文章目录
3.1 基本概念
1. 数据链路层的简单模型
数据链路层像个数字管道，常常在对等的数据链路层之间画出一个数字管道，而在这条数据管道上传输的数据单位是帧。
2. 数据链路层使用的信道
点对点信道：这种信道使用一对一的点对点通信方式。
广播信道：这种信道使用一对多的广播通信方式，过程比较复杂。广播信道上连接的主机很多，因此必须使用专用的共享信道协议来协调这些主机的数据发送。
3. 链路与数据链路
链路是一条点到点的物理线路段，中间没有任何其他的交换结点。
一条链路只是一条通路的一个组成部分。
数据链路 除了物理线路外，还必须有通信协议来控制这些数据的传输。若把实现这些协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路。
- 现最常用的方法是使用适配器(即网卡)来实现这些协议的硬件和软件。
- 一般的适配器都包括了数据链路层和物理层这两层的功能。
4. 帧
数据链路层谈的数据流称为数据帧。
3.2 基本问题
数据链路层要解决三个基本问题：封装成帧、透明传输、差错控制
1. 封装成帧
2. 透明传输
用字节填充法解决透明传输的问题
发送端的数据链路层在数据中出现控制字符“SOH”或“EOT”的前面插入一个转义字符“ESC”(其十六进制编码是 1B)。
接收端的数据链路层在将数据送往网络层之前删除插入的转义字符。
如果转义字符也出现数据当中，那么应在转义字符前插入一个转义字符。
3. 差错检测 CRC
【在数据链路层传送的帧中，广泛使用了循环冗余检验 CRC的检错技术。】
1. 有关CRC的一些概念
- 假设待传送的一组数据M = 101001。我们在 M 的后面再添加供差错检测用的 n 位冗余码一起发送；即
发送的数据。 - n位冗余码又称
帧检验序列 FCS。
2. 如何使用CRC
（1）计算冗余码FCS：
- 在M后加n个0作为被除数，除数任意定，但必须是n+1位
- 做模2除法，最终得到的余数为冗余码。
（2）M后添加冗余码得到 发送的数据
（3）接收端对收到的每一帧进行 CRC 检验
检验方法：用 收到的数据（即(2)中的发送的数据） 与除数再进行模2除法。得到余数R
若得出的余数 R = 0，则判定这个帧没有差错，就接受。
若余数 R ≠ 0，则判定这个帧有差错，就丢弃。
3. 例子
已知 M = 101001。计算冗余码FCS，以及发送出的数据。并检验。
解：
设 n = 3，除数为1101。
则被除数为101001000。
计算如下：
所以冗余码FCS为001，发送的数据为101001001。
检验：
因为余数是0，因此这个数据帧没有差错，接受。
3.3 使用点对点信道的数据链路层
广域网使用
一对一通信。
因为不会发生碰撞，因此也比较简单，使用 PPP 协议进行控制。
1. ppp协议
现在全世界使用得最多的数据链路层协议是点对点协议 PPP (Point-to-Point Protocol)。
因特网用户通常都要连接到某个ISP 才能接入到因特网。 PPP协议就是用户计算机和ISP进行通信时所使用的数据链路层协议。 ISP使用PPP协议为计算机分配一些网络参数（如IP地址、域名等）。
PPP协议是一个协议集，主要包含下面三部分
数据链路层协议可以用于异步串行或同步串行介质。
LCP（链路控制协议）
NCP (网络控制协议)
2. ppp协议帧格式
3. 零比特填充方法
信息字段中出现了标志字段的值，可能会被误认为是“标志”。
这时 PPP 协议采用零比特填充方法来实现透明传输。
在发送端，只要发现有 5 个连续 1，则立即填入一个 0。接收端对帧中的比特流进行扫描。每当发现 5 个连续1时，就把这 5 个连续 1 后的一个 0 删除。
3.4 使用广播信道的数据链路层
局域网使用
所有的节点都在同一个广播信道上发送数据，因此需要有专门的控制方法进行协调，避免发生冲突（冲突也叫碰撞） 。
主要有两种控制方法进行协调，一个是使用信道复用技术，一个是使用 CSMA/CD 协议。
1. 局域网的拓扑
2. 局域网的特点与优点
3.5 CSMA/CD协议
1. def
CSMA/CD协议（载波监听多点接入/碰撞检测） 以太网使用此协议。
“多点接入”表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。
“载波监听”是指每一个站在发送数据之前先要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据，如果有，则暂时不要发送数据，以免发生碰撞。
2. 重要特性
3. 争用期
4. 二进制指数类型退避算法
3.6 以太局域网（以态网）
现在的以太网被用来指各种采用 CSMA/CD 技术的局域网。
3.6.1 概述
1. 以太网的两个标准
DIX Ethernet V2 、IEEE 的 802.3 标准
2. 以太网与数据链路层的两个子层
3. 以太网提供的服务
以太网只提供无差错接收，不提供纠错（传输层纠错）。
3.6.2 10BASE-T以太网
传统的以太网采用星形拓扑，国际上给这种以集线器连的以太网定义了一个标准10BASE-T。
10BASE-T以太网是以太网中很重要的一种以太网。
10 代表10Mbit/s的数据率；
BASE表示连接线上的信号是基带信号；
T代表双绞线。
物理上采用星型拓扑、逻辑上总线型，每段双绞线最长不超过100m（每个站到集线器的距离不超过 100 m）。
采用曼彻斯特编码。
采用CSMA/CD介质访问。
3.6.3 信道利用率
3.6.4 MAC层
在局域网中，硬件地址又称为物理地址，或 MAC 地址(即网卡地址) 。
每个适配器(即网卡) 有一个全球唯一的48位二进制地址，前24位代表厂家（由IEEE规定），后24位厂家自己制定，常用十六进制数表示。
1. 适配器检查 MAC 地址
适配器从网络上每收到一个 MAC 帧就首先用硬件检查 MAC 帧中的 MAC 地址。
- 如果是发往本站的帧则收下，然后再进行其他的处理。
- 否则就将此帧丢弃，不再进行其他的处理。
2. MAC 帧格式
3. 无效的 MAC 帧
4. 帧间最小间隔
3.7 扩展以太网
1. 距离上的扩展
2. 数量上的扩展
这种集线器级联，使网络中计算机数量增加，但是效率变低了，因为这无疑是组建了一个更大的冲突域。
3. 对数量上扩展的优化
使用网桥（交换机的前身）。
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存储转发。
【网桥具有过滤帧的功能。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，然后再确定将该帧转发到哪一个接口。】
3.8 高速以太网
速率达到或超过 100 Mb/s 的以太网称为高速以太网。
在双绞线上传送 100 Mb/s 基带信号的星型拓扑以太网，仍使用 IEEE 802.3 的CSMA/CD 协议。100BASE-T 以太网又称为快速以太网。
1. 100Base-T以太网特点
可在全双工方式下工作而无冲突发生。因此，不使用 CSMA/CD 协议。
帧间时间间隔从原来的 9.6微妙 改为现在的 0.96 微妙。
2. 1000Base-T以太网特点
允许在 1 Gb/s 下全双工和半双工两种方式工作。
使用 802.3 协议规定的帧格式。
【在半双工方式下使用 CSMA/CD 协议（全双工方式不需要使用 CSMA/CD 协议）。】
与 10BASE-T 和 100BASE-T 技术向后兼容。
当吉比特以太网工作在全双工方式时（即通信双方可同时进行发送和接收数据），不使用载波延伸和分组突发。
