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  • 数据链路层传输格式: 帧 帧转变为比特流时如何识别: 加帧头和帧尾 传输内容如何和帧头帧尾相同怎么识别: 在和帧头,帧尾,转义字符相同的比特流前面加个转义字符 如果因为干扰或者信号衰减造成数据丢失或错误...

    计算机网络学习日记- 物理层和数据链路层

    1. 物理层传输格式: 比特流
      (example: 01010001101101010001001111001000) 高低电位实现
    2. 数据链路层传输格式: 帧
      帧转变为比特流时如何识别: 加帧头和帧尾
      传输内容如何和帧头帧尾相同怎么识别: 在和帧头,帧尾,转义字符相同的比特流前面加个转义字符

    如果因为干扰或者信号衰减造成数据丢失或错误怎么办:循环冗余检测CRC: 在所发送的内容后面加一段长度为N的冗余码,接收后检查冗余码是否正确来决定接收还是丢弃。但是它不是可靠的。

    数据链路层协议(点对点协议)代表:PPP协议:

    基本功能: 1. 封装成帧: 有帧头帧尾
    2.透明性:保证数据传输的透明性,不管所传数据是什么样的比特组合,都应该能在链路上传输。
    3.差错检测: 检测有没有错,错则抛之。

    组成部分

    1. IP数据报封装到数据链路的方法
    2. 链路控制协议
    3. 网络控制协议

    如何判断数据是否是传输给自己的: 使用MAC地址
    MAC地址就是一台计算机的“身份证”。
    适配器每收到一个MAC帧就先用硬件检查MAC帧中的MAC地址。

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  • 网络中物理层 ...数据链路层有创建链路维护管理帧封装,传输同步差错校验的功能 数据链路层使用MAC地址 即媒体访问控制地址 Mac地址帧封装:目标MAC//源MAC//数据//CRC 交换机的工作原理是学习 广播 转发

    网络中物理层

    物理层主要是网络的传输介质

    有线传输 光纤 同轴电缆 双绞线 电话线等等
    无线传输 WiFi 2G3G4G5G移动网络 微波等
    传输数据的信号分为数字信号和模拟信号
    模拟信号 早期的收音机电视机
    数字信号 使用两种恒定的状态 0和1 抗干扰能力强 非常适合计算机和当前的各种信号传输。

    数据链路层

    数据链路层有创建链路维护管理帧封装,传输同步差错校验的功能
    数据链路层使用MAC地址 即媒体访问控制地址
    Mac地址帧封装:目标MAC//源MAC//数据//CRC
    交换机的工作原理是学习 广播 转发 更新

    实战练习:组建局域网

    首先我们网络上下载安装一个软件 Cisco Packet Tracer
    我们在这个模拟环境中进行搭建局域网

    vlan

    在这里插入图片描述

    首先我们创建四台计算机和一台交换机来进行实验,

    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

    依次设置四台计算机的IP为192.168.1.1、192.168.1.2、192.168.1.3、192.168.1.4
    在这里插入图片描述

    用线路把四台计算机连接到交换机上。
    在这里插入图片描述

    此时我们用ping命令测试四台电脑是可以正常通信的。
    接下来为了满足工作中的需要我们把四台计算机两两划分vlan
    在这里插入图片描述

    打开交换机的命令行
    Switch>en
    Switch#conf t
    Enter configuration commands, one per line. End with CNTL/Z.
    Switch(config)# //进入配置模式
    Switch(config)#vlan 10 //创建vlan10和20
    Switch(config-vlan)#vlan 20
    Switch(config-vlan)#interface f0/1
    Switch(config-if)#switch access vlan 10 //将交换机的f0/1和f0/2端口划分给vlan10
    Switch(config-if)#interface f0/2
    Switch(config-if)#switch access vlan 10
    Switch(config-if)#interface f0/3 //将交换机的f0/3和f0/4端口划分给vlan20
    Switch(config-if)#switch access vlan 20
    Switch(config-if)#interface f0/4
    Switch(config-if)#switch access vlan 20
    Switch(config-if)#
    然后我们再使用ping测试 发现 第一第二太电脑在同一个vlan10中可以正常通信,第三第四台电脑在vlan20中也可以正常通信 但是 12和34不可以正常通信,这就是vlan的作用。

    trunk

    现实生活中 有在两个办公室 两台交换机下但是还想能够通信的情况,接下来我们继续实验
    在这里插入图片描述

    如图我们在右边新加入一台交换机和两台计算机并设置两台计算机的ip为192.168.1.5和192.168.1.6,然后给两台计算机按照上一台交换机的配置一样 分别划分到vlan10和vlan20
    再用网线把两台交换机进行互联
    在这里插入图片描述

    右边交换机配置三口为trunk口
    Switch(config-if)#interface f0/3
    Switch(config-if)#switch mode trunk
    左边计算机配置5口为trunk口
    Switch(config-if)#interface f0/5
    Switch(config-if)#switch mode trunk
    在这里插入图片描述

    配置完成后 测试pc4和另一台交换机内同vlan下的计算机可以通信
    在这里插入图片描述

    不同vlan不可以通信。

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  • 数据链路层为了检测出差错 保证传输质量 产生的原因和类型 差错无法避免–接受信号必然 是数据信号与噪声信号电平叠加 热噪声:传输介质导电子热运动产生 冲击噪声:外界电磁干扰——幅度较大,持续时间长,连续...

