理（lǐ）解数据链路层的地位（wèi）与（yǔ）作用（yòng），三（sān）个基（jī）本问题

链路：从一个结点到相邻结点的一段物理（lǐ）线路（lù）（有线（xiàn）或无（wú）线），中间没有任何其他交换结点

数据链路：物理链路 + 通信协议

数据链路层的地（dì）位：局域网中的主（zhǔ）机、交换机必须实（shí）现数据链（liàn）路层（céng）；网络中（zhōng）的（de）主机、路由器必须实现数（shù）据链路层（céng）。

数据链（liàn）路层的作用（yòng）：网（wǎng）络中两（liǎng）个主机发送数（shù）据所经过的网络可以（yǐ）是多种不同类型的，不同类型网络的链路层（céng）可能采（cǎi）用（yòng）不（bú）同的协议（yì）

三个基本问题：

封装成帧（zhēn）：在一段数据的前（qián）后分别添加（jiā）首部和尾部，构成一（yī）个帧。帧定（dìng）界符：SOH（帧开始符），EOT（帧结束符）

透明传输：若帧出（chū）现定界符，在其前面（miàn）用字（zì）符填充法

差错检测（cè）：循环（huán）冗余检验的原理（lǐ）：在发送端，计算 CRC 冗余（yú）码（在待发送数据（k 位）后面再添加供差错检测用的 CRC 冗余码（n 位），实（shí）际发送 k+n 位（wèi））；在（zài）接收端：利用（yòng） n 位 CRC 冗余码对收到（dào）的数据（jù）进行检（jiǎn）验

用（yòng）除数（shù） P 再除去收到的数，若余（yú）数 R=0，则证明这个（gè）帧无差错，接受

2、使用（yòng）点对点信道的链（liàn）路层：信道特点，PPP 帧格式（shì），零比特（tè）填充法和字（zì）节填充法，差错检测（CRC）

信（xìn）道特点：点对（duì）点信道（dào）使用一对（duì）一（yī）的点对（duì）点通信方式。通常使用 PPP 协议，用户通过 PPP 协议接入 ISP，再接（jiē）入互联网（wǎng）

PPP 帧（zhēn）格式：

图中（zhōng） F 为（wéi）标（biāo）志（zhì）字段表示开始和结（jié）束，是 PPP 帧的定界符；A 和（hé） C 实际上并没有携带 PPP 帧（zhēn）的信（xìn）息（xī）；协（xié）议（yì）字段（duàn）中的不（bú）同数（shù）据表示该帧的数（shù）据部分的作用不（bú）同（tóng）（背）

零比特（tè）填充法：同（tóng）步传（chuán）输（shū）（一（yī）连（lián）串比（bǐ）特连续传送） 在原始（shǐ）数据中出现连续（xù） 5 个 1 时（shí）在其（qí）后面（miàn）加一个 0，在（zài）接收端收到数据时将这个 0 删去

字节填充法：异步传输（逐（zhú）个字符（fú）传送） 在原始数据中（zhōng）若（ruò）出现开始符 7E 修改为 7D5E; 出现 7D 修改为（wéi） 7D5D; 出现 03 修改为 7D23;

差错检测（CRC） : 同上面的差错检验，用冗杂码进行加（jiā）密检验

使（shǐ）用广播（bō）信道的链路层: 信道特点，CSMA/CD 协议，MAC 帧格式，最小帧长和最大（dà）帧长

信道特点：

局（jú）域网使用广播信道；

多台主机共享局（jú）域（yù）网内软硬件资源；

若多个（gè）设备在（zài）共（gòng）享的广播信道上同时发（fā）送数据（jù），则会彼此干（gàn）扰，导致发（fā）送失败

CSMA/CD 协议（yì）：载波监听多点接入 / 碰撞检（jiǎn）测

“多点接入”：使用广播信（xìn）道的总线型网络（luò）

“载波监听”：不停地检测信道（发送前、发（fā）送中）

“碰撞检测”：检测到碰撞→立即停止发送→等待（dài）随（suí）机事件后再发送

争用（yòng）期 = 以太网的端到端往返时间 2τ

10Mbit/s 以太网的争用期 2τ=51.2μs。

最先发送数据的站，在争用期内没有检测到碰撞，则（zé）这次发（fā）送肯定不会发生碰（pèng）撞

如果在争用期内发生发（fā）生碰（pèng）撞（zhuàng），需要用（yòng）截（jié）断二进制支书退避算法来计算（suàn）等（děng）待时间（jiān）。即退避时间 = r 倍的争（zhēng）用期 = r*2τ，r 为离散集合【0,1，…,2^k-1】中（zhōng）的一个随机数。k=Min[重传次（cì）数（shù）, 10]。当重传次数 = 16 次，仍不能成功时即丢弃（qì）该帧，并向高层报（bào）告

