理解数据链路层的地位与作用，三个基本问题

链路：从一个结点到相（xiàng）邻结点（diǎn）的一段物理线路（有线或无线），中间没（méi）有任何其（qí）他交换（huàn）结点

数据（jù）链路：物理（lǐ）链路（lù） + 通信协议

数据链路层的（de）地位（wèi）：局域网中的主机（jī）、交换（huàn）机必须实现数据链（liàn）路（lù）层（céng）；网络中的主机、路（lù）由器（qì）必须实现数据链路层。

数据链路层（céng）的作用：网络中（zhōng）两个主机发送数据所（suǒ）经过的网络（luò）可以是多种（zhǒng）不（bú）同类型（xíng）的，不同类型网络的链路层可能采用不同的协议（yì）

三个基本（běn）问题：

封装成（chéng）帧：在一（yī）段数据（jù）的前（qián）后分别（bié）添（tiān）加首部和尾部，构成一个帧。帧定界（jiè）符（fú）：SOH（帧开始符），EOT（帧结束符（fú））

透明传输：若（ruò）帧（zhēn）出（chū）现定界符，在其（qí）前面用字（zì）符（fú）填（tián）充（chōng）法

差错检（jiǎn）测：循环冗余（yú）检验的原理：在发送端，计算（suàn） CRC 冗余码（在待发送数据（k 位）后面再（zài）添（tiān）加供差（chà）错（cuò）检测用的 CRC 冗（rǒng）余（yú）码（n 位（wèi）），实际（jì）发送 k+n 位）；在接收端：利用 n 位 CRC 冗余码对收到的数据（jù）进行检验

用除数 P 再（zài）除去收到的数，若余数（shù） R=0，则证明这（zhè）个帧无（wú）差错（cuò），接受

2、使（shǐ）用点对点（diǎn）信道的链路层：信道特点（diǎn），PPP 帧格式，零比（bǐ）特填充法（fǎ）和（hé）字节（jiē）填（tián）充法（fǎ），差错检测（CRC）

信道（dào）特点：点（diǎn）对点（diǎn）信（xìn）道使用一对一的点对点通信方（fāng）式。通常使（shǐ）用 PPP 协议，用户（hù）通过 PPP 协议接入 ISP，再接入互（hù）联网

PPP 帧（zhēn）格（gé）式：

图（tú）中 F 为标志字段（duàn）表（biǎo）示开始（shǐ）和结束，是 PPP 帧（zhēn）的定（dìng）界符；A 和 C 实（shí）际（jì）上并没有携带 PPP 帧的信息；协议（yì）字段中的不同数据表示该帧（zhēn）的数据部分的作用不同（背）

零比（bǐ）特填充（chōng）法：同步传输（一（yī）连串比特连（lián）续传送） 在原始数据中出现连续 5 个 1 时在其后面加（jiā）一（yī）个 0，在接收（shōu）端收到数据时将这个 0 删去

字节填充法：异步传输（逐个字符传（chuán）送） 在原始（shǐ）数据中（zhōng）若出现（xiàn）开始符 7E 修改为 7D5E; 出现 7D 修改为 7D5D; 出现 03 修改为 7D23;

差错检（jiǎn）测（CRC） : 同上面的差（chà）错（cuò）检验，用冗杂码（mǎ）进行（háng）加密检验

使（shǐ）用广播信道（dào）的（de）链路（lù）层（céng）: 信道特点，CSMA/CD 协议（yì），MAC 帧（zhēn）格式，最小（xiǎo）帧（zhēn）长（zhǎng）和最大帧长

信道特点（diǎn）：

局域网使用（yòng）广播信道；

多台（tái）主机共享局（jú）域网（wǎng）内软（ruǎn）硬件资源；

若多个（gè）设备在共享的广播信道上同时发送数据（jù），则会彼此干扰，导（dǎo）致发送失败

CSMA/CD 协议：载波监听多点（diǎn）接入 / 碰撞检测

“多点接入（rù）”：使用广（guǎng）播信道的总线型网络

“载波（bō）监听”：不停地检测信道（发送前、发送中）

“碰撞检（jiǎn）测”：检测到碰撞→立即停（tíng）止发送→等待随机（jī）事件（jiàn）后再发送

争用期 = 以太网的端到端往返时间 2τ

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

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

如果在（zài）争用期内（nèi）发生发生（shēng）碰（pèng）撞，需要（yào）用截（jié）断二进制支书退避算法来（lái）计算等待时间。即（jí）退避时间 = r 倍的（de）争用期 = r*2τ，r 为离散集合【0,1，…,2^k-1】中的一个随机数。k=Min[重传次数, 10]。当重传次数 = 16 次，仍不能成功时即丢弃该帧（zhēn），并向高（gāo）层报告

