理解数据链（liàn）路层（céng）的地位与作用，三（sān）个基本问题

链路：从一个结点到相邻结点的一段物（wù）理线路（有线或无线），中间（jiān）没有任（rèn）何其他交换结点（diǎn）

数据（jù）链路：物理（lǐ）链（liàn）路 + 通信协议

数据链路层的地（dì）位：局域网中的主机、交换机必须实现数（shù）据（jù）链路层；网络（luò）中的主机、路由器（qì）必须实（shí）现数据（jù）链路层。

数据链路层（céng）的作用：网络中两（liǎng）个主机（jī）发送数据所经过的网（wǎng）络（luò）可以（yǐ）是（shì）多种不（bú）同（tóng）类型的，不同类（lèi）型网（wǎng）络的链路层（céng）可能采用不（bú）同的协议

三个基本问题（tí）：

封装成帧：在一（yī）段数据的前后分别（bié）添加首部（bù）和尾部（bù），构成一个帧。帧定界符（fú）：SOH（帧开始符），EOT（帧结束符）

透明传输：若帧出现定界符，在其（qí）前面用字符填充法

差错检（jiǎn）测：循环（huán）冗余检验的原（yuán）理：在发送端（duān），计算（suàn） CRC 冗余码（在待（dài）发（fā）送数（shù）据（k 位（wèi））后（hòu）面再添加供差错检测用的 CRC 冗余码（mǎ）（n 位（wèi）），实际（jì）发送 k+n 位）；在接收端（duān）：利用 n 位 CRC 冗余码对收到的数据进行检验

用除数 P 再（zài）除去收到的数，若余数 R=0，则证（zhèng）明这个帧无差错，接受（shòu）

2、使用点对点信（xìn）道的链路（lù）层：信道特点（diǎn），PPP 帧（zhēn）格（gé）式，零比特填（tián）充法（fǎ）和字（zì）节填充法（fǎ），差错（cuò）检测（CRC）

信道特点：点对点信道使用一（yī）对一（yī）的（de）点对点通信方式（shì）。通常使用 PPP 协议，用户通过（guò） PPP 协议（yì）接入 ISP，再接（jiē）入互联网

PPP 帧格式：

图中（zhōng） F 为标志字（zì）段表（biǎo）示开（kāi）始和结束，是 PPP 帧的定界符；A 和 C 实际上（shàng）并没（méi）有携带 PPP 帧的信息；协议字段中的不同数据表示该（gāi）帧（zhēn）的数据（jù）部分的作用不（bú）同（背）

零比特填充法：同步传输（一连串比特连续（xù）传送） 在原（yuán）始数据中（zhōng）出现连续（xù） 5 个 1 时在（zài）其（qí）后面加一（yī）个 0，在接收端（duān）收到数据时将这个 0 删（shān）去（qù）

字节（jiē）填（tián）充法：异步传输（shū）（逐个字符传送） 在原始（shǐ）数据中若出现开（kāi）始符 7E 修改为 7D5E; 出（chū）现 7D 修改为 7D5D; 出现 03 修改为 7D23;

差错检（jiǎn）测（CRC） : 同上面的（de）差错检验（yàn），用（yòng）冗杂码进行加密（mì）检验

使用广播信道的链路层: 信道特（tè）点，CSMA/CD 协议，MAC 帧格式，最小帧长和最大帧长

信道特点：

局域网使用广播信（xìn）道；

多台主（zhǔ）机共享局域网内软硬件资源；

若多个设备在共（gòng）享（xiǎng）的广播信道上同时（shí）发送数（shù）据，则会彼此干扰，导致（zhì）发送（sòng）失（shī）败

CSMA/CD 协议（yì）：载波（bō）监听多点接入 / 碰（pèng）撞检测

“多点（diǎn）接入”：使用广播信（xìn）道的总线型网（wǎng）络

“载波（bō）监听”：不停地检测（cè）信道（发送前、发送中）

“碰撞检测（cè）”：检测到碰撞→立即停止（zhǐ）发送→等待随机事件后再发送

争用期 = 以太网的端到端往（wǎng）返时间 2τ

10Mbit/s 以太（tài）网的争用期 2τ=51.2μs。

最先发送数据的（de）站，在争用（yòng）期内没有（yǒu）检测（cè）到碰撞，则（zé）这次发送（sòng）肯定不会发生碰撞

如果在争用期内（nèi）发生（shēng）发生碰撞，需要用截断二进制支书（shū）退避算法来（lái）计算等（děng）待（dài）时间。即退避时间 = r 倍的争用期 = r*2τ，r 为离散集（jí）合【0,1，…,2^k-1】中的（de）一个随机数。k=Min[重（chóng）传次（cì）数, 10]。当重传（chuán）次数 = 16 次，仍不能成功时即丢弃（qì）该帧，并向高层报告（gào）

