《计算机网络（第7版）谢希仁 著》第三章 数据链路层 要点及习题总结
1.数据链路层的三个基本问题：封装成帧，透明传输，差错检测
2.点对点信道的数据链路层
（1）链路和数据链路
链路（物理链路）：链路（link）就是从一个结点到相邻结点的一段物理线路（有线或无线〉，而中间没有任何其他的交换结点
数据链路（逻辑链路）：为当需要在一条线路上传送数据时，除了必须有一条物理线路外，还必须有一些必要的通信协议来控制这些数据的传输，换而言之，数据链路=链路+通信协议
（2）早期的数据通信协议叫通信规程
（3）数据链路层的协议数据单元-------帧
（4）封装成帧：封装成帧（framing）就是在一段数据的前后分别添加首部和尾部，这样就构成了一个帧。一个帧的帧长等于帧的数据部分长度加上帧首部和帧尾部的长度。首部和尾部的一个重要作用就是进行帧定界（即确定帧的界限），为了提高帧的传输效率，应当使帧的数据部分长度尽可能地大于首部和尾部的长度。但是，每一种链路层协议都规定了所能传送的帧的数据部分长度上限一一最大传送单元 MTU (Maximum Transfer Unit），当数据是由可打印的 ASCII 码组成的文本文件时，帧定界可以使用特殊的帧定界符（如SOH和EOT）。
SOH：Start Of Header
EOT：End Of Transmission
（5）透明传输：所传输的数据中的任何 8 比特的组合一定不允许和用作帧定界的控制字符的比特编码一样，无论什么样的比特组合的数据，都能够按照原样没有差错地通过这个数据链路层。发送端的数据链路层在数据中出现控制字符 “SOH”或“EOT”的前面插入一个转义字符“ESC”（其十六进制编码是 1B，二进制是 00011011 ）。而在接收端的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。这种方法称为字节填充或字符填充。如果转义字符也出现在数据当中，那么解决方法仍然是在转义字符的前面插入一个转义字符。因此，当接收端收到连续的两个转义字符时，就删除其中前面的一个。
（6）差错检测：现实的通信链路都不会是理想的。这就是说，比特在传输过程中可能会产生差错： 1 可 能会变成 0，而 0 也可能变成 1。这就叫做比特差错。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 (Bit Error Rate）。误码率与信噪比有很大的关系。如果设法提高信噪比，就可以使误码率减小。实际的通信链路并非是理想的，它不可能使误码率下降到零。 因此，为了保证数据传输的可靠性，在计算机网络传输数据时，必须采用各种差错检测措施。 目前在数据链路层广泛使用了循环冗余检验 CRC (Cyclic Redundancy Check）的检错技术。为了进行检错而添加的冗余码常称为帧检验序列 FCS (Frame Check Sequence），顺便说一下，循环冗余检验 CRC 和帧检验序列 FCS 并不是同一个概念。 CRC 是一种检错方法，而 FCS 是添加在数据后面的冗余码，在检错方法上可以选用 CRC，但也可不选用 CRC。
在数据链路层，发送端帧检验序列 FCS 的生成和接收端的 CRC 检验都是用硬件完成的，处理很迅速，因此并不会延误数据的传输。
凡是接收端数据链路层接受的帧均无差错，有差错的帧会直接丢弃
在数据链路层使用 CRC 检验，能够实现无比特差错的传输，但这还不是可靠传输。
3.点对点协议PPP
（1）特点
PPP 协议就是用户计算机和 ISP 进行通信时所使用的数据链路层协议
（2）PPP协议应满足的需求
①简单：对数据链路层的帧，不需要纠错，不需要序号，也不需要流量控制。 IETF 把“简单”作为首要的需求。 接收方每收到一个帧，就进行 CRC 检验。如 CRC 检验正确，就收下这个帧：反之，就丢弃这个帧，其他什么也不做。
②封装成帧
③透明传输
④多种网络层协议：PPP 协议必须能够在在同一条物理链路上同时支持多种网络层 协议（如 IP 和 IPX 等）的运行。
⑤多种类型链路： 1999 年公布的在以太网上运行的 PPP，即 PPP over Ethernet，简称为 PPPoE [RFC 2516］，这是 PPP 协议能够适应多种类型链路的一个典型例子。 PPPoE 是 为宽带上网的主机使用的链路层协议。这个协议把 PPP 帧再封装在以太网帧中（当然还要增加一些能够识别各用户的功能）。宽带上网时由于数据传输速率较高，因此可以让多个连接在以太网上的用户共享一条到 ISP 的宽带链路。
