目录计算机网络期末复习笔记并不犯困版大白话版-CSDN博客前期理解数据链路层 核心传输单位 是帧上层交给它的是数据它把数据封装成帧再发送。数据链路层不提供数据的可靠传输服务。数据链路层工作在相邻节点之间网络中主机、路由器、交换机等设备都要实现数据链路层功能主机从 应用层 层层传递到物理层需要经过链路层交换机在解封和重新封装时最高层时链路层路由器也一样最高层为网络层必然经过链路层。不同链路层可能采用不同协议所以帧格式不一定相同从链路层看关心的是“帧怎么在链路上流动”不关心更上层细节二、数据链路层主要解决三个问题封装成帧透明传输差错检测主要讲几个内容三个核心问题封装成帧如何加帧头帧尾如何做帧定界透明传输数据中如果出现帧定界标志(明明是数据里面的内容却被误当成了帧定界符)怎么办差错检测传输过程中帧是否出错出错如何处理一、数据链路层概述1.在数据链路层中传输的数据单位协议数据单元PDU2.数据链路层的两类信道点对点信道一对一通信代表协议PPPPPP 是点对点链路的代表协议。应用场景用户通过ppp协议向 ISP网络服务提供商 获得 IP 地址再进行数据传输PPP 帧格式帧定界符0x7E地址字段0xFF控制字段0x03协议字段2 字节信息字段可变长通常不超过1500 字节FCS帧校验序列PPP 协议字段常考值0x0021IP 数据报0x8021网络控制数据NCP0xC021链路控制数据LCP0xC023鉴别数据PAP 认证0xC223鉴别数据CHAP 认证PPP 的特点PPP是面向字节的所有的PPP 帧的长度都是整数字节。典型 MTU最大传送单元 为1500 字节PPP 的透明传输异步传输用字节填充同步传输用零比特填充字节填充重点这种方法用于以特殊字符如7E作为帧的边界。为了防止数据内容中也出现7E导致误判帧结束需要对特殊字符进行转义。规则7E被转义为7D 5E7D转义字符本身被转义为7D 5D例子发送的数据7D 5EFE 277D 5D7D 5D657D 5E转换过程7D 5E是转义后的结果还原为7E。FE 27正常数据保持不变。7D 5D是转义后的结果还原为7D。7D 5D是转义后的结果还原为7D。65正常数据保持不变。7D 5E是转义后的结果还原为7E。结论还原后的“真正的数据”应该是7E FE 27 7D 7D 65 7E。零比特填充重点这种方法用于比特流传输以01111110作为帧定界符。为了防止数据内容中出现连续的 6 个 1从而被误判为定界符需要在数据中强制插入 0。规则只要发现连续的5 个 1无论后面紧跟的是什么都在后面强制插入一个0。例子原数据01101111111111100寻找过程前 5 位01101(没有连续 5 个 1)接着读到11111(发现 5 个 1 了)插入 0变成011011111011111...继续往后看又遇到11111(又是 5 个 1)再插入 0变成...11111011111000结果填充后的数据为011011111011111000。PPP 的工作状态PPP 连接建立过程可以记成先建物理链路再建 LCP再做认证再做 NCP断开时反过来释放物理层连接建立-LCP 配置协商-鉴别成功或无需鉴别后进入下一步-NCP 配置协商分配临时 IP 地址-链路打开后开始通信-通信结束后先释放 NCP再释放 LCP最后释放物理连接广播信道一对多通信需要共享信道协调机制代表以太网以太网属于广播信道目前是最常用的局域网技术主要标准DIX Ethernet V2IEEE 802.3以太网体系结构物理层数据链路层以太网帧格式以太网 MAC 帧的最小有效数据长度要满足要求数据太短会补齐到最小长度以太网帧中目的地址和源地址都是MAC 地址长度48 位以太网帧各部分前同步码7 字节帧开始定界符1 字节目的地址6 字节源地址6 字节类型2 字节以太网类型字段常考值0x0800IPv40x0806ARP0x8100802.1Q VLAN0x86DDIPv6数据46 ~ 1500 字节FCS4 字节FCS 使用CRC以太网中的通信方式单播一对一组播/多播一对多广播一对所有如何判断看目的 MAC 地址广播地址FF-FF-FF-FF-FF-FF单播和组播的区别看目的地址第一个字节的最低位0单播1组播2)解析目的地址的第一个字节是 54 54写成二进制-5 0101 4 0100合起来是0101 0100,最低为是0-单播以太网的几个重要特征以太网上以帧为单位传输以太网上传送帧时各帧之间要求必须有一定的间隔接收端只要找到帧开始定界符后面连续的比特流就是同一帧因此不需要帧结束符也不需要使用字节插入保证透明传输。帧间最小间隔9.6 μs相当于96 bit发送时间帧封装由网卡网络适配器完成网卡根据目的 MAC 地址决定是否接收网卡接收到数据后根据帧中的目的MAC地址来判断是否由自己接收。