理解数据链（liàn）路（lù）层（céng）的地位与作用，三个基本问题

链路（lù）：从一个结点到相邻结点的一段物理线路（有线或（huò）无（wú）线（xiàn）），中间没有任何（hé）其他交（jiāo）换结点

数据链（liàn）路：物理链（liàn）路 + 通信协议

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

数据（jù）链路层的作用：网络中两（liǎng）个（gè）主机发送数据所经过的网络可以是多种不同类型的，不同类型网络的链路层可能采用不同（tóng）的协议

三个（gè）基本问题：

封（fēng）装（zhuāng）成帧（zhēn）：在一段数据的前后分别添（tiān）加（jiā）首部（bù）和尾部，构成一个帧。帧定界符（fú）：SOH（帧开始符），EOT（帧结束符）

透明传输：若帧出现定界符，在其（qí）前面用（yòng）字符填充法

差（chà）错检测：循环冗余检（jiǎn）验（yàn）的原理：在发送端，计算 CRC 冗余码（在待（dài）发（fā）送数据（k 位）后面再添加供差错（cuò）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（shù）据（jù）进（jìn）行检验

用除数 P 再（zài）除（chú）去收（shōu）到的（de）数，若（ruò）余数 R=0，则证明这个帧无差错，接受

2、使用点对点信道的链路层：信（xìn）道（dào）特点，PPP 帧格式，零比特填充法和字节填（tián）充法，差错检测（CRC）

信道特点：点对点信道使用一对一的（de）点对（duì）点通信方式。通常使用 PPP 协议，用户（hù）通过 PPP 协议接入 ISP，再接入互联（lián）网

PPP 帧格式（shì）：

图中 F 为标志字（zì）段表示开始和结束，是 PPP 帧的定界符；A 和（hé） C 实（shí）际上并没有携带 PPP 帧的信（xìn）息；协议（yì）字段中的不（bú）同数据表示该帧的数据部分的作用不同（背（bèi））

零比特填充法：同步传输（一（yī）连串（chuàn）比（bǐ）特（tè）连续传送） 在原（yuán）始数据中出现（xiàn）连续 5 个 1 时在其（qí）后面加一个 0，在接收端收到数据（jù）时将这（zhè）个 0 删去

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

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

使用广（guǎng）播信（xìn）道的链路层: 信道特点，CSMA/CD 协议，MAC 帧格式，最小帧（zhēn）长和（hé）最大帧长

信道特点：

局域网使用广（guǎng）播信（xìn）道；

多台主（zhǔ）机共享局域网内软（ruǎn）硬件资源；

若多个设备在（zài）共享的广播信道上同时发（fā）送数据（jù），则会彼此（cǐ）干扰，导（dǎo）致（zhì）发送失败

CSMA/CD 协（xié）议：载波监（jiān）听多点接入 / 碰撞检（jiǎn）测

“多点接入”：使用广播（bō）信道的总线（xiàn）型网络

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

“碰撞检测”：检测到碰（pèng）撞→立即停（tíng）止发送→等待随机事件后再（zài）发送

争用期 = 以太网的端到端往返时间 2τ

10Mbit/s 以太网的争用（yòng）期 2τ=51.2μs。

最先发送数据的（de）站，在争（zhēng）用期内没有（yǒu）检（jiǎn）测到（dào）碰撞，则这次发送肯定不会发生碰撞

如果在争用（yòng）期内发生发生碰撞（zhuàng），需（xū）要用截（jié）断二进制支书退避算法来计（jì）算等待时间。即退避（bì）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（jī）数。k=Min[重传次（cì）数, 10]。当重传（chuán）次（cì）数 = 16 次，仍不（bú）能成（chéng）功时即丢弃该帧（zhēn），并向高层报告

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

最（zuì）小帧长和（hé）最大帧（zhēn）长：最小：64，最大 1518 主要（yào）取决于数据部分的长（zhǎng）度（dù）

网卡的（de）功能和（hé） MAC 地址，帧的（de）类型（单播帧，广播帧（zhēn），多播帧）

网卡的（de）功能：计算机通过网络适配器（网卡）和（hé）局域网进行通信

MAC 地（dì）址：MAC 地址固化在网（wǎng）卡的 ROM 中，全球唯（wéi）一。由 6 个字节（jiē）组成，前 3 个字节由 IEEE 注册管理机构（gòu） RA 分（fèn）配，后 3 个字节由厂家自行（háng）指派。 注（zhù）意（yì）：当主机或路由（yóu）器安（ān）装（zhuāng）有多个适（shì）配（pèi）器，就（jiù）有多个（gè） “MAC 地（dì）址” 帧的类型（单播帧，广播帧，多播（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（xiàng）同时才接收

