理（lǐ）解数（shù）据链路层的（de）地位与作（zuò）用，三个基本（běn）问（wèn）题

链（liàn）路（lù）：从一（yī）个结点到相邻结点的（de）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（lǐ）链路 + 通（tōng）信协议

数据链路层的地位：局（jú）域网中（zhōng）的（de）主机（jī）、交换（huàn）机必须实现数据（jù）链路层；网络中的主机、路（lù）由器必须（xū）实现数据链路层（céng）。

数据链路层的作用：网（wǎng）络（luò）中两个（gè）主机发送（sòng）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（céng）可能采用不同的协议

三（sān）个基本问题：

封（fēng）装成（chéng）帧：在（zài）一段数据的前后分别（bié）添加首（shǒu）部和尾部，构成一个（gè）帧。帧定界符：SOH（帧（zhēn）开始（shǐ）符），EOT（帧（zhēn）结束符）

透明传输：若帧出现定界符，在其前面（miàn）用字符填充法

差错检测：循环冗余检（jiǎn）验的原理：在发送端，计算 CRC 冗余码（mǎ）（在待发（fā）送数据（jù）（k 位（wèi））后面（miàn）再（zài）添加供差错检测用（yòng）的 CRC 冗余码（mǎ）（n 位），实际（jì）发送 k+n 位）；在接收端（duān）：利用（yòng） n 位 CRC 冗余码对收到的（de）数（shù）据进（jìn）行检验

用除数（shù） P 再（zài）除去（qù）收到的数，若余数 R=0，则证明这个帧无差错（cuò），接受

2、使用点对（duì）点信道的链（liàn）路层：信道特（tè）点，PPP 帧格式（shì），零比特填（tián）充法和字节填充法，差错（cuò）检测（CRC）

信道特点：点（diǎn）对（duì）点信（xìn）道使用一对一的（de）点对（duì）点通信（xìn）方式（shì）。通常使用 PPP 协议（yì），用户通过 PPP 协议接入 ISP，再（zài）接入互联网

PPP 帧格式：

图中 F 为（wéi）标志（zhì）字（zì）段表示（shì）开（kāi）始和结束（shù），是 PPP 帧的定界符；A 和（hé） C 实际上并没有携带 PPP 帧的信息；协（xié）议字段中的不同数据表示该帧的数据部分的作用不（bú）同（背）

零比特填充法：同步传（chuán）输（一连串比特连续传送） 在原始数（shù）据（jù）中出现连续 5 个 1 时在其（qí）后面加一个 0，在接（jiē）收端收到数据时将这个 0 删去

字节填充法：异步传（chuán）输（逐个字符传送（sòng）） 在原始数据中若出现（xiàn）开始符 7E 修改为（wéi） 7D5E; 出（chū）现 7D 修改为 7D5D; 出现 03 修（xiū）改为 7D23;

差错（cuò）检测（cè）（CRC） : 同上（shàng）面的差错检验，用冗杂码进行加密检（jiǎn）验

使用广播信（xìn）道的链路（lù）层（céng）: 信道特点，CSMA/CD 协（xié）议（yì），MAC 帧（zhēn）格式，最小帧长和最大帧（zhēn）长（zhǎng）

信道（dào）特点：

局（jú）域网（wǎng）使用广播信（xìn）道（dào）；

多台主机共享局域网内软硬件（jiàn）资（zī）源；

若多（duō）个设备（bèi）在（zài）共享（xiǎng）的广播信道上（shàng）同时发送数据，则会彼此干扰，导致（zhì）发送失（shī）败

CSMA/CD 协议：载波监听多点接（jiē）入 / 碰（pèng）撞检测

“多点接入”：使用广播信道的总线（xiàn）型（xíng）网络

“载波监听（tīng）”：不停地检（jiǎn）测信（xìn）道（发（fā）送前、发送（sòng）中）

“碰撞检测”：检测到碰撞→立即（jí）停止（zhǐ）发送（sòng）→等（děng）待（dài）随机事件（jiàn）后再发送

争（zhēng）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（xiān）发送数据的站，在争用期内没有检测（cè）到（dào）碰（pèng）撞，则这次发送（sòng）肯定不会发生（shēng）碰撞

如果在争（zhēng）用期内发生发生碰撞，需要用截断二进制支（zhī）书退（tuì）避算法来计算等待时（shí）间。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（suí）机（jī）数。k=Min[重传次（cì）数（shù）, 10]。当重传次数 = 16 次，仍不能成功时（shí）即丢弃该帧，并向高层报告

