3. 數據鏈路層

3.1 數據鏈路層的基本概念

幀：數據鏈路層傳輸的數據單元是幀。幀就是在網絡層傳下來的信息上加上幀頭和幀尾，物理層地址（MAC地址）、校驗值

幀就好比一列火車，有車頭、車尾-->定界：幀頭幀尾。當火車進站時要檢查這列火車車廂是不是全到齊了-->校驗，如果到齊了就讓他進站，否則就拋棄。

3.2 數據鏈路層的三個基本問題

封裝成幀

透明傳輸

差錯控制

3.2.1. 封裝成幀

3.2.2 透明傳輸

透明傳輸是指不管所傳數據是什麼樣的比特組合，都應當能夠在鏈路上傳送（數據鏈路層對上層交付的傳輸數據沒有任何限制。就像數據鏈路層不存在一樣）。當所傳數據中的比特組合恰巧與某一個控制信息完全一樣時，就必須採取適當的措施，使接收方不會將這樣的數據誤認爲是某種控制信息。這樣才能保證數據鏈路層的傳輸是透明的。

字節填充法

比特填充法

發送方在發送數據中，每5個連續1後面就插入一個比特0。接收方只需要每5個連續1，剔除一個0即可

3.2.3 差錯檢驗

數據鏈路層只保證鏈路上無差錯接收數據，如果有錯就丟掉，不糾錯。可靠傳輸是傳輸層負責的
使用差錯檢測碼來檢測數據在傳輸過程中是否產生了比特差錯

1.奇偶校驗

在待發送的數據後面添加1位奇偶校驗位，使整個數據（包括所添加的校驗位在內）中“1”的個數爲奇數（奇校驗）或偶數（偶校驗）
如果有奇數個位發生誤碼，則奇偶性發生改變，可檢出誤碼；如果有偶數個位發生誤碼，則奇偶性不發生變化，不能檢測出誤碼（漏檢）

2.CRC校驗

發送方：

接收方：

只能檢錯不能糾錯。CRC漏檢率非常低，易用硬件實現。

按可靠傳輸服務還是不可靠傳輸：檢錯重傳的方式來糾正傳輸中的差錯，或者僅僅是丟棄檢測到差錯的幀

3.3 兩種情況下的數據鏈路層

3.3.1 點到點（廣域網--PPP）

F是幀定界符，表示幀的開始和結束，16進製爲7E

A是地址，因爲這是點到點的通信，發送方和接收方中間沒有其他設備，所以這個地址沒什麼用，所以值是固定的

C暫時沒用，所以值也是固定的

協議字段用來代表信息部分是什麼性質的內容

FCS是校驗碼

3.3.2 廣播（局域網，CSMA/CD協議，總線型和集線器的星形網）

以太網所使用的協議

最短有效幀長和網速和網線長度有關。所以以太網網線長度不得超過100m

3.4 以太網Ethernet

寬泛的說，滿足CSMA/CD協議的都是以太網

3.4.1 MAC地址

MAC地址固化到網卡（適配器）芯片上

校園網網絡管理員會登記學生的MAC地址，只要這些MAC地址的主機可以訪問校園網。其他主機若想訪問校園網，就得改註冊表中的MAC地址（網卡芯片的MAC地址是不能改的）

3.5 如何擴展以太網

3.5.1 以太網設備

集線器是物理層設備，所有計算機共享帶寬（複用，接口是10M的，則每臺計算機只有10/N M，N爲接在集線器上計算機的個數），不安全。

集線器是使用電子器件來模擬實際電纜線的工作，因此整個系統仍然像一個傳統的以太網那樣運行。集線器使用了大規模集成電路芯片，因此這樣的硬件設備的可靠性已大大提高了。
使用集線器的以太網在邏輯上仍是一個總線網，各工作站使用的還是CSMA/CD協議，並共享邏輯上的總線。
集線器很像一個多接口的轉發器，工作在物理層

網橋和交換機自學習MAC地址表

以前網橋比較珍貴，接口比較少，所以只和集線器直接相連。但是後來網橋不那麼珍貴了，接口也變多了，就直接和計算機相連接，這樣的話，網橋就變成了現在的交換機（可以說交換機的前身是網橋）。交換機是存儲轉發的（有緩衝區），所以用交換機可以全雙工通信，端口帶寬獨享（不復用，接口是10M的那所有主機傳輸數據的帶寬都是10M的）

交換機和集線器的區別

    工作層次：集線器工作在物理層，所有端口都可以收到發送的數據，採用了廣播的方式，因此網絡性能受到很大的限制；交換機工作在數據鏈路層，通過學習之後，每個端口形成一張MAC地址轉發表，根據數據包的MAC地址轉發數據，而不是廣播形式

    轉發方式：集線器的工作原理是廣播形式，無論哪個端口收到數據，都要廣播到所有端口；交換機根據MAC地址轉發數據，收到數據包之後，檢查報文的目的MAC地址，找到對應的端口進行轉發，而不是廣播到所有端口

    傳輸模式：集線器內部採用了總線型拓撲，各個節點共用一條總線進行通信，數據包的發送和接收採用了CSMA/CD協議，在同一時間內必須是單向的，只能維持在半雙工模式下。兩個端口不能同時收發數據，並且當兩個端口通信時，其他端口不能工作；當交換機的兩個端口通信時，他們之間的通道是相互獨立的，可以實現全雙工通信。兩個端口同時收發數據

3.5.2 以太網交換機自學習和轉發幀的流程

以太網交換機收到幀後，在幀交換表中查找幀的目的MAC地址所對應接口號，然後通過該接口轉發幀

以太網交換機是一種即插即用設備，剛上電啓動時其內部的幀交換表是空白的，隨着網絡中個主機間的通信，以太網交換機通過自學習算法自動逐漸建立起幀交換表。幀交換表中的每條記錄都有自己的有效時間，到期自動刪除。因爲MAC地址與交換機接口的對應關係並不是永久性的（例如更換了主機，或者更換了主機裏的網卡）

交換機盲目轉發又稱爲泛洪