数据链路层，关心的问题是一个局域网，如何层一个点传到另一个点，对研究该层来说，物理层是透明的。
数据链路与链路的区别是除了物理线路之外，还有协议。
封装成帧
封装成帧：就像我们说话一样，一句话有开始也有结束，那么我们在传输一段数据的时候，这时候也需要将其添加开始的标志和结束的标志。
如上图所示，有帧首部和帧尾部，帧首部用一个特定的标识，帧尾部也用特殊的标识。其中数据部分长度有MTU最大不能超过1500。
当数据是可以打印的ASCII码组成的文本文件时，帧定界可以使用特殊的帧定界符号。这个特殊的帧定界符是键盘不可输入的ASCII码符。
帧首部用SOH表示，十六进制是01，帧尾部用EOT表示，十六进制是04。
透明传输
当数据非ASCII码的时候，这时候就可能在数据中出现跟帧定界符一样的，比如，如果在数据部分中出现了跟EOT一样的数据，那么，就会被将数据中的EOT设置为结束标识。那么EOT后的部分就会丢失。
字节填充法
学过编程语言的应该会知道，我们用双引号引用一句话，那么如果再双引号中还有其他双引号，这时应该怎么办？我们的做法是，在双引号前面加一个\来表示这不是定界符。” \”helloword\” “。表示的是”helloword”。
那么在数据部分的标识符前面加上转义标识即可。我们用ESC标识，十六进制为1B，我们称这种方法为字节填充法。
差错检测
在数据的传输过程中，有可能会产生差错，1变成0，0变成1，我们将产生差错的比特与总比特的比值称为误码率。它与信噪比有很大关系。
我们为了减少和尽量避免传输过程中产生的差错，我们使用一种叫做循环冗余检验的方法CRC。
如下图所示，这里要传输的数据是101001，我们将其对1101做模2运算，除得的余数即为FCS，我们将这个FCS放到要传输的数据101001后面，那么就变成了101001001，一起传过去，对方收到这个数据之后，也与1101做模2运算，如果余数为0，就证明传过来的数据没有问题。
模2运算。既相同为0，不同为1，比如1010与1101，做模2运算，相加得0111。
细心的读者可能会发现，我们在做模2运算的时候，在后面加了3个0，给出的规律是，如果除数是n位，那么就要在后面加n-1个0。
我们使用CRC校验方法得出了FCS这个余数，事实上，生成FCS的方法有很多种，这里我们主要介绍CRC校验方法。
CRC不纠错，遇到有错的数据就丢失，至于这个丢失了的数据产生的丢包的问题，数据链路层并不关心，这个由上层的协议解决，并且，在数据传输的过程中，传输的数据的顺序可能乱了，或者可能传重复了，这个数据链路层都不关心，它只保证无比特传输差错就好。
这里值得留心的是，CRC校验并不能保证100%的无比特传输差错，比如说，如果有好几个比特都发生了错误，这时候，余数也刚好为0。只是这种概率很小。
一般情况下，我们将余数用一个多项式表示，比如说，P(X)=X^3+X^2+1,这表示1101。
PPP协议
PPP协议我们常见到，比如说家里的那种ADSL宽带上网，就是点对点的PPP协议。
上面就是我们常用的PPPOE连接，要拨号，从一个点直接与另一个点相连接，可以记账。
PPP帧
PPP帧是面向字节，所有的PPP帧都是字节的整数倍。
上图介绍了PPP帧的格式，F表示帧的开始，AC表示地址，协议有几种类型，比如说，我们使用0X0021表示IP数据报，0X8021表示控制数据，事实上，这里的A和C在实际中并没有什么用，因为PPP协议是点对点的协议。根本不需要知道对方的地址就能传给对方。
如果将PPP协议细分，又能分成三种协议，
NCP—专门用来分配IP地址
LCP—用来验证身份
HDLC—就是我们前面说的那些，封装成帧，透明传输，差错检测。
字节填充
PPP协议也需要有帧首部和祯尾部，当然，祯定界符也有可能出现在数据部分，那么这时，我们这不使用转义字符，而是将数据部分的0X7E全部写成0X7D,0X5E,0X7D写成0X7D,0X5D,ASCII码的控制字符前加0X7D,
当数据被对方接收的时候，这时候就逆向解析即可。
0比特填充
