第六章 链路层和局域网

概述

在链路层中，由两种信道，第一种是广播信道，用于连接有线局域网，卫星网和混合光纤同轴电缆。第二种类型的链路层信道是点对点通信链路，着在注入长距离链路连接的两台路由器之间。

差错纠正类似于差错检测，区别在于接收方不仅能监测珍重出现的比特差错，而且能够准确地确定帧中的差错出现的位置（并因此纠正这些差错）。

在典型的计算机结构，链路层的主体部分位于网络适配器。网络适配器有时也成为网络接口卡，位于网络适配器核心的是链路层控制器，该控制器通常是一个实现了许多链路层服务。链路层控制器的许多功能是用硬件实现的，越来越多的网络适配器被综合进主机的主板，即所谓的局域网在主板配置。

尽管大部分链路层是在硬件中实现的，但部分链路层是在运行于主机CPU中的软件中实现的。

多路访问链路协议

广播链路能够让多个发送和接收节点都连接到相同的，单一的，共享的广播信道上。当任何一个节点传输一个帧时，信道广播该帧，每个其它节点都收到一个副本。

多路访问协议用于规范节点在共享的广播信道上的传输行为。

当所有节点同时接到多个帧，传输的帧在所有的接收方处碰撞，所有帧都丢失。

多路访问协议可以分为三类——信道划分协议，随机接入协议和轮流协议。

TDM和FDM都是信道划分协议，而CDMA则是码分多址，如果配置恰当，可以同时接收节点而不被干扰。

随机接入协议在每一次碰撞后等待随机时间再发。

时隙ALOHA是一个很简单的随机接入协议，而AHOHA效率是时隙ALOHA的一半。

载波侦听多路访问（CSMA）会在开始之前监测是否有人说话，而如果其他人同时开始说话，则停下。

轮流协议

轮询协议的问题有很多，比如效率低下，比如若调配节点出问题则崩盘。

轮流协议中还有令牌协议。

交换局域网

并不是主机或路由器具有链路层地址，而是它们的适配器（即网络接口）具有链路层地址。因此，具有多个网络接口的主机或路由器将具有与之相关联的多个链路层地址。因此，具有多个网络接口的主机或路由器将具有与之相关联的多个链路层地址，就像他也具有多个与之相关联的IP地址一样。重要的是链路层交换机并不具有于它们的接口相关联的链路层地址。

MAC地址长度为6资金额，有2的48次方可能的地址。

通过软件改变一块适配器 的MAC地址现在是可能的。

适配器的MAC地址具有扁平结构，而且不论适配器到哪里用都不会变化。带有以太网接口的便携机其总具有相同的MAC地址。

当适配器收到一个帧时，将检查该帧中的目的MAC地址和自己的MAC地址是否匹配。若匹配，则取出数据，否则丢弃该帧。

因为存在网络层地址（如IP地址）和链路层地址（MAC地址），所以需要在它们之间进行转换，这就是地址解析协议。

在发送主机中的ABP模块将去在相同局域网上的任何IP地址作为输入，然后返回相应的MAC地址。

DNS和ABP有些类似，DNS为在因特网中个任何地方的主机解析主机名，而ABP只为在同i一个自网上的主机和路由器接口解析IP地址。

每台主机或路由器在其内存中都有一个ABP表。该表包含了IP地址到MAC地址的映射关系。该ABP表也包含一个寿命值（TTL）

当ABP表中补办和对应IP地址，则发送一个ABP分组，所有同一子网内的适配器都可以收到，然后每个ABP模块检查自己的IP地址是否匹配，若匹配，返回一个响应ABP分组。

ABP可以说是跨越网络层和链路层的协议。

若向别的子网发送，则链路层地址为路由器接口的地址，然后由路由器转到网络层进行处理。

使用总线拓扑的以太网是一种广播局域网，即所有传输的帧传送到于该总线连接的所有适配器并被其处理。

尽管以太网帧的负载是一个IP数据报，但是以太网也能承载其他网络层分组。

以太网的MTU是1500字节，目的地址源地址是MAC地址。

所有以太网技术都向网络层提供无连接，不可靠服务。

转发器是一种物理层设备，它能在输入端接收信号并在输出端再生该信号。

基于交换机的以太局域网中，不会有碰撞，因此没有必要使用MAC协议。

交换机对于对于子网中的主机和路由器是透明的，这就是说，某主机，路由器向另一个主机路由器寻址一个帧，顺利的将该镇发送进局域网，并不知道该交换机会接收该帧并将它转发到另一个节点。

交换机的过滤和转发借助于交换机表，交换机表中一个表项应包括——一个MAC地址，通向该MAC地址的交换机接口，表项存储的时间。

交换机转发分组是通过MAC地址而不是IP地址。

若表中不存在相应MAC地址，则广播该帧的副本。

交换机是自学习的。对于每个进入交换机的入帧，交换机在表中存储——该帧的源地址字段中MAC地址，该帧到达的接口，当前时间。

交换机是即插即用的，但是对于广播风暴没有任何保护措施。

虚拟局域网跨越通过一个单一的物理局域网基础设施定义多个虚拟局域网。