计算机网络：数据链路层

日新计划6月更文 Day 18

  数据链路层位于网络层之下，在网络适配器或芯片上实现，通过传递帧（Frame）进行通信。在数据链路层使用 MAC （Media Access Control，媒体访问控制）地来确定发送方与接收方。

  数据链路层提供了流量控制（Flow Control）、错误检测（Error Detection）错误纠正（Error Detection）等功能。

  为实现错误检测与纠正，在帧中除了保存有载荷（网络层的数据报）D，还有对载荷的 CRC（Cyclic Redundancy Check，循环冗余校验） 校验位R，使得$<D,\ R>$可被参数 G 整除。

  其中 $R=(D*2^r) mod G$ （$r$为$G$位数-1）。

  链路层题型可通过点对点（Point to Point）通信或多路访问的广播（Broadcast）的形式进行，前者主要用于PPP拨号上网，后者应用于802.11无线局域网。

  为实现多路访问，可以使用通道划分（时分多址TDMA、频分多址FDMA）、随机访问（Random Accesss）或轮流。其中随机访问是较高效的方式，但随机访问也存在碰撞等问题。为此有了以下几种方案：

• 时间槽 ALOHA：Slotted ALOHA，各个节点时钟同步，发送数据比醋在时间槽开始处进行，实现简单但有较多碰撞，最大效率约37%
• 纯 ALOHA：Pure ALOHA，无时钟同步，提高了碰撞概率，最大效率只有18%
• CSMA：Carrier Sense Multiple Access，载波监听多路访问，发送前监听信道使用情况，若正在使用则推迟发送，一旦开始发送则不停止。
• CSMA/CD：发送过程中也监听信道，发现冲突则终止发送

  每一个网络适配器都有一个唯一的 48 位的 MAC 地址，其格式类似“1A-2B-3C-4D-4E-60”。在一个网络内，主机使用 ARP（Address Resolution Protocol，地址解析协议）获取 IP 地址与 MAC地址之间的对应关系：

0. 主机查询本地的 ARP 表，获得某 IP 地址对应的 MAC地址
1. 若查无结果，主机发送 ARP 请求报文，该报文中发送者 IP 地址 与 MAC 地址为该主机的 IP 地址与 MAC 地址，接收方 IP 地址与 MAC 地址为要查询的 IP 地址和“FF-FF-FF-FF-FF-FF”
2. 要查询的设备会将自己的 MAC 地址以单播的方式返回给发送请求报文的主机。
3. 若要查询的 IP 地址不在该网络内，请求报文接收方 IP 地址为网关的 IP 地址，获得网关 MAC 地址后发送接收方 IP 地址为要查询 IP 地址、MAC 地址为网关 MAC 地址的请求报文。