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计算机网络-数据链路层.md

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计算机网络-数据链路层.md

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三、数据链路层（MAC层）

  • 传输单位：帧
  • 工作设备：网桥，交换机（按照MAC地址寻址）
  • 功能：链路的连接建立、分离；帧定界和帧同步；差错检测；
  • 协议：CSMA/CD（载波帧听多路访问/冲突检测）协议；PPP；HDLC

  • 问：差错检测？

  • 答：使用循环冗余码检验差错检测技术，只能做到对帧的无差错接受，即我同意收入怀中的肯定是好货，那些坏的我都丢了，你自己看着办吧，所以要依靠传输层的 TCP可靠传输来检验了。有人问为啥不在这一层就做了呢，其实吧现在电缆质量高，基本传输都能到，如果增加了完整性验证，那么肯定会拖慢速度，得不偿失，99% 到就可以了，你不知道追求剩下的1%可能要花上好几倍的代价么。

  • 问：以太网（Ethernet）？

  • 答：IEEE802.3 可以等同于以太网标准，以太网 采用总线拓扑结构，所有计算机都共享一条总线，信息以广播方式发送。为了保证数据通信的可靠性，使用了 CSMA/CD 技术对总线进行访问控制。考虑到局域网信道质量好，所以稍微改进了下，增加传输速度，1. 采用无连接的工作方式； 2. 不对发送的数据帧进行编号，也不要求对方发送确认帧。就是我尽量给你发，差错纠正由传输层的 TCP 完成。 高速以太网（100BASE-T、1000BASE-T）：传输速率大于等于 100Mbit/s，允许 10Mbit/s 网卡共存，标准定义的 MII 将 MAC 子层与物理层分隔开。为了最大程度的减少冲突，最大程度的提高网络速度和使用效率，使用交换机（Switch）来进行网络连接和组织，这样，以太网的拓扑结构就成了星型，但在逻辑上，以太网仍然使用总线型拓扑和 CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Derect 即带冲突检测的载波监听多路访问) 的总线争用技术。

  • 问：X.25 的功能？

  • 答：虚电路服务、多路复用、流量和差错控制 X.25：目前使用最广泛的分组交换协议， X.25的优点是经济实惠安装容易、传输可靠性高、适用于 误码率 较高的通路。 X.25的缺点是反复的错误检查过程颇为费时并加长传输时间，协议复杂、时延大，分组长度可变，存储管理复杂。 X.25的速率可高达64K bps(或64kbit/s)。

  • 问：帧中继 FR？

  • 答：帧中继精简了 X.25 协议，取消第二层的流量控制和差错控制，仅由端到端的高层协议实现。

  • 问：ATM？

  • 答：异步转移模式（ATM）是一种以固定长度的分组方式，并以异步时分复用方式，传送任意速率的宽带信号和数字等级系列信息的交换设备。它具有高速数据传输率和支持许多种类型如声音、数据、传真、实时视频、CD 质量音频和图像的通信。是未来 21 世纪的主要交换设备。ATM 是一种为了多种业务设计的通用的面向连接的传输模式。它适用于局域网和广域网。

  • 问：X.25、FR、ATM 的异同:？

  • 答： 1、 IP 是无连接的，X.25 与 ATM 是面向连接的 2、帧中继 FR 是 X.25 演变而来的，X.25 去掉校验就是 FR 3、ATM 与 帧中继 的区别是：ATM 是异步传输，FR 是同步传输 4、以太网就是我们最常见的，用 MAC 地址工作的，而 帧中继交换机 用的是 DLCI，在接口上以太网是 RJ45，而帧中继是串口 Serial

