理解数据链路层的地位与作用，三个基本问题

链（liàn）路（lù）：从（cóng）一个结点（diǎn）到相（xiàng）邻结点的一段物理线路（有线或无线（xiàn）），中间没有任何其（qí）他交换结点（diǎn）

数据链路：物理链（liàn）路 + 通信协（xié）议（yì）

数据（jù）链路层的（de）地位：局域网中的主机、交换机必须实（shí）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（jù）链路层的（de）作用：网络中两个主（zhǔ）机发送数据（jù）所经过的网络可以是多种不同类型的，不（bú）同类型（xíng）网络的链路层可能采（cǎi）用不同的协（xié）议

三个基（jī）本问题：

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

透明传输：若帧出现定界符，在其（qí）前面用（yòng）字符填（tián）充法

差错检测（cè）：循环冗余检验（yàn）的原（yuán）理：在发送端，计算（suàn） CRC 冗余码（mǎ）（在待发送数据（k 位）后面再添加供（gòng）差错（cuò）检测用的 CRC 冗余（yú）码（n 位），实际发送 k+n 位（wèi））；在（zài）接收端（duān）：利用 n 位 CRC 冗（rǒng）余码对（duì）收到的（de）数据进（jìn）行检验

用除数 P 再除去收到的数（shù），若余数 R=0，则证（zhèng）明（míng）这个（gè）帧无差错（cuò），接受（shòu）

2、使用点对点信道的链（liàn）路层（céng）：信道特（tè）点，PPP 帧格式，零比特填充法和（hé）字节填充法（fǎ），差（chà）错（cuò）检测（CRC）

信道特点：点（diǎn）对点信道使用一对一的点对点通信方式。通常使用 PPP 协议（yì），用户通过 PPP 协议接入 ISP，再接入互联网（wǎng）

PPP 帧格式：

图中 F 为标志字（zì）段表示开始和结（jié）束，是 PPP 帧的定界符（fú）；A 和（hé） C 实际上并没（méi）有携（xié）带 PPP 帧的信息；协议字段中的（de）不同数据表示（shì）该帧（zhēn）的数据部分的作用不同（背）

零比特（tè）填充法（fǎ）：同步传输（一（yī）连串（chuàn）比特连续传送） 在原（yuán）始数据（jù）中出（chū）现连续 5 个 1 时在其后（hòu）面加（jiā）一个 0，在接收端收到数据时将这（zhè）个 0 删去

字（zì）节填充法：异（yì）步传输（逐个字符传送） 在原始数据中若出现（xiàn）开始符 7E 修改为 7D5E; 出现 7D 修改（gǎi）为 7D5D; 出现 03 修改为 7D23;

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

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

信道特（tè）点（diǎn）：

局域网使用广播信道；

多台主（zhǔ）机共享局域网内软（ruǎn）硬件（jiàn）资源；

若多（duō）个（gè）设备在共享的广播信道上同（tóng）时发送数（shù）据，则会彼此干扰（rǎo），导致发送失败

CSMA/CD 协议：载波监（jiān）听多（duō）点（diǎn）接入 / 碰（pèng）撞检测

“多点（diǎn）接入”：使用广播信道的总线型网络

“载波监（jiān）听”：不停地检测信道（发（fā）送前、发送（sòng）中）

“碰撞检测”：检测到（dào）碰撞→立即停止发送→等待随机事件后再发送

争用（yòng）期 = 以太（tài）网（wǎng）的端（duān）到端往返（fǎn）时间（jiān） 2τ

10Mbit/s 以太网（wǎng）的争用期 2τ=51.2μs。

最先发送数据的站，在（zài）争用（yòng）期内没有检测到碰撞，则这次发（fā）送肯定不会发生（shēng）碰撞

如果在争用期（qī）内发生发生碰撞（zhuàng），需要（yào）用截（jié）断二进制支书退（tuì）避（bì）算法来计算等待时间。即退避时间 = r 倍的争用（yòng）期 = r*2τ，r 为（wéi）离散集合（hé）【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（néng）成功时（shí）即丢弃该帧（zhēn），并向（xiàng）高层（céng）报告