    数据链路层

    一. 差错产生的原因与差错控制

    1. 物理线路上传输数据信号是存在差错的
    2. 数据链路层为了检测出差错 保证传输质量

    (1)产生的原因和类型

    1. 差错无法避免–接受信号必然 是数据信号与噪声信号电平叠加
    2. 热噪声:传输介质导电子热运动产生
    3. 冲击噪声:外界电磁干扰——幅度较大,持续时间长,连续影响相位多位

    (2)误码率的定义

    在这里插入图片描述

    (4) 检错码与纠错码

    • 纠错码

      • 为每个传输单元添加冗余信息
    • 检错码

    (5)循环冗余码工作原理 (?)

    • 发送码
      • 生成校验码
      • 发送数据及效验码
    • 接受端
      • 接受数据
      • 计算校验码
      • 比较检测差错

    CRC计算

    在这里插入图片描述

    (6)校验接收

    在这里插入图片描述

    (7)无差错接收

    • CRC接收到的帧是无差错的
    • 实现可靠的传输,通过反馈重发机制(ARQ)[实现确认和重传]

    二.数据链路层的概念

    数据链路层与网络层

    作用

    在这里插入图片描述

    数据链路传输的
    数链不用考虑物理层如何实现比特如何传输

    协议的功能

    • 链路管理 – 建立 管理 维护 释放
    • 帧同步
    • == 差错控制== – 发现和纠正物理层的差错
    • == 透明传输==
    • 寻址 保证传输的正确的接受端
    • 流量控制 发送的快慢

    三.如何传输

    1. 点对点的信道
    2. 广播信道

    在这里插入图片描述

    1)面向字符型

    2)面向比特型

    3)MTU —最大传送单元

    • 协议规定帧数数据字段的最大长度值
    • 促进各种实现之间的操作性。
    • 如果网络层分组数据大于MTU则需分片处理

    4)透明传输

    • 如果数据中的某个字节和SOH和EOT (结束字符和开始符)一样
    • 则使用字符填充思想

    (2)面向比特型数据链路的协议

    HDLC(高级数据链路协议)

    信道模式:点对点信道

    1)链路配置

    • 非平衡方式
    • 平衡配置方式
    数据传送方式
    • ??

    帧的结构

    HDLC帧的基本结构
    在这里插入图片描述

    HDLC的透明传输问题
    • 采用零比特填充的方式
    协议的作用

    PPP协议

    特点

    1. 实现了链路的组帧,传输,拆帧,CRC校验,不用帧序号 ,不提供流量控制
    2. 支持IP协议和NEtware IPX 协议
    3. PPPOE支持吧PPP协议帧封装在以太网帧中

    组成

    • 一个将IP数据报封装到串行的方法
    • 链路控制(LCP)
    • 。。

    PPP协议帧的结构

    在这里插入图片描述

    PPP协议工作流程

    小结

    在这里插入图片描述

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  • 信号传输线路媒介: 双绞线/网线 同轴电缆 光纤 双绞线 这是我们最常见的的物理设备。 我们只需要知道以下几点 极高性比价 适合小距离传输 传输电信号 同轴电缆 性价比仅比双绞线差,但高于光纤 适合小距离传输...

    物理层

    利用一些物理媒介,传输信息。信号往往是电信号或者光信号

    信号传输线路媒介:

    1. 双绞线/网线
    2. 同轴电缆
    3. 光纤

    双绞线

    在这里插入图片描述
    这是我们最常见的的物理设备。
    我们只需要知道以下几点

    1. 极高性比价
    2. 适合小距离传输
    3. 传输电信号

    同轴电缆

    1. 性价比仅比双绞线差,但高于光纤
    2. 适合小距离传输
    3. 容易受到气象干扰
    4. 传输电信号
    5. 逐步被双绞线取代
      在这里插入图片描述

    需要同轴猫进行电信号转为具体的数字信号

    同轴猫:
    在这里插入图片描述

    光纤

    在这里插入图片描述
    特点:

    1. 传输速度极快
    2. 性价比极低
    3. 适合长距离传输低
    4. 传输电信号

    我们在家里办理宽度的时候,宽带师傅都会拉一条光纤到家里,然后在安装一个光猫/Modem将光信号转化为电信号中的数字信号。而Modem真正的名字应该为调制解调器,具有两个功能:
    1 将光信号转化为数字信号(解调器)
    2 将数字信号转化为光信号 (调制器)

    之所以需要调制器解调器是因为我们的电脑或者路由器不识别光信号,因此需要这样一个设备进行转化。当然现在电信运营商会将光猫路由器功能合二为一。

    网卡

    在这里插入图片描述
    网卡内部有一个唯一的标识叫做MAC地址。
    网卡会根据数据包的信息判断数据包是不是发送给自己的(根据包的收件人MAC).

