一、基本概念：

节点：主机、路由器
链路：网络中两个节点之间的物理通道，链路的传输介质主要有双绞线、光纤和微波。分为有线链路、无线链路。
数据链路：网络中两个节点之间的逻辑通道，把视线控制数据传输协议的硬件和软件加到链路上就构成数据链路。
帧：链路层的协议数据单元，封装成网络层数据报。
数据链路层负责通过一条链路从一个结点向另一个物理链路直接相连的相邻结点传送数据报。

1.1MAC地址

以太网规定，连入网络的所有设备，都必须具有”网卡”接口。数据包必须是从一块网卡，传送到另一块网卡。网卡的地址，就是数据包的发送地址和接收地址，这叫做MAC地址。长度为6字节，共48比特，通常用十六进制表示法，每个适配器具有一个唯一的MAC地址。

1.2ARP协议(地址解析协议)

每个节点的ARP模块都在它的RAM中有一个ARP表，包含IP地址到MAC地址的映射关系，每个表项还包含TTL字段，表示表项过期时间（ARP表是自动创建的，如果某节点与子网断开连接，它的表项最终会从留在子网中的节点的表中删除。通常一个表项的过期时间是20分钟）主机向其ARP模块提供一个IP地址，ARP模块返回IP地址对应的MAC地址。

二、数据链路层功能概述

数据链路层在物理层提供的服务基础上向网络层提供服务，其最基本的服务是将源自网络层来的数据可靠的传输到相邻结点的目标网络层。
主要作用是加强物理层传输原始比特流的功能，将物理层提供的可能出错的物理连接改造成逻辑上无差错的数据链路，使之对网络层表现为一条无差别的链路。
功能一：为网络层提供服务。无缺人连接服务，有确认连接服务，有确认面向连接服务。
功能二：链路管理，即连接的建立、维持、释放(用于面向连接服务)。
功能三：组帧。
功能四：流量控制。
功能五：差错控制(帧错/位错)。

三、封装成帧

封装成帧就是在一段数据的前后部分添加首部和尾部，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。
首部和尾部包含许多控制信息，他们的一个重要作用：帧定界(确定帧的界限)。
帧同步：接收方应当能从接收到的二进制比特流中区分帧的起始和终点。
组帧的四种方法：1.字符计数法。2.字符填充法。3.零比特填充法。4.违规编码法

类型字段，以1536为分界线，小于1536表示长度，大于1536表示报文类型。
不同的Type 字段值可以用来区别这两种帧的类型，当Type 字段值小于等于1500(或者十六进制的0x05DC)时， 帧使用的是IEEE802.3格式。当Type字段值大于等于1536(或者十六进制的0x0600)时，帧使用的是Ethernet II 格式。以太网中大多数的数据帧使用的是Ethernet II 格式。

四、透明传输

指不管所传输的数据是什么样的比特组合，都能够在链路上传送。
1.字符计数法
帧首部使用一个计数字段()来表明帧内字符数。
2.字符填充法

3.零比特填充法

4.违规编码法

五、局域网

局域网（Local Area Network):简称LAN，是指在某一区域内由多台计算机互联成的计算机组，使用广播信道。
特点1:覆盖的地理范围较小，只在一个相对独立的局部范围内联，如一座或集中的建筑群内。
特点2:使用专门铺设的传输介质(双绞线、同轴电缆）进行联网，数据传输速率高（10Mb/s~10Gb/s)特点3:通信延迟时间短，误码率低，可靠性较高。
特点4:各站为平等关系，共享传输信道。
特点5:多采用分布式控制和广播式通信，能进行广播和组播。
决定局域网的主要要素为:网络拓扑，传输介质与介质访问控制方法。

六、访问控制方法

1.CSMA/CD 常用于总线型局域网，也用于树型网络
2.令牌总线
常用于总线型局域网，也用于树型网络
它是把总线型或树型网络中的各个工作站按一定顺序如按接口地址大小排列形成一个逻辑环。只有令牌持有者才能控制总线，才有发送信息
的权力。
3.令牌环 用于环形局域网，如令牌环网