MAC 帧格式：类型（xíng）：0x0800（IP 数据报（bào））、0x0806（ARP 报文）

最小帧长和最大帧长：最小：64，最大 1518 主要取决于数据（jù）部分的长度

网（wǎng）卡的功能和 MAC 地（dì）址，帧的（de）类型（单播帧，广播帧，多播帧）

网卡的功能：计算（suàn）机通过网络适（shì）配器（qì）（网卡）和局域（yù）网（wǎng）进行（háng）通信

MAC 地（dì）址（zhǐ）：MAC 地址固化在网卡的 ROM 中，全球（qiú）唯一。由（yóu） 6 个字节组成，前 3 个字节由 IEEE 注册管理机构 RA 分配（pèi），后（hòu） 3 个（gè）字（zì）节由（yóu）厂（chǎng）家自（zì）行指派。 注（zhù）意：当（dāng）主机或（huò）路由器安装有多个适配器，就有多个 “MAC 地址” 帧的类型（单播（bō）帧，广播帧，多（duō）播帧）：

一台主机发（fā）送单播帧（zhēn），仅当帧的目的地址与本网卡地（dì）址相同时才接收

一台主机发送广播帧，其他（tā）主机都接收该帧

一台主机发送多（duō）播帧，即发送给本局域网上一（yī）部分站点

比较集线器与（yǔ）交换（huàn）机，交换机（jī）的自学习功能及（jí）转发帧的过程

比较（jiào）集线器与交换机：

集线器（qì）：物理上星型，逻（luó）辑上总线型；每个主机到集线（xiàn）器（qì）的（de）距离不超过 100m；可以使用光纤扩（kuò）展主机（jī）和集（jí）线器之（zhī）间的距离，使用集线器扩（kuò）展以太网（前提是连接的多个以太网段的速率要相同）；采用 CSMA/CD，不具有（yǒu）交换机的自学（xué）习能（néng）力（lì），发送数（shù）据采（cǎi）用广播（bō）的方式，整（zhěng）个集线器是个碰撞域，不可以（yǐ）缓存帧（zhēn）

交（jiāo）换（huàn）机：以太网交换机工作（zuò）在数据链路层，处理对（duì）象（xiàng）是帧；全双（shuāng）工，不使用 CSMA/CD；向某个接口（kǒu）转发帧；每一个接口是个碰撞域；可（kě）缓（huǎn）存帧，可自学（xué）习。

半双工数据传输（shū）允许数据在两个方向（xiàng）上传输，但是同一时刻只允许一个方向；全双工也允许在两个方向传输，但同（tóng）时（shí）刻可以同时接受和发送信息

交换机的自学习功能及转发（fā）帧（zhēn）的（de）过（guò）程：

开始时，交换表是空（kōng）的

收到第一个帧后，广播发（fā）到其他接（jiē）口，非目标（biāo）主机会把收到的帧（zhēn）丢弃（qì），并记录这个（gè）接口对应的 MAC 地址（zhǐ）

当一个接口（kǒu）发送帧时（shí），先从原接口进入（rù），查找交换（huàn）表是否有目的地址的（de）记录，如果有就直（zhí）接发送；如果没有就广播发帧。

交换表上的记（jì）录会存在有效（xiào）时（shí）间，过了有效（xiào）时间会清除记（jì）录，以（yǐ）免接（jiē）口更换主机或者主机更换网卡

如（rú）果两个交（jiāo）换机有两个接（jiē）口相互（hù）连（lián）接（jiē），会利用生成树协议，在逻（luó）辑（jí）上删除一（yī）个接口

广（guǎng）播域和碰（pèng）撞域，VLAN，生成树协议 STP

广播域（yù）：指（zhǐ）网络中一个站点发出广播帧所影响的范围 碰撞域：指网络中一个站点发出的（de）单播帧会与（yǔ）其他站点（diǎn）发出的单播帧产生碰撞（zhuàng）的范围；任一个时刻在一个碰撞域中只能有一个（gè）主机发送数据 VLAN：即虚拟局域（yù）网（wǎng），不改变网络的物理局域网（wǎng），在逻（luó）辑上划分虚拟局（jú）域（yù）网（wǎng）。可（kě）以基于（yú）交换机（jī）端口，基于主机 MAC 地址（zhǐ），基于主机 IP 地址（交换机只（zhī）在 802.1Q 标记相同的接（jiē）口之间（jiān）转发帧（zhēn））划分 VLAN

生（shēng）成树协（xié）议 STP：不（bú）改变网（wǎng）络的（de）物理（lǐ）拓扑，但在逻辑上切断某些链路，消除回路