数据链路层使用的信道主要有：
1）点对点信道。一对一的点通信方式。
2）广播信道。一对多的广播通信方式。局域网使用的就是这种。
一、点对点通信
数据链路和帧
| 链路 | 数据链路 |
|---|---|
| 一个节点到相邻节点的一段物理线路（有线或无线），而中间没有其他的任何交换节点。 | 加了通信协议来控制数据传输的物理链路。有些术语把数据链路也称为逻辑链路。 |
| 数据链路层的协议数据单元——帧 | 网络层协议数据单元——IP数据报（简称数据报、分组、包） |
二、三个基本问题
- 1、封装成帧：在一段数据（数据有上限，最大MTU）前后分别添加包括了许多必要控制信息的首部和尾部（利于进行帧定界），这就构成了一个帧。SOH（Start Of Header）和EOT（End Of Transmission）分别表示帧的开始和帧的结束，这是字符的名称。他们的十六进制编码分别是01（二进制00000001）和04（二进制00000100）。
解决的是：在发送帧出故障，被中断了。随后恢复时，可以通过帧定界判断是不是一个完整的帧，如果不是（只有首部开始符SOH，没有结束符EOT）必须丢弃。 - 2、透明传输：无论什么样的比特组合的数据，都能按照原样没有差错的通过这个数据链路层。
如果传送的数据中的某个字节的二进制代码恰好和SOH或EOT这种控制字符一样的，数据链路层就会错误的找到“帧的边界”，使数据传输出现错误。通过转义字符填充的方式解决。具体就是：发送端数据链路层在数据中的“SOH”和“EOT”前加一个转义字符“ESC”（十六进制 1B，二进制00011011），接收端数据链路层在把数据送往网络层之前删除这个插入的转义字符。（字节传输，字符传输）
例题：透明传输是数据链路层的基本功能，所谓透明性是指（ C ）
A. 传输的数据内容、格式及编码有限
B. 传输数据的方向透明
C. 传输的数据内容、格式及编码无限
D. 传输数据的方式透明
- 3、差错检测：比特差错，广泛使用循环冗余检验进行检验。传输差错（帧丢失，帧重复、帧失序）。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。
目前在数据链路层广泛使用了循环冗余检验CRC的检错技术。
CRC原理：
1、循环校验码（CRC码）：是数据通信领域中最常用的一种差错校验码，其特征是信息字段和校验字段的长度可以任意选定。
2、生成CRC码的基本原理：任意一个由二进制位串组成的代码都可以和一个系数仅为‘0’和‘1’取值的多项式一一对应。
例如：代码1010111对应的多项式为x6+x4+x2+x+1， 而多项式为x5+x3+x2+x+1对应的代码101111。
3、CRC码集选择的原则：若设码字长度为N，信息字段为K位，校验字段为R位(N=K+R)，则对于CRC码集中的任一码字，存在且仅存在一个R次多项式g(x)，使得V(x)=A(x)g(x)=xRm(x)+r(x);其中: m(x)为K次信息多项式， r(x)为R-1次校验多项式，g(x)称为生成多项式：g(x)=g0+g1x+ g2x2+…+g(R-1)x(R-1)+gRxR发送方通过指定的g(x)产生CRC码字，接收方则通过该g(x)来验证收到的CRC码字。
4、CRC校验码软件生成方法：借助于多项式除法，其余数为校验字段。
例如：信息字段代码为: 1011001；对应m(x)=x6+x4+x3+1 假设生成多项式为：g(x)=x4+x3+1；则对应g(x)的代码为: 11001x4m(x)=x10+x8+x7+x4对应的代码记为：10110010000；采用多项式除法（模2运算）: 除数为10110010000 被除数 1011001补齐6个0----> 1011001000000
