理解数据链（liàn）路层的地位（wèi）与作用，三个基本问题（tí）

链路：从一个结点到相邻（lín）结点的一段（duàn）物理线路（有线或无线），中间没有任何其他交（jiāo）换结点

数据链（liàn）路：物（wù）理链路 + 通信（xìn）协议

数据链（liàn）路层（céng）的地位（wèi）：局域（yù）网（wǎng）中（zhōng）的主机、交换机（jī）必须实（shí）现数据链（liàn）路层；网（wǎng）络中（zhōng）的（de）主机、路由器（qì）必须实现数据（jù）链路层（céng）。

数（shù）据链路层的作用：网（wǎng）络中两（liǎng）个主机（jī）发送数（shù）据（jù）所经过（guò）的网络可以是多种（zhǒng）不同类型（xíng）的，不（bú）同类型网络的链路层可能采用不同的协议（yì）

三个基本问题：

封装成（chéng）帧：在一段数据的前后（hòu）分别添（tiān）加首部和尾（wěi）部，构成一个帧。帧（zhēn）定界符：SOH（帧开始符），EOT（帧结束符（fú））

透明传（chuán）输（shū）：若帧（zhēn）出现定（dìng）界符（fú），在其前面用字符填充（chōng）法

差错检测：循环冗（rǒng）余检验的原理：在发（fā）送端，计算 CRC 冗余码（在待发送数据（k 位）后面再添加（jiā）供差错检测（cè）用的 CRC 冗余码（n 位），实际发送 k+n 位（wèi））；在接收端：利用 n 位（wèi） CRC 冗余码对收到的数据进行（háng）检（jiǎn）验

用除数（shù） P 再（zài）除去（qù）收到的（de）数，若（ruò）余数 R=0，则证（zhèng）明这（zhè）个帧无（wú）差错，接受

2、使用（yòng）点对点信道的（de）链路层：信道特点，PPP 帧（zhēn）格式，零比特（tè）填充法和字节填充法，差错检测（CRC）

信道特（tè）点：点对点信道使用一对一的点对点通信方式。通（tōng）常使（shǐ）用（yòng） PPP 协议（yì），用户通过（guò） PPP 协议接入 ISP，再接入互联网

PPP 帧格式：

图中（zhōng） F 为标（biāo）志字段表示（shì）开始和结束，是 PPP 帧的定界符；A 和 C 实际上并没有（yǒu）携带 PPP 帧的信息；协议（yì）字段中的不同（tóng）数据表示该帧的数据（jù）部分的作（zuò）用（yòng）不同（tóng）（背）

零比特填充法：同步传输（一连串比特连续传送） 在（zài）原始数（shù）据（jù）中出现连续（xù） 5 个 1 时在其后面加一个 0，在接收端收（shōu）到数据（jù）时将这个 0 删（shān）去

字节填充法：异步（bù）传（chuán）输（逐（zhú）个字符传送） 在原始（shǐ）数据中若出现开（kāi）始符 7E 修改为 7D5E; 出现 7D 修改为 7D5D; 出现 03 修改（gǎi）为 7D23;

差错检（jiǎn）测（CRC） : 同上面的差（chà）错检验，用（yòng）冗杂码（mǎ）进行加（jiā）密检验

使用广播信道的链路层（céng）: 信道特点（diǎn），CSMA/CD 协议，MAC 帧格式（shì），最小帧长和最大帧长

信（xìn）道特点：

局域（yù）网（wǎng）使用广播信道；

多台主机共享局域网内软硬（yìng）件（jiàn）资源（yuán）；

若多个设备在共（gòng）享的广播信道上同时发送数据，则会彼（bǐ）此干扰，导致发送失败

CSMA/CD 协议：载波监（jiān）听（tīng）多点接（jiē）入 / 碰撞检测（cè）

“多点接（jiē）入”：使用（yòng）广（guǎng）播信道的总（zǒng）线型网络

“载波监（jiān）听（tīng）”：不停地检测（cè）信道（发送前、发送中（zhōng））

“碰（pèng）撞检（jiǎn）测”：检测到（dào）碰撞（zhuàng）→立即停止发送→等（děng）待随机（jī）事（shì）件后（hòu）再发送

争用期 = 以太网的端到端往返时（shí）间 2τ

10Mbit/s 以（yǐ）太网的争用期 2τ=51.2μs。

最（zuì）先发送数据的站，在争用（yòng）期内没有检（jiǎn）测到碰撞，则这次发送肯定不会发生碰撞

如果在（zài）争用期内发生发生（shēng）碰撞，需要用截断二进制支书退避算（suàn）法来计算等待时间。即（jí）退避时间（jiān） = r 倍的争用期 = r*2τ，r 为离散集合【0,1，…,2^k-1】中的一个随机数。k=Min[重传次数, 10]。当重传次数 = 16 次，仍不能成（chéng）功时即丢（diū）弃该帧，并向高（gāo）层报告

