理解数据链路层的地位与作（zuò）用，三（sān）个基本（běn）问题

链路：从（cóng）一个结点到（dào）相邻结（jié）点（diǎn）的一（yī）段物理线路（有线或无线（xiàn）），中间没（méi）有（yǒu）任何其（qí）他交换结点

数据链路（lù）：物理链路（lù） + 通信协议

数据链路层的（de）地位：局域网（wǎng）中（zhōng）的主机、交换机必须实现数据链路层；网（wǎng）络中的（de）主机、路（lù）由器必须实现（xiàn）数据链路层。

数据链（liàn）路（lù）层的（de）作用：网络中两个主机发送（sòng）数据所（suǒ）经过的网络可以是多（duō）种（zhǒng）不同类型的（de），不同类（lèi）型网络的链路层可能采用不同的协议

三个基本问题（tí）：

封装成帧：在（zài）一段数据的前（qián）后分别添（tiān）加首（shǒu）部和（hé）尾部，构成一个帧。帧定界符（fú）：SOH（帧开始符），EOT（帧结（jié）束符）

透明传输：若帧（zhēn）出现定界符，在其前面用字符（fú）填充法

差错（cuò）检测（cè）：循环冗（rǒng）余检验的（de）原（yuán）理：在发送端，计算 CRC 冗（rǒng）余码（在待发送数（shù）据（k 位）后面再添加供（gòng）差错检测用的 CRC 冗（rǒng）余码（n 位），实际发送 k+n 位）；在接收端：利用 n 位 CRC 冗余码对收到的数（shù）据进行检验（yàn）

用除（chú）数 P 再（zài）除去收到的（de）数，若余数 R=0，则证明这个帧无差错，接受

2、使用点对（duì）点信（xìn）道的链路层：信道特点，PPP 帧格式，零比特填充法（fǎ）和字节填充（chōng）法，差错检测（CRC）

信（xìn）道特点：点对点信道使用一对一（yī）的点对点通信方式（shì）。通常（cháng）使用（yòng） PPP 协议，用户通过（guò） PPP 协议接入 ISP，再接入互联网

PPP 帧格式：

图中 F 为标志字段表示开始和结束，是 PPP 帧的定界（jiè）符；A 和（hé） C 实际上（shàng）并（bìng）没有携带 PPP 帧的信息；协议字段中的（de）不同数据（jù）表（biǎo）示该（gāi）帧的数据部分的作用不同（tóng）（背）

零比特填充法（fǎ）：同步传（chuán）输（一连串比特连续传送） 在原始数据中（zhōng）出现连（lián）续 5 个 1 时在其后面加（jiā）一个 0，在接收端收到数据时（shí）将这个（gè） 0 删（shān）去

字节填充法：异步传输（逐个字符（fú）传送） 在原始数（shù）据中若出现开始符 7E 修（xiū）改为（wéi） 7D5E; 出现 7D 修改为 7D5D; 出现 03 修改（gǎi）为 7D23;

差错检测（CRC） : 同上面的差错检（jiǎn）验，用冗杂（zá）码进行加密检（jiǎn）验

使用广（guǎng）播信道的链路层: 信道特（tè）点，CSMA/CD 协议，MAC 帧格（gé）式，最（zuì）小帧长和最大帧长

信（xìn）道特点：

局域网使（shǐ）用广播信道；

多台主机共享（xiǎng）局域网内软硬件资源；

若多个（gè）设备在共享的广播信道上同（tóng）时发送数据，则（zé）会彼此干扰，导致（zhì）发送失败

CSMA/CD 协议：载波（bō）监听（tīng）多点接入 / 碰撞检测

“多（duō）点接（jiē）入”：使（shǐ）用广播信道的总线型网络（luò）

“载波（bō）监听”：不停地检测信道（发（fā）送前、发送中）

“碰撞检（jiǎn）测”：检测到碰撞→立即（jí）停（tíng）止（zhǐ）发送→等待（dài）随机事件后再发（fā）送

争用（yòng）期 = 以太（tài）网的端到端往返时间 2τ

10Mbit/s 以太网的争用期 2τ=51.2μs。

最先发送数据的站，在争用期（qī）内没有检测到碰撞，则这次发送肯定不会发生碰撞

如果（guǒ）在争用期内发生（shēng）发生碰撞，需要用截断二进制支书退避算法来计算等待时间（jiān）。即退避（bì）时间 = r 倍的争（zhēng）用期 = r*2τ，r 为离散（sàn）集合【0,1，…,2^k-1】中的一个随机数。k=Min[重（chóng）传（chuán）次数, 10]。当重传次数 = 16 次，仍不能成功时即丢弃该（gāi）帧，并向高层报告