⑥差错检测
⑦检测连接状态
⑧最大传送单元： MTU 是数据链路层的帧可以载荷的数据部分的最大长度，而不是帧的总长度。
⑨网络地址协商
⑩数据压缩协商
PPP 协议不支持多点线路 （即一个主站轮流和链路上的多个从站进行通信），而只支持点对点的链路通信。此外， PPP 协议只支持全双工链路。
（3）PPP协议的组成
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、配置和测试数据链路连接的链路控制协议 LCP (Link Control Protocol）
③另一套网络控制协议 NCP (Network Control Protocol），其中的每一个协议支持不同的网络层协议
（4）PPP协议的帧格式
①各字段的意义
PPP帧的首部和尾部分别为四个字段和两个字段
首部的第一个字段和尾部的第二个字段都是标志宇段 F (Flag），规定为 0x7E （符号“ 0x ”表示它后面的字符是用十六进制表示的。十六进制的 7E 的二进制表示是 01111110）。
标志宇段表示一个帧的开始或结束。因此标志字段就是 PPP 帧的定界符。连续两帧之间只需要用一个标志宇段。如果出现连续两个标志宇段，就表示这是一个空帧，应当丢弃。
PPP 首部的第四个宇段是 2 宇节的协议宇段。
当协议字段为 0x0021 时， PPP 帧的信息字段就是 IP 数据报。
若为 0xC021 ，则信息字段是 PPP 链路控制协议 LCP 的数据
而 0x8021 表示这是网络层的控制数据
信息（数据部分）的长度是可变的，不超过1500 字节。 尾部中的第一个字段（2字节）是使用 CRC 的帧检验序列 FCS
②字节填充
当 PPP 使用异步传输时，它把转义符定义为 0x7D （即 01111101 ），并使用字节填充，由于在发送端进行了字节填充，因此在链路上传送的信息字节数就超过了原来的信息字节数。但接收端在收到数据后再进行与发送端字节填充相反的变换，就可以正确地恢复出原来的信息。发送端字节填充，接收端将填充的字节移除
③零比特填充
PPP 协议用在 SONET/SDH（光同步数字传输网） 链路时，使用同步传输（一连串的比特连续传送）而不是异步传输（逐个字符地传送）。在这种情况下，PPP 协议采用零比特填充方法来实现透明传输。
具体做法：
在发送端，先扫描整个信息字段（通常用硬件实现，但也可用软件实现，只是会慢些）。只要发现有 5 个连续 1，则立即填入一个 0（0x7E的二进制是01111110）
这样就保证了透明传输：在所传送的数据比特流中可以传送任意组合的比特流，而不会引起对帧边界的错误判断。
（5）PPP协议的工作状态
①PPP 链路的起始和终止状态永远是图 3-12 中的“链路静止”（Link Dead）状态，这时在用户个人电脑和 ISP 的路由器之间并不存在物理层的连接。
②当用户个人电脑通过调制解调器呼叫路由器时，路由器就能够检测到调制解调器发出的载波信号。在双方建立了物理层连接后， PPP 就进入“链路建立”（Link Establish）状态，其目的是建立链路层的 LCP 连接。
③LCP 开始协商一些配置选项，即发送 LCP 的配置请求帧（Configure-Request）。这是 个 PPP 帧，其协议字段置为 LCP 对应的代码，而信息字段包含特定的配置请求，链路的另一端可以发送以下几种响应中的一种：
(1）配置确认帧：所有选项都接受。
(2）配置否认帧：所有选项都理解但不能接受。
(3）配置拒绝帧：选项有的无法识别或不能接受，需要协商。
LCP 配置选项包括链路上的最大帧长、所使用的鉴别协议（authentication protocol）的规约（如果有的话〉，以及不使用 PPP 帧中的地址和控制字段
④协商结束后双方就建立了 LCP 链路，接着就进入“鉴别”（Authenticate）状态。进行身份鉴别，若鉴别身份失败，则转 到“链路终止”（Link Terminate）状态。若鉴别成功，则进入“网络层协议” (Network-Layer Protocol）状态。 PPP 协议两端的网络层可以运行不同的网络层协议，但仍然可使用同一个 PPP 协议进行通信。（支持多种网络层协议）