MAC 帧格式：类（lèi）型（xíng）：0x0800（IP 数据（jù）报）、0x0806（ARP 报文）

最小帧长和最大帧长：最小：64，最大 1518 主要取决于数（shù）据部分的长度

网卡（kǎ）的功能和（hé） MAC 地址，帧（zhēn）的类型（单（dān）播帧（zhēn），广播帧，多播帧）

网卡的功能：计算机通过网络（luò）适（shì）配（pèi）器（网卡）和局域网进（jìn）行通信

MAC 地址：MAC 地址（zhǐ）固（gù）化在网卡的 ROM 中，全球唯一。由（yóu） 6 个字节组成，前 3 个（gè）字节（jiē）由（yóu） IEEE 注册管理机构 RA 分配（pèi），后 3 个（gè）字节由（yóu）厂家自行指派（pài）。 注意（yì）：当主机或路由器安装有（yǒu）多个适配器，就有多（duō）个（gè） “MAC 地址” 帧的类型（单播帧（zhēn），广播（bō）帧，多播帧）：

一台主机发送单播（bō）帧，仅当（dāng）帧的（de）目的（de）地址与本网（wǎng）卡地址相同时才（cái）接收

一台主机发送广播帧，其他（tā）主机都接收该帧（zhēn）

一台主机发（fā）送（sòng）多播（bō）帧，即发送给本局域网上一部（bù）分站点

比较集（jí）线器与（yǔ）交（jiāo）换机，交换机的自学（xué）习功能（néng）及转发帧的过程（chéng）

比较集线器（qì）与交换机：

集（jí）线器：物理（lǐ）上星型，逻辑上总（zǒng）线（xiàn）型；每个主机（jī）到集（jí）线器的距离不超过 100m；可以（yǐ）使用光纤扩展主机和集线器之间（jiān）的距（jù）离，使（shǐ）用集线器扩展以太网（前提是连接的多个以太（tài）网段的速率要相同）；采用 CSMA/CD，不具有交换机的自学习（xí）能力，发送数据采用（yòng）广播的（de）方式，整个集线器是个碰撞域，不可以缓存帧（zhēn）

交换机：以太网交换机工作（zuò）在数据链路层（céng），处理对象是帧；全双工，不使（shǐ）用 CSMA/CD；向某（mǒu）个接（jiē）口转发帧；每（měi）一个接口是（shì）个碰撞（zhuàng）域；可（kě）缓存帧，可自学习。

半（bàn）双工数（shù）据传输允（yǔn）许（xǔ）数据（jù）在两个方向上传输，但（dàn）是同一时刻（kè）只允许一个方向；全双工也允许在两个方向（xiàng）传输，但同时刻可以同（tóng）时接受和发送信（xìn）息（xī）

交（jiāo）换机的自学（xué）习功能及转发帧的（de）过程：

开（kāi）始时，交换（huàn）表是空的

收到第一个帧后（hòu），广播发到其他接口（kǒu），非目标主机会把（bǎ）收到（dào）的帧丢弃（qì），并记录这个接（jiē）口对应的 MAC 地址

当一个（gè）接口发送帧（zhēn）时（shí），先（xiān）从原接（jiē）口进入，查找交换表（biǎo）是否有目的地址的（de）记录，如果有就直接发送；如（rú）果没有（yǒu）就广（guǎng）播发帧。

交换表上的记录会存在有效时间，过（guò）了有效时间会清除记（jì）录，以免接（jiē）口更换主机或者主机更换网卡

如（rú）果两个（gè）交换（huàn）机（jī）有两个接口相互连接，会利用生成（chéng）树（shù）协议，在逻辑上删除（chú）一个接（jiē）口

广播域（yù）和碰撞域，VLAN，生成树协议 STP

广（guǎng）播域（yù）：指网络中一（yī）个（gè）站点发出广播（bō）帧所影响的（de）范围（wéi） 碰（pèng）撞域：指网络中一（yī）个站点发出的单播帧会与其他站点发出（chū）的单播帧产生碰（pèng）撞的范围；任一个时刻在一个（gè）碰（pèng）撞域（yù）中只能有（yǒu）一个主机发（fā）送数据 VLAN：即虚拟局（jú）域网，不改变网络的物（wù）理局（jú）域网，在逻辑上划分（fèn）虚拟局域网。可以基于交换（huàn）机端口，基于主机 MAC 地址，基于（yú）主（zhǔ）机 IP 地址（交换机只在 802.1Q 标记相同的接口（kǒu）之间转发帧（zhēn））划分 VLAN

生成（chéng）树协议 STP：不（bú）改变网络（luò）的物理拓扑，但在（zài）逻辑上切断（duàn）某些链（liàn）路，消除回路