理解数据链路层的地位与作用，三（sān）个（gè）基本问题

链路：从一（yī）个结点到（dào）相（xiàng）邻结点的（de）一段物理线路（有线或无线），中间没有任何其他交换结（jié）点

数据链路：物理链路 + 通信协议

数据链路层的地位：局（jú）域网中的主（zhǔ）机、交换（huàn）机必（bì）须实现数据链路层；网络中的主机、路由器必须实现数据链路层。

数（shù）据链路层的作用：网络（luò）中两个主机发送数据所经过（guò）的网络可以是（shì）多种不同类（lèi）型的，不同类型网络的链（liàn）路层可能采用不同的协（xié）议

三个基（jī）本问题：

封装成帧（zhēn）：在一段数据的前后分别添加首部（bù）和（hé）尾（wěi）部，构成一个帧（zhēn）。帧定（dìng）界符（fú）：SOH（帧开始符（fú）），EOT（帧结（jié）束符）

透明传输：若（ruò）帧出现（xiàn）定界符（fú），在（zài）其前面用（yòng）字符填充法

差错检测：循（xún）环冗余检验（yàn）的原理：在发送端，计算 CRC 冗余码（在待发送数据（k 位）后（hòu）面再添加（jiā）供差（chà）错（cuò）检测（cè）用的 CRC 冗余码（n 位），实际发（fā）送 k+n 位）；在接收端（duān）：利用（yòng） n 位 CRC 冗余码（mǎ）对收到的数（shù）据（jù）进行检验

用除数 P 再除去（qù）收到的数，若（ruò）余数 R=0，则证明这个帧无差错，接受

2、使用点对点（diǎn）信道的链路层：信道特点（diǎn），PPP 帧格式，零比特（tè）填充（chōng）法和字（zì）节填充法，差错检测（CRC）

信道特点：点（diǎn）对（duì）点信（xìn）道使用一（yī）对一的点对点（diǎn）通信（xìn）方式。通常使用 PPP 协议，用户（hù）通过 PPP 协议接入 ISP，再接入互（hù）联（lián）网

PPP 帧格式（shì）：

图中 F 为标志（zhì）字（zì）段表示开始和结束，是 PPP 帧（zhēn）的定（dìng）界（jiè）符；A 和 C 实（shí）际上并（bìng）没有携带 PPP 帧的信息；协议（yì）字段中（zhōng）的不同数（shù）据表示该帧的数据部分的作（zuò）用不同（背）

零（líng）比特填充法（fǎ）：同步传输（一连串比特连续传送（sòng）） 在原始数（shù）据中（zhōng）出现连续（xù） 5 个 1 时在其（qí）后面加（jiā）一个 0，在接收端收到（dào）数据时将这（zhè）个 0 删（shān）去

字节填（tián）充法：异步传（chuán）输（逐个字符传送） 在（zài）原（yuán）始数据中若（ruò）出现开始符 7E 修改为 7D5E; 出现（xiàn） 7D 修（xiū）改为 7D5D; 出（chū）现 03 修改为 7D23;

差错检测（CRC） : 同（tóng）上面的差（chà）错检验，用冗（rǒng）杂码进行加密检验

使（shǐ）用广播信道的链路层: 信道特点（diǎn），CSMA/CD 协议，MAC 帧格式，最小帧长和最（zuì）大帧长

信道特点：

局域网使用广播信道；

多台主机共享局域网内软硬件资（zī）源；

若多个设备在（zài）共（gòng）享（xiǎng）的广（guǎng）播信道上同时发送数据，则会彼此干扰，导致发送失败（bài）

CSMA/CD 协（xié）议：载（zǎi）波监听多点接入 / 碰（pèng）撞检测（cè）

“多点接入（rù）”：使用广播（bō）信道（dào）的（de）总线型网络

“载波监听”：不停地（dì）检（jiǎn）测信道（dào）（发送前（qián）、发送中）

“碰撞检测”：检测到碰撞→立即停止发送（sòng）→等（děng）待随机事件后再发送

争（zhēng）用期 = 以太网的端到端往返时（shí）间 2τ

10Mbit/s 以太网的争（zhēng）用期（qī） 2τ=51.2μs。

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

如果在争用期（qī）内发生发生碰撞，需要用截断二进制支书退避（bì）算法（fǎ）来计算等待（dài）时间（jiān）。即退（tuì）避时间（jiān） = r 倍的争用期 = r*2τ，r 为（wéi）离（lí）散集合【0,1，…,2^k-1】中的一个随（suí）机数。k=Min[重（chóng）传次数（shù）, 10]。当重传次数 = 16 次（cì），仍（réng）不能成功时即丢弃（qì）该帧，并向高（gāo）层（céng）报告

