧都丢失

  2. 两个理想特性

    • 只有一个节点活跃,该节点吞吐量为R bps

    • 若有N个节点活跃,每个节点吞吐量接近R/M bps

5.3.1 信道划分协议(channel partitioning protocol)

  1. 时分多路复用(TDM)
  • 对于N个节点、传输速率为R bps的信道,TDM将时间划分为时间帧,并进一步把时间帧分为N个时隙(slot),再把时隙分给N个节点中的一个

    • 瞬时速率 :R 平均速率:R/N

    • 优点:消除碰撞且十分公平

    • 缺点

      • 即使仅剩一个节点,节点平均速率仍为R/N(节点在每个时间帧内只能在属于自己的时隙传输)

      • 即使仅剩一个节点,节点也要等待传输序列轮次

  1. 频分多路复用(FDM)

    • 将R bps的信道划分为带宽为R/N的N个频段,并把每个频率分给N个节点中的一个

    • 瞬时速率 :R/N 平均速率:R/N

    • 优点:消除碰撞且十分公平

    • 缺点:即使仅剩一个节点,节点也只能使用R/N的带宽

  2. 码分多址(CDMA)

5.3.2 随机接入协议(random access protocol)

  1. 节点总以全部速率(R)进行发送,碰撞时涉及碰撞的节点反复重发帧(不必立即重发,而是风带一个随机时延),直至帧无碰撞通过

  2. 以太网使用随机接入协议的CSMA协议

  3. 时隙ALOHA

    a. 规则

    • 每个帧是L比特,帧被分为长度L/R秒的时隙

    • 节点只在时隙起点开始传输帧,节点同步并知道时隙何时开始

    • 若有碰撞,所有节点会在该时隙结束前检测到

    b. 操作

    若碰撞,该节点会以概率p在后续每个时隙重传帧,直至无碰撞传输

    c. 优点

    • 简单

    • 仅剩一个节点时,允许节点全速传输

    d. 缺点

    多节点时效率低下,不满足特性2

  4. ALOHA

    a. 节点有数据就立即发送,若碰撞则随机等待一段时间后重发

    b. 优点

    复制代码
     - 更简单,随时发送,不用对齐时隙
    
     - 仅剩一个节点时,允许节点全速传输

    c. 缺点

    复制代码
     - 多节点时效率低下,不满足特性2
    
     - 传输效率比时隙ALOHA更低
  5. 载波侦听多路访问(Carrier Sense Multiple Access,CSMA)

    a. 规则

    • 载波侦听:发送前检测信道,若空闲则发送,若忙则等待

    • 说话之前先听

    b. 碰撞:因为有信道传播时延,节点未侦听到,仍会产生碰撞

    c. 缺点:多节点时效率低下,不满足特性2

  6. 具有碰撞检测的载波侦听多路访问(CSMA/CD)

    a. 规则

    • 载波侦听:发送前检测信道,若空闲则发送,若忙则等待

    碰撞检测:发送数据时​​持续监听信道​​,如果检测到碰撞,立即停止发送

    边说边听,若与其他人同时开始说话,停止说话

    b. 效率

    • 当dprop接近0,效率接近1

      • 碰撞节点将立即中止而不会浪费信道

      • dprop:传播时延,信号能量在任意两个适配器之间传播所需最大时间

    • 当dtrans很大,效率接近1

      • 帧将占有信道很长时间,因此信道在大多数时间都会有效工作

      • dtrans:传输一个最大长度的以太网帧的时间(推上链路)

5.3.3 轮流协议(taking-turns protocol)

  1. 为实现两个理想特性

  2. 轮询协议

    a. 选择主节点,主节点依次向每个从节点发送"允许发送"的指令

    b. 优点:消除碰撞和空时隙,效率高

    c. 缺点

    • 引入轮询时隙(即通知从节点的时间)。主节点必须一次轮询所有节点(即使无数据),活跃节点要等待轮询周期

    • 主节点故障则整个信道不可操作

  3. 令牌传递协议

    a. 通过令牌在节点间顺序传递来控制信道访问权

    b. 优点:效率高

    c. 缺点

    • 一个节点的故障可能使整个信道崩溃

    • 若一个节点忘记释放,需要调用令牌恢复机制

5.3.4 DOCSIS


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