3.1 概述

  • 链路
  • 数据链路
  • 数据链路层以帧为单位传输和处理数据
  • 数据链路层的三个重要问题：
    • 封装成帧：在数据链路层时添加帧头和帧尾
    • 差错检测
    • 可靠传输
  • 使用广播信道的数据链路层（共享式局域网）
    • 以太网的媒体接入控制协议CSMA/ CD
  • 无线局域网
    • 802.11局域网的媒体介入控制协议CSMA/CA

  • 交换式局域网

    3.2 封装成帧

  • 封装成帧

    • 帧头和帧尾中包含有重要的控制信息

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  • 帧头和帧尾的作用之一就是帧定界
    • 透明传输是指数据链路层对上层交付的传输数据没有任何限制
  • 面向字节的物理链路使用字节填充（字符填充）的方法
  • 面向比特的物理链路使用比特填充的方法

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  • 为了提高帧的传输效率，应当使帧的数据部分的长度尽可能大些

  • 考虑到差错控制等多种因素，每一种数据链路层协议都规定了帧的数据部分的 长度上限，即最大传送单元MTU（Maximum Transfer Unit）

    3.3 差错检测

  • 比特差错：1变成0，0变成1

  • 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）
  • 使用差错检测码来检测
  • 奇偶校验
    • 在待发送的数据后面添加1位奇偶校验位，使整个数据中1的个数奇数（奇校验）或偶数（偶校验）
    • 如果有奇数个位发生无码，可以检查出误码
    • 如果有偶数个位发生无码，不能检查出误码（漏检）
  • 循环冗余校验CRC
    • 收发双方预定好一个生成多项式G（x）
  • 检错码只能检测出差错，并不能定位错误，因此无法纠正错误
  • 想要纠错，可以使用冗余信息更多的纠错码进行前向纠错，但开销较大，很少使用

  • 循环冗余校验CRC具有很好的检错能力（漏检率非常低），虽然比较复杂，但易于用硬件实现，因此被广泛应用于数据链路层

    3.4.1 可靠传输的基本概念

  • 使用差错检测技术，接收方可以检测出传输过程中是否产生了误码(比特错误)

  • 有线链路误码率较低，并不要求数据链路层向上提供可靠传输服务
  • 无线链路易受干扰，误码率较高，要求数据链路层必须向上层提供可靠传输服务
  • 传输差错
    • 比特差错
    • 分组丢失
    • 分组失序
    • 分组重复

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    3.4.2 可靠传输的实现机制——停止-等待协议

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    通过确认和重传机制实现的可靠传输协议常称为自动请求重传ARQ

    3.4.2 可靠传输的实现机制——回退N帧协议GBN

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    滑动窗口协议

    3.4.3 可靠传输的实现机制——选择重传协议SR

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    3.5 点对点协议PPP

  • PPP协议为在点对点链路传输各种协议数据报提供了一个标准方法，主要由以下三部分构成：

    • 对各种协议数据报的封装方法
    • 链路控制协议LCP
    • 一套网络控制协议NCPs

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3.6.1 媒体接入控制的基本概念

  • 媒体接入控制

    • 静态划分信道
      • 频分多址
      • 时分多址
      • 码分多址
    • 动态接入控制
      • 受控接入（淘汰）
        • 集中控制
        • 分散接入
      • 随机接入

        3.6.2 媒体接入控制——静态划分信道

        信道复用：

  • 频分复用FDM

  • 时分复用TDM
  • 波分复用WDM
  • 码分复用CDM
    • 该技术主要用于多址接入，人们更常用的名词时码分多址CDMA
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3.6.3 随机接入——CSMA/CD协议

载波监听多址接入/碰撞检测 CSMA/CD
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CSMA/CD协议 ——争用期（碰撞窗口）

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CSMA/CD协议——最小帧长

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CSMA/CD协议——最大帧长

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CSMA/CD协议——退避算法

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3.6.4 随机接入——CSMA/CA协议

载波监听多址接入/碰撞避免
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3.7 MAC地址、IP地址以及ARP协议

  • MAC地址是以太网的MAC子层所使用的地址
  • IP地址是TCP/IP体系结构网际层所使用的地址

  • ARP协议属于TCP/IP体系结构的网际层，使用ARP协议可以通过该IP地址获取到设备的MAC地址

    3.7.1 MAC地址

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    严格来说，MAC地址是对网络上各接口的唯一标识，而不是对网络上各设备的唯一标识。

    IEEE 802局域网的MAC地址格式

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    3.7.2 IP地址

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    3.7.3 ARP协议

    ARP不能跨网络使用。
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    3.8 集线器和交换机的区别

  • 使用双绞线换个集线器HUB的星型以太网

    • 使用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网。各站共享总线资源，使用的还是CSMA/CD协议。
    • 集线器只工作在物理层
    • 集线器一般都有少量的容错能力和网络管理能力
  • 以太网交换机
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  • 对比：
    • 交换机可以隔离碰撞域
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      3.9 以太网交换机自学习和转发帧的流程

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      3.10 以太网交换机的生成树协议STP

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      3.11.1 虚拟局域网VLAN概述

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      3.11.2 虚拟局域网VLAN的实现机制

      IEEE 802.1Q帧

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      交换机的端口类型

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      Access端口

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      Trunk端口

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      Hybrid端口（华为私有）