七、局域网分类

1.以太网
以太网是应用最为广泛的局域网，包括标准以太网（10Mbps)、快速以太网(10OMbps)、千兆以太网（1000Mbps）和10G以太网，它们都符合IEEE802.3系列标准规范。逻辑拓扑总线型，物理拓扑是星型或拓展星型。使用CSMA/CD.
2.令牌环网
物理上采用了星形拓扑结构，逻辑上是环形拓扑结构。已是“明日黄花”。
3.FDDI网
物理上采用了双环拓扑结构，逻辑上是环形拓扑结构。
4.ATM网
较新型的单元交换技术,使用53字节固定长度的单元进行交换。
5.无线局域网(WLAN)
采用IEEE 802.11标准。

八、IEEE802标准

IEEE 802系列标准是IEEE 802 LAN/MAN标准委员会制定的局域网、城域网技术标准（1980年2月成立)。其中最广泛使用的有以太网、令牌
环、无线局域网等。这一系列标准中的每一个子标准都由委员会中的一个专门工作组负责。

九、MAC子层和LLC子层

IEEE 802标准所描述的局域网参考模型只对应OSI参考模型的数据链路层与物理层，它将数据链路层划分为逻辑链路层LLC子层和介质访问控制MAC子层。
LLC负责识别网络层协议，然后对它们进行封装。LLC报头告诉数据链路层一旦帧被接收到时，应当对数据包做何处理。为网络层提供服务:无确认无连接、面向连接、带确认无连接、高速传送。
MAC子层的主要功能包括数据帧的封装/卸装，帧的寻址和识别，帧的接收与发送，链路的管理，帧的差错控制等。MAC子层的存在屏蔽了不同物理链路种类的差异性。

十、以太网

以太网(Ethernet)指的是由xerox公司创建并由Xerox、Intel和DEC公司联合开发的基带总线局域网规范，是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。以太网络使用CSMA/CD(载波监听多路访问及冲突检测）技术。

无连接:发送方和接收方之间无“握手过程”。对发送数据帧不进行编号，也不要求对方发回确认。
不可靠:不对发送方的数据帧编号，接收方不向发送方进行确认,差错帧直接丢弃，差错纠正由高层负责。

以太网只实现无差错接收，不实现可靠传输。
以太网发送数据都是使用曼彻斯特编码。

适配器与MAC地址
计算机与外界有局域网的连接是通过通信适配器(网卡)的。
网络接口板
网络接口卡NIc ( network interface card)NOw，不再使用单独网卡。
适配器上装有处理器和存储器（包括RAM和ROM）。ROM上有计算机硬件地址MAC地址,48位(6个标识符，6个字节)。
在局域网中，硬件地址又称为物理地址，或MAC地址。【实际上是标识符】

单播、广播、多播
单播帧 —— 一对一
广播帧 —— 一对全体
多播帧 —— 一对多

10.1CSMA/CD协议

CS:载波侦听/监听，每一个站在发送数据之前以及发送数据时都要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据。
MA:多点接入，表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。 总线型网络
CD:碰撞检测（冲突检测），“边发送边监听”，适配器边发送数据边检测信道上信号电压的变化情况，以便判断自己在发送数据时其他站是否也在发送数据。 半双工网络

10.2传播时延对载波监听的影响

单程端到端传播时延t
知道自己有没有碰撞时间范围(0,2t)此段时间称为争用期/冲突窗口/碰撞窗口

10.3截断二进制指数规避算法

1.确定基本退避(推迟）时间为争用期2t。
2定义参数k，它等于重传次数，但k不超过10，即k=min[重传次数，10]。当重传次数不超过10时，k等于重传次数;当重传次数大于10时，k就不再增大而一直等于10。
3.从离散的整数集合[0,1,,2^k-1]中随机取出一个数r，重传所需要退避的时间就是r倍的基本退避时间，即2rt 。
4.当重传达16次仍不能成功时，说明网络太拥挤，认为此帧永远无法正确发出，抛弃此帧并向高层报告出错。
若连续多次发生冲突，就表明可能有较多的站参与争用信道。使用此算法可使重传需要推迟的平均时间随重传次数的增大而增大，因而减小发生碰撞的概率，有利于整个系统的稳定。

10.4最小帧长问题

存在检测到碰撞之前，帧已经发送完毕。
帧的发送时延大于两倍传播时延。
发送时延=帧长/数据传输速率
最小帧长=总线传播时延 x 数据传输速率 x 2
以太网规定最短帧长为64B，凡是长度小于64B的都是由于冲突而异常终止的无效帧。数据不够64字节，都会进行数据填充。
帧最小长度64字节 最小数据长度64-(6+6+2+4)=46字节

