理解数据链路层的地（dì）位与作（zuò）用，三个基本问题

链路：从一（yī）个结点（diǎn）到（dào）相邻结点的一段物理线路（有线或无（wú）线（xiàn）），中间没有任何其他交（jiāo）换（huàn）结点

数据链（liàn）路：物理链（liàn）路（lù） + 通信协议

数据链路层（céng）的地位：局域网中的主（zhǔ）机、交换机必须实现数据链路层（céng）；网络中的主机、路由器必须实现数据链路层（céng）。

数据链路层的（de）作用：网络中两（liǎng）个主（zhǔ）机发（fā）送数据所（suǒ）经（jīng）过的网络可以是多种不（bú）同类（lèi）型的，不同（tóng）类（lèi）型网络的链路层（céng）可能采用不同的协议

三个基（jī）本问题：

封装成帧（zhēn）：在一段数据的（de）前后分别添加首部和尾（wěi）部（bù），构成一个帧。帧定界符：SOH（帧开始符（fú）），EOT（帧（zhēn）结（jié）束符）

透明传输：若帧出现定（dìng）界符，在其前面用字符填充法（fǎ）

差错检测：循环冗（rǒng）余（yú）检验的原理：在发送端，计算（suàn） CRC 冗（rǒng）余码（在待发送数据（k 位（wèi））后面再添（tiān）加供差错检测用的 CRC 冗余码（n 位），实际发送（sòng） k+n 位）；在接收（shōu）端：利用 n 位 CRC 冗余码对收到的数据进（jìn）行检验

用除数 P 再除去收到的数，若余数 R=0，则证明这个（gè）帧无差（chà）错，接受

2、使用（yòng）点对点信（xìn）道的链路层：信道特点，PPP 帧格式，零（líng）比特填充法和字节填（tián）充（chōng）法，差错检测（cè）（CRC）

信道特点：点对点信道（dào）使用一对一的点对点通信方式。通常使（shǐ）用 PPP 协（xié）议，用户通过（guò） PPP 协议接入 ISP，再接入（rù）互联网

PPP 帧格式：

图中 F 为标志（zhì）字段（duàn）表示开始（shǐ）和结束，是 PPP 帧（zhēn）的定界符；A 和 C 实际（jì）上并（bìng）没有携带 PPP 帧（zhēn）的信（xìn）息；协议字（zì）段中的不同（tóng）数据表示该帧的数据（jù）部分的作（zuò）用不同（背）

零（líng）比特填充（chōng）法：同步（bù）传输（一连串比特连续传送） 在原始数据中（zhōng）出现（xiàn）连续（xù） 5 个 1 时在其后面加一个 0，在接收端收到数据时将（jiāng）这个 0 删去

字（zì）节填充法：异步传输（逐个字（zì）符传（chuán）送（sòng）） 在原始（shǐ）数据（jù）中若出现开始（shǐ）符 7E 修改（gǎi）为 7D5E; 出（chū）现 7D 修改为 7D5D; 出现 03 修（xiū）改为（wéi） 7D23;

差错检测（CRC） : 同上面的差错（cuò）检验，用（yòng）冗杂码（mǎ）进行（háng）加密检验

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

信道（dào）特点：

局域网使用广播（bō）信道；

多台主机共享（xiǎng）局域（yù）网内软硬件资源；

若多个设备在共享的广播信道上同时发送数据，则会彼（bǐ）此（cǐ）干扰，导致发送（sòng）失（shī）败

CSMA/CD 协议：载（zǎi）波监听多（duō）点（diǎn）接入 / 碰撞检测

“多点（diǎn）接（jiē）入”：使用广播信道的总线（xiàn）型网络

“载波监听（tīng）”：不停（tíng）地检测信道（dào）（发（fā）送前、发送（sòng）中）

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

争用期 = 以太网的（de）端到端往返（fǎn）时间（jiān） 2τ

10Mbit/s 以太（tài）网的争用（yòng）期 2τ=51.2μs。

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

如果在争用期内发生发（fā）生碰撞，需要（yào）用截（jié）断（duàn）二进制支（zhī）书退避算法来计算等待时间。即（jí）退避时间 = r 倍的争用期 = r*2τ，r 为离散集（jí）合【0,1，…,2^k-1】中的一（yī）个随机数。k=Min[重传次数, 10]。当重传次数 = 16 次，仍不能（néng）成功时即（jí）丢弃该帧，并向高层报告