得余数为: 1010 (即校验字段为：1010）发送方：发出的传输字段为: 1 0 1 1 0 0 1 1 0 10信息字段校验字段接收方：使用相同的生成码进行校验:接收到的字段/生成码（二进制除法）如果能够除尽，则正确，
广播通信的数据链路层
局域网
特点：
-
具有广播功能，从一个站点可方便的访问全网；局域网上主机共享局域网上各种硬件和软件资源
-
便于系统的扩展和演变，各设备的位置可灵活调整和改变
-
提高了系统的可靠性、可用性和生存性
局域网的拓扑结构：总线型，环形网，星型网
数据链路层的两个子层：
逻辑链路控制(LLC)：靠近网络层，看不见下面的局域网，为网络层提供统一的接口，已经过时
媒体接入控制(MAC)：靠近物理层，存放与接入媒体有关的内容
适配器的作用：
网络适配器又被称为网卡
包含了数据链路层和物理层两层的功能
适配器的重要功能：
(1)进行串行\并行转换
(2)对数据进行缓存
(3)在计算机的操作系统安装设备驱动程序
(4)实现以太网协议
CSMA\CD协议（载波监听多点接入/碰撞检测）1
总线的特点：当一台主机发送数据时，总线上所有主机都能检测到这个数据，就是广播通信方式
为使通信简便采取的措施：
(1)采用无连接工作方式，不必先建立连接就可以直接发送数据；适配器对数据帧不编号，不要求发回确认；因此，以太网提供尽最大努力交付，是不可靠交付；收到差错帧则丢弃，是否重传由高层决定，和以太网无关；同一时间只允许一台主机发送数据；使用CSMA/CD协议
(2)发送的数据使用曼切斯特编码
发生碰撞的原因：
电磁波在1km电缆的传播时延为5μs，在这段时间其他主机发送数据无法检测到，就会导致之后某时刻发送冲突
适用环境：双向交替通信(半双工通信)
以太网的发送不确定性：每一个站在自己发送数据之后一段时间内，存在遭遇碰撞的可能，这段时间是不确定的，取决于离另一个发送站的距离，因此无法保证一定能把自己的数据帧成功发送出去
争用期(碰撞窗口)：
以太网端到端的往返时间2τ；经过争用期没检测到碰撞，才能肯定这次发送不会发送碰撞
截断二进制指数退避算法：
用来确定碰撞后重传的时机，不是信道空闲就立即再次发送，而是推迟一个随机的时间
具体流程：
(1)规定了基本退避时间为争用期2τ，具体的争用期时间是51.2μs；对于10Mbit/s以太网，争用期内能发送512bit，即64字节，也可以说争用期是512比特时间。
(2)从离散的整数集合[0,1,...,(2^k-1)]中随机取一个数，记为r，重传应推后r倍的争用期，k=min(重传次数，10)
(3)当重传16次仍不成功时，丢弃该帧，向高层报告凡长度小于64字节的帧都是由于冲突而异常终止的无效帧
强化碰撞：当发现碰撞时，处理立即停止发送数据外，还要继续发送32bit或48bit的人为干扰信号，使所有用户都知道发生了碰撞；帧间最小间隔：9.6μs，即96比特时间，使刚收到数据帧的站的接受缓存来得及清理，做好接收下一帧的准备
CSMA/CD发送流程：
先听后发，边听边发，冲突停止，延迟发送
(1)准备发送：适配器从网络获得一个分组，加上首部和尾部组成以太网帧，放入以太网缓存中，发送前先检测信道
(2)检测信道：若检测到信道忙，则不停检测，直到信道转为空闲；若检测到信道空闲，并在96比特时间内保持空闲，就发送这个帧
(3)在发送过程中仍不停检测信道，边发送边监听。这里有两种可能：
发送成功：争用期内未检测到碰撞。这个帧一定能发送成功。发送完毕后回到(1)