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

最（zuì）小帧（zhēn）长和（hé）最大帧长（zhǎng）：最小：64，最大 1518 主要取（qǔ）决（jué）于数据部分的（de）长度

网卡的功能和 MAC 地址，帧的类型（单播帧，广播帧，多播帧）

网卡的功能（néng）：计（jì）算机通过网络适配器（网卡）和局域网进（jìn）行通信

MAC 地址（zhǐ）：MAC 地址固化（huà）在网卡的 ROM 中，全球唯一。由 6 个字节组成，前 3 个字节由 IEEE 注册管理机构 RA 分（fèn）配（pèi），后 3 个字节（jiē）由厂（chǎng）家自（zì）行（háng）指派（pài）。 注意：当主机或路由器安装有多个适配器，就有多（duō）个 “MAC 地址” 帧（zhēn）的类型（单播（bō）帧，广播帧，多播（bō）帧）：

一（yī）台（tái）主机发（fā）送单播帧，仅当（dāng）帧的目的地（dì）址与本（běn）网卡地址相（xiàng）同时才接收

一台主（zhǔ）机（jī）发（fā）送广（guǎng）播（bō）帧（zhēn），其他（tā）主（zhǔ）机都接收该帧

一台（tái）主机发送（sòng）多播帧，即（jí）发送给本（běn）局域（yù）网（wǎng）上一部分（fèn）站点

比（bǐ）较集线（xiàn）器（qì）与交换机，交换机（jī）的自学习（xí）功能及转（zhuǎn）发帧（zhēn）的过程（chéng）

比较集线器与交换（huàn）机：

集线器：物理（lǐ）上星型，逻（luó）辑上总线型；每个主机到集线器的距离不超（chāo）过 100m；可以使用光纤扩展主机和集线器之间的距离，使用集（jí）线器扩展以太（tài）网（前提是连接的多个以太网段的（de）速率要（yào）相同）；采用（yòng） CSMA/CD，不具有交换机的自学（xué）习能力，发送数据（jù）采用广播的方式，整个集线器是个碰（pèng）撞域，不可以缓存（cún）帧（zhēn）

交换机（jī）：以（yǐ）太网交换机工作在（zài）数据链路（lù）层，处理对象是帧；全双工，不使用 CSMA/CD；向某个接口（kǒu）转发帧；每一个接口是（shì）个碰（pèng）撞域；可缓存帧，可自学（xué）习（xí）。

半双工数（shù）据传输允许数据在两个方向上传输，但是同一时刻只允许（xǔ）一个方（fāng）向；全双（shuāng）工也允许在两个方（fāng）向传输，但同（tóng）时刻可以同时接受（shòu）和发送信（xìn）息（xī）

交换机（jī）的自学习功能（néng）及转发帧的过（guò）程（chéng）：

开始时，交换表是（shì）空的

收到第一（yī）个帧后，广播发到其他（tā）接口（kǒu），非目（mù）标主机（jī）会把收到的（de）帧丢弃，并（bìng）记录这个接口对应的（de） MAC 地（dì）址（zhǐ）

当一个接口发送帧（zhēn）时，先（xiān）从原接口进入，查找交换表是否有目（mù）的地址的记（jì）录，如（rú）果有就直接（jiē）发送；如果没有就广播发帧。

交换表上（shàng）的记录会存在有效时间，过了（le）有（yǒu）效时间会清除记录，以免接口更换（huàn）主机或者主机更换（huàn）网卡

如果两个交换机有两个接（jiē）口（kǒu）相互连接，会利用生成树协议，在逻辑（jí）上（shàng）删除一（yī）个（gè）接口

广播域和碰撞域（yù），VLAN，生成树协议 STP

广播域：指网络中（zhōng）一个站点发（fā）出广播帧所影响的范围 碰撞域：指网（wǎng）络中一个站点发出的单（dān）播帧会与（yǔ）其（qí）他站点发出的单播帧产生（shēng）碰撞的范围；任一个（gè）时刻在一个碰（pèng）撞域中只（zhī）能有一（yī）个主机（jī）发送数据 VLAN：即（jí）虚拟局域网，不（bú）改（gǎi）变网络的物理局域网，在逻（luó）辑上划分虚拟局域网。可以基于交换机端口，基于主机 MAC 地址，基于主机 IP 地址（zhǐ）（交换机只在 802.1Q 标记（jì）相同的（de）接口之间转发帧）划分 VLAN

生（shēng）成（chéng）树协（xié）议 STP：不改变网络的物（wù）理（lǐ）拓扑，但在逻（luó）辑上切断某些链（liàn）路，消除回路