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

最小帧长（zhǎng）和最大（dà）帧长：最小：64，最大 1518 主要取（qǔ）决于数据部（bù）分的长（zhǎng）度

网（wǎng）卡的功能和 MAC 地址，帧的类型（单播帧，广播帧（zhēn），多播帧（zhēn））

网卡的（de）功能：计算机通过网络（luò）适配器（网卡）和局域网进行（háng）通信（xìn）

MAC 地址：MAC 地址固（gù）化在网卡的 ROM 中，全球唯（wéi）一。由 6 个字节组成（chéng），前 3 个字节由 IEEE 注（zhù）册管（guǎn）理机构 RA 分配，后（hòu） 3 个字节由厂家自行指派（pài）。 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（de）类型（xíng）（单（dān）播帧，广播（bō）帧，多（duō）播（bō）帧）：

一台主机发送单播帧，仅当帧的目的地址与本网卡地址相同（tóng）时才接（jiē）收

一（yī）台主机发（fā）送（sòng）广播（bō）帧，其他主机都接收该帧

一台主（zhǔ）机发送多播帧，即发送给本局域网上一部分站点

比（bǐ）较（jiào）集线（xiàn）器与交换机，交换机的（de）自学习功能及转发（fā）帧的过程

比较（jiào）集（jí）线器与交换机：

集线器：物（wù）理上星型，逻辑上总线（xiàn）型；每个主机到（dào）集线器的距离不超过 100m；可以（yǐ）使用光纤扩展主（zhǔ）机和（hé）集线（xiàn）器之（zhī）间的距（jù）离，使用（yòng）集（jí）线器扩展以太网（前提是（shì）连接的（de）多（duō）个以（yǐ）太网（wǎng）段的速率要相同（tóng））；采用 CSMA/CD，不具有交换机（jī）的自学习能（néng）力，发送数据采用广播的方式，整（zhěng）个集线器是个碰撞域，不可以缓存帧（zhēn）

交换机：以太网交换机工作在数据链路层，处（chù）理（lǐ）对象是帧；全双工，不使（shǐ）用 CSMA/CD；向某个接口（kǒu）转发帧；每一个接（jiē）口是个（gè）碰撞域；可（kě）缓存帧，可自学习。

半（bàn）双工（gōng）数据传输允许数据在两个（gè）方向（xiàng）上传输，但是（shì）同（tóng）一时刻（kè）只允许一个方向；全双工也允许在两个方向传输，但同时刻可以同时接（jiē）受和（hé）发送信息（xī）

交换机的自学习功能及转发帧的过程：

开始（shǐ）时，交换表是空（kōng）的

收（shōu）到第（dì）一个帧后，广播发到其他接口，非目标主机会把收到的帧丢弃，并（bìng）记（jì）录这个接口对应（yīng）的 MAC 地址

当（dāng）一个接口发送（sòng）帧时，先（xiān）从（cóng）原接口进（jìn）入，查找交换（huàn）表是否有目的（de）地址的（de）记录，如（rú）果有（yǒu）就直接发送；如果没有就广（guǎng）播发帧。

交（jiāo）换表上的记（jì）录（lù）会存在有效时间，过了有效时（shí）间会清除（chú）记（jì）录，以免接（jiē）口更换主（zhǔ）机（jī）或者主机更换网（wǎng）卡

如果两（liǎng）个交换机有两（liǎng）个接口（kǒu）相（xiàng）互连（lián）接，会利用生成树协议（yì），在逻（luó）辑上删除一个接（jiē）口（kǒu）

广播域和碰撞（zhuàng）域，VLAN，生成（chéng）树协议（yì） STP

广播（bō）域：指（zhǐ）网络中一个站点（diǎn）发出（chū）广播（bō）帧所（suǒ）影响的范围（wéi） 碰撞域：指网（wǎng）络中（zhōng）一个站点发出的单播（bō）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只能（néng）有（yǒu）一个主机发送数据 VLAN：即（jí）虚拟局域网，不改（gǎi）变网络的物理（lǐ）局域网，在逻（luó）辑（jí）上划分虚拟局域网。可以（yǐ）基于交换机（jī）端口，基于主机 MAC 地址，基于主机 IP 地址（交换机（jī）只在 802.1Q 标（biāo）记相（xiàng）同的（de）接口之间（jiān）转发帧）划分 VLAN

生成树协议 STP：不改变网络的物理（lǐ）拓扑，但在（zài）逻辑上切（qiē）断某些链路，消除回路