蓄电池监测系统

维护型标配方案:测试开发基础 计算机网络篇(二):物理层与数据链路层

作者:火狐体育平台 来源:火狐体育官方网站 发布时间:2022-08-04

文章摘要:

  计算机网络知识是自动化测试等技术基础,也是测试面试必考题目。霍格沃兹测试学院特别策划了本系列文章,将带大家一步步夯实计算机网络的基础知识。

  由于物理层知识在互联网软件研发工作中用到的并不多,所以可以仅做一个简单的了解。

  物理层解决如何在连接计算机的各种传输媒体上传输数据比特流,而不是指具体的传输媒体。

  我们输入的文字通过计算机的网卡以0101的二进制比特流数字信号发送出去,经调制解调器转换为模拟信号,通过网络传输,再利用调制解调器转换为数字信号,最终由接收计算机的网卡接收转换显示。

  信道一般表示向一个方向传送信息的媒体,所以咱们说平常的通信线路往往包含一条发送信息的信道和一条接收信息的信道

  1924 年,奈奎斯特(Nyquist)就推导出了著名的奈氏准则。他给出了在假定的理想条件下,为了避免码间串扰,码元的传输速率的上限值。

  在任何信道中,码元传输的速率是有上限的,否则就会出现码间串扰的问题,使接收端对码元的判决(即识别)成为不可能。

  好比我们正常看电影或者以前用磁带歌(暴露年龄了~现在的00后估计都不知道磁带长啥样了);正常情况下我们可以听清楚台词和歌词,那么加速快进一点,也没有问题,继续加速呢?加速非常快的时候,就好比有的电影会有场景回溯的情节,已发生的事情快速的倒放,声音就变成哇啦啦啦啦叽里呱啦(自己脑补吧),台词或歌词也就听不清了。

  香农(Shannon)用信息论的理论推导出了带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限、无差错的信息传输速率。

  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 。

  接着上面的例子,如果将两台电脑直接用集线器进行连接,同时再接入其他电脑,那么只要其中一台电脑发消息,其他电脑都可以收到,这种就属于广播信道。

  是一条点到点的物理线路段,中间没有任何其他的交换节点。一条链路只是一条通路的一个组成部分。例:一根网线就属于链路,是一条物理链路。

  如果再传输过程中有数据中断或丢失了,在收到数据的时候发现没有帧头或帧尾,那么计算机就会将此断数据丢弃。

  传输过程中可能会出现如下情况,传输的数据中包含了和帧尾结束符一样的数据,这样就可能导致数据被误认为结束了,具体见下图:

  因此在传输过程中加入转义字符,发送后和接收前加入,而发送方和接收方并不知道,所以也就称之为透明传输

  字节填充(byte stuffing)或字符填充(character stuffing)——接收端的数据链路层在将数据送往网络层之前删除插入的转义字符。

  如果转义字符也出现数据当中,那么应在转义字符前面插入一个转义字符。当接收端收到连续的两个转义字符时,就删除其中前面的一个。

  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)

  “无差错接受”是指:“凡是接受的帧(即不包括丢弃的帧),我们都能以非常接近于 1 的概率认为这些帧在传输过程中没有产生差错”。

  也就是说:“凡是接收端数据链路层接受的帧都没有传输差错”(有差错的帧就丢弃而不接受)。

  总结:CRC只负责无差错接收,且只是无比特差错,出错后需要上层进行重传。

  - 当协议字段为 0x0021 时,PPP 帧的信息字段就是IP 数据报。

  最初的以太网是将许多计算机都连接到一根总线上。当初认为这样的连接方法既简单又可靠,因为总线上没有有源器件。但是这样的话很不安全(参考集线 载波监听多点接入/碰撞检测 CSMA/CD

