数据链路层

数据链路层分为上层的LLC（Logical Links Control，逻辑链路控制）和下层的MAC（媒体访问控制）。

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1. 数据链路和帧

• 链路：从一个结点到相邻结点的一段物理线路，中间没有其他交换结点。
• 数据链路：把实现通信协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路。

2. 数据链路层的三个基本问题：封装成帧、透明传输、差错检测

• 封装成帧：在一段数据的前后部分分别添加首部（SOH）和尾部（EOT），就构成了一个帧。SOH和EOT是控制字符的名称，并不是三个字母
• 透明传输（字节填充）
  发送端的数据链路层在数据中出现的控制字符前面插入转义字符ESC，接收端的数据链路层在把数据送往网络层之前删除转义字符，从而实现透明传输。
• 差错检测
  循环冗余校验CRC（模二运算）
  帧检验序列FCS

3. 数据链路层使用的信道主要由以下两种类型。（1）点对点信道（2）广播信道
4. 点对点协议PPP

• PPP协议的帧格式 PPP帧格式 首部4个字段，尾部2个字段。
  首部第1个字段和尾部最后1个字段都是标志字段F（Flag），规定为0x7E。
  首部第2、3个字段无定义，不携带PPP帧的信息。
  首部第4个字段是2字节的协议字段。
  信息字段的长度是可变的，不超过1500字节。
  尾部第1个字段（2字节）是使用CRC的帧检验序列FCS。
• 字节填充（异步传输：逐个字符地传送。转义字符：0x7D）
  （1）信息字段出现的每一个0x7E字节转变为2字节序列(0x7D，0x5E)。
  （2）信息字段出现的每一个0x7D字节转变为2字节序列(0x7D，0x5D)。
  （3）信息字段出现的ASCII码的控制字符(小于0x20)转变为2字节序列(0x7D，0x+20)。例：（0x03）—>（0x7D，0x23）
• 零比特填充（同步传输：一连串的比特连续传送。标志字段F：01111110）
  发送端扫描整个信息字段，发现5个连续1，则立即填入一个0。（避免出现6个连续1）
  接收端收到帧，先找F确定边界，之后删除5个连续1后面的0，还原信息比特流。

5. 使用广播信道的数据链路层

• CSMA/CD协议（半双工通信）载波监听多点接入/碰撞检测。
  实质是：载波监听和碰撞检测。
• CSMA/CD的基本原理是：所有结点都共享网络传输信道，结点在发送数据之前，首先检测信道是否空闲，如果信道空闲则发送，否则就等待；在发送出信息后，再对冲突进行检测，当发现冲突时，则取消发送。然后随机延迟一段时间后，重发送帧。（先听后说，边听边说，冲突停止，随机延迟后重发）

6. 以太网的信道利用率
   

   以太网单程端到端时延与帧发送时间的比值： 比值 要提高信道利用率，就要使a的值尽可能小些。当数据率一定时，以太网的连线的长度不能太长，以太网的帧长也不能太短。
7. MAC层的硬件地址

• MAC地址是48位（bit），6个字节（byte）。
• MAC帧的格式 以太网V2的MAC帧格式 由五个字段组成：前两个字段分别为6字节长的目的地址和源地址字段，第三个字段是2字节的类型字段（标志上一层使用的协议，交付数据），第四个字段是数据字段（长度在46-1500字节），最后一个是4字节的帧检验序列FCS。
  MAC帧的首尾长度共有18个字节，有效的MAC帧长度为64-1518字节之间。

8. 扩展的以太网（在网络层看来仍然是一个网络）

• 在物理层扩展以太网（集线器工作在物理层）
  转发器、光纤
  现在扩展主机和集线器之间的距离的一种简单的方法就是使用光纤和一对光纤调制解调器：
• 在数据链路层扩展以太网
  （1）网桥（基于源地址的学习，基于目的地址的转发）
  网桥工作在数据链路层，它根据MAC帧的目的地址对收到的帧进行转发和过滤。当网桥收到一个帧时，并不是向所有的接口转发此帧，而是先检查此帧的目的MAC地址，查找网桥中的地址表，然后再确定将该帧转发到哪个接口，或者把它丢弃或过滤。
  （2）交换式集线器（第二层交换机）（工作在数据链路层）
  交换式集线器增加了冲突域，减少冲突。
  如果所有端口都在一个冲突域当发送数据时就会发生冲突导致网络拥塞
  如果每个端口都是一个冲突域这样就能有效避免冲突发生，而且交换机具有CSMA/CD机制。

9. 虚拟局域网
   虚拟局域网VLAN是由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组。

• 划分VLAN的四种方式
  基于端口划分：按VLAN交换机上的物理端口和内部的PVC（永久虚电路）端口来划分。
  优点：定义VLAN成员时非常简单，只要将所有的端口都定义为相应的VLAN组即可。
  缺点：如果某用户离开原来的端口到一个新的交换机的某个端口，必须重新定义。 适合于任何大小的网络
  基于MAC地址划分：根据每个用户主机的MAC地址来划分。
  优点：当用户物理位置从一个交换机换到其他的交换机时，VLAN不用重新配置。
  缺点：初始化时，所有的用户都必须进行配置。 适用于小型局域网
  基于网络层协议划分：按网络层协议来划分，可分为IP、IPX、DECnet、AppleTalk等VLAN网络。
  优点：用户的物理位置改变了，不需要重新配置所属的VLAN，而且可以根据协议类型来划分VLAN，并且可以减少网络通信量，可使广播域跨越多个VLAN交换机。
  缺点：效率低下。 适用于需要同时运行多协议的网络
  根据IP组播划分：IP 组播实际上也是一种VLAN的定义，即认为一个IP组播组就是一个VLAN。
  优点：更大的灵活性，而且也很容易通过路由器进行扩展。
  缺点：适合局域网，主要是效率不高。 适合于不在同一地理范围的局域网