⑤网络控制协议 NCP 给新接入的用户个人电脑分配一个临时的 IP 地址（全球地址）
⑥当用户通信完毕时， NCP 释放网络层连接，收回原来分配出去的 IP 地址。数据传输结束后，可以由链路的一端发出终止请求 LCP 分组请求终止链路连接，在收到对方发来的终止确认 LCP 分组后，转到“链路终止”状态。如果链路出现故障，也会从“链路打开”状态转到“链路终止”状态。当调制解调器 的载波停止后，则回到“链路静止”状态。接着， LCP 释放数据链路层连接。最后释放的是物理层的连接。
由此可见， PPP 协议已不是纯粹的数据链路层的协议，它还包含了物理层和网络层的内容。
4.使用广播信道的数据链路层
（1）局域网可按网络拓扑进行分类
（2）共享信道：共享信道要着重考虑的一个问题就是如何使众多用户能够合理而方便地共享通信媒体资源。
①静态划分信道：频分复用，时分复用，波分复用，码分复用，这种划分信道的方法代价较高，不适合于局域网使用。
②动态媒体接入控制：又称为多点接入，其特点是信道并非在用户通信时固定分配给用户
Ⅰ：随机接入： 随机接入的特点是所有的用户可随机地发送信息。如果同时有很多用户发送信息，在共享媒体上会产生碰撞，使这些用户的数据都发送失败，所以必须有解决碰撞的网络协议
Ⅱ：受控接入： 受控接入的特点是用户不能随机地发送信息而必须服从一定的控制。 如：令牌环网，集中控制多点线路的轮询
（3）以太网的两个标准
①DIX Ethernet V2：
1980年，DEC公司、英特尔公司和施乐公司联合提出了 10 Mbit/s 以太网规约的第一个版本 DIX V1 (DIX 是这三个公司名称的缩写）。
1982年又修改为第二版规约（实际上也就是最后的版本），即 DIX Ethernet V2，成为世界上第一个局域网产品的规约
②IEEE 802.3：
在此基础上， IEEE 802 委员会的802.3工作组于 1983 年制定了第一个 IEEE 的以太网标准 IEEE 802.3，数据率为10Mbit/s
IEEE 802 委员会就把局域网的数据链路层拆成两个子层，即逻辑链路控制 LLC (Logical Link Control）子层和媒体接入控制 MAC (Medium Access Control）子层。
与接入到传输媒体有关的内容都放在 MAC 子层，而 LLC 子层则与传输媒体无关，不管采用何种传输媒体和 MAC 子层的局域网对 LLC 子层来说都是透明的
以太网的两个标准 DIX Ethernet V2 与 IEEE 的 802.3 标准只有很小的差别，因此很多人也常把 802.3 局域网简称为“以太网”，但严格来说，“以太网”应当是指符合 DIX Ethernet V2 标准的局域网
20世纪90年代后，以太网在局域网市场中己取得了垄断地位，并且几乎成为了局域网的代名词。由于互联网发展很快而 TCP/IP 体系经常使用的局域网只剩下 DIX Ethernet V2 而不是 IEEE 802.3 标准中的局域网，因此现在 IEEE 802 委员会制定的逻辑链路控制子层 LLC（ 即 IEEE 802.2 标准）的作用已经消失了， 很多厂商生产的适配器上就仅装有 MAC 协议而没有 LLC 协议
（4）适配器的作用
①计算机与外界局域网的连接是通过通信适配器（adapter）进行的
②适配器和局域网之间的通信是通过电缆或双绞线以串行传输方式进行的，而适配器和计算机之间的通信则是通过计算机主板上的 I/O 总线以并行传输方式进行的。因此，适配器的一个重要功能就是要进行数据串行传输和并行传输的转换。
③适配器还 要能够实现以太网协议
④适配器所实现的功能却包含了数据链路层及物理层这两个层次的功能
⑤计算机的硬件地址（MAC地址）就在适配器的 ROM 中，而计算机的软件地址（IP地址），则在计算机的存储器中
5.CSMA/CD协议
（1）总线网：当一台计算机发送数据时，总线上的所有计算机都能检测到这个数据。这种就是广播通信方式。
在总线上实现一对一的通信：可以使每一台计算机的适配器拥有一个与其他适配器都不同的地址（MAC地址），适配器对不是发送给自己的数据帧就丢弃。这样，具有广播特性的总线上就实现了一对一的通信。
（2）以太网的工作方式：
①无连接：即不必先建立连接就可以直接发送数据。
