计算机网络：链路层

概述

运行链路层协议的任何设备称为节点，沿着通信路径连接相邻节点的信道称为链路。链路层的主体部分在网络适配器中实现，也叫网络接口卡。即NIC。链路层部分需要通过软件实现，比如响应中断、处理差错、传递给网络层。

差错检测和纠正技术

奇偶校验

对于一段长为d bit的数据，加上一个检验的bit，使得这d+1个bit有偶数个1。显然，当d个bit里面只有一个地方出现差错，可以发现且纠正，但对于两个差错的话就无能为力了。更好的方法是二维奇偶校验，即将数据划分为多行多列，每个行和列都加上检验的bit，这样可以检测到多个差错。

检验和方法

即checksum，将数据看为k bit的整数的序列，将每个数加起来成为差错检验比特。

循环冗余检测

todo

多路访问链路和协议

链路可以分为点对点链路和广播链路。对于广播链路，需要协调多个发送和接收节点对一个共享广播信道的访问，即多路访问问题。当节点接到多个帧，会发生碰撞，碰撞帧的信号纠缠并导致信息丢失，浪费广播信道。我们通过多路访问协议，来协调。

信道划分协议

• 时分多路复用，即TDM，将时间划分为时间帧，每个帧只有一个节点传输。
• 频分多路复用，即FDM，将信道分为多个信道。
• 码分多址，即CDMA，为每个节点分配编码。

随机接入协议

todo

轮流接入协议

todo

交换局域网

链路层寻址

MAC地址

并非主机或者路由器有链路层地址，而是其网络接口有链路层地址。链路层地址，也叫LAN，物理地址，MAC。IEEE管理MAC地址空间，使得每个网络接口有独一无二的地址。可以理解为，IP地址是邮政地址，而MAC是一个人的身份证。人在不同地方时，写的信的地址不同，但身份证不会变。如果需要广播信息给所有的适配器，要用到广播地址FF-FF-FF-FF-FF-FF

ARP

地址解析协议，即ARP，用于网络层和链路层的转换。每台路由器在内存中有一个ARP表，包含了两者的映射关系，同时每个映射都有TTL，到时间就会过期。假设主机需要向一个特定的ip地址发送数据报，但ARP表没有相应的项，会构造ARP分组，广播并等待回复。

以太网

以太网为目前最流行的有线局域网的技术

以太网的帧结构定义了数据在以太网网络上传输的格式。以太网帧是一种数据包，包含了发送和接收设备的地址信息、传输的数据、以及用于检测传输错误的校验字段。

链路层交换机

交换机接收链路报文和转发它们到指定的输出链路。交换机对于路由器和主机是透明的，它们不会意识到交换机的存在。交换机没有 IP 地址和 MAC 地址。

交换机的主要功能：

• 过滤。交换机可以判断什么帧可以转发，什么帧需要丢弃。
• 转发。将接收到的帧转发到某个输出链路。

交换机的工作原理：

• 交换机通过查询转换表（Switch Table）来进行转发。
• 如果找到了输出链路，则进行转发；没有找到指定的输出链路，则进行广播。

交换机为自学习的，不需要任何的配置或者干预。对于收到的帧，会在表中存下源地址的MAC地址，到达的接口，时间。为即插即用的设备。

注意路由器和交换机是两个东西，可以认为路由器横跨了网络层、链路层、物理层，而交换机只跨链路层和物理层。