当数据PPP帧的数据部分连续出现5个1的时候，就在后面加一个0，比如0011111111001100，那么将其变成00111110111001100，当接收方收到这个数据的时候，如果遇到5个连续的1，那么就要去掉后面的0。因为，如果是5个连续的1，有可能会被误认成F，从而导致帧定界错误。
局域网的数据链路层
局域网具有以下优点。
具有广播功能，从一个站点可以很方便的访问全网。局域网上的主机可共享连接在局域网上的各种硬件和软件。另一方面提高系统的可靠性、可用性。
媒体共享技术
频分复用，时分复用，波分复用，码分复用，这个在前面的物理层讲过的。
动态媒体接入控制。
随机接入、受控接入。
我们将局域网下的数据链路层进一步划分，那么可以分成LLC和MAC层
以太网尽最大努力的交付数据，采用无连接的方式。
CSMA/CD协议
多点接入–表示许多主机可以接入到在一根总线上
载波监听–一个站在发送数据之前，会监听有没有人在发送数据，如果有就不发。
碰撞检测–边发送边监听有没有其他主机也在发送数据，如果其他主机也在发送数据就可能会产生碰撞。那么是如何检测到是否发生碰撞呢？事实上，是根据电压是否超过某个门限值来判断是否发生碰撞的。一旦发生碰撞，那么双方都应该停止发送数据，等待一段时间之后，再发送数据。
下面我们来分析，如果以太网在传输过程中碰撞了会怎么办？请看下图
那么A最迟检测到与B发生碰撞是在哪个时间呢？
最早检测到即刚准备发送数据就碰撞了，也就是在A点自身发生的碰撞，那么最迟检测到发生碰撞是在B点碰撞，然后碰撞的数据返回A点就能检测到是否发生了碰撞，这时候，这个时间为2τ
也就是说，我们在发生碰撞之后，退避时间是以2t为计算单位。
CSMA/CD协议只能进行半双工通信，这这机制使得以太网的平均通信量远小于最大通信量。
CSMA/CD协议的争用期
上面讲了最迟2τ检测到发生彭碰撞，2τ是51.2us,我们称这个时间为争用期，对于10Mb/s的以太网， 可以发送512个bit，这也就意味着，如果A在向B发送数据的过程中，如果已经发送了512bit没有发生碰撞，那也就证明以后发生的数据都不会发生碰撞。512bit即64字节。
所以CSMA/CD协议就规定，最小发送字节为64字节，小于64字节的帧都被当成了无效帧。如果短了怎么办呢？那么就在后面添0即可。
退避算法
上面讲了争用期，也就是最迟检测到发生碰撞的时间，那么如果发生了碰撞，应该隔多长时间再发送数据呢？
我们知道，最迟检测到发生碰撞的时间为2τ，那么如果A再向B发送数据的时候，可以立即发送，让B等待2τ，也可以A等待2τ，让B立即发送。由于A和B是平等的，我们无法规定，谁应该先发送，谁应该后发送，那么就产生了一种随机的算法，我们称退避算法。
退避算法是这么做的，退避时间取q*2τ，重点是这个q的取值，q=random[0,1,…,(2^k-1)]，这里的k应该取值为 MIN[重传次数，10]，重传次数指的是，发生的碰撞次数，如果第一次发生碰撞，那么q就在0-1取一个整数值，然后等待0*2τ或者1*2τ的时间，如果再次发生了碰撞，就放大k的值。
集线器
集线器是以太网早期使用的一种设备，现在比较少见了，看这个图我们就应该能明白集线器的原理了。
使用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网，各工作站使用的还是CSMA/CD协议，并共享逻辑上的总线。
集线器就向一个多接口转发器，本身没有识别功能，它只是单纯的负责转发。也就是说集线器工作在物理层。
以太网的信道利用率
一个帧从开始发送到发送成功，前面经过若干次碰撞之后得到的时间为n*2t，假设发送成功的时间为T0(数据长度/发送速率)，当发送完最后一个比特传送完成之后，还需要经过t的时候才能到达接收点。
如果向让信道利用率越大，那么t与T的比值就应该越小，a=t/T，当a趋向于0的时候证明以太网的信道利用率越高，我们可以尝试的想象它所代表的意思，当T一定的时候，t越小，那么a就越小，也就是说T一出门就能传送到目的地。这也就意味着，我们要尽量让T大一些，而t小一些，而T取决于帧的大小，t取决于两个站点的距离，也就是说，我们要尽量增大帧的长度，减小两个站之间的距离。