适配器对发送的数据帧不进行编号，也不要求对方发回确认。以太网提供的服务是尽最大努力的交付，即不可靠的交付。当目的站收到有差错的数据帧时 （例如，用 CRC 查出有差错），就把帧丢弃，其他什么也不做。对有差错帧是否需要重传则由高层来决定。以太网发送帧的时候并不关心这是不是重传帧，而是都当作新的数据帧来发送。
②曼彻斯特编码
（3）要点：
①多点接入：总线型网络
②载波监听：不管在发送前，还是在发送中，每个站都必须不停地检测信道。
③碰撞检测：边发送边监听，因为电磁波在总线上总是以有限的速率传播的，电磁波在 1 km 电缆的传播时延约为 5 µs，最迟知道碰撞的时间最多是两倍的总线端到端的传播时延（2τ），或总线的端到端往返传播时延。由于局域网上任意两个站之间的传播时延有长有短，因此局域网必须按最坏情况设计，即取总线两端的两个站之间的传播时延（这两个站之间的距离最大）为端到端传播时延。如果经过2f后还没有发生碰撞，那么本次传输就不会发生碰撞了
在使用 CSMA/CD 协议时，一个站不可能同时进行发送和接收〈但必须边发送边监听信道）。因此使用 CSMA/CD 协议的以太网不可能进行全双工通信而只能进行双向交替通信（半双工通信）
每一个站在自己发送数据之后的一小段时间内，存在着遭遇碰撞的可能性。这一小段时间是不确定的，它取决于另一个发送数据的站到本站的距离。因此，以太网不能保证某一时间之内一定能够把自己的数据帧成功地发送出去（因为存在产生碰撞的可 能）。以太网的这一特点称为发送的不确定性。如果希望在以太网上发生碰撞的机会很小，必须使整个以太网的平均通信量远小于以太网的最高数据率
以太网的端到端往返时间2τ称为争用期，它是一个很重要的参数。争用期又称为碰撞窗口，经过争用期这段时间还没有检测到碰撞，才能肯定这次发送不会发生碰撞
以太网使用截断二进制指数退避算法来确定碰撞后重传的时机
重传需要推迟的平均时间随重传次数而增大（这也称为动态退避），因而减小发生碰撞的概率，有利于整个系统的稳定。 （重传的次数越多，随机数相同的可能性越小）
凡长度小于 64 字节的帧都是由于冲突而异常中止的无效帧（争用期内能发送的最大数据，以太网帧的最小长度为64字节）
（4）CSMA/CD协议总结
1.准备发送：适配器从网络层获得一个分组，加上以太网的首部和尾部，组成以太网帧，放入适配器的缓存中。但在发送之前，必须先检测信道。
2.检测信道：若检测到信道忙，则应不停地检测，一直等待信道转为空闲。若检测到 信道空闲，并在 96 比特时间内信道保持空闲（保证了帧间最小间隔），就发送这个帧。
3.在发送过程中仍不停地检测信道，即网络适配器要边发送边监昕。这里只有两种可能性：
①发送成功：在争用期内→直未检测到碰撞。这个帧肯定能够发送成功。发送完毕后，其他什么也不做。然后回到步骤1
②发送失败：在争用期内检测到碰撞。这时立即停止发送数据，并按规定发送人为干扰信号。适配器接着就执行指数退避算法，等待 r 倍 512 比特时间后，返回到步骤2，继续检测信道。但若重传达 16 次仍不能成功，则停止重传而向上报错
以太网每发送完一帧，一定要把己发送的帧暂时保留一下。如果在争用期内检测出发 生了碰撞，那么还要在推迟一段时间后再把这个暂时保留的帧重传一次（随机时间内重传）。
总结：先听后发，边听边发，冲突停止，随机重发
6.集线器
（1）使用集线器的星型拓扑
以太网采用星形拓扑，在星形的中心则增加了一种可靠性非常高的设备，叫做集线器（hub）
1990 年 IEEE 制定出星形以太网 10BASE-T 的标准 802.3i，“10”代表 10 Mbit/s 的数据率， BASE表示连接线上的信号是基带信号， T 代表双绞线
10BASE-T 以太网的通信距离稍短，每个站到集线器的距离不超过 100 m 这种性价比很高的 10BASE-T 双绞线以太网的出现，是局域网发展史上的一个非常重要的里程碑
IEEE 802.3 标准还可使用光纤作为传输媒体，相应的标准是 10BASE-F 系列， F 代表光纤。它主要用作集线器之间的远程连接
（2）集线器的特点
①信号放大和重发，扩大传输范围，是一个大的冲突域，带宽平分
②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，使用的还是 CSMA/CD 协议（更具体些说，是各站中的适配器执行 CSMA/CD 协议），在同一时刻至多只允许一个站发送数据
