我们一起学网络（三）——数据链路层（以太网)
没想到突发奇想的开始写博客，但是写起来那么累。。。。计算机网络的内容太多了，一个数据链路分了3次写，这次应该是数据链路层的最后一章了。
我们先来回顾一下，前两个内容讲述的是PPP协议和CSMA/CD协议。广播信道主要是用在局域网，现在的局域网绝大多数都是以太网，随着计算机科学技术的发展，咱们这个以太网越来越强大了，速度越来越快，稳定性越来越好，反正就是各种好就对了。
【基本以太网】
现在的以太网，基本都是 使用集线器的星形拓扑结构 每个站点都用两对双绞线，还是看图吧~~~~~~~（画图好麻烦。。。）
看到了没？所有站点的数据都要发送到集线器上，然后集线器统一发送给其他的所有站点（貌似上一篇说过了？TAT）
基于这种结构的，划时代的，里程碑式的以太网出现了，它就是 【10BASE-T】 10代表10Mb/s的数据率，BASE表示连线上的信号是基带信号，T代表双绞线。这种以太网每个站点到集线器的距离不能超过100m，但是，他依然使以太网中占据了不可动摇的地位。
集线器有一些特点：
（1）由于集线器的以太网在逻辑上还是一个总线网（貌似上次也讲过？），使用的依然是CSMA/CD协议，所以，我们又把10BASE-T以太网叫做 【星型总线】或【盒中总线】
（2）从上面的图我们可以看出，集线器上有很多接口，因此，集线器很想一个多接口的转发器。
（3）集线器工作在物理层，仅仅只转发bit。
再然后，讨论这个【信道利用率】的问题（这个地方我完全抄袭于某书……）{
我们假定：
总线上共有 N 个站，每个站发送帧的概率都是 p。
争用期长度为 2t，即端到端传播时延的两倍。检测到碰撞后不发送干扰信号。
帧长为 L (bit)，数据发送速率为 C (b/s)，因而帧的发送时间为 L/C =T0 (s)。
一个帧从开始发送，经碰撞后再重传数次，到发送成功且信道转为空闲(这里考虑最极端的情况，发送站在传输媒体的一端，即再经过时间t使得信道上无信号在传播)时为止，共需平均时间为Tav
我们应当注意到，成功发送一个帧需要占用信道的时间是T0 + t，比这个帧的发送时间要多一个单程端到端时延t。这是因为当一个站发送完最后一个比特时，这个比特还要在以太网上传播。如果这时有其他站发送数据，就必然产生碰撞。因此，必须在T0 +t以后才允许其他站发送数据。
要提高以太网的信道利用率，就必须减小t与T0之比。在以太网中定义了参数a，它是以太网单程端到端时延t与帧的发送时间T0之比：
a=t/T0
当a→0时，表示只要一发生碰撞，就立即可以检测出来（其实我这里没看太懂啊，按照我的理解，就是 t 越小，或者T0越大，发送碰撞以后受影响的部分就短），并立即停止发送，因而信道资源不会被浪费。反之，参数a越大，表明争用期所占的比例增大，这就使得信道利用率降低。因此，以太网的参数a的值应当尽可能小些。
从上式可看出，这就要求分子t的数值要小些，分母T0的数值要大些。这就是说，当数据传输速率一定时，以太网的连线的长度受到限制（否则t的数值会太大），同时以太网的帧长不能太短（否则T0的值会太小）。
现在考虑一种理想化的情况。假定以太网上的各站发送数据都不会产生碰撞（这显然已经不是CSMA/CD而是需要使用一种特殊的调度方法），并且能够非常有效地利用网络的传输资源，即总线一旦空闲就有某一个站立即发送数据。这样，发送一帧占用线路的时间是T0 +t，而帧本身的发送时间是T0。于是我们可计算出极限信道利用率Smax为：
Smax=T0/(T0+t)=1/(1+a)
该式指出了参数a远小于1才能得到尽可能高的极限信道利用率。反之，若参数a远大于1，则极限信道利用率就远小于1，而这时实际的信道利用率就更小了。
100BASE-T以太网的新标准
100BASE-T以太网的新标准改动了原10Mb/s以太网的某些规定。这里最主要的原因是要在数据发送速率提高时使参数a仍保持不变（或保持为较小的数值）。
a=t/T0=t/(L/C)=tC/L
可以看出，当数据率C提高10倍时，为了保持参数a不变，可以将帧长L（bit）也增长到10倍，也可以将网络电缆长度（因而使t）减小到原有数值的十分之一。
在100Mb/s的以太网中采用的方法是保持最短帧长不变，但把一个网段的最大电缆长度减少到100m。但最短帧长仍为64字节，即512比特。因此100Mb/s以太网的争用期是5.12us，帧间最小间隔现在是0.96us，都是10Mb/s以太网的1/10。
}【MAC层】
MAC这个东西，前面已经讲过了，现在我们再详细说一次，可见其重要性。
MAC地址就是物理地址，又叫硬件地址。固化在适配器（网卡）的ROM中，是48位的全球地址，每一个网卡的MAC地址都是全球唯一的。
MAC帧格式：
MAC帧看图就一目了然了，2字节的类型 那个地方标志的是上一层使用什么协议，比如说0x0800代表上层使用的是IP数据报。
数据那个地方，有一点要注意，就是数据的长度范围在46~1500字节之间。
最后呢，就是前面多出来的8个字节了，为什么会多8个字节呢?
