1.3数据链路层
主要内容
数据链路层点对点信道和广播信道的特点，及两种信道所使用协议PPP CSMA/CD特点。
数据链路层三个基本问题：封装成帧、透明传输、差错检测。
以太网MAC层硬件地址。
适配器、转发器、集线器、网桥、以太网交换机作用及使用场合。
数据链路和帧
链路Link指从一个节点到相邻节点的一段物理线路（有线或无线），而中间没有任何其他交换节点。
数据链路data link：除了物理线路还要通信协议来控制这些数据的传输。用适网络配器（软件和硬件）实现协议。
数据链路层的协议数据单元——帧
数据链路层把网络层的数据构成帧发送到链路上，把接收到的帧中数据取出上交网络层。网络层的数据单元时IP数据报（数据报、分组、包）。
三个基本问题
封装成帧framing
在一段数据前后添加首部和尾部
帧开始符SOH 00000001
帧结束符EOT 00000100
透明传输
无论什么样的比特组合数据，都能够按照原样没有差错地通过这个数据链路层。
数据部分恰好出现EOT一样的代码，使用转义字符ESC 00011011（字符填充character stuffing）。
差错检测
检错技术：循环冗余检验CRC Cyclic Redundancy Check
CRC运算在数据后面添加供差错检测用的冗余码。
过去OSI的观点是：必须让数据链路层向上提供可靠的传输，因此在CRC基础上增加了帧编号、确认和重传机制。对于通信质量良好的有线传输链路，数据链路层协议不提供可靠传输服务，不使用确认和重传机制，改正差错任务由上层协议如TCP完成，对于通信质量较差的无线传输链路，数据链路层协议使用确认和重传机制。
点对点协议PPP Point to Point Protocol
ppp协议是用户计算机和ISP互联网服务提供商通信时所是通的数据链路层协议。
PPP协议满足要求
简单 对于数据链路层的帧，不需要纠错序号，流量控制。只进行CRC检验。
封装成帧
透明性
多种网络层协议
多种类型链路
差错检测 丢弃有差错的帧
检测连接状态
最大传输单元 MTU Maximum Receive Unit
网络层地址协商
数据压缩协商
PPP协议组成
1、一个将IP数据报封装到串行链路的方法
2、一个用来建立、配置测试数据链路连接的链路控制协议LCP（Link Control Protocol）
3、一套网络控制协议NCP（Network Control Protocol）其中每一个协议支持不同的网络层协议。
PPP协议已经不是纯粹的书记链路层协议，还包含了网络层。
局域网的书记数据链路层
局域网特点：网络为一个单位所拥有，且地理范围和站点数目均有限。
适配器的作用
计算机与外界局域网是通过适配器进行的，适配器本来是主机箱插入的一块网络接口板（网卡 网络接口卡NIC Network Interface Card）计算机主板嵌入了适配器，不需要单独网卡。
适配器实现了数据链路层和网络层的功能，在接受和发送各种帧时，不适用计算机CPU，当适配器接收到正确的帧时，它就使用中断来通知该计算机，当计算机发送IP数据报时，就由协议栈把IP数据报向下交给适配器，组装成帧后发送到局域网。
CSMA/CD协议
最早的以太网是将许多计算机连接到一根总线上，当一台计算机发送数据时，所有计算机都能检测到数据。广播。当数据帧中的目的地址与适配器ROM中存放的硬件地址一致，适配器才接收该帧。为了通信简便采取一下两种方式：
1、采用无连接工作方式，对数据帧不进行编号，不要求对方返回确认，尽最大努力交付，不可靠交付（best effort），对有差错帧是否重传由高层决定（TCP），但以太网不知道是重传帧，当作新的数据帧发送；
在同一时间只能允许一台计算机发送数据；
载波监听多点接入/碰撞检测 CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection
2、以太网发送的数据采用曼切斯特Manchester编码。
CSMA/CD要点
载波监听
每个站不停地检测信道是否有其他计算机在发送数据
多点接入
总线型网络
碰撞检测
边监听变发送，适配器边发送数据边检测信道上信号电压变化情况，以便判断其他站是否也在发送数据，信号电压变化幅度超过一定门限值，认为总线上至少有两个站同时发送数据。碰撞检测也称冲突检测。
为什么每个监听到信道已经为空闲，还会出现碰撞？
电磁波传播速率有限，1km传播时延为5μs。
集线器
1、物理上为星型网，逻辑上任是总线型，使用的还是CSMA/CA协议，同一时刻最多允许一个站发送数据。
2、集线器有多个接口
3、工作在物理层，仅仅转发比特，不进行碰撞检测。
4、采用专门芯片，自适应串音回波抵消，使接口转发的强信号不对收到弱信号产生干扰。
以太网MAC层
MAC层的硬件地址
硬件地址又称为物理地址、MAC地址，名字指出我们所要寻找的资源，地址指出资源在何处，路由告诉我们如歌到达该处。
MAC地址：全球地址48位，固化在适配器ROM中的地址（适配器标识符），保证每一个适配器都可有唯一一个地址。
适配器有过滤功能，单播帧unicast收到的帧的MAC地址与硬件地址相同；广播broadcast发送给局域网所有帧（全1）；多播multcast一对多发送给局域网一部分站点。
混杂方式（promiscuous mode）：只要听到有帧在以太网上传输就都悄悄接收，嗅探器（Sniffer）。
MAC帧格式
为了实现位同步，在帧前由硬件生成7字节前同步码，1字节真开始定界符。
拓展以太网
物理层拓展
数据链路层拓展
网桥（bridge）对收到的帧根据其MAC帧的目的地址进行转发和过滤，根据帧目的地址查找网桥中的地址表，从而确定转发到那个端口或丢弃。
交换式集线器 switching hub很快淘汰网桥，常称为以太网交换机switch或第二层交换机L2 switch，强调交换机工作在数据链路层。
以太网交换机特点
多接口网桥，相互通信主机独占媒体，无碰撞传输数据，就扣由存储器，输出端口繁忙缓存帧，是即插即用设备，内部帧交换表通过自学习算法自动地逐渐建立起来。
交换方式：存储转发、直通（cut-through）
交换机自学习功能
交换表中每个项目设定有效时间。
增加网络可靠性，往往增加冗余链路，可能导致以太网帧在某个环路兜圈子，生成树协议STP（Spanning Tree Protocol），不改变网络实际拓扑，逻辑上切断某些链路，使得从一台主机到其他所有主机都是无环路的树状结构。
虚拟局域网VLAN Virtual LAN
由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组，每一个VLAN的帧由一明确标识符，只是局域网给用户提供的一种服务。
虚拟局域网限制了接收广播信息的计算机数，使得网络不会因传播过多的广播信息而引起性能恶化（广播风暴）。
高速以太网
100BASE-T 100Mbit/s基带信号星型拓扑以太网 快速以太坊fast ethernet。
以太网宽带接入
以太网帧格式地址字段没有用户名字段，也没有用户键入密码来鉴别用户身份过程，运营商利用以太网接入互联网需解决这个问题。把PPP协议中的PPP帧封装到以太网中传输。