③一个集线器有许多接口，一个集线器很像一个多接口的转发器。
④集线器工作在物理层，它的每个接口仅仅简单地转发比特一一收到 1 就转发 1，收到 0 就转发 0，不进行碰撞检测
7.以太网的信道利用率
（1）当扣除碰撞所造成的信道损失后，以太网总的信道利用率并不能达到 100%
（2）如何提高以太网的信道利用率
a越小，τ也就越小
8.以太网的MAC层
（1）MAC层的硬件地址
在局域网中，硬件地址又称为物理地址或 MAC 地址（因为这种地址用在 MAC 帧中）
“名字指出我们所要寻找的那个资源，地址指出那个资源在何处，路由告诉我们如何到达该处。”
IEEE 802 标准为局域网规定了一种 48 位的全球地址（一般都简称为“地址”），是指局域网上的每一台计算机中固化在适配器的 ROM 中的地址
路由器会有多个MAC地址，这种 48 位“地址”应当是某个接口的标识符
现在的局域网适配器实际上使用的都是 6 字节 MAC 地址
IEEE 的注册管理机构 RA 是局域网全球地址的法定管理机构，它负责分配地址宇段的 6 个字节中的前三个字节（即高位 24 位）。世界上 凡要生产局域网适配器的厂家都必须向 IEEE 购买由这三个字节构成的这个号（即地址块〉，这个号的正式名称是组织唯一标识符 OUI，通常也叫做公司标识符（company_id) 。地址宇段中的后三个字节（即低位 24 位）则由厂家自行指派， 称为扩展标识符，只要保证生产出的适配器没有重复地址即可
在生产适配器时，这种 6 字节的 MAC 地址己被固化在适配器的 ROM 中。因此，MAC 地址也叫做硬件地址或物理地址
适配器有过滤功能，但适配器从网络上每收到一个 MAC 帧就先用硬件检查 MAC 帧中的目的地址。如果是发往本站的帧则收下，然后再进行其他的处理。否则就将此帧丢弃，不再进行其他的处理
帧分为三种：
(1）单播帧（一对一），即收到的帧的 MAC 地址与本站的硬件地址相同
(2）广播帧（一对全体），即发送给本局域网上所有站点的帧（全 1 地址）
(3）多播帧（一对多），即发送给本局域网上一部分站点的帧
（2）MAC帧的格式
使用得最多的是以太网 V2 的 MAC 帧格式
以太网 V2 的 MAC 帧较为简单，由五个字段组成。
①前两个字段分别是目的地址和源地址，各占6字节
②第三个字段是2字节的类型字段，用来标志上一层使用的是什么协议， 以便把收到的 MAC 帧的数据上交给上一层的这个协议
③第四个字段是数据字段，长度在 46 到 1500 字节之间（46 宇节是这样得出的：最小长度 64 字节减去 18 字节的首部和尾部就得出数据字段的最小长度〉
④最后一个字段是 4 字节的帧检验序列 FCS （使用 CRC 检验〉
6字节目的地址+6字节源地址+2字节类型字段+4字节FCS帧检验序列=18字节
数据部分长度：46字节~1500字节 MAC帧总长度：64字节~1518字节
当数据宇段的长度小于 46 字节时， MAC 子层就会在数据宇段的后面加入一个整数字节的填充宇段，以保证以太网的 MAC 帧长不小于 64 字节（小于64字节会被当成无效帧丢弃）
当上层使用IP协议时，其首部就有一个“总长度”字段。因此，“总长度”加上填充字段的长度，应当等于 MAC 帧数据字段的长度
接收端的适配器在接收 MAC 帧时能够迅速调整其时钟频率，使它和发送端的时钟同步， 也就是“实现位同步”（位同步就是比特同步的意思）
MAC 帧的 FCS 字段的检验范围不包括前同步码和帧开始定界符
帧间的最小间隔为9.6μs，相当于96bit的发送时间
（3）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 查出有差错
③收到的帧的 MAC 客户数据字段的长度不在 46 ～ 1500 字节之间，有效的 MAC 帧长度为 64 ～ 1518 字节之间
对于检查出的无效 MAC 帧就简单地丢弃。以太网不负责重传丢弃的帧
（4）DIX Ethernet V2和IEEE 802.3 MAC帧格式的区别
① IEEE 802.3 规定的 MAC 帧的第三个字段是“长度／类型”。当这个字段值大于 0x0600 时（相当于十进制的 1536），就表示“类型”。这样的帧和以太网 V2 MAC 帧完全一 样。只有当这个字段值小于 0x0600 时才表示“长度”即 MAC 帧的数据部分长度。由于以太网采用了曼彻斯特编码，长度字段并无实际意义