十一、广域网

广域网(WAN，Wide Area Network)，通常跨接很大的物理范围，所覆盖的范围从几十公里到几千公里，它能连接多个城市或国家，或横跨几个洲并能提供远距离通信，形成国际性的远程网络。
广域网的通信子网主要使用分组交换技术。广域网的通信子网可以利用公用分组交换网、卫星通信网和无线分组交换网，它将分布在不同地区的局域网或计算机系统互连起来,达到资源共享的目的。如因特网(Internet)是世界范围内最大的广域网。

十二、PPP协议

PPP协议是目前使用最广泛的数据链路层协议，拨号基本都是PPP协议
PPP协议仅支持全双工链路

12.1满足要求

简单 对于链路层的帧，无需纠错，无需序号，无需流量控制。
封装成帧  帧定界符
透明传输  与帧定界符一样比特组合的数据应该如何处理:异步线路用字节填充，同步线路用比特填充。
多种网络层协议 封装的Ip数据报可以采用多种协议。
多种类型链路   串行/并行，同步/异步，电/光…..差错检测错就丢弃。
检测连接状态  链路是否正常工作。
最大传送单元  数据部分最大长度MTU。
网络层地址协商  知道通信双方的网络层地址。
数据压缩协商  对数据进行压缩
同步传输链路中，采用零比特填充法。
异步传输链路中，采用字节填充法。

12.2三个组成部分

1.一个将IP数据报封装到串行链路（同步串行/异步串行）的方法。
2.链路控制协议LCP:建立并维护数据链路连接。 身份验证
3.网络控制协议NCP: PPP可支持多种网络层协议，每个不同的网络层协议都要一个相应的NCP来配置，为网络层协议建立和配置逻辑连接。

十三、链路层设备

网桥、交换机
网桥根据MAC帧的目的地址对帧进行转发和过滤。当网桥收到一个帧时，并不向所有接口转发此帧，而是先检查此帧的目的MAC地址，然后再确定将该帧转发到哪一个接口，或者是把它丢弃（即过滤）。
网段:一般指一个计算机网络中使用同一物理层设备(传输介质，中继器，集线器等）能够直接通讯的那一部分。

网桥优点:
1.过滤通信量，增大吞吐量。2.扩大了物理范围。
3.提高了可靠性。
4.可互连不同物理层、不同MAC子层和不同速率的以太网。

13.1透明网桥、源路由网桥

透明网桥:“透明”指以太网上的站点并不知道所发送的帧将经过哪几个网桥，是一种即插即用设备—―自学习。
源路由网桥:在发送帧时，把详细的最佳路由信息（路由最少/时间最短）放在帧的首部中。

十四、交换机

网桥接口越来越多，网桥就变成了交换机
交换机的任务是接收入链路层帧并将它们转发到出链路
交换机自身对节点透明：某节点向另一节点寻址一个帧，顺利地将该帧发送进LAN，而不知道这个帧经过了某个交换机的接收与转发
1）交换机转发与过滤
过滤：交换机决定一个帧是应该转发还是应该丢弃
转发：决定一个帧应该被导向哪个接口
2）自学习(即插即用)
交换机表是自动、动态、自治地建立的，没有来自网络管理员或配置协议的任何干预。换句话说，交换机是自学习的
交换机表初始为空
源地址为DD-DD-DD-DD-DD-DD的帧从接口x到达时，如果不存在则新建一项；存在则更新当前时间
如果一段时间后，在x接口没有来自DD-DD-DD-DD-DD-DD的帧，则将该表项删除

14.1以太网交换机的两种交换方式

直通式交换机 查完目的地址就立刻转发。延迟小，可靠性低，无法支持具有不同速率的端口的交换。
存储转发式交换机 将帧放入高速缓存，并检查是否正确，正确则转发，错误则丢弃。延迟大，可靠性高，可以支持具有不同速率的端口交换。

十五、冲突域和广播域

冲突域:在同一个冲突域中的每一个节点都能收到所有被发送的帧。简单的说就是同一时间内只能有一台设备发送信息的范围。
广播域:网络中能接收任一设备发出的广播帧的所有设备的集合。简单的说如果站点发出一个广播信号，所有能接收收到这个信号的设备范围称为一个广播域。

十六、总结