数据链路层

注意以下讨论的数据链路层主要是在局域网的范围内讨论
一、数据链路的主要作用
数据链路包含自身的数据链路层的协议，并且与下层的物理介质相关，物理介质发生改变时，有时需要开发新的协议来进行适配。


二、MAC地址
MAC地址一共6字节，前两位在传输时要使用。后面22位有ieee划分的厂商识别号，24位是厂商自身划分的产品识别号。绝大多数
情况下MAC地址是全球唯一的，但是由虚拟机等生成的虚拟网卡的MAC地址就不一定是全球唯一的。

三、以太网（重点）
以太网是目前互联网有线通信中最主要的数据链路协议。本身采用双绞线或者同轴线进行传输。随着网络拓扑的不同，不同时期
有不同的协议版本。
在以前的情况下，机器互联拓扑一般是总线型、环型、星型和组合型，分别如下：
总线型：
-------------------------------------------------------------
| | |
设备A 设备B 设备C

环形：
设备A-----------------------------设备B
| |
| |
| |
设备C---------------------------设备D

星型（目前的主流形式）
------集线器----------------------------------------
| | |
| | |
设备A 设备B 设备C
组合型就是以上几种情况都存在。
其中总线型、环形和组合型状态下的设备通常是共享介质的，共享介质的情况下只能进行半双工通信，而且彼此通信必须要控制
好数据冲突问题，为此开发出了多种协议，如IBM的令牌环协议、以及ieee规定的一些令牌协议等。这些不是要学习的重点。

数据冲突的处理会导致网络拥堵、带宽资源浪费等问题，因此后续逐渐为了规避这种冲突问题，绝大多数网络拓扑军采用了集线器
加设备的方式，设备与交换机之间采用全双工通信，而交换机自身有时具有蓄积的功能，能够有效提升网络效率。


2.以太网的帧格式（一般）
以太网的帧格式随着协议的不同、物理的介质的不同会发生一些变换，但是总体是如下的：

前导帧 + 目的MAC + 源MAC + 类型 + 数据 + FCS（校验）

前导帧为8B，其格式为依次交错的0 1（01010101....），但最后两位称为SFD，是两个1。
目的MAC和源MAC分别占6B
类型是标识数据链路层上层的协议，大小为2B
数据大小为46B-1500B
FCS是最后的校验位，在数据收到影响发生污染时，设备可以根据FCS来丢弃受污染的帧

由以太网引出的其他协议
802.11以太网帧（略）


3.网桥的数据传递
网桥称为2层交换机，是依据MAC地址进行工作的网络设备。一般，设备在接入交换机时，MAC地址即对应于某个端口。交换机会记录
某些发往或者受到来自某些MAC的数据帧，并将对应的MAC地址和接口信息记录下来，保存为转发表，这种功能称为网桥的自学功能，
转发表一般不需要手动设置，随着接入设备和网络拓扑的改变，转发表的结构可能会发生比较大的变化。

现代的网桥也具备构造VLAN（虚拟局域网）的功能。VLAN的优势在于无需改变物理布线，修改配置即可达到修改网络拓扑的功能。
示意如下：
A B C D
| | | |
----------------------------------------------[交换机]----------------------------------------------------------------
| | | |
E F G H
---S------------- ---------P-------

其中交换机可以把E、F化作网段S，G H化作网段P。这样虚拟出来的局域网可以构造出来访问控制，例如A/B只能访问网段S，那么S
只能访问到E、F的信息，无法与G、H通信，有时要访问G时，则可以把G化到网段S中去。这些只需要修改配置，而无需重新布线。
缺陷是物理布线与网段拓扑不一致，有时容易引起管理复杂问题。


4.PPP（了解）
PPP也可以称为P2P协议，即点对点通信，PPP协议是不涉及介质的，是纯数据链路层的协议，因此PPP协议运行起来需要有物理介质的
支撑，某些介质的特殊物理性质，可能不支持PPP协议。
PPPoE是借助以太网介质来实现PPP协议。

PPP协议在通信之前需要建立连接，之后可以进行认证、压缩和数据加密。
PPP的功能协议主要分为两个：
①LCP：LCP协议与上层无关，其主要负责连接建立和断开，设置最大接收单元，设置验证协议等等
②NCP：NCP是与上层有关的协议，如果上层（网络层）协议为IP，这个又称为IPCP。IPCP主要负责IP地址等设置。

PPP协议通常需要通信双方的身份验证，主要有PAP协议和CHAP协议，PAP协议采用明文传输，安全性较差，CHAP使用一次性密码，安全性较好。

PPP的帧：
起始标志码 地址1  控制1 类型 数据 FCS 结束标志
01111110 01111110

需要注意的是由于PPP特征为01111110，因此数据中不允许出现6个连续的1，每当出现5个连续的1时就需要自动补0，防止误触发，接收端要
能自动的把这些帧中的多余的0去掉。
PPP协议的工作通常由CPU完成，比较浪费资源。

PPPoE是利用既有的互联网线路提供PPP功能。通信线路使用以太网模拟。采取PPPoE，可以有效监管用户的网络使用情况。帧类型：
以太网 PPPoE首部 PPP协议 数据 FCS

另外注意，网络的数据速率、流量管理通常与存储一样，采用10进制管理而不是常见的计算机的1024方式来管理。