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

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

网卡的功（gōng）能和 MAC 地址，帧的类型（单播帧，广播帧，多播帧）

网卡的（de）功能：计算（suàn）机通过网（wǎng）络适配器（qì）（网卡）和局（jú）域网进（jìn）行通信

MAC 地址：MAC 地址固化在网（wǎng）卡的 ROM 中，全（quán）球唯一（yī）。由（yóu） 6 个字节组成，前 3 个字节由 IEEE 注册（cè）管理机构 RA 分配，后 3 个字节由厂家自行指派（pài）。 注意：当主（zhǔ）机（jī）或路由器安（ān）装有多个适配（pèi）器（qì），就有多（duō）个 “MAC 地址（zhǐ）” 帧的类型（单播帧，广（guǎng）播（bō）帧，多播帧）：

一（yī）台主机发送单播帧，仅（jǐn）当（dāng）帧的目的地址与本网卡地址相同时才接（jiē）收

一台主（zhǔ）机发送（sòng）广（guǎng）播（bō）帧，其（qí）他（tā）主机都接（jiē）收该帧

一台（tái）主机（jī）发送多播帧，即发（fā）送给本局域网上（shàng）一（yī）部分站点

比较集（jí）线（xiàn）器与交换机，交换机的（de）自学习功（gōng）能及转发帧的过程

比较（jiào）集线器与交换机：

集线（xiàn）器：物理上星（xīng）型（xíng），逻辑上总线型（xíng）；每个主机到集线器的距（jù）离不超过 100m；可（kě）以使用光纤扩展主机和集（jí）线器之间的距离（lí），使用集（jí）线（xiàn）器扩展以太网（wǎng）（前（qián）提是连（lián）接的多个以太网（wǎng）段的速（sù）率（lǜ）要相同）；采用 CSMA/CD，不具有交换机的自学习（xí）能力，发（fā）送数据（jù）采用广播的方式，整个集线器是个（gè）碰撞域，不可以缓存帧

交换机：以太（tài）网（wǎng）交换机工作在数据链路层，处理（lǐ）对象是帧；全双工，不使（shǐ）用 CSMA/CD；向某个接口转（zhuǎn）发帧；每一个（gè）接口是个碰撞（zhuàng）域；可缓（huǎn）存帧，可自学习。

半双工数据传输允许数据在两个方向上传输，但是同一时（shí）刻只允许一个方向（xiàng）；全（quán）双工也允许在两个（gè）方向传输，但同（tóng）时（shí）刻可以同时接受（shòu）和（hé）发送信息

交换机的自学习功能及转发帧的过（guò）程：

开始时，交换表是空的

收到第一个帧后，广播发到其他接（jiē）口，非目标主机会（huì）把收到的（de）帧（zhēn）丢（diū）弃，并记（jì）录这个接口对（duì）应的 MAC 地址

当一个接口发送帧时，先从（cóng）原接口进入（rù），查（chá）找交换表（biǎo）是（shì）否有（yǒu）目（mù）的地址的记（jì）录，如果有（yǒu）就（jiù）直（zhí）接发送；如果（guǒ）没有就（jiù）广（guǎng）播发帧。

交换表（biǎo）上（shàng）的（de）记录会存在有（yǒu）效时间（jiān），过（guò）了有效时间会（huì）清除记录，以（yǐ）免接口更换主机（jī）或者主机更换网卡

如果两个交换机有两个（gè）接口相互连接（jiē），会利用生（shēng）成树协议，在逻辑（jí）上删除一个接口

广播域和碰撞域，VLAN，生（shēng）成树（shù）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 碰撞域：指（zhǐ）网络中一个站点发出（chū）的单播（bō）帧会与其他站点（diǎn）发出的单播帧产（chǎn）生（shēng）碰撞的范围；任一个时（shí）刻在一个碰撞（zhuàng）域中只能有一个主（zhǔ）机（jī）发送数据 VLAN：即虚拟局域网，不改变网络的（de）物理局域网，在逻辑上划（huá）分虚拟局域网（wǎng）。可以基于交换机端口，基于主机 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（zhī）间（jiān）转发帧（zhēn））划分 VLAN

生成树协议 STP：不改变网络的物理（lǐ）拓扑，但在逻（luó）辑上切（qiē）断某（mǒu）些链路，消除回路