  • 问：同步传输、异步传输？

  • 答：同步传输方式中发送方和接收方的时钟是统一的、字符与字符间的传输是同步无间隔的。 异步传输方式并不要求发送方和接收方的时钟完全一样，字符与字符间的传输是异步的。 区别点 1,异步传输是面向字符的传输，而同步传输是面向比特的传输。 2,异步传输的单位是字符而同步传输的单位是帧。 3,异步传输通过字符起始和停止码抓住再同步的机会，而同步传输则是在数据中抽取同步信息。 4,异步传输对时序的要求较低，同步传输往往通过特定的时钟线路协调时序。 5,异步传输相对于同步传输效率较低。 简单形容 同步传输 就是，数据没有被对方确认收到则调用传输的函数就不返回。接收时，如果对方没有发送数据，则你的线程就一直等待，直到有数据了才返回，可以继续执行其他指令。异步传输 就是，你调用一个函数发送数据，马上返回，你可以继续处理其他事，接收时，对方的有数据来，你会接收到一个消息，或者你的相关接收函数会被调用。 形象形容 异步传输: 你传输吧，我去做我的事了，传输完了告诉我一声 同步传输： 你现在传输，我要亲眼看你传输完成，才去做别的事

  • 问：有人说数据链路层不提供重传机制，为什么以太网会有重传机制？
  • 答：以太网是不可靠的，根据上面的介绍，它不知道对方有没有收到，但是如果知道自己发错了（CSMA/CD协议，有冲突时要停止发送，发了一半，下次你不给别人重发？）以太网重传是 微秒级 的，传输层是 毫秒级 的，应用层是 秒级 的，所以越底层的重传速度越快，所以可以的话，以太网也要具有重传机制。否则将花费更多代价。
  • 问：计算机内的传输是（）传输，通信线路上的传输是（）传输？
  • 答：并行，串行。并行是指“并排行走”或“同时实行或实施”。在操作系统中是指，一组程序按独立异步的速度执行，无论从微观还是宏观，程序都是一起执行的。对比地，并发是指:在同一个时间段内，两个或多个程序执行，有时间上的重叠(宏观上是同时,微观上仍是顺序执行)。串行通信是指 使用一条数据线，将数据一位一位地依次传输，每一位数据占据一个固定的时间长度。
  • 问：局域网？
  • 答：是指一个较小范围内的多台计算机互连，以达到资源和信息共享，优点：具有广播功能。

  • 问：按照因特网的观点，用网桥连接起来的若干局域网仍为一个局域网，因此这些局域网都具有相同的网络号，请问这句话的说法是正确的吗？

  • 答：对的。 网桥：两个或以上端口，可将两个不同物理层，不同 MAC 子层，不同速率的以太网连接起来，适用于用户数不多的情况。可过滤帧，将同一个网段的帧 丢弃，不予转发，可隔离冲突域。用网桥互连的网段仍然是一个局域网，只能有一个网络号，这里的分段理解为网桥左边的就是一个段，网桥右边的就是一个段，两个段必须具有相同的网络号，否则我也转发不了。那么问题来了，既然这样不如每台电脑都划分一个段，交换机来了。 工作方式：网络 1 和网络 2 通过网桥连接后，网桥接收网络 1 发送的数据包，检查数据包中的地址，如果地址属于网络 1 ，它就将其放弃，相反，如果是网络 2 的地址，它就继续发送给网络 2。这样可利用网桥隔离信息，将同一个网络号划分成多个网段（属于同一个网络号），隔离出安全网段，防止其他网段内的用户非法访问。由于网络的分段，各网段相对独立（属于同一个网络号），一个网段的故障不会影响到另一个网段的运行。 交换机（switch）：多端口网桥，每个端口都直接与主机或集线器相连接，并且一般工作在 全双工 状态。对于普通的 10 Mbit/s 的共享式网络，若有 N 个用户，则每个用户平均带宽为 1/N。以太网交换机独占传输媒体的带宽，因此对于拥有 N 个端口的全双工交换机的总容量为 2 * N * 10 Mbit/s，每个人都能感觉是 10 Mbit/s，是不是很厉害。生活中可以找一找，公司里面连接电脑都是用的交换机。 当接收到数据报时，会使用ARP协议在本地地址表寻找，寻找目的IP的MAC地址，如果找不到，会进行广播。有端口回应后，会更新地址表。

    交换机隔离冲突域：交换机根据所传递帧的目的地址，将数据报独立从源端口发送到目的端口，避免了与其他端口的碰撞，每个端口属于一个冲突域。如果 MAC 地址不存在，那么交换机才广播到所有端口，接收端口会反馈回新的地址，然后保存。

