数据链路层
本博文从数据链路层基本概念到数据链路层三个基本问题说起，以及数据链路层两大协议，点对点式的PPP协议和广播信道（局域网）的 CSMA/CD 协议，
3.1 数据链路层基本概念
链路层 计算机到路由器数据链路层数据的传输
链路 是一条点到点的物理线路段， 中间没有任何其他的交换结点。
数据链路： 除了物理线路外，还必须有通信协议来控制这些数据的传输。若把实现这些协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路。
数据链路层传送的是帧。 数据链路层加上头和尾就变成了帧。
网络层信息加上帧头帧尾再加上物理层地址和校验值。
3.2 数据链路层三个基本问题
- 封装成帧
- 透明传输
- 差错检测
注意：透明传输体现在字节填充以避免数据中出现和起始结束一样的帧界定符。在 PPP协议中是零比特填充，每逢5个1就要填充1个零，避免产生和起始结束界定符相似的。
差错检测一般是在尾部的CRC循环冗余校验，是校验码不是纠错码。可以保证无差错接受。不用保证可靠传输，没必要。
3.3 点对点式信道数据链路层协议—PPP 协议（广域网）
ADSL 电话拨号上网 自己家的猫 和 ISP 直接相连，一般用的PPP协议（广域网）
现在全世界使用的最多的 数据链路层协议 是点对点协议PPP
PPP协议 有三个组成部分。如下图：
3.4 使用广播信道的数据链路层（局域网）
什么协议？ CSMA/CD 协议 半双工通信
CSMA/CD 即 Carrier Sense Multiple Access with Collision Detectio，字面意思看来就是 “多点接入”、“载波监听”、“碰撞检测”。
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。
载波监听： 是指每一个站在数据之前先要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据，如果有，则暂时不要发送数据，以免发生碰撞。
碰撞检测： 边发送数据边检测，也称为冲突检测。
以太网两个量化参数
-
争用期
10 Mbit/s 以太网（传统以太网）取 51.2 us为争用期的长度。 -
最短有效帧长
对于 10 Mbit/s 以太网（传统以太网），在争用期内可发生512bit，即64字节。
这意味着： 以太网在发送数据时，若前 64 字节没有发生冲突，则后续的数据就不会发生冲突。
如果发生冲突，就一定是在发送的前64字节。
由于一检测到冲突就立即中止发送，这时已经发送出去的数据一定小于64字节。
以太网规定了最短有效帧长为 64字节，凡长度小于64字节的帧都是由于冲突而异常终止的无效帧。
CSMA/CD 总结：
先听再发（载波监听）、边发边听（碰撞检测）、碰撞停止、随机延发。
以太网
为了使数据链路层能更好地适应多种局域网标准，802委员会就将局域网的数据链路层拆成两个子层。
- 逻辑链路控制 LLC 子层
- 媒体接入控制 MAC 子层
与接入到传输媒体有关的内容都放在 MAC 子层
以太网 拓扑
现在以太网采用星型拓扑， 中心增加了 集线器，采用双绞线，每个站需要用两对双绞线，分别用于发送和接收。（RJ-45水晶头）
10 BASE - T 的标准为 802.3i
10 代表 速率为 10Mbit/s
BASE 为 基带（有别于宽带）
T为双绞线 （F为光纤）
集线器的一些特点
多端口的中继器，属于物理层设备。
可改变网络物理拓扑形式 ：总线连接 ----> 星形连接
使用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网，各工作站使用的还是CSMA/CD协议，并共享逻辑上的总线。
MAC层
在局域网中，硬件地址又称为物理地址，或 MAC 地址。最常用的是 48位地址。前24位组织唯一标识符，生产适配器时，6字节的MAC地址已被固化在适配器的 ROM，但可以修改。
目的地址为 MAC 地址，48位所以占6个字节。类型字段为 2 字节。 数据字段 46~1500字节。（1500最大传送单元）最短有效帧长为 64 字节，减去首尾部至少是 46字节。
无效的 MAC 帧
- 帧的长度不是整数个字节；
- 用收到的帧检验序列查出有差错；
- 数据字段的长度不在46~1500字节之间；
- （有效的 MAC 帧长度为 64~1518字节之间）
对于检查出的无效MAC帧就简单的丢弃，以太网不负责重传（有传输层管）。
扩展以太网
网桥设备hub --> 交换机 端口带宽独享（多端口、全双工、并行工作） ，基于 MAC地址转发 通过学习构建 MAC 地址表（交换机的自学习 ）
以太网交换机的交换方式
- 存储转发方式
- 把 整个数据帧先缓存后再进行处理。
- 直通方式
*接收数据帧的同时就立即按数据帧的目的 MAC 地址决定该帧的转发接口，因而提高了帧的转发速度。
自学习和转发帧的步骤归纳
VLAN
一个 VLAN（Virtual LAN） =一个广播域 = 逻辑网段
–>交换机 端口带宽独享 ，基于 MAC地址转发 通过学习构建 MAC 地址表
利用交换机可以很方便地实现虚拟局域网。
虚拟局域网协议允许在以太网的帧格式中插入一个 4 字节 的标识符，称为 VLAN标记，用来指明发送该帧的计算机属于哪一个虚拟局域网。插入VLAN标记的帧称为802.1Q帧。
这时候，以太网MAC帧的最大帧长从原来的 1518字节变为 1522字节。
补充：适配器（网卡）
网络接口板又称为通信适配器或网络接口卡。
适配器重要功能：
- 进行串行/并行转换。
- 对数据进行缓存。
- 在计算机的操作系统安装设备驱动程序。
- 实现以太网协议。
网卡在计算机内部的位置*：
所以看出来： IP地址是在 CPU 的，MAC地址在网卡中的，IP地址称为软件地址，甚至可以在操作系统中可以修改，而MAC地址固化在硬件中。