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

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

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

网（wǎng）卡的功（gōng）能：计（jì）算（suàn）机通过网（wǎng）络适配器（网卡）和局域（yù）网进行通（tōng）信

MAC 地址：MAC 地址固化在网卡的 ROM 中，全球唯一。由 6 个字节组成，前 3 个字节由 IEEE 注（zhù）册管理机构 RA 分配，后（hòu） 3 个字节（jiē）由厂（chǎng）家自（zì）行指派（pài）。 注意（yì）：当主机或路（lù）由（yóu）器安装有多个适配（pèi）器，就有（yǒu）多个 “MAC 地址” 帧的类（lèi）型（xíng）（单播帧，广播帧，多播（bō）帧（zhēn））：

一台主机（jī）发送单播帧，仅（jǐn）当帧的目（mù）的地址与本网卡地址相同时才（cái）接收

一台主机发（fā）送广播帧，其他主（zhǔ）机都接收该帧

一台主机（jī）发送多（duō）播帧，即发送给本局域网上（shàng）一部分站点

比较（jiào）集线器与交换机（jī），交换机的（de）自学习功能（néng）及转发（fā）帧的（de）过程

比较集线（xiàn）器与交换机：

集线（xiàn）器：物理上星型，逻辑上总线（xiàn）型；每个主机到集线（xiàn）器的（de）距离不超过 100m；可以使用（yòng）光纤扩展主机和集线（xiàn）器（qì）之间（jiān）的距离，使用集线器扩展（zhǎn）以太网（前提是连接的多个以太网段的速率（lǜ）要相（xiàng）同）；采用 CSMA/CD，不具（jù）有交（jiāo）换机的（de）自学习能（néng）力（lì），发送数据采用广播的方式，整个集线（xiàn）器（qì）是个碰撞域（yù），不可以（yǐ）缓存（cún）帧

交换机（jī）：以太网交换机工作在数据链路（lù）层，处理对（duì）象是帧；全双工，不使用 CSMA/CD；向某（mǒu）个（gè）接口（kǒu）转发帧；每一个接口是个碰（pèng）撞域；可缓存帧，可（kě）自学（xué）习。

半双工数（shù）据传输允许数据在（zài）两个方向（xiàng）上传输，但是同一时刻只允许（xǔ）一个（gè）方（fāng）向；全（quán）双工也允许在两个方（fāng）向传输，但同时刻可以同（tóng）时（shí）接受（shòu）和（hé）发送信息（xī）

交（jiāo）换机的自学习功能及转发帧（zhēn）的过程：

开（kāi）始时（shí），交（jiāo）换表是（shì）空（kōng）的

收到第一个帧（zhēn）后，广播发（fā）到其他接（jiē）口，非目标（biāo）主机会把（bǎ）收到的帧（zhēn）丢弃，并记录这（zhè）个接口对（duì）应的 MAC 地址（zhǐ）

当一个接口发送（sòng）帧（zhēn）时，先从原接口进入，查找交换表是否有目的地址（zhǐ）的记录，如果有就直接发送；如果（guǒ）没有就广播发（fā）帧。

交换表上的记录会存在有效时间，过了有效（xiào）时（shí）间会清除记（jì）录，以（yǐ）免接口（kǒu）更换主机（jī）或者（zhě）主机更换网卡

如果两个交换机有两个（gè）接口相互连接，会利（lì）用生成树协（xié）议，在逻辑上删除一个接口

广播域和碰撞域，VLAN，生成树协议 STP

广播（bō）域（yù）：指网络中一个站点发出广播帧所影（yǐng）响的（de）范围（wéi） 碰撞域：指网络（luò）中（zhōng）一（yī）个站点发出的单播帧会与其他站点发（fā）出的单播帧产生（shēng）碰撞的范（fàn）围；任一个时（shí）刻（kè）在一个碰撞域中只能有一个主机发送（sòng）数（shù）据（jù） VLAN：即虚拟局域网（wǎng），不改变网络的（de）物理局（jú）域网，在逻辑上划（huá）分虚（xū）拟局域网。可以基于（yú）交换机端口（kǒu），基于主机 MAC 地址（zhǐ），基于主机 IP 地址（交换机只在 802.1Q 标记相同的接口之间（jiān）转发帧）划分（fèn） VLAN

生（shēng）成树协（xié）议 STP：不改（gǎi）变网络的物（wù）理拓扑（pū），但在（zài）逻辑上切断（duàn）某些链路，消除回（huí）路