理解数据（jù）链（liàn）路（lù）层的（de）地位与作用，三个基本问题

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

数据链路：物理链路（lù） + 通信（xìn）协议

数据链路层的地（dì）位：局域网中的主机（jī）、交换机必须实（shí）现数据链路（lù）层（céng）；网络（luò）中的主（zhǔ）机、路（lù）由（yóu）器（qì）必须实现数据（jù）链路（lù）层。

数据（jù）链路层的作用：网络中两个（gè）主机发送数据所经过的网络可以是多种不同（tóng）类型（xíng）的，不同（tóng）类型网（wǎng）络（luò）的链路层可能（néng）采用不（bú）同的协议

三（sān）个基本问题：

封装成帧（zhēn）：在（zài）一（yī）段数据（jù）的前后（hòu）分别添（tiān）加首部和尾部，构成一个（gè）帧。帧定界符：SOH（帧开始（shǐ）符），EOT（帧结束符）

透（tòu）明（míng）传输：若帧出现定界（jiè）符，在其前面用字符填充法

差错检测（cè）：循环冗余检验的原理：在发（fā）送端，计算（suàn） CRC 冗余（yú）码（mǎ）（在待发送数据（k 位）后面再添加供差（chà）错（cuò）检测用的 CRC 冗余码（n 位），实际（jì）发送 k+n 位）；在接（jiē）收（shōu）端：利用 n 位 CRC 冗（rǒng）余码对收到（dào）的数据进行检验

用（yòng）除数 P 再除去收到的数，若余数 R=0，则证明这个帧（zhēn）无差错，接受

2、使用点对点信道的（de）链路层：信道特点，PPP 帧（zhēn）格式（shì），零比特填充法和字节填（tián）充法，差（chà）错检测（CRC）

信道特点：点对点信（xìn）道使用一对（duì）一的点对点通信方（fāng）式。通常使用 PPP 协议，用户通过 PPP 协议接入（rù） ISP，再（zài）接（jiē）入互联（lián）网

PPP 帧格式（shì）：

图中 F 为（wéi）标志（zhì）字段表示开始和结束（shù），是 PPP 帧的定（dìng）界符；A 和 C 实际上并没（méi）有携带 PPP 帧（zhēn）的信息；协议（yì）字（zì）段中的不同数据表示该帧的数据部分的（de）作用不同（tóng）（背）

零比（bǐ）特填充法：同步传输（一连串比特连续（xù）传送） 在原始数据中出现连续 5 个 1 时在其后面加一个 0，在接收端（duān）收到（dào）数据（jù）时将这个 0 删去

字节填充法：异步（bù）传输（逐个（gè）字（zì）符（fú）传送） 在原始数据中若出现开（kāi）始符（fú） 7E 修改为 7D5E; 出现 7D 修改为 7D5D; 出现 03 修改为 7D23;

差（chà）错检测（CRC） : 同上（shàng）面的差错检（jiǎn）验，用冗杂码进（jìn）行加密检（jiǎn）验

使用（yòng）广（guǎng）播信道的链路（lù）层: 信道特点，CSMA/CD 协议，MAC 帧格式，最小（xiǎo）帧长和最大帧长（zhǎng）

信道特点：

局域网使（shǐ）用广播信道；

多（duō）台主机共（gòng）享局域（yù）网内（nèi）软硬件资（zī）源；

若多个设备在共享的广播信道上（shàng）同时发送数据，则会彼（bǐ）此干扰，导（dǎo）致发送失败

CSMA/CD 协议：载波监听多点（diǎn）接入 / 碰撞检测

“多（duō）点接入”：使用（yòng）广播（bō）信（xìn）道的总线型（xíng）网络（luò）

“载波监听”：不停地检测信道（发送前（qián）、发送中）

“碰撞检（jiǎn）测”：检（jiǎn）测到（dào）碰撞→立即停止发送→等待随机事件后再发（fā）送

争用期 = 以太（tài）网（wǎng）的（de）端到端往（wǎng）返时间 2τ

10Mbit/s 以太网的争（zhēng）用期 2τ=51.2μs。

最先发送数（shù）据的站（zhàn），在争用期内没（méi）有（yǒu）检测到碰撞（zhuàng），则这（zhè）次（cì）发送肯定不会发（fā）生碰撞

如果在争用期内发生发生碰（pèng）撞（zhuàng），需要用截（jié）断（duàn）二进制支（zhī）书（shū）退避（bì）算法（fǎ）来计算（suàn）等待时间。即退避时（shí）间 = r 倍的争用期 = r*2τ，r 为离散集合【0,1，…,2^k-1】中的一个随机数（shù）。k=Min[重传（chuán）次数, 10]。当重传次数 = 16 次，仍不能成功时即丢（diū）弃该帧，并向高层报告