当一个站刚刚开始接收MAC帧的时候，由于适配器时钟尚未与到达的比特流同步，前面的几位MAC帧就可能接收不到。所以MAC帧多了8位（由硬件生成）。这8位的前7位叫做前同步码，没啥用，就是为了让接收方调整时钟频率的，8位的最后一位，叫帧开始定界符，就说，定义为10101011，就说，当遇到最后两个11的时候，就是在告诉接收方，MAC帧马上就来了，做好接收准备。
【扩展的以太网】
随着科技的进步，社会的发展…………之类的。人们觉得以太网范围太小了，不够用啊，然后我们就要把它覆盖范围扩展大。扩展分两步：
（1）物理层扩展（2）数据链路层扩展
【物理层扩展】
前面说了，10BASE-T的范围一般只有100m，如果我们有两个集线器，咱用光纤把集线器连接起来会怎样？
所以，物理扩展以太网，咱就可以把很多个星型以太网集合成一个更大的星型以太网。
（不会用visio，大家将就看吧。。。。。）这样的布局增大了以太网的范围。
【数据链路层扩展】
数据链路层拓展就简单了，就是用一个叫【网桥】的东西。
懒得画，网上找了个图。 网桥就是这样的，把每个以太网称为一个【网段】，网桥就是用来连接各个网段的。
网桥依靠转发表来转发帧，转发表是通过网桥的【自学习】得到的。自学习就是每个经过网桥发送的站都经过记录（记录源地址和进入网桥的端口），然后……其实这个不难，要了解自学习的，请百度【自学习算法】。
网桥有几个优点：（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
当然，网桥只适用于用户数不多的以太网，如果用户太多，就容易形成【广播风暴】
第二种扩展方式是【交换机】
多接口的网桥——以太网交换机
交换机和集线器区别在哪？
集线器特点：这种局域网在逻辑上仍然是一个总线网，局域网上的各主机共享逻辑上的总线，使用的还是CSMA/CD协议（别忘了CSMA/CD协议是半双工方式工作的）。网络中各主机必须竞争传输媒体的控制，同一时刻至多只允许一个主机发送数据
交换机特点：交换机的每个接口都直接与一个主机或另一个集线器相连，并且一般以全双工方式工作。
用以太网交换机的话就可以把各种速率的以太网就都连到一起。并且以太网交换机可以轻松的实现【虚拟局域网VLAN】
【虚拟局域网】是由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组，这些网段都有某些共同的需求。实现虚拟局域网的方式就是在以太网帧格式中插入一个4字节的标识符。
【高速以太网】
关于高速以太网，速率达到100Mb/s的以太网就是高速以太网。现在又发展处了速度可达1Gb/s的吉比特以太网。
其他貌似也没什么好说的了。
最后提一下PPPOE吧，这个协议是把PPP协议中的PPP帧封装到以太网中传输。意思是在以太网上运行PPP。
数据链路层就写那么多吧，待我融会贯通IP层又来分享