这时候，我们可以得出以太网的极限信道利用率，Smax = T0/(T0+t)=1/(a+1)，也就是说，这种情况，没有产生任何的碰撞。
MAC地址
如此耳熟的MAC地址，究竟是什么呢？它实际上是一种物理地址，也可以称为硬件地址，在局域网中，我们的一台主机发送一个数据出去，是发送给了该局域网中所有的主机，而数据中镶嵌了目的的mac地址，这时候，收到该数据的计算机就与自己的MAC地址进行比较，如果数据中的目的地址与自身的地址一样，那就选择接收，否则就丢弃。
这个MAC地址通常情况下存储在网卡上，当网卡被生产出来的时候，上面就有了世界上的一个独一无二的MAC地址，这个地址的前24位代表的是厂商，后24为由厂商自己指定，当然这个地址不能重复。
虽然我们计算机在通信的时候一般使用的是网卡上面的MAC地址，但是，如果我们想不适用这个MAC地址而不更改网卡也是有办法了，我们可以查看自己主机的MAC地址是多少，这个方法在DOS下只需要一个命令，即ipconfig /all就能看到本身的MAC地址，在DOS上显示的是物理地址。
当然，你也可以根据需要，更改计算机在通信的时候选用其他MAC地址，当然如果一旦在同一个局域网内，有两个相同的MAC地址，就会发生冲突，导致不能正常上网。我们可以在网络配适器中，右键本地连接，属性，然后配置，再点高级，再点网络地址，根据格式修改即可，这个格式可以参考dos下的ipconfig /all查到的格式。
MAC帧
我们前面了解了PPP的帧，那么MAC帧又长什么样呢？
细心的同学应该会发现，除了MAC帧本身以外，在传播的过程中，在前面还加了8个字节，那么这个8个字节是用来干嘛的呢？事实上，一个站在刚接收到MAC帧的时候，由于无法与比特流达成同步，因此MAC帧的最前面的若干位就无法接收，从而导致MAC帧成为一个无效的帧，为了避免这种情况，我们在MAC帧前面加上7个字节的同步码，再加上一个帧的开始定界符，这个符号的前6位的作用于同步码一样，都是010101，而当出现11的时候，表达帧的开始。
目的地址和源地址即为目的MAC地址与源MAC地址，那么类型是什么呢？这个类型代表了数据部分是什么，也就是说，数据部分可以是其他控制协议，也可以是IP数据报，FCS可以通过CRC循环校验得出。
我们知道，局域网内最小bit长度不能小于512bit，也就是64个字节，那么从MAC帧来看，目的MAC地址源MAC地址类型FCS等占用了18个字节，数据部分最小需要46个字节，当然最大也不能超过1500个字节。
细心的同学应该发现了MAC帧没有结束标示，那么，既然没有结束标识，我们的配适器是怎么知道帧结束了呢？由于以太网用的曼彻斯特编码，1上跳，0下跳，也就是说，只有在接收帧的时候，才有跳变，如果没有跳变，就证明接收完了。也就是帧结束了，另外，有人会问要是两个帧刚好连着发怎么办？因为两个帧的最小发送间隔为0.96微秒，所以就不会两个帧连续而无法识别出结尾的问题。
扩展的以太网
早期的扩展以太网
早起的以太网，如果要讲两个单独的以太网向量，是通过一个主干集线器将它们相连的，由于集线器没有任何过滤功能，它只是单纯的负责转发，所以，这种机制将一个一个的小的冲突域变成了一个更大的冲突域，从而导致网络传播效率更低了。
网桥
为了解决上面的冲突域变大的问题，就出现了一种叫做网桥的设备。它具有过滤功能，能向指定的接口发送数据。
比如说，如果A要想B发送数据，数据会发送到网桥，网桥知道B在接口1这边，所以就不会转发到接口2那边去了，这一点是跟集线器最大的不同。
能自主学习的网桥
刚刚说了，如果A要向B发送数据，就不会发送到接口2去，那么这是如何实现的呢？
当网桥刚刚装上的时候，网桥也不知道接口1上面有ABC三台电脑，当然也不知道接口2上面有DEF三台电脑，当A向B或者其他主机发送数据的时候，这时候，这个数据会传送到接口1，那么这时候，网桥就将接口1能够收到A的数据记录下来，也就是说，如果以后有谁想要向A发送数据，那么就像接口1转发，当然如果本身是接口1发过来的，就不转发了。
这样第一次记录了A在接口1，那么只要B发了数据出去，就也记录了B在接口1，这时候网桥知道B也在接口1，所以就不会发送到接口2去了，当然第一次在不知道B在接口的情况下，它也会将数据发送到接口2去，一旦确认下来B在接口1，那么就不会转发到其他接口去了。