②当“长度／类型”字段值小于 0x0600 时，数据字段必须装入上面的逻辑链路控制 LLC 子层的 LLC 帧
9.扩展的以太网
无论是在物理层还是在数据链路层扩展以太网，这种扩展的以太网在网络层看来仍然是一个网络
（1）在物理层扩展以太网
①目前主流：使用双绞线进行扩展
②使用光纤扩展主机和集线器之间的距离
光纤调制解调器的作用就是进行电信号和光信号的转换
③使用集线器扩展
在三个系的以太网通过集线器互连起来后就把三个碰撞域变成一个更大的碰撞域（范围扩大到三个系）
如果不同的系使用不同的以太网技术（如数据率不同），那么就不可能用集线器将它们互连起来（只能工作在最低的速率）
集线器基本上是个多接口（即多端口）的转发器，它并不能把帧进行缓存
（2）在数据链路层扩展以太网
扩展以太网更常用的方法是在数据链路层进行
① 网桥：
最初人们使用的是网桥。网桥对收到的帧根据其 MAC 帧的目的地址进行转发和过滤，当网桥收到一个帧时，并不是向所有的接口转发此帧，而是根据此帧的目的 MAC 地址，查找网桥中的地址表，然后确定将该帧转发到哪一个接口，或者是把它丢弃（即过滤），网桥是交换机的前身
② 交换机：
1990 年问世的交换式集线器，很快就淘汰了网桥。交换式集线器常称为 以太网交换机（switch）或第二层交换机（L2 switch），强调这种交换机工作在数据链路层
以太网交换机实质上就是一个多接口的网桥，通常都有十几个或更多的接口，和工作在物理层的转发器、集线器有很大的差别
一般都工作在全双工方式。以太网交换机还具有并行性， 即能同时连通多对接口，使多对主机能同时通信（而网桥只能一次分析和转发一个帧）。相互通信的主机都是独占传输媒体，无碰撞地传输数据
以太网交换机的接口还有存储器，能在输出端口繁忙时把到来的帧进行缓存
以太网交换机是一种即插即用设备，其内部的帧交换表（又称为地址表）是通过自学习算法自动地逐渐建立起来的
虽然许多以太网交换机对收到的帧采用存储转发方式进行转发，但也有一些交换机采用直通的交换方式，接收数据帧的同时就立即按数据帧的目的 MAC 地址决定该帧的转发接口，直通交换的一个缺点是它不检查差错就直接将帧转发出去，因此有可能也将一些无效帧转发给其他的站
交换机相对于网桥和集线器更加安全，将冲突域隔离，无法抓包，端口宽带独享，基于MAC地址转发，通过自学习算法构建MAC地址表
为了解决MAC帧广播兜圈子问题， IEEE 的 802.1D标准制定了一个生成树协议 STP (Spanning Tree Protocol）。其要点就是不改变网络的实际拓扑，但在逻辑上则切断某些链路
（3）从总线以太网到星型以太网
采用以太网交换机的星形结构又成为以太网的首选拓扑，而传统的总线以太网也很快从市场上消失了
总线以太网使用 CSMA/CD 协议，以半双工方式工作。但以太网交换机不使用共享总线，没有碰撞问题，因此不使用 CSMA/CD 协议，而是以全双工方式工作。既然连以太网的重要协议 CSMA/CD 都不使用了（相关的“争用期”也没有了），以太网的帧结构未改变，仍然采用以太网的帧结构
10.虚拟局域网（VLAN）
虚拟局域网 VLAN 是由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组，而这些网段具有某些共同的需求
虚拟局域网其实只是局域网给用户提供的一种服务，而并不是一种新型局域网
以太网交换机不向虚拟局域网以外的计算机传送 B1 的广播信息。这样，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（即所谓的“广播风暴”）而引起性能恶化。
VLAN采用逻辑划分，隔离广播风暴
虚拟局域网协议允许在以太网的帧格式中插入一个 4 字节的标识符，称为 VLAN 标记，用来指明发送该帧的计算机属于哪一个虚拟局域网
最后的 12 位是该虚拟局域网 VLAN 标识符 VID (VLAN ID），它唯一地标志了 这个以太网帧属于哪一个 VLAN
由于用于 VLAN 的以太网帧的首部增加了 4 个字节，因此以太网的最大帧长从原来的 1518 字节（ 1500 字节的数据加上 18 字节的首部）变为 1522 字节