发送失败：争用期内检测到碰撞。立即停止发送，并按规定发送人为干扰信号(强化碰撞)，执行指数退避算法，等待r倍512比特时间后，返回步骤(2)；若重传16次仍不成功，停止重传并向上报错
CSMA/CD控制方式原理(摘自：王刚博客)
为了避免接收出差错的数据。规定一个最短帧长64字节（小于者皆为无效帧），即512比特
如果发送的数据非常少，那么必须加入一些填充字节，使帧长不小于64字节，对于10Mbit/s以太网，发送512比特的时间需要51.2μm
集线器的特点：
(1)使用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网，各站共享逻辑上的总线，还是使用CSMA/CD协议，在同一时刻只允许一个站发送数据
(2)一个集线器有多个接口，因此一个集线器很像一个多接口转发器
(3)集线器工作在物理层，仅简单的转发比特，不进行碰撞检测
(4)有专用的芯片，能自适应串音回波抵消
以太的网信道利用率
以太网的MAC层
当数据率一定时，以太网连线的长度受到限制， 同时以太网的帧长不能太短，极限信道利用率Smax：
无效的MAC帧：
(1)帧的长度不是整数个字节
(2)用收到的帧检验序列FCS查出差错
(3)收到的帧的MAC客户数据长度不在46~1500字节之间，或MAC帧长度不在64~1518
Mac帧格式
数据长度在46到1500之间， 46字节:最长64字节减去18字节的首部和尾部得出数据字段的最小长度
最后一个字段是4字节的帧检验序列FCS(CRC检验)
帧长度：64-1518字节
广播域＆ 冲突域
集线器可以堆叠使用，线路总长度不能超过以太网最大网段长度
使用集线器的计算机网络中，当一方发送消息的时候，其他机器不能发送
集线器值包含物理层协议
传输介质是通信网络中发生方和接收方之间的物理通信
物理层的主要功能是实现比特流的透明传输
STP如何提供无环网络适当的将某些端口置为阻塞
路由器一个端口一个广播域
没有路由器则只有一个
集线器不能隔离冲突域
交换机每个端口都是一个冲突域
冲突域:在同一个冲突域中的每一个节点都能收到所有被发送的帧
HUB集线器 所有的端口都在同一个冲突域
网卡工作在物理层
中继器工作在 物理层用来复原网络中的信号并重新发送到其他公司网段上
集线器工作在 物理层，用于连接各物理设备
网桥工作在数据链路层的介质访问的子层上（Mac）
用于在多个使用同一种通信协议的网段中传送数据包的设备
交换机也在数据链路层 主作用类似于网桥
路由器工作在网络层
交换机：交换机用来分隔冲突域，但不能分隔广播域（除VLAN）。因此，交换机的每一个端口处于一个冲突域，所有端口处于一个广播域。
交换机的自学习功能：
地址表的形成：收到未知的地址后，存储源地址和接口的对应关系，向除来源端口的其它端口广播，目的地址不符则丢弃，否则接收并回复，收到回复后存储对应关系；地址表有有效时间，超过有效时间则失效
生成树协议STP：解决无限循环的问题
路由器：路由器用来分隔广播域，路由器每一个端口处于一个广播域。 比如在一个单行道上，A和B都要通过，但同时只能一个通过。这时候就产生能冲突，就要重来，但也只能通行一个。集线器是工作在冲突域的典型例子。
集线器，一个冲突域，一个广播域
交换机，多个冲突域，一个广播域
路由器，多个冲突域，多个广播域
可靠传输机制：
确认、自动重传
网桥
多个以太网通过网桥形成一个网段
交换机即为多端口的网桥
数据链路层进行流量控制是相邻的结点之间。
多点接入：说明是总线型网络
载波监听：检测总线上有没有其他计算机也在发送；每个主机必须不停的检测信道，发送前检测是为了获得发送权，发送中检测是为了及时发现碰撞
碰撞检测：边发松边监听，也叫冲突检测；发生碰撞就立即停止发生，等待一段随机时间后再次发送 ↩︎