理解数（shù）据链路层的地位与作（zuò）用，三个基本问（wèn）题

链路：从一个结点到相邻结（jié）点的一段物理线路（有线或无线），中间没有任何其他交换结点

数据链路：物理链（liàn）路 + 通（tōng）信协议（yì）

数（shù）据链（liàn）路层的地位：局域（yù）网中的（de）主（zhǔ）机、交换机必须（xū）实（shí）现（xiàn）数据链路层；网络中的主（zhǔ）机、路由器必（bì）须实现数据链路层。

数据链路层的作用：网（wǎng）络中两个主机发送数据所经过（guò）的（de）网络可以是（shì）多种不同（tóng）类型的（de），不同类型网络（luò）的（de）链路层可能采用不同的协议

三（sān）个（gè）基本问题（tí）：

封装成帧（zhēn）：在一（yī）段数据的前后分别添加首部（bù）和（hé）尾部，构成一个帧。帧定界符：SOH（帧开始符），EOT（帧结束符）

透明传输：若（ruò）帧出现定界（jiè）符，在其前面（miàn）用字符（fú）填充法

差（chà）错检（jiǎn）测：循（xún）环冗余检验的原理：在发（fā）送（sòng）端（duān），计（jì）算 CRC 冗余码（mǎ）（在待发送数据（k 位）后面（miàn）再添加供差错（cuò）检测用的 CRC 冗余码（n 位），实际发送 k+n 位）；在接收端：利用（yòng） n 位 CRC 冗（rǒng）余码对收到的数（shù）据（jù）进（jìn）行检验

用除数 P 再除去收到的数，若余数（shù） R=0，则证明（míng）这个帧无（wú）差错，接受

2、使（shǐ）用点对点（diǎn）信（xìn）道的链路层：信道特点，PPP 帧格（gé）式，零比特填充法和（hé）字节填充（chōng）法，差错检测（CRC）

信道特点：点（diǎn）对点信道使用一对一的点对点通信（xìn）方式。通常（cháng）使用 PPP 协（xié）议，用户通过（guò） PPP 协议接入 ISP，再接入互联网

PPP 帧格式：

图中（zhōng） F 为标志字段表（biǎo）示开（kāi）始和结束，是（shì） PPP 帧的定（dìng）界符；A 和 C 实际上（shàng）并（bìng）没（méi）有（yǒu）携（xié）带 PPP 帧的信息（xī）；协议字段（duàn）中的不同数据表示该帧的数据部分（fèn）的作用不同（背（bèi））

零比特填充法：同步传输（一连串（chuàn）比特连续（xù）传送） 在（zài）原始数（shù）据中出现连（lián）续 5 个 1 时在其后面加一个 0，在（zài）接收（shōu）端收到数据时（shí）将这个 0 删去

字节填充法：异步传输（逐个字（zì）符传送（sòng）） 在原始（shǐ）数据中若（ruò）出现开始符 7E 修改为 7D5E; 出（chū）现 7D 修改为 7D5D; 出现 03 修改为 7D23;

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

使用广播（bō）信（xìn）道的（de）链路（lù）层: 信道（dào）特点，CSMA/CD 协议（yì），MAC 帧格式，最小（xiǎo）帧长和（hé）最大帧（zhēn）长

信道特（tè）点：

局域网（wǎng）使用广播（bō）信（xìn）道；

多台主机共享局域网（wǎng）内软硬件（jiàn）资源；

若多（duō）个设备在（zài）共享的广播信道上同时发送数据（jù），则会彼（bǐ）此干扰（rǎo），导致（zhì）发送失败

CSMA/CD 协议：载波监听（tīng）多点接入（rù） / 碰撞检测

“多点接（jiē）入”：使用广播信道的（de）总（zǒng）线型网络

“载波监听”：不停地检测信道（发送前、发送中）

“碰撞检测”：检测到碰（pèng）撞→立即（jí）停止发送→等待随机事件（jiàn）后再发送

争用期 = 以太网（wǎng）的端到端（duān）往返时间 2τ

10Mbit/s 以太网（wǎng）的争用期 2τ=51.2μs。

最先（xiān）发送数据的（de）站，在争用期内没（méi）有检测到碰撞，则这次（cì）发送肯定不会发生碰撞

如果在争（zhēng）用期内发生发生碰（pèng）撞（zhuàng），需要用（yòng）截（jié）断二进制（zhì）支书退避算法来计算等待时间（jiān）。即退避时间 = r 倍的争用期 = r*2τ，r 为离散集合【0,1，…,2^k-1】中的一个（gè）随机（jī）数（shù）。k=Min[重传次数, 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 帧格式：类型：0x0800（IP 数据报）、0x0806（ARP 报文（wén））