MAC 帧格（gé）式：类型：0x0800（IP 数（shù）据报）、0x0806（ARP 报文）

最小帧长和最大（dà）帧长：最小：64，最大 1518 主要取决于数据部（bù）分的长度

网卡的功能和 MAC 地址，帧（zhēn）的（de）类型（单播帧，广播帧，多播帧（zhēn））

网卡的功能：计算机通（tōng）过网络适（shì）配器（网（wǎng）卡）和局域网进行通信

MAC 地（dì）址：MAC 地（dì）址（zhǐ）固化在网卡的 ROM 中，全（quán）球唯（wéi）一。由 6 个字节组成，前 3 个（gè）字（zì）节由 IEEE 注册管理机构 RA 分配，后 3 个（gè）字节（jiē）由厂家自行指派。 注意：当主机或路由器安装有多个适配器，就有多个 “MAC 地址” 帧的类（lèi）型（xíng）（单播（bō）帧，广（guǎng）播帧，多（duō）播帧（zhēn））：

一台主机发送单播（bō）帧，仅当（dāng）帧的目的（de）地址与本网卡地址相同时（shí）才接收

一台主机发送广播帧，其他主机都接收（shōu）该帧

一台主机发（fā）送（sòng）多播帧，即发送给（gěi）本局域（yù）网上一部分站点

比较集线器（qì）与交换机，交换机的自学习功能（néng）及转发帧的过程

比（bǐ）较（jiào）集（jí）线器与交换机：

集线器：物理上星型，逻（luó）辑上（shàng）总线型；每个主（zhǔ）机到集线器的距离不超过（guò） 100m；可以使用（yòng）光纤扩展（zhǎn）主机和集线（xiàn）器之间的（de）距离，使用集线器扩展（zhǎn）以太网（前（qián）提（tí）是连（lián）接的多个以太网（wǎng）段的速（sù）率（lǜ）要相同）；采用 CSMA/CD，不（bú）具有交换机的自（zì）学习能力，发送数据采用广播的方式（shì），整（zhěng）个集线器是（shì）个碰撞（zhuàng）域，不可以（yǐ）缓存帧

交换（huàn）机：以太网交换机工作在数据链（liàn）路层，处理对象（xiàng）是（shì）帧；全双工，不使（shǐ）用 CSMA/CD；向某个接口转发帧；每一（yī）个接口是个碰撞域；可缓存帧，可自学习。

半双工（gōng）数据传输（shū）允许（xǔ）数据在两个方（fāng）向上传输，但是同一时刻只允许（xǔ）一（yī）个方向；全双工也允（yǔn）许在两个（gè）方向传输，但同（tóng）时刻（kè）可以同（tóng）时接受和发送信息（xī）

交换机的自学习（xí）功（gōng）能及转发帧的过（guò）程（chéng）：

开始时，交换表（biǎo）是空的（de）

收（shōu）到第一个帧后，广播发到其他接（jiē）口，非目标主（zhǔ）机会把收（shōu）到的帧丢弃，并记录这个接口对应（yīng）的 MAC 地（dì）址（zhǐ）

当一个（gè）接口发送帧时，先从原接口进入，查找交换表是否有目的地址的记录，如果有就直接发送；如果没有就广播发帧。

交换表上的记录会存（cún）在有（yǒu）效（xiào）时间（jiān），过了有效时间会（huì）清除记录，以免接口更换（huàn）主机（jī）或者主机更换网卡

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

广（guǎng）播域和碰撞（zhuàng）域，VLAN，生成（chéng）树协议 STP

广播域：指网络中一个站（zhàn）点发出广播帧所影响（xiǎng）的范（fàn）围 碰撞域：指网络中一个站（zhàn）点发出的单播帧会与其他站点发（fā）出的单播帧产生碰撞的（de）范围；任一个时刻在一个碰撞域中（zhōng）只能有一个主机发送数（shù）据 VLAN：即虚（xū）拟（nǐ）局域网，不改变网络（luò）的物理（lǐ）局域网，在逻辑上划分虚拟局域网（wǎng）。可以基（jī）于交换机（jī）端口，基于主机 MAC 地址，基（jī）于主机 IP 地址（交换机只在（zài） 802.1Q 标记相同的接口之间转发帧）划分 VLAN

生成树（shù）协议（yì） STP：不改变网（wǎng）络的物理拓扑，但在逻（luó）辑上切断某些链路，消除回路