二、差错检测常用指标误码率 BERBit Error Rate含义传输错误的比特 占 总比特数 的比例和信噪比关系很大数据链路层的差错处理方式在帧尾添加 装帧校验序列FCS接收端用 FCS 做检错检出错误后通常直接丢弃不向发送端反馈-所以数据链路层不提供可靠传输服务常见校验码CRC 循环冗余码特点只能检错不能纠错不能保证可靠传输CRC 循环冗余码计算步骤考试很爱考计算题步骤一定要清楚已知原始数据M和生成多项式P设生成多项式最高幂为 n那么冗余码位数就是n位将原始数据 M 左移 n 位-也就是后面补n 个 0用这个结果 除以(进行二进制除法) 生成多项式P得到的余数就是冗余码 R如果余数不足 n 位前面补 0补例题三、Wireshark 抓包Wireshark 是常用抓包工具作用读取网络接口上的数据包并按协议分析常用过滤地址过滤ip.dst 192.168.101.8destination-目的地ip.src 1.1.1.1source源头-源地址协议过滤http端口过滤tcp.port 80tcp.dstport 80tcp.srcport 80多条件过滤用and、or四、以太网的发展与组网以太网发展很快•标准以太网10base-2、10base-5、10base-T•快速以太网100base-TX、100base-T4、100base-FX•吉以太网网1000base-SX、1000base-LX、1000base-CX、1000base-T•10G以太网10Gbase-SR、10Gbase-LR、10Gbase-ER、10Gbase-CX4、10Gbase-T•40G以太网、100G以太网、200G以太网、400G以太网……一个重要结论以太网技术不断发展但帧格式基本不变早期以太网与碰撞以太网早期•使用 同轴电缆10base-5、10base-2作为传输介质 组建总线型拓扑网络数据 以广播的方式在传输必然会存在碰撞的情况。•使用 双绞线 作为传输介质集线器作为 中央转发设备组建的星型网络由于集线器也是以广播的方式发送数据所以也会产生碰撞。•我们把这种类型的以太网习惯称为 共享式以太网 它们工作在半双工下。解决碰撞问题——CSMA/CD共享式以太网 用 CSMA/CD 解决碰撞问题。CSMA/CD工作原理可以概括如下1先听后说边听边说2一旦冲突立即停说3等待时机然后再说CSMA/CD 的基本过程先监听信道如果信道空闲等待 96 bit 时间后再发送确保安全发送过程中继续检测碰撞如果检测到碰撞停止发送-发送干扰信号-等待随机时间-按二进制指数退避算法重发重点只适用于共享式以太网、半双工环境全双工下不发生碰撞最短有效帧长10 Mbps 以太网争用期51.2 μs以太网的 端到端往返传输时延 2τ 称为争用期在争用期内可发送的比特数51.2 μs × 10 Mbps 512 bit 64 字节结论最短有效帧长 64 字节小于 64 字节的帧通常认为是碰撞导致的无效帧以太网扩展设备物理层设备中继器集线器特点只做信号转发不解封装工作在物理层数据链路层设备网桥交换机特点根据MAC 地址表转发查表依据是目的 MAC 地址工作在数据链路层问1交换机工作时会不会有碰撞出现工作在半双工时会出现碰撞使用CSMA/CD解决。工作在全双工时不会出现碰撞。习惯于把使用交换机组网的以太网称为交换式以太网。问2网络中环路存在的意义环路存在会对网络产生什么负面影响怎么解决这种负面影响-Ø 环路存在的意义起到冗余备份的作用。Ø 环路的负面影响数据在环中循环发送会导致广播风暴Ø 解决环路的问题STPIEEE802.1D问3在没有采取任何措施的情况下一个广播包能够到达的范围广播域有多大如何限制广播域的范围-Ø 广播域范围 是所有交换机连接的网络范围Ø 限制广播域的方法对网络划分不同的VLANIEEE802.1Q虚拟局域网将广播域限制在一个VLAN中问4划分VLAN后交换机怎么判断接收的数据属于哪一个VLAN-虚拟局域网协议允许在以太网的帧格式中插入一个4字节的标识符称为 VLAN 标记 (tag);用来指明发送该帧的计算机属于哪一个虚拟局域网。插入 VLAN 标记得出的帧称为802.1Q 帧或带标记的以太网帧。802.1Q 标记结构4 字节其中 VLAN ID 为12 位可支持4096 个 VLAN还包含用户优先级 PRI、CFI 等信息插入 VLAN 标记后最大帧长从1518 字节变成1522 字节Access 端口与 Trunk 端口Access 端口连接计算机只能属于一个 VLAN发送不带标签的帧untaggedTrunk 端口交换机之间连接可以属于多个 VLAN必须打标签tagged用于跨交换机传输同一 VLAN 的数据VLAN 间与跨交换机通信Access 口只给电脑用的因为电脑不懂 VLAN。它连接时会把 VLAN 标签去掉。Trunk 口只给交换机之间用的。它能同时传多个 VLAN 的数据方法是给数据贴上“标签”防止弄混。结论相同 VLAN 跨交换机因为交换机之间必须能识别多部门多 VLAN数据所以必须用 Trunk贴标签不能用 Access因为 Access 会强行把标签撕掉导致数据混乱或丢失。不同 VLAN 通信VLAN 本质上就是为了“互不干扰”想跨部门交流必须找“三层设备路由器”做路由转发这是规则。以太网宽带接入以太网宽带接入特点双向宽带通信可灵活升级带宽可实现端到端以太网传输中间不必转换帧格式缺点不支持用户身份鉴别PPPoE•PPP over Ethernet在以太网上运行 PPP。将 PPP 帧封装到以太网中来传输。现在的光纤宽带接入 FTTx 都要使用 PPPoE 的方式进行接入。