第三章 物理层
一 各专有名词含义
1. 数据链路使用的信道
- 点对点信道（网线）这种信道使用一对一单播的点对点通信方式。
- 广播信道（无线局域网）这种信道使用一对多的广播通信方式，因此过程比较复杂。广播信道上连接的主机很多，因此必须使用专用的共享信道协议来协调这些主机的数据发送。
2. 链路与帧
链路 (link) ：是一条无源的点到点的物理线路段，中间没有任何其他的交换结点。又称为“物理链路”。一条链路只是一条通路的一个组成部分。
数据链路 (data link)： 除了物理线路外，还必须有通信协议来控制这些数据的传输。若把实现这些协议的硬件和软件（适配器、网卡）加到链路上，就构成了数据链路。又称为“逻辑链路”。现在最常用的方法是使用适配器(即网卡 )来实现这些协议的硬件和软件。一般的适配器都包括了数据链路层和物理层这两层的功能。
帧：数据链路层的协议数据单元，首部 + IP数据报 + 尾部 = 帧
二 数据链路层的三个基本问题
1. 封装成帧
就是在一段数据前后分别添加首部和尾部。接收端以便从收到的比特流中识别帧的开始与结束，帧定界是分组交换的必然要求。
2. 透明传输
避免消息符号与帧定界符号相混淆。不管所传数据是什么样的比特组合，都应当能够在链路上传送。因此，链路层就看不见有什么妨碍数据传输的东西。
当所传数据中的比特组合恰巧于某一个控制信息完全一样时，就必须采取适当的措施，使收方不会讲这样的数据认为是某种控制信息。这样才能保证数据链路层的传输是透明的。
（1）字符计数法
缺点：如果一个发生错误，下面的都发生错误
（2）字符填充法
通过开始字节和结束字节来标明一个帧
当传送的帧是由文本文件组成时（文本文件的字符都是从键盘上输入的，都是ASCII码）不管从键盘上输入什么字符都可以放在帧里传过去，即透明传输。
当传送的帧是由非ASCII码的文本文件组成时（二进制代码的程序或图像等）会出现一种错误找到帧的边界的情况，就要采用字符填充方法实现透明传输。
解决方法：发送端的数据链路层在数据中出现控制字符 “SOH”或“EOT”的前面插入一个转义字符 “ESC” (其十六进制编码是 1B)。接收端删去再转义字符，若如果转义字符也出现在数据当中，那么应在转义字符前面再插入一个转义字符 ESC。
（3）零比特填充法
由首部标识符、尾部标识符和装在帧中的数据部分组成。和字节填充法的区别是，他首部和尾部的标识符是一样的都是011111110
注：零比特填充法保证了透明传输：在传送的比特流中可以传送任意比特组合，而不会引起对帧边界的判断错误。
（4）违规编码法
曼彻斯特编码分别用高低和低高代表0和1.那么我们就可以用高高和低低这两个“违规”的编码来界定帧的起始和终止。
3. 差错检测
1 含义：在传输过程中可能会产生比特差错:1 可能会变成 0 而 0 也可能变成 1。要防止差错的无效数据帧，浪费网络资源。
2.循环冗余检验(CRC)
检错思想：收发双方约定一个生成多项式P(x)(其最高阶和最低阶系数必须为1)，发送方在信息帧的末尾加上校验码R(x) ，使带校验码的帧的多项式能被P(x)整除；
接收方收到后，用P(x)除多项式，若有余数，则传输过程有错(无法确定错误位置和数量)。
若余数为零，有错的可能性很小。
仅用循环冗余检验 CRC 差错检测技术只能做到无差错接受 (accept)。
差错检测只能实现比特错误检测，不能实现传输错误检测（帧重复、丢失、失序），因此无法实现“可靠传输”，须加上确认和重传机制。
三 点对点的PPP协议（不是可靠传输）
1. 含义：对于点对点的链路，目前使用得最广泛的数据链路层协议是点对点协议 PPP (Point-to- Point Protocol)用户通常要连接到某个ISP 才能接入互联网。
PPP协议就是用户和ISP进行通信所使用的数据链路层协议。
2. PPP协议的组成：
一个将IP数据报封装到串行链路的方法，能够支持同步和异步链路。
- 链路控制协议LCP(LinkControl Protocol)，用来建立、配置和测试数据链 路连接。
- 网络控制协议NCP(NetworkControl Protocol)，满足对网络层协议的支持。
四 使用广播信道的数据链路层
1 局域网
- 在较小的地理范围内，利用通信线路将许多数据设备连接起来，实现彼此之间的数据传输和资源共享的系统称为局域网。特点：网络为一个单位所拥有;地理范围和站点数目均有限。
- 主要优点：
- – 具有广播功能，从一个站点可很方便地访问全 网。局域网上的主机可共享连接在局域网上的 各种硬件和软件资源。
- – 便于系统的扩展和逐渐地演变，各设备的位置可灵活调整和改变。
- – 提高了系统的可靠性、可用性和残存性。
2 适配器
网络接口板又称为通信适配器 (adapter) 或网络接口卡 NIC (Network Interface Card)，或“ 网卡”。
适配器的重要功能:
– 进行串行/并行转换。
– 对数据进行缓存。
– 在计算机的操作系统安装设备驱动程序。 – 实现以太网协议。
3. 共享通信媒体
静态划分信道：就是频分复用、时分复用、波分复用和码分复用。但这种方法代价高，不适合局域网。
动态媒体接入：又称多点接入，特点就是信道并非在通信时分配给用户。
随机接入：就是在局域网的所有主机都能收到信息，但是如果恰巧有两个或更多用户向一个用户同一时刻发送信息，那么在共享媒体上就会产生碰撞（即发生冲突），使得这些用户都发送失败，因此必须要有解决碰撞的网络协议。
4. CSMA/CD 协议
（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection）
载波监听（CS）：是指每一个站在发送数据之前先要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据，如果有，则暂时不发送数据以免发生碰撞。
多点接入（MA）：表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。
碰撞检测（CD）：就是计算机边发送数据边检测信道上的信号。
5. MAC地址
1. 含义：硬件地址又称为物理地址或 MAC地址(因为这种地址在MAC帧中)，是固化在适配器（网卡）的ROM中的地址。
2. 作用：适配器从网络上每收到一个MAC帧就先用硬件检查MAC帧中的地址，如果是发往本站的就收下然后处理，不是的话就丢弃。
更改MAC地址，就是让计算机用给定的MAC地址，而不用网卡上的，可以蹭网。
