資料鏈路層（ Data Link）
-
鏈路：從1個節點到相鄰節點的一段物理線路（有線或無線），中間沒有其他交換節點
案例
上圖可以看出，總共由5條鏈路組成：
- 第1條：計算機0 => 路由器0，使用CSMA/CD協議，中間雖然有經過集線器，但集線器沒有任何功能，就相當于一條網線
- 第2條：路由器0 => 路由器1，使用PPP協議
- 第3條：路由器1 => 路由器2，使用PPP協議，與上一條的資料有區別就是目標MAC與源MAC地址都會發生變化
- 第4條：**路由器2 ** => 交換機0，使用CSMA/CD協議
- 第5條：**交換機0 ** => 計算機1，使用CSMA/CD協議，與第4條的資料完全一樣，交換機只做判斷轉換發哪臺設備
-
資料鏈路：在一條鏈路上傳輸資料時，需要有對應的通信協議來控制資料的傳輸
- 不同型別的資料鏈路，所用的通信協議可能是不同的
- 廣播信道：CSMA/CD協議（比如同軸電纜、集線器等組成的網路）
- 點對點信道：PPP協議（比如2個路由器之間的信道）
- 不同型別的資料鏈路，所用的通信協議可能是不同的
-
資料鏈路層的3個基本問題
- 封裝成幀
- 透明傳輸
- 差錯檢驗
封裝成幀
- 幀（Frame）的資料部分
- 就是網路層傳遞下來的資料包（IP資料包，Packet）
- 最大傳輸單元MTU（Maximum Transfer Unit）
- 每一種資料鏈路層協議都規定了所能夠傳送的幀的資料長度上限
- 以太網的MTU為1500個位元組
透明傳輸
- 使用SOH（Start Of Header）作為幀開始符
- 使用EOT（End Of Transmission）作為幀結束符
- 資料部分一旦出現了SOH、EOT，就需要進行轉義
- 對中間出現了SOH、EOT的資料后面添加 ESC 標識，有了這個標識就知道前面的資料是不是開始或結束符了
- 到了接收端拆包的時候會先去掉轉義字符，還原資料，這個程序被稱為：透明傳輸
差錯檢驗
- FCS 是根據資料部分 + 首部計算得出的，主要用于資料完整性校驗
- 在發送端生成 FCS
- 在接收端再通過同樣的演算法生成 FCS，再去判斷是現有的 FCS 是否一至，一至資料則是完整的
- 注：Ethernet（以太網） V2的版本是沒有 幀開始符和 幀結束符的，后面會講
CSMA/CD 協議
- CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detectio）
- 載波偵聽多路訪問/沖突檢測 （多路訪問：廣播）
- 使用了CSMA/CD的網路可以稱為是以太網（Ethernet），它傳輸的是以太網幀
- 以太網幀的格式有：Ethernet V2標準、IEEE的802.3標準
- 使用最多的是：Ethernet V2標準
- 為了能夠檢測正在發送的幀是否產生了沖突，以太網的幀至少要64位元組
- 如果小于 64位元組，那樣就監聽不到沖突了，沖突監聽如下：
- 當兩邊都在發送資料，資料在鏈路中間相撞的時候如何判斷資料是從哪里發過來的，再重發呢？
- 如果兩段資料都很短，那在中間碰撞肯定是不知道資料是從哪里發過來的
- 如果資料很長，在中間碰撞的時候，這邊還有資料沒發送完還在繼續傳，這個時候就能知道資料當前是從哪里發出的，并且能中斷并重發
- 如果小于 64位元組，那樣就監聽不到沖突了，沖突監聽如下：
- 用交換機組建的網路，已經支持全雙工通信，不需要再使用CSMA/CD，但它傳輸的幀依然是以太網幀
- 所以，用交換機組建的網路，依然可以叫做以太網
Ethernet（以太網） V2幀的格式
- 首部：目標MAC（6位元組）+源MAC（6位元組） + 網路型別 （2位元組）（IPV4/IPV6，用二進制表式 4 / 6）
- 尾部：FCS （4位元組）（差錯檢驗值）
- 以太網幀：首部 + 資料 + FCS（尾部）
- 幀 最小為 64 位元組
- 資料的長度至少是：64 – 6 – 6 – 2 – 4 = 46位元組，最多 1500
- 注：V2版本是沒有 幀開始符 和 幀結束符的
- 使用的曼徹斯特編碼，接收端接收幀程序，只要發現沒有信號跳變，就認為是幀結束
- 將以太網幀傳到物理層后，會在前面再加上8位元組的頭部資料，前7位元組為前同步碼（處理時鐘同步之類的），后1位元組為 幀開始定界符
Ethernet (以太網) V2標準
-
當資料部分的長度小于46位元組時
- 資料鏈路層會在資料的后面加入一些位元組填充，填充至46位元組
- 接收端會將添加的位元組去掉
-
長度總結
- 以太網幀的資料長度：46~1500位元組
- 以太網幀的長度：64~1518位元組（目標MAC +源MAC + 網路型別 + 資料 + FCS）
網卡
- 網卡是具有 物理層和資料鏈路層的功能
- 物理層：物理連接和資料信號同步、資料的編碼與解碼
- 資料鏈路層：幀的封裝與拆封、幀的差錯校驗、介質訪問控制（CSMA/CD）
- 網卡接收到一個幀，首先會進行差錯校驗，如果校驗通過則接收，否則丟棄
- Wireshark抓到的幀沒有FCS ，因為它抓到的是差錯校驗通過的幀（幀尾的FCS會被硬體去掉）
- Wireshark抓不到差錯校驗失敗的幀
PPP協議（Point to Point Protocol）
- 點到點協議
- Address欄位：圖中的值是0xFF，形同虛設，點到點信道不需要源MAC、目標MAC地址
- Control欄位：圖中的值是0x03，目前沒有什么作用
- Protocol欄位：內部用到的協議型別
- 幀開始符、幀結束符：0x7E
PPP協議 - 位元組填充
- 當資料中含有7D或7E時，為了解決資料沖突的問題，將對應資料進行轉義
- 將 0x7E 替換成 0x7D5E
- 將 0x7D 替換成 0x7D5D
轉載請註明出處，本文鏈接：https://www.uj5u.com/qita/293487.html
標籤：其他
上一篇：ROS——基于python3實作opencv影像處理任務（Melodic）
下一篇：OpenCV 之 特征匹配