11.高速以太网
（1）100BASE-T以太网
100BASE-T 是在双绞线上传送 100 Mbit/s 基带信号的星形拓扑以太网，仍使用 IEEE 802.3 的 CSMA/CD 协议，它又称为快速以太网（Fast Ethernet）
100表示速率是100M bit/s，BASE表示基带信号，T表示传输介质是双绞线
100BASE-T可在全双工方式下工作而无冲突发生。因此，CSMA/CD 协议对全双工方式工作的快速以太网是不起作用的（但在半双工方式工作时则一定要使用 CSMA/CD 协议）
100 Mbit/s 以太网的争用期是 5.12 μs，帧间最小间隔现在是 0.96 μs，都是 10 Mbit/s 以太网的 1/10
100BASE-T使用3类或5类双绞线进行传输
（2）吉比特以太网
吉比特以太网的产品己在 1996 年夏季问市。 IEEE 在 1997 年通过了吉比特以太网的标准 802.3z，并在 1998 年成为正式标准
吉比特以太网的标准 IEEE 802.3z 有以下几个特点：
①允许在 1 Gbit/s 下以全双工和半双工两种方式工作
②使用 IEEE 802.3 协议规定的帧格式
③在半双工方式下使用 CSMA/CD 协议，而在全双工方式不使用 CSMA/CD 协议
④与 10BASE-T 和 100BASE-T 技术向后兼容
1000BASE-T要求使用的双绞线必须是5类线以上
（3）10吉比特以太网（万兆）以太网和更快的以太网
10GBASE-T以太网中使用的双绞线必须是6A类线以上
10GE 的帧格式与 10 Mbit/s， 100 Mbit/s 和 1 Gbit/s 以太网的帧格式完全相同，并保留 了 802.3 标准规定的以太网最小帧长和最大帧长
10GE 只工作在全双工方式，因此不存在争用问题，当然也不使用 CSMA/CD 协议
40GE/100GE 只工作在全双工的传输方式（因而不使用 CSMA/CD 协议），并且仍然保持了以太网的帧格式以及 802.3 标准规定的以太网最小和最大帧长
现在以太网的工作范围己经从局域网（校园网、企业网）扩大到城域网和广域网，从而实现了端到端的以太网传输
以太网还能够适应多种传输媒体，如铜缆、双绞线以及各种光缆。这就使具有不同传输媒体的用户在进行通信时不必重新布线
端到端的以太网连接使帧的格式全都是以太网的格式，而不需要再进行帧的格式转换，这就简化了操作和管理
12.使用以太网进行宽带接入
以太网接入的一个重要特点是它可以提供双向的宽带通信，并且可以根据用户对带宽 的需求灵活地进行带宽升级
将数据链路层两个成功的协议结合起来：
PPP 协议中的 PPP 帧再封装到以太网中来传输。这就是 1999 年公布的 PPPoE (PPP over Ethernet），意思是“在以太网上运行 PPP”。现在的光纤宽带接入 FTTx 都要使用 PPPoE 的方式进行接入
13.思科Cisco三层建网模型
接入层，汇聚层，核心层
14.习题
第三章：数据链路层
一、选择题
1.数据链路层封装的PDU称为（ ）
A.分组
B.帧
C.报文
D.比特流
2.*数据链路层的帧中封装的数据一般为上一层的（ ）
A.分组
B.帧
C.报文
D.比特流
3.数据链路层协议需要解决的三个基本问题是封装成帧、透明传输与（ ）
A.加密技术
B.身份验证
C.可靠机制
D.差错控制
4.数据链路层中使用最为广泛的检错技术是（ ）
A.海明码检验
B.循环冗余检验
C.奇偶检验
D.公钥加密
5.某CRC生成多项式P有n位，则其冗余码应该是（ ）位。
A.n-1
B.n
C.n+1
D.32
6.*用户使用拨号电话线与Modem接入因特网时，一般都是使用（ ）协议。
A.ISP
B.PPP
C.PPPOE
D.CSMA/CD
7.PPP帧的标志字段等于0x（ ）。
A.80
B.7e
C.ff
D.88
8.世界上第一个以太网的规约是（ ）。
A.DIX Ethernet V2
B.IEEE 802.3
C.OSI/RM
D.TCP/IP
9.以太网规定了最短有效帧长为（ ）字节。
A.32
B.48
C.64
D.128
10.10BASE-T中的T表示使用的传输媒体是（ ）。
A.粗同轴电缆
B.细同轴电缆
C.双绞线
D.光缆
11.10BASE-T中的BASE表示（ ）。