最（zuì）小帧长和最大帧长：最小：64，最（zuì）大 1518 主要取决于数据部分的长度

网卡的功能和 MAC 地址，帧的类型（单（dān）播帧（zhēn），广播帧，多播帧（zhēn））

网卡（kǎ）的功能（néng）：计算机通（tōng）过（guò）网（wǎng）络适配（pèi）器（网卡）和局域网进行通（tōng）信

MAC 地址：MAC 地址（zhǐ）固化（huà）在网卡的 ROM 中，全球（qiú）唯一（yī）。由 6 个（gè）字节组（zǔ）成，前 3 个字（zì）节由 IEEE 注册管理机构 RA 分配，后 3 个字（zì）节由厂家自行指派。 注（zhù）意：当主机（jī）或路由器安装（zhuāng）有多个（gè）适配器，就有多个 “MAC 地址” 帧的（de）类型（单播帧，广播帧，多播帧）：

一（yī）台主（zhǔ）机（jī）发（fā）送单（dān）播帧，仅当帧的目的（de）地（dì）址与本网（wǎng）卡地（dì）址相同时才接收

一台主机发送（sòng）广（guǎng）播帧，其他主机（jī）都接（jiē）收该帧

一台主机发（fā）送多（duō）播（bō）帧，即发送给本局域网上一部（bù）分站点

比（bǐ）较集线器与交换机，交换机的（de）自学习（xí）功能及转发帧的过程

比较集线器与交换机：

集（jí）线器：物理上星（xīng）型，逻辑上总线型；每（měi）个主机（jī）到（dào）集线器的距离不超过 100m；可以使用光（guāng）纤（xiān）扩（kuò）展主（zhǔ）机和集（jí）线器之（zhī）间（jiān）的距（jù）离，使用集线器（qì）扩展以（yǐ）太网（前（qián）提（tí）是连接（jiē）的多个以（yǐ）太网段（duàn）的速率要相同（tóng））；采用 CSMA/CD，不（bú）具有（yǒu）交换机的（de）自（zì）学习能力，发送数据采（cǎi）用广播的方式，整个集线器是个（gè）碰撞域，不可以（yǐ）缓存帧

交换（huàn）机（jī）：以太网交（jiāo）换机（jī）工作在数据链路层，处理对象（xiàng）是（shì）帧；全双工，不使用 CSMA/CD；向某个接（jiē）口转发帧；每一个接（jiē）口是（shì）个碰撞域；可缓（huǎn）存帧，可自学习。

半双工数据传输允许数据在两（liǎng）个方（fāng）向上（shàng）传输，但是同一时刻（kè）只允（yǔn）许一个方向；全双（shuāng）工也允许在两个方向传输（shū），但同时刻（kè）可（kě）以（yǐ）同（tóng）时接受和发（fā）送（sòng）信息

交换机的自学习（xí）功能及转发帧的过程：

开（kāi）始时（shí），交换表是（shì）空（kōng）的

收到第一个帧后，广播发到其他接口，非（fēi）目标主机会把收到的帧丢弃，并记录这个接口对应的 MAC 地址（zhǐ）

当一个接口发送帧时，先（xiān）从（cóng）原（yuán）接口进入，查找交换表是否有目（mù）的地址的（de）记录，如果有就（jiù）直（zhí）接发送；如果（guǒ）没有就广播发帧。

交换表上的记录会存在有效时间，过了有效时（shí）间（jiān）会清除记录，以（yǐ）免接口更换主机或者（zhě）主机更换（huàn）网卡（kǎ）

如果两个（gè）交换（huàn）机有（yǒu）两（liǎng）个接（jiē）口相互连接，会利用生成树协（xié）议，在（zài）逻辑上删除一（yī）个接口（kǒu）

广播域和碰撞域（yù），VLAN，生成树协（xié）议 STP

广播域（yù）：指网络中（zhōng）一个站点发（fā）出（chū）广播帧所（suǒ）影响的范围 碰撞域：指网络中一个站点（diǎn）发出的单播帧会（huì）与其他站点发出的单（dān）播帧产生碰撞的范围；任一个时刻在一（yī）个碰撞域中只（zhī）能有一个（gè）主机发送（sòng）数据（jù） VLAN：即虚拟局域（yù）网，不（bú）改变网络的物理局域网，在逻辑上划分虚拟（nǐ）局域网。可以基于交（jiāo）换（huàn）机（jī）端口，基于主机 MAC 地址，基于主机 IP 地址（交换机（jī）只在（zài） 802.1Q 标记相同的接口之间转发帧）划（huá）分（fèn） VLAN

生成树协议 STP：不改变网络（luò）的物理拓扑，但在逻辑上切断某（mǒu）些（xiē）链路，消除回路