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)
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- [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)
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- [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
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链路层提供的服务
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成帧:链路层协议要用链路层帧封装
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链路接入:规定了帧在链路上传输的规则
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可靠交付
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差错检测和纠正
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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
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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
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构造除数D:多项式系数构成的比特串
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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
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碰撞:多个帧在接收方处碰撞,碰撞的所有帧都丢失
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两个理想特性
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只有一个节点活跃,该节点吞吐量为R bps
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若有N个节点活跃,每个节点吞吐量接近R/M bps
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5.3.1 信道划分协议(channel partitioning protocol)
- 时分多路复用(TDM)
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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
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瞬时速率 :R 平均速率:R/N
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优点:消除碰撞且十分公平
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缺点
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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)
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即使仅剩一个节点,节点也要等待传输序列轮次
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频分多路复用(FDM)
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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
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瞬时速率 :R/N 平均速率:R/N
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优点:消除碰撞且十分公平
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缺点:即使仅剩一个节点,节点也只能使用R/N的带宽
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码分多址(CDMA)
5.3.2 随机接入协议(random access protocol)
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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
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以太网使用随机接入协议的CSMA协议
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时隙ALOHA
a. 规则
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每个帧是L比特,帧被分为长度L/R秒的时隙
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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
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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
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简单
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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
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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
- 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
- 多节点时效率低下,不满足特性2 - 传输效率比时隙ALOHA更低 -
载波侦听多路访问(Carrier Sense Multiple Access,CSMA)
a. 规则
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载波侦听:发送前检测信道,若空闲则发送,若忙则等待
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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
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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
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当dprop接近0,效率接近1
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碰撞节点将立即中止而不会浪费信道
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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
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当dtrans很大,效率接近1
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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
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dtrans:传输一个最大长度的以太网帧的时间(推上链路)
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5.3.3 轮流协议(taking-turns protocol)
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为实现两个理想特性
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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
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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
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主节点故障则整个信道不可操作
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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
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一个节点的故障可能使整个信道崩溃
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若一个节点忘记释放,需要调用令牌恢复机制
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