A.基带信号
B.宽带信号
C.基本速率
D.原始以太网
12.MAC地址共定义有（ ）bit。
A.32
B.48
C.64
D.128
13.以太网帧格式规定，其数据部分最长为（ ）字节。
A.64
B.128
C.1000
D.1500
14.使用双绞线组建以太网时，其网线最大长度为（ ）米。
A.10
B.50
C.64
D.100
15.当以太网的连接距离超过100米时，在物理层上扩展范围最好的方法是使用（ ）。
A.双绞线
B.光缆
C.同轴电缆
D.无线电
16.目前在数据链路层扩展局域网是使用（ ）设备。
A.集线器
B.转发器
C.路由器
D.交换机
17.当以太网出现环路时，可以使用（ ）协议避免广播风暴的出现。
A.CSMA/CD
B.STP
C.CRC
D.FTTx
18.100BASE-T 以太网的最短帧长为（ ）字节。
A.32
B.48
C.64
D.128
19.1000BASE-T要求使用的双绞线必须是（ ）类线以上。
A.3
B.4
C.5
D.超5
20.10GBASE-T以太网中使用的双绞线必须是（ ）类线以上。
A.5
B.5E
C.6
D.6A
二、判断题
（ ）1.*一般的适配器都包括了数据链路层和物理层这两层的功能。
（ ）2.封装成帧(framing)就是在一段数据的前后分别添加首部和尾部，然后就构成了一个帧。
（ ）3.所有的 PPP 帧的长度都是整数字节。
（ ）4.PPP 协议用在 SONET/SDH 链路时，采用零比特填充方法来实现透明传输。
（ ）5.以太网使用受控接入技术实现媒体共享。
（ ）6.目前厂商生产的适配器上不仅装有 MAC 协议还有 LLC 协议。
（ ）7.最初的以太网是将许多计算机都连接到一根总线上，也称为共享以太网。
（ ）8.以太网使用面向连接的工作方式。
（ ）9.*以太网发送的数据都使用曼彻斯特编码，其特点是可以实现时钟自同步。
（ ）10.由HUB组建的以太网属于交换式以太网。
（ ）11.集线器是一个物理层设备。
（ ）12.通过协议的控制，可以让多个站在以太网上同时工作而不发生碰撞。
（ ）13.*以太网中定义了参数 a，它是以太网单程端到端时延与帧的发送时间之比。当a→0表明争用期所占的比例增大，每发生一次碰撞就浪费许多信道资源，使得信道利用率明显降低。
（ ）14.以太网的站点在发送帧时，如果经过2τ后还没有检测到冲突，则本次发送不会再出现冲突了。
（ ）15.传统以太网在实际应用中，平均到每个站点的速率往往达不到10Mbps。
（ ）16.MAC地址由互联网协议下属机构负责分配与管理。
（ ）17.以太网只有一种标准，那就是IEEE的802.3标准。
（ ）18.IEEE 802.3与DIX V2的MAC帧格式主要区别在第2个字段的定义上。
（ ）19.*使用HUB组建一个更大的LAN时，其广播域并没有扩大。
（ ）20.使用HUB组建以太网可以隔离广播域。
（ ）21.交换机与网桥是两个不同工作原理的以太网设备。
（ ）22.速率达到或超过 100 Mb/s 的以太网称为高速以太网。
（ ）23.100BASE-T 以太网工作在全双工方式时，不使用CSMA/CD协议
（ ）24.100BASE-T 以太网的帧间时间间隔为0.96微秒.
（ ）25.*100BASE-FX以太网使用一根光纤进行传输。
（ ）26.*吉比特以太网不再工作在半双式模式下。
（ ）27.吉比特以太网在全双式方式下，不使用CSMA/CD协议。
（ ）28.1000BASE-CX 标准中的CX表示使用光纤。
（ ）29.10吉比特以太网与 10 Mb/s，100 Mb/s 和 1 Gb/s 以太网的帧格式完全相同。
（ ）30.10 吉比特以太网没有保留 802.3 标准规定的以太网最小和最大帧长，以便于升级
（ ）31.*CRC检验中，若得出的余数为0，则判定这个帧100%没有差错。
三、计算题
要发送的数据为 101110。采用 CRC 的生成多项式是 P(X) = X^3 + 1。试求应添加在数据后面的余数。
参考答案：
1-5：BADBA 6-10：BBACC 11-15：ABDDB 16-20：DBCCD
1-5：√√√√× 6-10：×√×√× 11-15：√××√√
16-20：××××× 21-25：×√√√× 26-31：×√×√××
三、011