  “载波监听”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,则暂时不要发送数据,以免发生碰撞。

  总线上并没有什么“载波”。因此, “载波监听”就是用电子技术检测总线上有没有其他计算机发送的数据信号。

  当几个站同时在总线上发送数据时,总线上的信号电压摆动值将会增大(互相叠加)。

  当一个站检测到的信号电压摆动值超过一定的门限值时,就认为总线上至少有两个站同时在发送数据,表明产生了碰撞。

  通俗的理解,一条狭窄路上两辆车迎面互相撞在了一起,那么必然会造成运行效率,要监控发现,然后及时处理事故

  DIX Ethernet V2 标准与 IEEE 的 802.3 标准只有很小的差别,因此可以将 802.3 局域网简称为“`以太网`”。

  严格说来,“以太网”应当是指符合 DIX Ethernet V2 标准的局域网

  为了使数据链路层能更好地适应多种局域网标准,802 委员会就将局域网的数据链路层拆成两个子层:

  当目的站收到有差错的数据帧时就丢弃此帧,其他什么也不做。差错的纠正由高层来决定。

  如果高层发现丢失了一些数据而进行重传,但以太网并不知道这是一个重传的帧,而是当作一个新的数据帧来发送。

  传统以太网最初是使用粗同轴电缆,后来演进到使用比较便宜的细同轴电缆,最后发展为使用更便宜和更灵活的双绞线。

  这种以太网采用星形拓扑,在星形的中心则增加了一种可靠性非常高的设备,叫做集线器(hub)

  由图中可以看到集线器逻辑上仍然是一个总线网,就像一个多接口的转发器,工作在物理层。

  一个帧从开始发送,经可能发生的碰撞后,将再重传数次,到发送成功且信道转为空闲(即再经过时间 τ 使得信道上无信号在传播)时为止,是发送一帧所需的平均时间。

  要提高以太网的信道利用率,就必须减小 τ 与 T0 之比。在以太网中定义了参数 a,它是以太网单程端到端时延  与帧的发送时间 T0 之比:

  a→0 表示一发生碰撞就立即可以检测出来,并立即停止发送,因而信道利用率很高。

  a 越大,表明争用期所占的比例增大,每发生一次碰撞就浪费许多信道资源,使得信道利用率明显降低。

  在咱们的计算机上都有MAC地址,又称为物理地址、硬件地址;在网卡一出厂的时候就烧录了一个全球唯一的MAC地址;

  IEEE 的注册管理机构 RA 负责向厂家分配地址字段的前三个字节(即高位 24 位)。

  地址字段中的后三个字节(即低位 24 位)由厂家自行指派,称为扩展标识符,必须保证生产出的适配器没有重复地址。一个地址块可以生成2^24个不同的地址。这种 48 位地址称为 MAC-48,它的通用名称是EUI-48。

  适配器从网络上每收到一个 MAC 帧就首先用硬件检查 MAC 帧中的 MAC 地址.

  可互连不同物理层、不同 MAC 子层和不同速率(如10 Mb/s 和 100 Mb/s 以太网)的局域网

  网桥只适合于用户数不太多(不超过几百个)和通信量不太大的局域网,否则有时还会因传播过多的广播信息而产生网络拥塞。这就是所谓的广播风暴。

  随着网桥的接口的增加, 后来网桥和集线器合并了,计算机可以直接和交换机连接,这就是交换机。交换机就是网桥和集线器的合并升级版,能全双工,安全通信。

  交换式集线器常称为以太网交换机(switch)或第二层交换机(表明此交换机工作在数据链路层)。

  以太网交换机通常都有十几个接口。因此,以太网交换机实质上就是一个多接口的网桥,可见交换机工作在数据链路层。

  先来说什么是LAN,LAN指的就是局域网,我们可以通过路由器接上集线器,再接计算机,形成不同网段的局域网(LAN)

  每一个 VLAN 的帧都有一个明确的标识符,指明发送这个帧的工作站是属于哪一个 VLAN。

  虚拟局域网其实只是局域网给用户提供的一种服务,而并不是一种新型局域网。

  虚拟局域网协议允许在以太网的帧格式中插入一个 4 字节的标识符,称为 VLAN 标记(tag),用来指明发送该帧的工作站属于哪一个虚拟局域网。