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

最（zuì）小帧长和最大帧长：最小：64，最大 1518 主（zhǔ）要取决于数据部（bù）分（fèn）的（de）长度

网卡的（de）功能和 MAC 地址，帧（zhēn）的类型（xíng）（单播（bō）帧，广（guǎng）播帧，多（duō）播帧）

网（wǎng）卡的功能：计（jì）算机通过网络适配器（网（wǎng）卡）和局域网进行通信

MAC 地址（zhǐ）：MAC 地址固（gù）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（lǐ）机构 RA 分配（pèi），后 3 个字（zì）节（jiē）由厂家自行（háng）指派。 注意（yì）：当（dāng）主机或路（lù）由器（qì）安装有多个适配器（qì），就（jiù）有多个 “MAC 地址” 帧的类（lèi）型（单播帧，广播帧，多播（bō）帧）：

一台主机发送（sòng）单播帧，仅（jǐn）当帧的目的地址与本网卡地址相同时（shí）才（cái）接收

一台主（zhǔ）机发（fā）送广播帧，其他主机都接收该帧（zhēn）

一（yī）台主机发送多播帧，即发送给（gěi）本（běn）局域网上一部分站（zhàn）点

比较集线器与交换机，交换机（jī）的自学习功能及转发帧（zhēn）的过程

比较集线器与交换机：

集线器：物理上星型，逻辑上总（zǒng）线型；每个主机到（dào）集线器的距离不（bú）超过 100m；可以使用（yòng）光纤扩展（zhǎn）主机和集线器之间的距离，使（shǐ）用集（jí）线器扩展以太网（前提是（shì）连接的多个（gè）以太网段（duàn）的速（sù）率要相同（tóng））；采用 CSMA/CD，不具有（yǒu）交换机的自学习（xí）能力，发送数据采用（yòng）广播的（de）方式，整个集线器是个碰撞域，不可（kě）以缓（huǎn）存帧（zhēn）

交换机：以太（tài）网交换机工作（zuò）在数据链路层，处理对象是帧（zhēn）；全（quán）双工，不使用（yòng） CSMA/CD；向某个接（jiē）口（kǒu）转发帧；每（měi）一个（gè）接口是个碰撞域；可（kě）缓存帧（zhēn），可（kě）自（zì）学习。

半双（shuāng）工数据传输允许（xǔ）数据在两（liǎng）个方向上传输（shū），但（dàn）是同一时刻只（zhī）允（yǔn）许（xǔ）一个方向；全（quán）双工（gōng）也允许（xǔ）在两个方向传输，但同时（shí）刻（kè）可以同时接受（shòu）和发（fā）送信息

交换机的自学习功（gōng）能及转发帧的过程：

开始时，交换（huàn）表是空的

收到（dào）第（dì）一（yī）个帧（zhēn）后，广播发（fā）到其他接口（kǒu），非目标主机会把收到的帧丢（diū）弃，并记录（lù）这个接口对应（yīng）的 MAC 地（dì）址

当一（yī）个接口发送（sòng）帧时，先从（cóng）原接口进（jìn）入（rù），查找交换表是否有目（mù）的地址的记（jì）录，如果有就直接发送（sòng）；如果没有就（jiù）广播发（fā）帧。

交换表上的记录会（huì）存在有效时（shí）间，过（guò）了有效时间会清（qīng）除记录，以免接口更（gèng）换（huàn）主机或（huò）者主机更换网卡

如（rú）果两个交换机有两个接口（kǒu）相互连接，会利（lì）用生成（chéng）树协议（yì），在（zài）逻辑上删除一个接（jiē）口

广播域和（hé）碰撞（zhuàng）域（yù），VLAN，生成树协议 STP

广播域：指网络中一个站（zhàn）点发出广播帧所影响（xiǎng）的范围（wéi） 碰撞（zhuàng）域：指（zhǐ）网络中一个站点发出的单（dān）播帧会与（yǔ）其（qí）他站点发出的（de）单播帧产生碰撞的范围；任一个（gè）时刻在一个碰撞（zhuàng）域中只能有一（yī）个主机发（fā）送数（shù）据 VLAN：即虚拟局域（yù）网，不改变网络的物理局域网，在逻辑上（shàng）划（huá）分虚（xū）拟局域网。可以基于（yú）交换（huàn）机端（duān）口，基于主机 MAC 地址，基于主机 IP 地址（交换机只在 802.1Q 标记相（xiàng）同的接口之间转发帧（zhēn））划分 VLAN

生成树（shù）协议 STP：不改（gǎi）变网络的物理拓扑，但在逻辑上切（qiē）断（duàn）某些链路（lù），消除回路