    计算机互联

    我们可以用双绞线插入两台电脑的网卡口进行数据传输,如下图:

    在这里插入图片描述如果我们希望4台电脑互联呢?一台电脑上装四个网卡和网口?很显然这不现实所以出现了若干的设备解决这个问题.

    1. 集线器

    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    但是集线器由于自身设计原因,是一个半双工的设计,且会把所有数据包发送到所有的设备上。如下动画:

    在这里插入图片描述
    上图想从192.168.1.10发送icmp协议到192.168.1.13,但是经过集线器的时候会把数据包发给所有的电脑,在由电脑自行判断接收的数据包地址MAC是不是自己。

    2.同轴电缆+T型连接器

    在这里插入图片描述
    半双工通信,且数据包会经过所有的电脑。(由于这种方式以及过时,且packet tracer没有模拟)

    数据链路层

    我们看到利用集线器同轴电缆+T型连接器效率极低。第一半双工,数据包进行全部广播到所有计算机。所以我们推出了更智能的设备,网桥二层交换机

    网桥

    网桥(Bridge)是早期的两端口二层网络设备。如下图
    在这里插入图片描述

    在这里插入图片描述
    网桥特点:

    1. 全双工
    2. 存储一个地址表,表示某个网桥接口可以寻找到的mac地址电脑
    3. 避免不要的包过滤

    假设我们的计算机1发送一个ICMP协议到计算到计算机2,那么网桥不会把数据包传送到右侧的集线器上,也就是说计算机3计算机4收不到任何数据包。

    二层交换机

    由于网桥接口数较少,所以往往需要配合集线器,所以推出了另一个新设备交换机,具有网桥和集线器的所有的功能。
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    我么假设我们需要从上图的pc0发送一个ICMP协议到pc1
    在这里插入图片描述
    我们可以看到交互机1并没有收到任何数据包,这样体现了交换机的智能

    ARP与数据包的发送

    我们计算机A发送计算机B的信息会被分割成多个数据包,每个数据包里面包含发送人的MAC地址和IP地址收件人的MAC地址和IP地址,但数据包到底某个计算机的网卡时,网卡会检测收件人的MAC地址是不是自己,如果不是就过滤掉。

    假设:
    计算机A
    IP地址: 192.168.1.10
    MAC地址:ffff.ffff.0001

    计算机B
    IP地址: 192.168.1.11
    MAC地址:ffff.ffff.0002

    此时计算机A执行ping 192.168.1.11,但此时计算机A并不知道192.168.1.11mac地址,所以会先发送一个ARP数据包询问192.168.1.11MAC地址,然后由192.168.1.11返回一个MAC地址后,计算机继续发送一个Ping的数据包。

    案例:
    在这里插入图片描述
    计算PC0想发送信息到PC1,但是由于不知道PC1的MAC所以会先发送一个ARP协议给所有计算机问谁的192.168.1.11的MAC是什么。
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    继续广播到交换机5和192.168.1.11.
    然后交换机5继续广播到PC2PC3,发现不是自己的所以丢弃。
    PC1发现这个ARP跟自己有关然后回包告诉PC0
    在这里插入图片描述

    在这里插入图片描述
    此时PC0知道192.168.1.11MAC,所以继续发送ICMP协议。
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

    ARP数据包格式

    我们看下ARP数据包.
    本机执行 arp -d -i en0 -a(macos)删除所有arp表,然后执行ping 192.168.3.42.
    我们然后利用wireshare进行抓包:
    发出的包
    在这里插入图片描述

    上面一共42 byte,我们看arp数据包协议格式
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    最后看下远端相应后的arp报文。
    在这里插入图片描述

    最后看下计算机存储的arp表:
    在这里插入图片描述

    扩展知识:交换机ARP缓存表

    我们来看下思科交换机ARP表原理

    TIP: 思科交换机 show mac-address-table显示交互机arp表。特权模式下 clear mac address-table d删除缓存表

    在这里插入图片描述
    交换机路4由表:
    在这里插入图片描述
    上面是交换机5的网口的地址(可在路由器5执行show interface去查看)

    PC0执行ping 192.168.1.13
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    PC0执行ping 192.168.1.12

    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    PC0执行ping 192.168.1.11
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

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数据链路层干扰信号传输