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

最小帧长（zhǎng）和（hé）最大帧长：最小：64，最大 1518 主要取决（jué）于数据部分（fèn）的长度

网卡的功能和 MAC 地址，帧（zhēn）的类（lèi）型（单播帧，广播（bō）帧，多播帧）

网卡（kǎ）的功能：计算机通过（guò）网络适（shì）配器（网（wǎng）卡）和局域网进行通（tōng）信

MAC 地址：MAC 地址固化在网（wǎng）卡的 ROM 中，全球唯一。由 6 个字节组成，前（qián） 3 个字节由 IEEE 注册管理机（jī）构 RA 分（fèn）配，后 3 个字（zì）节由厂家（jiā）自行指派（pài）。 注意：当（dāng）主机（jī）或路由器安装（zhuāng）有多个适配器，就有多个 “MAC 地址（zhǐ）” 帧（zhēn）的类型（单播（bō）帧，广（guǎng）播帧，多（duō）播帧（zhēn））：

一台主机发送（sòng）单播帧，仅（jǐn）当帧（zhēn）的目的地址与本网卡地址相（xiàng）同时才接收

一台主机发（fā）送广播帧，其他主机都接（jiē）收该帧（zhēn）

一台主机发送多播（bō）帧，即发送给本局（jú）域网上（shàng）一部分站点（diǎn）

比较（jiào）集线器（qì）与（yǔ）交换机，交换机的自学（xué）习功（gōng）能及转（zhuǎn）发帧（zhēn）的（de）过程

比（bǐ）较集线（xiàn）器与交换机：

集线器：物理上星型，逻辑（jí）上总线型；每（měi）个主机到集线器的距离不超过（guò） 100m；可以使用（yòng）光纤（xiān）扩展主机和集线器之间的距离，使用集线（xiàn）器扩展以太网（前（qián）提（tí）是连接的多个以太（tài）网（wǎng）段的速率要相同）；采用 CSMA/CD，不（bú）具（jù）有交换机的自学（xué）习能力，发送（sòng）数据采用广播的（de）方式，整个集线器是个碰撞域，不（bú）可（kě）以缓存帧

交换机：以太网（wǎng）交换机工作在数（shù）据链（liàn）路层（céng），处理对象是帧；全双工，不使用 CSMA/CD；向某个接口转发帧；每一个接口是个（gè）碰（pèng）撞域；可缓（huǎn）存帧，可自学（xué）习。

半双工数（shù）据传输允许数据在（zài）两个方向上传（chuán）输，但是同一时（shí）刻只允许（xǔ）一个方（fāng）向（xiàng）；全双工也允许（xǔ）在两（liǎng）个方向（xiàng）传（chuán）输，但同时刻可以（yǐ）同（tóng）时接（jiē）受和（hé）发送信（xìn）息

交（jiāo）换（huàn）机的自学习功能及（jí）转发帧（zhēn）的过程：

开始时（shí），交换表是空的（de）

收到第（dì）一个帧后，广播（bō）发到其他接口，非（fēi）目（mù）标主机会（huì）把收到的（de）帧（zhēn）丢弃（qì），并（bìng）记（jì）录（lù）这个接口对应的（de） MAC 地址（zhǐ）

当一个接口发送帧时，先从原接（jiē）口（kǒu）进入，查找交换表是否有目的地址的记录，如（rú）果有（yǒu）就直接发送；如果没有就广播发帧。

交（jiāo）换表上的记录（lù）会存在有效时间（jiān），过了有（yǒu）效时间会清除（chú）记录，以免接口更换主机或者主机更换（huàn）网卡

如（rú）果两（liǎng）个交换机有两个（gè）接口相互连（lián）接，会（huì）利用生成树协议，在逻辑上删除一个接口

广播（bō）域和碰（pèng）撞域，VLAN，生成树协议（yì） STP

广播域：指（zhǐ）网络中一个站点发出广播（bō）帧所（suǒ）影响的范（fàn）围 碰撞域：指（zhǐ）网络中（zhōng）一个站（zhàn）点发出的单（dān）播帧会与其他站点发出（chū）的（de）单播帧产（chǎn）生（shēng）碰撞的范围（wéi）；任一个（gè）时刻在一（yī）个（gè）碰（pèng）撞域中只能有一个主机发送数据（jù） VLAN：即虚拟局域网，不改变（biàn）网络的物理局域（yù）网（wǎng），在逻（luó）辑上划分虚拟局域网（wǎng）。可（kě）以（yǐ）基于交（jiāo）换（huàn）机端口，基于主（zhǔ）机 MAC 地址，基于主机（jī） IP 地址（交换机只在（zài） 802.1Q 标记相同的接口之间转发帧（zhēn））划（huá）分 VLAN

生成树（shù）协议 STP：不改（gǎi）变（biàn）网（wǎng）络（luò）的物理拓扑，但在逻辑上切断某些链路，消除回路