一、数据链路层概述
只关心数据链路层，主机间通信，可以看成一段段链路上传输数据。
把软件硬件加上，就成了数据链路。
数据链路层以帧为单位传输和处理数据。
· 三个重要问题
封装成帧、差错检测、可靠传输。
使用广播信道的数据链路层、交换式局域网、无线局域网
共享式以太网的媒体接入控制协议 CSMA/CD
802.11局域网 CSMA/CA
二、封装成帧
· 封装成帧是指数据链路层给上层交付的协议数据单元添加帧头和帧尾使之成为帧。
口帧头和帧尾中包含有重要的控制信息。
口帧头和帧尾的作用之一就是帧定界。
· 透明传输是指数据链路层对上层交付的传输数据没有任何限制,就好像数据链路层不存在一样。
- 面向字节的物理链路使用字节填充(或称字符填充)的方法实现透明传输。
- 面向比特的物理链路使用比特填充的方法实现透明传输。
转义字符：如每五个1后加一个0，收到后将那个0删除即可。
【2013年 题37】 HDLC协议对011111 000 111111 0组帧后对应的比特串为01111 0000 11111 010
解析：高级数据链路控制协议HDLC采用帧头和帧尾中的标志字段作为帧定界符，其值为01111110；HDLC为了实现“透明传输”，采用“零比特填充法”(每5个连续1后面插入一个比特0)。
■ 为了提高帧的传输效率,应当使顿的数据部分的长度尽可能大些。
■ 考虑到差错控制等多种因素,每一种数据链路层协议都规定了帧的数据部分的长度上限,即最大传送单元MTU (Maximum Transfer Unit) 。
三、差错检测
■ 实际的通信链路都不是理想的,比特在传输过程中可能会产生差错:1可能会变成0.而0也可能变成1。这称为比特差错。在一段时间内,传输错误的比特占所传输比特总数的比率称为误码率BER(Bit Error Rate)。
■ 使用差错检测码来检测数据在传输过程中是否产生了比特差错,是数据链路层所要解决的重要问题之一。
■ 奇偶校验
- 在待发送的数据后面添加1位奇偶校验位,使整个数据(包括所添加的校验位在内)中“1”的个数为奇数(奇校验)或偶数(偶校验)
- 如果有奇数个位发生误码,则奇偶性发生变化,可以检查出误码
- 如果有偶数个位发生误码,则奇偶性不发生变化,不能检查出误码(漏检):
■ 循环冗余校验CRC(Cyclic Redundancy Check)
- 收发双方约定好一个生成多项式G(x);
- 发送方基于待发送的数据和生成多项式计算出差错检测码(沉余码),将其添加到待传输数据的后面一起传输;
- 接收方通过生成多项式来计算收到的数据是否产生了误码;
■ 使用差错检测技术(例如循环冗余校验CRC),接收方的数据链路层就可检测出帧在传输过程中是否产生了误码(比特错误)
■ 数据链路层向上层提供的服务类型
- 不可靠传输服务:仅仅丢弃有误码的帧,其他什么也不做;
- 可靠传输服务:想办法实现发送端发送什么,接收端就收到什么。
■ 一般情况下,有线链路的误码率比较低,为了减小开销,并不要求数据链路层向上提供可靠传输服务。即使出现了误码,可靠传输的问题由其上层处理。
■ 无线链路易受干扰,误码率比较高,因此要求数据链路层必须向上层提供可靠传输服务。
TCP向其上层提供面向连接的可靠传输服务；UDP向其上层提供无连接、不可靠传输服务
IP向其上层提供无连接、不可靠传输服务
802.11无线局域网要求数据链路层实现可靠传输；以太网不要求数据链路层实现可靠传输
（从这里开始，今后所有简略记载）
■ 可靠传输的实现机制
- 停止-等待协议SW(Stop-and-Wait)
每次只能发送一个分组
- 回退N顿协议GBN
发送窗口、接收窗口，回退窗口尺寸。
窗口内有错，帧数个数据重传。网络速率不好时，效率不高。
如果窗口WT超过2△n-1，则无法分辨新旧。
发送端，只需要重传超时的帧。
- 选择重传协议SR
每收到一个数据帧，就发回相应确认帧。等全部确认，窗口再整体迁移n个。
如果窗口WT超过2△(n-1)，则无法分辨新旧。
发送端，只需要重传超时的帧。
五、点对点协议PPP
■ PPP协议为在点对点链路传输各种协议数据报提供了一个标准方法,主要由以下三部分构成:
- 对各种协议数据报的封装方法(封装成帧)
- 链路控制协议LCP用于建立、配置以及测试数据链路的连接
- 一套网络控制协议NCPs 其中的每一个协议支持不同的网络层协议
六、媒体接入控制的基本概念
■ 媒体接入控制的基本概念共享信道要着重考虑的一个问题就是如何协调多个发送和接收站点对一个共享传输媒体的占用,即媒体接入控制MAC(Medium Access Control)。
■ 媒体接入控制——静态划分信道
信道复用（频分复用FDM 时分复用TDM 波分复用WDM（光的频分复用） 码分复用CDM。）：
复用(Multiplexing)是通信技术中的一个重要概念。复用就是通过一条物理线路同时传输多路用户的信号。当网络中传输媒体的传输容量大于多条单一信道传输的总通信量时,可利用复用技术在一条物理线路上建立多条通信信道来充分利用传输媒体的带宽。
· 媒体接入控制 - 动态接入控制 -随机接入
■ CDMA 码分多址
TDMA 时分多址； FDMA 频分多址； CSMA 载波监听多址接入；
前三者是常见物理层信道复用技术，属于静态划分信道，用于多用户共享信道，不会发生冲突。CSMA属于争用型的媒体接入控制协议，多个站点竞争发送数据帧，可能出现冲突。
· [2018年 题35】 IEEE 802.11无线局域网的MAC协议CSMA/CA进行信道预约的方法是：交换RTS与CTS帧。
七、MAC地址、IP地址以及ARP协议
■ MAC地址是以太网的MAC子层所使用的地址；（数据链路层）
■ IP地址是TCP/IP体系结构网际层所使用的地址;（网际层）
■ ARP协议属于TCP/IP体系结构的网际层,其作网际层用是已知设备所分配到的IP地址,使用ARP协议可以通过该IP地址获取到设备的MAC地址;（网际层）
■ 尽管IP地址和ARP协议属于TCP/IP体系结构的网际层(而不属于数据链路层),但是它们与MAC地址存在一定的关系,并且我们日常的网络应用都离不开MAC地址、IP地址以及ARP协议。因此,我们将这三者放在一起讨论。
1、MAC地址
■ 一般情况下，用户主机有两个网络适配器：有线网卡、无线网卡。每个网卡都有全球唯一MAC地址。交换机和路由器有更多网络接口，有更多MAC地址。所以，严格来说，MAC地址是对网络上各接口的唯一标识，而不是对网络上各设备的唯一标识。
2、IP地址
■ 发送数据过程中：
IP地址填写源IP、目的IP，始终不变
MAC地址是主机或路由器之间不断变动。源MAC、目的MAC变动。
· 地址解析协议ARP
ARP高速缓存表，能用IP找到MAC地址。但是ARP存在欺骗等漏洞。
八、集线器与交换机的区别
集线器：消息会广博到各个主机
交换机：只转发到对应IP
十、以太网交换机的生成树协议STP
可以计算拓扑，阻塞借口，避免产生环路。
网友评论