一台（tái）主机发（fā）送广播（bō）帧，其他主机都接收该（gāi）帧（zhēn）

一（yī）台主（zhǔ）机发送多播帧，即发（fā）送给本局域网（wǎng）上（shàng）一部分站点

比（bǐ）较集线器与交换机，交换机（jī）的自学习功能及转发帧的过程

比较集线（xiàn）器（qì）与交换机：

集（jí）线（xiàn）器：物理上（shàng）星（xīng）型，逻辑上总线（xiàn）型；每个主机到集线器（qì）的距离不超过 100m；可以（yǐ）使用光纤扩展主（zhǔ）机和（hé）集（jí）线器之间的距离，使（shǐ）用集线（xiàn）器（qì）扩（kuò）展以太网（前提是连接的多个以太网段的（de）速率要相同）；采用 CSMA/CD，不具（jù）有交（jiāo）换机的自学习能（néng）力，发送数据（jù）采用广播的方式，整（zhěng）个集线器是个碰撞域，不可（kě）以缓存帧

交（jiāo）换机：以太网交换（huàn）机工作在数据（jù）链路层，处理对象（xiàng）是帧；全双（shuāng）工，不（bú）使用 CSMA/CD；向某个接口转（zhuǎn）发帧；每（měi）一个接口（kǒu）是个碰撞（zhuàng）域（yù）；可（kě）缓存帧（zhēn），可（kě）自学习。

半双工数据（jù）传输允许数（shù）据在（zài）两个方（fāng）向上传输，但是（shì）同一时（shí）刻只允（yǔn）许一个方向；全双（shuāng）工也允许在两个（gè）方（fāng）向传输，但同时刻可（kě）以同（tóng）时接受（shòu）和发送（sòng）信息

交换机的自学习功能及转（zhuǎn）发帧的过（guò）程：

开始（shǐ）时，交换表是（shì）空（kōng）的

收（shōu）到第一个帧后，广（guǎng）播发到其他（tā）接（jiē）口，非目标主机会把（bǎ）收到的帧丢弃，并（bìng）记录（lù）这个接口（kǒu）对应的 MAC 地址

当一（yī）个（gè）接（jiē）口发送帧（zhēn）时，先从原（yuán）接口进入，查找（zhǎo）交（jiāo）换（huàn）表是（shì）否有目的地址的记录，如果有就直接发送；如果没有就广播（bō）发帧。

交换表上的记录会（huì）存（cún）在有效时间，过了有效时间会清（qīng）除记录（lù），以免接口更换主机（jī）或者（zhě）主（zhǔ）机更换网卡

如果两个交换机（jī）有两（liǎng）个接口相（xiàng）互连接（jiē），会利用生成树协议，在逻辑上删除一个接口（kǒu）

广（guǎng）播域（yù）和碰（pèng）撞域，VLAN，生成树协议 STP

广播域：指（zhǐ）网络（luò）中一个站点发出广播帧所影（yǐng）响的范围 碰撞（zhuàng）域：指网络中一个站点发出的单播帧（zhēn）会与其他（tā）站点发出（chū）的单播帧产生碰撞的范围；任一个时刻在一个碰撞域（yù）中只能有一个主机发（fā）送数据 VLAN：即虚拟局域网，不改变（biàn）网络的物理局域网，在逻辑上（shàng）划（huá）分（fèn）虚拟局域网。可以（yǐ）基于交换机（jī）端（duān）口，基（jī）于主机 MAC 地址，基于主机 IP 地址（交换（huàn）机只在（zài） 802.1Q 标记相同的接口之间（jiān）转发帧）划（huá）分 VLAN

生成（chéng）树协议 STP：不改变网络的物理拓扑（pū），但（dàn）在逻辑上切断某些链（liàn）路，消除回路