第3章 数据链路

1、作用

数据链路层额协议定义了通过通信媒介互连的设备之间传输的规范。通信媒介包括双绞线电缆、同轴电缆、光纤以及红外线等介质。设备之间有时也会通过交换机、网桥、中继器等中转数据。

2、网络拓扑

含义：网络的连接和构成的形态称为网络拓扑。网络拓扑包括总线型、环型、星型、网状型等。

3、MAC地址

作用：用于识别数据链路中互连的节点。

组成：48比特，用16进制表示。第1位：单播地址（0）/多播地址（1）；第2位：全局地址（0）/本地地址（1）；第3~24位（厂商识别码）：由IEEE管理并保证各厂家不重复；第24~48位：由厂商管理并保证产品之间不重复。

**注：**MAC不一定是唯一的。实际上，即使MAC地址相同，只要保证不是同属于一个数据链路就不会出现问题。因为存在两种情况：人们可以在微机板上自由设置自己的MAC地址；此外，一台主机上如果启动多个虚拟机，可以用虚拟软件自己设定MAC地址给多个虚拟网卡。

4、共享介质型网络

从通信介质的使用方法上看，网络可分为共享介质型和非共享介质型。共享介质型网络指多个设备共享一个通信介质的一种网络。基本采用半双工通信方式，并对介质进行访问控制，访问控制主要分为两种：争用方式、令牌传递。

争用方式：争夺获取数据传输的权利，CSMA(载波监听多路访问)。先到先得占用信道数据，容易产生冲突，导致网络拥塞和性能下降。后来改良成CSMA/CD。

令牌传递方式：沿着令牌环发送一种叫做“令牌”的特殊报文，只有获得令牌的站才能发送数据。优点：解决冲突和平等获得令牌的机会，从而提高了网络性能。问题：数据链路的利用率达不到100%。

5、非共享介质网络

它是指不共享截止，是对截止采取专用的一种传输控制方式。由交换机负责转发数据帧；采用全双工通信方式。优点：不会发生冲突。缺点：一旦交换机发生故障，与之相连的计算机之间就无法通信。

6、半双工与全双工通信

半双工是指，只发送或只接收的通信方式。它类似于无线电收发器，若两端同时说话，是听不见对方说的话的。而全双工不同，它允许在同一时间既可以发送数据也可以接收数据。类似于电话，接打双方同时说话。

7、交换机转发方式

有两种方式：存储转发和直通转发。存储转发是检查以以太网数据帧末尾的FCS位后再进行转发。因此，可以避免发送由于冲突而被破坏的帧或噪声导致的错误帧。直通转发方式中不需要将整个帧全部接受下来以后再进行转发。

8、环路检测技术

有两种：生成树与源路。生成树：每个网桥必须在每1~10秒内相互交换BPDU包，从而判断哪些端口使用哪些不适用，以便消除环路。源路由法：解决令牌环网络的问题。该方式可以判断发送数据的原地址是通过哪个网桥实现传输的，并将帧写入RIF。网桥则根据这个RIF信息发送帧给目标地址。

9、以太网

概念：是由美国的Xerox公司与前DEC公司设计的一种通信方式，属于数据链路层，它的规范简单，易于NIC及驱动程序实现。

分类：分两段，10/10/1000BASE代表的是*Mbps速度。5/2/T/F表示的是传输介质。在传输速度相同而传输所用电缆不同的情况下，可以连接那些允许更换传输介质的中继器或集线器。而在传输速度不同的情况下，则必须使用那些允许变更速度的设备如网桥、交换集线器或路由器。

帧格式：

前端有一个叫前导码的部分，由0、1数字交替组合而成，表示一个以太网帧的开始，也是对端网卡能够确保与其同步的标志。前导码末尾是一个叫做SFD的域，它的值是“11”。这个域之后就是以太网帧的本体。前导码与SFD合起来占8个字节。

帧体格式。首部有14个字节。分别是6个字节的目标MAC地址、6个字节的源MAC地址以及2个字节的上层协议类型。紧随帧头后面的是数据。一个数据帧所能容纳的最大数据范围时46~1500个字节。帧尾是一个叫做FCS的4个字节。用来检查帧是否有所损坏。

10、无线通信

种类：无线PAN(802.15)、无线LAN(802.11)、无线MAN(802.16)、无线RAN(802.22)。WAN最典型的就是手机通信。

注：无线LAN的连接分为两种:使用接入点的无线LAN连接和不使用接入点的无线LAN连接（点对点模式，也叫Ad-Hoc模式）

WiMAX是使用微博在企业或家庭实现无线通信的一种方式，属于无线MAN，支持城域网范围内的无线通信。

ZigBee主要应用于加点的远程控制，是一种短距离、低功耗的无线通信技术。

11、PPP（也叫P2P）

定义：点对点，即1对1连接计算机的协议，属于数据链路层。与以太网和FDDI不同的是，它与物理层没有任何关系，因此仅有PPP无法实现通信，还需要有物理层的支持。

实现：现在服务商都是通过PPPoE实现互联网就。PPPoE是在以太网的数据中加入PPP帧进行传输的一种方式。

主要功能：两个协议，一个是不依赖于上层的LCP协议，另一个是依赖上层的NCP协议。如果上层为IP，此时的NCP也叫作IPCP。LCP主要负责建立和断开连接、设置最大接收单元、设置验证协议以及设置是否进行通信质量的监督。IPCP则负责IP地址设置以及是否进行TCP/IP首部压缩等设备。

注：连接时验证协议有两种：PAP（两次握手、明文）和CHAP（一次性密码OTP，定期交换）