MAC 帧（zhēn）格式：类型：0x0800（IP 数据（jù）报）、0x0806（ARP 报文）

最小（xiǎo）帧长和（hé）最大帧长：最小：64，最大 1518 主要（yào）取决于数据部分（fèn）的长度（dù）

网卡的功能和（hé） MAC 地址，帧（zhēn）的类型（单播（bō）帧，广播帧，多播（bō）帧）

网卡的功能：计算机通过网络适配（pèi）器（网卡）和局域网进行通信

MAC 地（dì）址：MAC 地址固化（huà）在网卡的 ROM 中，全球唯一。由 6 个（gè）字节组成（chéng），前 3 个字节（jiē）由 IEEE 注（zhù）册管理机（jī）构 RA 分配（pèi），后（hòu） 3 个（gè）字节由（yóu）厂家自行（háng）指派（pài）。 注意：当（dāng）主机（jī）或路由器安装有多个适配器，就有（yǒu）多个 “MAC 地址” 帧的类型（单播帧，广播帧，多播帧）：

一台主机发送单播帧，仅（jǐn）当帧的目的地址（zhǐ）与本网卡地址相同时才接收

一台主（zhǔ）机（jī）发送广（guǎng）播帧，其他主机都接收该帧（zhēn）

一（yī）台主机发送多播帧（zhēn），即（jí）发送给本局域（yù）网上一部分站点

比较集线（xiàn）器与交换机（jī），交换机的自学习功能及（jí）转发帧的过（guò）程

比较集线器与交换机：

集线器：物（wù）理上星型（xíng），逻辑上总线型；每个主机到集线器（qì）的距（jù）离不超过（guò） 100m；可以（yǐ）使用（yòng）光纤扩展主（zhǔ）机和（hé）集线器（qì）之间的（de）距离，使用集线器扩展以（yǐ）太（tài）网（前提（tí）是连接（jiē）的多（duō）个以太网段的速率要相同）；采用（yòng） CSMA/CD，不具有交换（huàn）机（jī）的自学习能力（lì），发送（sòng）数据采（cǎi）用广播的方式，整个集线（xiàn）器是个碰撞域，不可（kě）以缓存帧

交（jiāo）换机（jī）：以太网交（jiāo）换机工作在数据链（liàn）路层，处理（lǐ）对象是帧；全双（shuāng）工，不使用 CSMA/CD；向某个接口转（zhuǎn）发帧；每一个（gè）接口是个碰撞域；可（kě）缓（huǎn）存帧，可（kě）自学习。

半（bàn）双工（gōng）数据传输允许数据在两个方（fāng）向上传输，但是（shì）同一（yī）时刻只允（yǔn）许（xǔ）一个方向；全双工也允许在两个方向（xiàng）传输，但同时（shí）刻可以（yǐ）同时接受和发送信息

交换机的自学（xué）习功能及转发帧的过程：

开始时，交换表是空的

收到第一个帧后，广播（bō）发（fā）到其他（tā）接口，非目标主机会（huì）把（bǎ）收到的帧丢（diū）弃，并记录（lù）这个接口（kǒu）对应的 MAC 地址（zhǐ）

当（dāng）一个（gè）接口发送帧时，先（xiān）从原接口进入，查找交换表是否（fǒu）有目的（de）地址的（de）记录，如果有就直（zhí）接发送；如果没有就广播发帧。

交换表上的记录（lù）会存在（zài）有效时间，过了有（yǒu）效时间会清（qīng）除记录，以免接口（kǒu）更换主机或（huò）者主机更换网卡

如果两（liǎng）个（gè）交换机有（yǒu）两个接口相互连接，会利用生成树协议，在逻辑上删除（chú）一（yī）个接口

广播域和碰撞域，VLAN，生成树协议 STP

广播域：指网络中一（yī）个站点发出广播帧所影响的范围 碰撞（zhuàng）域：指网络中（zhōng）一个（gè）站点发出的单播帧会与（yǔ）其他站点（diǎn）发出的单播（bō）帧（zhēn）产（chǎn）生碰撞的范围；任一个时（shí）刻（kè）在（zài）一个碰撞（zhuàng）域中只能有一个主机（jī）发送数据 VLAN：即虚拟局域网，不（bú）改变网络的物（wù）理局域网（wǎng），在逻辑上（shàng）划分（fèn）虚拟（nǐ）局域网。可以基于（yú）交（jiāo）换机端（duān）口（kǒu），基于主机 MAC 地址，基于主（zhǔ）机 IP 地址（交换机只在 802.1Q 标记相同的（de）接口之（zhī）间转发帧）划（huá）分（fèn） VLAN

生（shēng）成（chéng）树协议 STP：不改变（biàn）网（wǎng）络（luò）的物理拓扑，但（dàn）在逻（luó）辑上切（qiē）断某些（xiē）链路（lù），消除回路