理解数据链（liàn）路层的地位与（yǔ）作（zuò）用，三个基（jī）本问题

链路：从一个结点到（dào）相邻结点的一段物理线路（有（yǒu）线或无线），中间没有任何其他（tā）交换结点

数据链路：物（wù）理链路 + 通信协议

数（shù）据链路层的地位：局域网中的主机、交（jiāo）换机（jī）必须实现数据链路层（céng）；网络中的主机、路（lù）由器必须实现数据链路层。

数据链路层的作用：网络中（zhōng）两个（gè）主机发送数据所经过的（de）网络可（kě）以（yǐ）是多（duō）种不同类型的，不（bú）同类（lèi）型（xíng）网络的链路层可能采用不同的协议

三（sān）个基本问（wèn）题：

封装（zhuāng）成帧：在一段数据的前后分别添加（jiā）首部和尾部，构（gòu）成一个帧。帧定界（jiè）符：SOH（帧开始符（fú）），EOT（帧结（jié）束符）

透明传输（shū）：若（ruò）帧出现定界符，在其前面用（yòng）字符填充法（fǎ）

差错检测：循环冗余检验的原理：在发送端，计算 CRC 冗余码（在待发送（sòng）数据（k 位（wèi））后（hòu）面再添加供（gòng）差（chà）错检测用的 CRC 冗（rǒng）余码（mǎ）（n 位），实际发送（sòng） k+n 位）；在（zài）接（jiē）收端：利用 n 位 CRC 冗余码对收到（dào）的数据（jù）进（jìn）行检验

用除数 P 再（zài）除去收（shōu）到（dào）的数，若余数 R=0，则证明（míng）这（zhè）个帧无差错，接受

2、使用点对点信道的链（liàn）路层：信道（dào）特点，PPP 帧（zhēn）格式，零比特填充法和字节（jiē）填充法，差错（cuò）检测（CRC）

信道特点：点（diǎn）对点（diǎn）信（xìn）道使用一对一（yī）的点对点通信方式（shì）。通常使用（yòng） PPP 协议，用户通过 PPP 协议（yì）接入 ISP，再接（jiē）入互联（lián）网

PPP 帧格式：

图中 F 为标志（zhì）字（zì）段表示开始和结束，是 PPP 帧（zhēn）的定（dìng）界符；A 和 C 实际上并没有携带 PPP 帧（zhēn）的信息；协议字段中的（de）不同数（shù）据表示（shì）该（gāi）帧的（de）数（shù）据部（bù）分的作用不同（背（bèi））

零比特填充（chōng）法：同步传输（shū）（一连串比特连续传送） 在原始（shǐ）数据中（zhōng）出现连续 5 个 1 时在其（qí）后面加一个 0，在接收端收（shōu）到（dào）数据时（shí）将这个 0 删去（qù）

字（zì）节（jiē）填充（chōng）法：异步传输（shū）（逐个（gè）字符（fú）传（chuán）送） 在原始数据中若出（chū）现开始符 7E 修（xiū）改（gǎi）为（wéi） 7D5E; 出现 7D 修改为 7D5D; 出现 03 修改为（wéi） 7D23;

差错检测（cè）（CRC） : 同上（shàng）面的（de）差错检验，用冗杂码（mǎ）进（jìn）行加密检（jiǎn）验

使（shǐ）用广播信道的链路层（céng）: 信道特（tè）点，CSMA/CD 协（xié）议，MAC 帧（zhēn）格式，最小（xiǎo）帧长和最（zuì）大帧长

信道特点：

局域网使用广播信道；

多台（tái）主机共享（xiǎng）局（jú）域网内（nèi）软硬件资源；

若多个设备在（zài）共（gòng）享的广播信道上同时发送数据，则会（huì）彼此干扰，导致发送失败

CSMA/CD 协议：载波监听（tīng）多点（diǎn）接入 / 碰（pèng）撞检测

“多点接入（rù）”：使（shǐ）用广播信道的总线型网络（luò）

“载（zǎi）波监听（tīng）”：不停地检测信道（发送前、发送中）

“碰撞检测”：检测（cè）到碰撞→立即（jí）停止发送→等待（dài）随机事（shì）件后（hòu）再发送

争用期 = 以太网的端到端（duān）往返时间 2τ

10Mbit/s 以太网的争用期 2τ=51.2μs。

最先发（fā）送数据的（de）站，在（zài）争用（yòng）期（qī）内没（méi）有检测到碰撞，则这次发送（sòng）肯定不会发生碰撞（zhuàng）

如果在争（zhēng）用期内发生发生碰撞，需要（yào）用截（jié）断二（èr）进制支书退（tuì）避（bì）算法来（lái）计算等待时间。即退避时间 = r 倍的（de）争用期 = r*2τ，r 为（wéi）离散集（jí）合【0,1，…,2^k-1】中的一个随机数（shù）。k=Min[重传次数, 10]。当重传次数 = 16 次，仍不（bú）能成（chéng）功时（shí）即丢弃该帧，并向高层（céng）报告

