数据链路层基础知识

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功能与定义

在OSI/RM中定义：数据链路层是在物理层提供比特流服务的基础上，建立相邻结点之间的数据链路，通过差错控制提供数据帧在信道上的“透明”传输

• 链路：是一条无源的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=链路+协议-链路中通信双方的信道使用形式不同，则相应控制协议不同）

基础概念

• 主要使用信道：点对点信道（一对一）、广播信道（一对多）
• 帧（Frame）：数据链路层的数据单位
• 仅从数据链路层观察：服务是垂直的，协议是水平的

基本功能

1.封装成帧
——在一段数据的前后分别添加首部和尾部，确定帧的界限（帧定界）如特殊的控制字符
2.透明传输
——指不管所传数据是什么样的比特组合，都应当能够在链路上传送。当所传数据中的比特组合恰巧与某一个控制信息完全一样时（编码重复），会造成内容相关性冲突，导致不透明，解决办法：字节/字符填充
3.差错控制
——广泛使用循环冗余检验CRC方法，核心运算：模2除法

PPP 点对点协议

PPP协议的组成

• 一个将IP数据报封装到串行链路的方法
• 链路控制协议 LCP（Link Control Protocol）
• 网络控制协议 NCP（Network Control Protocol）

PPP协议运行的五个阶段（顺序从上到下）

• 建立链路（LCP）
• 验证（PAP/CHAP）
• 网络控制协商（NCP）
• 会话维持阶段
• 终止PPP链路（LCP）

当PPP用在同步传输（以固定的时钟节拍来发送数据信号，面向比特）链路时，协议规定采用硬件来完成比特填充–零比特填充（发送端扫描发现有5个连续1，则在后面填入一个零，接收端反之）

当PPP用在异步传输时（将比特分成小组传送，发送方可以在任何时刻发送这些比特组，而接收方不知道它们会在什么时候到达）时，就使用一种特殊字符填充法

PPPoE（以太网上的PPP）

• DSL中的常用协议
• 以太网与拨号网络之间的中继协议

广播信道的数据链路层

• 局域网最主要的特点：网络为一个单位拥有，且地理范围和站点数目均有限
• 目前最常用的局域网：以太网（Enthernet）
• 局域网的拓扑：星形网、环形网、树形网、总线网
• 以太网的两个标准：
  DIX Enthernet V2 是世界上第一个以太网的规约1982 IEEE 的802.3标准1983（局域网）

为了适应多种局域网标准，局域网的数据链路层拆为两个子层

• 逻辑电路控制 LLC（Logical Link Control）子层
• 媒体接入控制 MAC（Medium Access Control）子层

MAC（硬件/物理地址）

• MAC地址=适配器地址=硬件/物理地址
• MAC地址–48位
• 前三字节：注册管理机构RA 负责给不同厂家分配的代码，后三字节：厂家自行指派，称为扩展标识符

适配器

• 网络接口板又称通信适配器或网络接口卡NIC，或“网卡”，是MAC协议的实现载体
• 进行串行/并行的转换
• 对数据进行缓存，速率匹配
• 安装设备驱动程序，通过操作系统与存储器等设备协调工作
• 实现以太网协议（封装-发送-地址检查-接收-有效判断-校验）

无效的MAC帧

• 帧的长度不是整个字节
• 数据字段的长度不在46~1500之间
• MAC帧长度不在64~1518之间
• 数据字段的长度与长度字段的值不一样
• 用收到的帧检验序列FCS，查出有差错
• 无效则丢弃