计算机网络数据链路层

数据链路层属于计算机网络的底层，数据链路层使用的信道主要有以下两种类型；

点对点信道，广播信道；

重要的内容：数据链路层的点对点信道和广播信道的特点，以及这两种信道所使用的协议(PPP协议以及CSMA/CD协议)的特点；

数据链路层的三个基本问题：封装成帧，透明传输，差错检测；

以太网MAC层的硬件地址；

适配器，转发器，集线器，网桥，以太网交换机的作用以及使用场合；

使用点对点信道的数据链路层；

链路和数据链路的区别：

    链路：从一个结点到相邻结点的一段物理线路；

    数据链路：除了必须要有一条物理线路外，还必须有一些必要的通信协议来控制这些数据的传输；实现这些协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路，网络适配器就是用来实现这些协议的；

帧：点对点信道的数据链路层的协议数据单元；

点对点通信的数据链路层在进行通信时的主要步骤如下：

    结点A的数据链路层把网络层交下来的IP数据报添加首部和尾部封装成帧；

    结点A把封装好的帧发送给结点B的数据链路层；

    若结点B的数据链路层收到的帧无差错，则从收到的帧中提取出IP数据报上交给上面的网络层，否则丢弃这个帧；

三个基本问题：

    封装成帧，透明传输，差错检测；

    封装成帧：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，接收端在收到物理层上交的比特流后，就能根据首部和尾部的标记，从收到的比特流中识别帧的开始和结束；

    透明传输：上面我们所说的封装成帧，是用特别的标记去标明控制的，如果出现了数据块内容出现了跟标记相同的内容的话，就会导致传输出错，透明传输就是为了避免这样的情况出现，当传送的帧是用文本文件所组成的帧时，这样数据部分显然不会出现SOH或EOT这样的帧定界控制字符，但当数据部分是非ASCii码的文本文件时（如二进制代码的计算机程序或图像等），如果数据中的某个字节的二进制代码恰好和SOH,EOT这种控制字符一样，数据链路层就会错误地“找到帧的边界”，这种透明传输显然就会出现问题，为了解决这种问题，可以在发送端的数据链路层中出现SOH或EOT的前面加上转义字符“ESC”，然后在接收端数据链路层在数据送往网络层之前删除这个插入的转义字符；称为字节填充或字符填充；如果转义字符也出现在数据块中，在转义字符的前面也插入一个转义字符即可；

    差错检测：对于比特在传输过程中可能出现差错，我们必须采用各种差错检测措施，目前广泛使用“循环冗余检验”的检错技术；另外，出现传输差错和比特差错不是同样的概念，出现传输差错是指出现帧丢失，帧重复和帧失序；

点对点协议PPP；用户计算机和ISP进行通信时所使用的数据链路层协议；

    PPP协议 应满足的需求：

        简单；封装成帧；透明性；多种网络层协议；多种类型链路；差错检测；检测连接状态；最大传送单元；网络层地址协商；数据压缩协商；

    PPP协议的组成；

        一个将IP数据报封装到串行链路的方法；一个用来建立，配置和测试数据链路连接的链路控制协议；一套网络控制协议NCP；

    PPP协议的帧格式：

        字节填充；零比特填充；

使用广播信道的数据链路层；

    局域网的特点：网络为一个单位所拥有，而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的连接是通过通信适配器；特别注意：计算机的硬件地址就在适配器的ROM中，而计算机的软件地址——IP地址，则在计算机的存储器中；

    CSMA/CD协议:

        要点：

            多点接入；

            载波监听；检测信道，不管在发送前，发送中，每个站都要不停地检测信道；

            碰撞检测：边发送边监听；

        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）；

    以太网使用截断二进制指数退避；来确定碰撞后重传的时机；

    归纳CSMA/CD的要点；

        1，准备发送：适配器从网络层获得一个愤怒，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，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听；

使用集线器的星形扩扑：

    集线器的特点：

        使用集线器的局域网在物理上是一个星型网，在逻辑上是一个总线网，各站共享逻辑上的总线，使用的还是CSMA/CD协议；

        一个集线器有许多接口；

        集线器工作在物理层；

        采用了专门的芯片；

    以太网的MAC层；

        只要适配器不变，MAC地址就不变；

在数据链路层扩展以太网：

    使用网桥，根据MAC帧的目的地址对收到的帧进行转发和过滤；

    网桥带来的好处：

        过滤通信量，增大吞吐量；

        扩大了物理范围；

        提高了可靠性；

        可互连不同物理层，不同MAC子层和不同速率；

    透明网桥；

    用自学习的算法处理收到的帧；

        在建立转发表时把帧首部的源地址卸载地址这一栏的下面，在转发帧时，则是根据收到的帧首部中的目的地址来转发的，这时就把在地址栏下面已经记下的原地址当做目的地址，而把记下的进入借口当做转发接口；

    还有一个生成树的算法，避免产生转发的帧在网络中不断地兜圈子；

    源路由网桥：

        以广播方式向欲通信的目的站发送一个发现帧作为探测之用；

    多接口网桥：又称为以太网交换机；实质上是一个多接口的网桥；

    采用全双工方式，不影响网速；

    高速以太网；

集线器，网桥，交换机，路由器的区别；

    集线器还是停留在物理层，半双工方式，不能够冲破冲突层和广播层；会影响网速；

    网桥：数据链路层，可以看成是当接口很少的交换机，全双工方式，使用了自学习算法和生成树算法，冲破冲突层，不会影响网速；

    交换机：数据链路层，多接口的网桥，全双工方式，冲破冲突层，不影响网速；

    路由器，网络层，冲破冲突层和广播层，具体的还要等我学完网络层之后再分析；

半双工和全双工方式的区别；