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

最小帧长和最（zuì）大（dà）帧长：最小：64，最（zuì）大 1518 主要取（qǔ）决于数（shù）据（jù）部分的长度（dù）

网卡的功（gōng）能和 MAC 地址，帧的类型（xíng）（单（dān）播（bō）帧，广（guǎng）播帧，多播（bō）帧（zhēn））

网（wǎng）卡的（de）功能：计算（suàn）机通（tōng）过网络适配器（网（wǎng）卡）和局（jú）域网进行通信

MAC 地址：MAC 地址固化（huà）在网卡的（de） ROM 中，全球唯（wéi）一。由 6 个字节组成，前 3 个（gè）字节由 IEEE 注册管理机构 RA 分配，后 3 个字节（jiē）由厂家自行指（zhǐ）派。 注意：当主机或路（lù）由（yóu）器安（ān）装有多（duō）个适配器（qì），就（jiù）有（yǒu）多个 “MAC 地址” 帧的（de）类型（单（dān）播帧，广播（bō）帧（zhēn），多播帧）：

一台主机发送单播（bō）帧，仅当帧的（de）目的地址与（yǔ）本网卡（kǎ）地址相（xiàng）同时（shí）才接收

一台主机（jī）发送广播帧，其他（tā）主机都接收该帧

一台主（zhǔ）机发送多播帧，即发送给（gěi）本局域（yù）网上一（yī）部分站点

比（bǐ）较集线器与交换机，交（jiāo）换机的自学（xué）习（xí）功能及（jí）转发帧的（de）过程

比较集线（xiàn）器与（yǔ）交换机（jī）：

集线器：物理上星型，逻辑上总线型；每（měi）个主（zhǔ）机到（dào）集（jí）线器的（de）距离不超过 100m；可以使用光（guāng）纤（xiān）扩展（zhǎn）主机和集（jí）线（xiàn）器（qì）之间的距离，使用（yòng）集（jí）线器扩展以太（tài）网（前提是连接的多个以太（tài）网段（duàn）的（de）速率要（yào）相同）；采用 CSMA/CD，不具有交换机的自学习能力，发送数据（jù）采（cǎi）用广播（bō）的（de）方式，整个集线器是个碰撞域，不可以缓（huǎn）存帧

交换机（jī）：以太网交换机工作在数据（jù）链路层，处（chù）理对象是帧；全双（shuāng）工，不使用（yòng） CSMA/CD；向某个接口（kǒu）转（zhuǎn）发帧（zhēn）；每一个接（jiē）口是个碰（pèng）撞域；可（kě）缓（huǎn）存帧，可自（zì）学习。

半双工数据传输允许数据在两个方（fāng）向上传输，但是（shì）同一时刻只允许一（yī）个方向；全（quán）双工也（yě）允许在两个方向传输，但（dàn）同时刻可以同时接受和发送信（xìn）息

交换机的自学（xué）习功能及转发帧（zhēn）的（de）过程（chéng）：

开始时，交（jiāo）换表是空的

收到第一（yī）个帧后，广播发到其他接口，非目（mù）标主机会把收到（dào）的帧（zhēn）丢弃，并记录（lù）这个（gè）接（jiē）口（kǒu）对应的 MAC 地址

当一个接口发（fā）送（sòng）帧时，先从原（yuán）接口进入，查找交换表是否有目的地址的记（jì）录（lù），如果有就直（zhí）接发送；如果没有就广播发帧。

交换表上的（de）记（jì）录会存在有（yǒu）效时间，过（guò）了有效（xiào）时（shí）间会清除记录，以免接（jiē）口更（gèng）换主机或者主机更（gèng）换网卡

如果（guǒ）两个交换机有两个接口相（xiàng）互连接，会利用生（shēng）成（chéng）树协议，在逻辑上删除（chú）一个（gè）接口

广播域和（hé）碰撞（zhuàng）域，VLAN，生成树协议 STP

广播域：指（zhǐ）网络中一（yī）个站点发出广播帧所影响的范围 碰（pèng）撞域（yù）：指（zhǐ）网络中一个站（zhàn）点发出的单播帧会（huì）与其他（tā）站点发出的单播帧产生碰撞的（de）范围（wéi）；任一个时刻在一（yī）个碰（pèng）撞域中（zhōng）只（zhī）能有（yǒu）一个主（zhǔ）机发送数据 VLAN：即虚拟局（jú）域（yù）网，不改变网络的物理局（jú）域网，在逻辑上（shàng）划（huá）分虚拟局域（yù）网。可以（yǐ）基于交换机（jī）端口，基于主机 MAC 地址，基于主（zhǔ）机 IP 地址（交换（huàn）机只（zhī）在 802.1Q 标（biāo）记相同的接口（kǒu）之（zhī）间转发帧）划分（fèn） VLAN

生成树协议 STP：不改变网络（luò）的物理拓（tuò）扑（pū），但在（zài）逻辑（jí）上切（qiē）断某些链路，消除回（huí）路