    交换机与网桥的异同：1. 交换机端口更多，网桥一般只有两个端口。2. 网桥端口一般连接局域网网段，交换机一般直接与主机相连或者集线器（Hub）。3. 交换机可允许多对计算机同时通信，网桥只允许两个网段的一对计算机。

  • 问：某一速率为 100M 的交换机有 20 个端口，其一个端口上连着一台笔记本电脑，此电脑从迅雷上下载一部 1G 的电影需要的时间可能是多久？

  • 答：网速为100Mbps，电影1G为1GByte，先应该变为相同的单位。 1024MByte/(100/8) = 81.92s。这是最大速度了，所以 大于这个时间都是合理的。

  • 问：CSMA/CD 工作流程？

  • 答：先听后发，边听边发，冲突停发，随机重发：即每个站发送数据前先检测总线是否有其他计算机在发送数据，有-不发，没有-发。发送的同时监听着，若有冲突-等待会重发。

  • 问：不同网络结构的访问控制？

  • 答：1. 星型拓扑结构 和 总线型网络 一般采用 CSMA/CD(载波监听多点接入/碰撞检测) 2.典型的环形网络有 Token-Ring（IBM的最有影响的令牌环网） 和 FDDI 等，环形网络常用的访问控制方法是基于令牌的访问控制，是一种分布式访问控制技术。令牌环局域网把多个设备安排成一个物理或逻辑环，让一个令牌沿着环依次传递，拿到令牌才能发送数据，所以不会发生冲突。 3.10BASE-T 采用的逻辑拓扑结构是（总线）方式。 图片名称

  • 问：有固定基础设施的无线局域网的MAC层不能使用 CSMA/CD 协议，而是使用 CSMA/CA 协议。

  • 答：CSMA/CA协议：工作方式略有不同，比 CSMA/CD 协议可靠，也是先听后发，但在发送完一个帧后会等待一段时间，如果有确认帧返回，则发送下一帧，否则重传上一帧。

  • 问：PPP 接收到一个错误的数据帧时，丢弃该帧并返回一个否认帧？

  • 答：对的。PPP 数据链路层协议，采用全双工通信方式，是数据链路层的一种可靠协议，但因为它不处理差错，对传输错误的帧只是简单的丢弃并告诉对方，“你发错了”要求对方重发，对错误的处理交给上层。因此不是完全意义上的可靠。

  • 问：HDLC？
  • 答：在通信较差的年代，数据链路层使用可靠传输协议是比较好的选择，因此就有了我们的 HDLC 协议，会使用三类反馈帧来确保传输的可靠性，信息帧，监督帧，无编号帧。
  • 问：HDLC 和 PPP 比较？
  • 答：PPP 是面向字节的，HDLC 是面向比特的。现在通信质量很高，一般不会出现很多错误，所以不需要那么繁杂的保证可靠，快就完事了，因此 PPP 应用的较多。

  • 问：单工、半双工、全双工？

  • 单工：单工数据传输只支持数据在一个方向上传输，在同一时间只有一方能接受或发送信息，不能实现双向通信，举例：电视，广播。

    半双工：半双工数据传输允许数据在两个方向上传输，但是，在某一时刻，只允许数据在一个方向上传输，它实际上是一种切换方向的单工通信，举例：对讲机。

    全双工：全双工数据通信允许数据同时在两个方向上传输，因此，全双工通信是两个单工通信方式的结合，它要求发送设备和接收设备都有独立的接收和发送能力，在同一时间可以同时接受和发送信息，实现双向通信，举例：电话通信。 单工-半双工-全双工

  • 问：网卡是全双工的、计算机与打印机之间的通信属于？
  • 答：单工，是不是有点奇怪，不是有反馈么？打印机是输出设备，电脑会依据要打印的内容使打印机工作，如果打印机没有完成指令，卡纸、没墨及一些常见问题，电脑系统 会检查输出设备的工作情况，并作出提示。类似的还有 遥控 等。 网卡实现的主要功能是物理层与数据链路层的功能： 1、数据的封装与解封：发送时将上一层交下来的数据加上首部和尾部，成为以太网的帧。接收时将以太网的帧剥去首部和尾部，然后送交上一层。 2、链路管理：主要是CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection ，带冲突检测的载波监听多路访问）协议的实现。 3、编码与译码：即曼彻斯特编码与译码。