同样的，如果A想给D，E，F中的一台主机发送数据的时候，A的数据会发送个到网桥，那么如果接口D，E，F给网桥发送过数据，那么就直接转发到接口2，然后数据就能到达DEF，而不会传给接口3或者接口4（这里没有画出来）
这样看来，使用网桥，能提高网络资源的利用率，减少碰撞。同时还提高了数据的安全性能和可靠性。为什么会提高安全性呢？早期的以太网，会将数据转发到所有的主机，那么这时候，如果其他主机上面装了抓包工具，那么数据就会被偷窃到， 而这里，如果再BC上没有人装抓包工具，那么在自主学习之后，数据是不会向其他接口乱发数据的。（后面再讲如何抓包）网桥的缺点
网桥也有一些缺点
一方面，网桥在转发之前，需要先查找转发表，这就需要一定的时间，而且，在转发之前，需要执行CSMA/CD算法，即发生了碰撞要退避，都需要一定的时间
另一方面，如上图，如果A在向D发送数据，而B也向D发送数据的时候，这时候要等A先发完，B的可以放到网桥的缓存中中，等A的先发完，再发B的数据。而当用户过多的时候，缓存会越来越大，可能还会不够。时延也更大。
交换机
当网桥接口很多的时候，这时候，计算机就不会汇总到一根线路再接过来了，而是直接接到网桥上，我们这时候不称它为网桥，而是称为交换机，这时候，如果A想D发送数据的时候，更加安全了，因为数据不会再发送到其他接口去了，因为上面接的是主机，这个数据直接发送到了目的主机。
透明网桥
什么是透明网桥呢？我们根据上面那图，可以想象，A在向D发送数据的时候，D根本就不知道中间经过了一个网桥，对于AD来说，等于就是直通的，而网桥是透明的。
这里再来看多个网桥相连，它们是如何通过自学习建立转发表的。
假设A想E发送数据，假设E先前没有发送过数据，这时候，A的数据到达网桥1，网桥A在接口1，网桥1不知道E在哪个接口，这时候，他就将数据转发给其他所有接口，这里只要接口2，数据会传送到网桥2的接口1，这时候，网桥2就知道，我以后要发送给A的数据，都应该向接口1那边传，由于E在之前没有发送任何数据出去，这时候，网桥2也会把数据转发到除了接口1的其他所有接口，即接口2。
假设A一开始发送的不是给E的，而是给B的，那么网桥1和网桥2会不会在转发表中添加A的接口呢？事实上，同样的回建立好接口，当A向B发送数据的时候，网桥1由于不知道和数据要传给哪个接口，那么就传给其他接口，这时候，数据就到了接口2，接口2就传到了网桥2的接口1，这时候网桥2也不知道数据传给谁的，这时候，这个数据就会通过网桥2的接口传送出去。
转发的生成树算法
为了防止数据在以太网直接绕圈圈，网桥还使用了一种生成树算法
先选一个根交换机，怎么根交换机怎么选呢？在传播数据的时候，根据距离的远近有一个优先级，距离近的优先，当优先级一样的时候mac地址最小的称为根交换机
这时候，在向根转发数据的时候，走更近的路线，这就形成了一张拓扑图，从而不会绕圈子。
LAN和VLAN
所谓的LAN就是物理局域网，而VLAN是虚拟局域网，也可以称它为逻辑局域网
如上图，第一层的三台电脑组成了一个物理局域网，但是他们属于不同的部门，但是这在一定程度上造成的数据的不安全，如果只想让各部门内部单独共享数据，那么就需要虚拟局域网，让各部门单独在逻辑上组成一个局域网
虚拟局域网的实现办法
这里有财务部和销售部两个部门，他们接在不同的交换机上面，我们现在需要将财务部划分成一个vlan，销售部划分在另一个vlan，就相当于将两者隔开，然后上下接上了线，(实际上，他们是通过最右边的总线转发数据的。由于不知道是哪一个vlan的数据，所以在转发的时候要在数据前面加上一个标记，这就是在第二章讲过的，统计时分复用)
两个交换机通过干道链路进行通信，如果vlan广播数据的时候，它不会发到vlan2，直接发到了干到链路（交换机右边那个孔与第二个交换机右边那个孔相连接的链路），当第二个交换机在干道链路收到数据的时候，根据数据的标记转发到自己交换机中具体的vlan接口中。
交换机上实现安全的接入
交换机可以与端口和MAC地址进行绑定
根据不同的交换机，可以在dos下进行绑定，需要一些命令，这个大家自行百度即可。