数据链路层设备以及数据链路层重难点整理

目录

数据链路层设备

网桥(Portal)

局域网交换机(以太网交换机)

数据链路层重难点

数据使用PPP协议或CSMA/CD协议时，既然不能保证可靠传输，为什么还要对所传输的帧进行差错检验？

两台计算机通过计算机网络传输一个文件时，有两种传输方法。第一种是由发送方将文件分割成分组，接收端逐个确认分组；但就整体而言，文件没有得到确认。第二种是接收端不确认单个分组，而是当全部文件接受后，对接收到的整个文件予以接受确认。比较一下这两种传送方法，已经它们适用的场合。

HDLC协议是PPP协议的基础，HDLC使用位填充来实现透明传输，但PPP协议却使用字符填充而不使用位填充，为什么？

中继器、集线器、网桥和交换机之间的联系和区别

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数据链路层设备

网桥(Portal)

高级版的转发器，对比于物理层的转发器而言，拥有更多的功能：过滤通信量功能(可以使以太网的各个网段成为隔离开的冲突域)、路径选择功能(接收到帧后，网桥要选择正确的路径将帧转发到相应的局域网站点)

假设网络1和网络2通过网桥连接后，网桥接收到来自网络1的数据帧，检查该数据帧中的地址段信息，如果地址信息是网络2的，那么就转发给网络2；如果是网络1的那么就丢弃该帧(地址是网络1的帧应该在网络1内部发送，不需要经过网桥)

局域网交换机(以太网交换机)

一个多端口的网桥，能够将网络分成多个小的冲突域，为每个工作站提供更高的带宽。它检测从以太端口来的数据帧的源和目的MAC地址，然后与系统内部的动态查找表进行比较，若帧的源MAC地址不在表中，那么就把这个地址加入查找表里头；若数据帧的目的MAC地址不在表中，那么交换机就将这个帧广播出去；如果帧的地址都在表中的话，就按照表内的转发端口来转发。

交换机还可以用来模拟VLAN，可以用于冲突域和广播域的隔离。(可以隔离的原因主要还是VLAN自身的属性)

交换机总容量：主要看交换机的工作环境，工作在半双工和工作在全双工环境下的交换机的总容量的需求是不一样的，假设a交换机总共有N个端口，以太网带宽为10Mb/s，在半双工的情况下，交换机的总容量为

$$
交换机总容量=N/2*10Mb/s
$$

而全双工的情况下，交换机的总容量为

$$
交换机总容量=N*10Mb/s
$$

总结下来，最后还是看题目怎么说，结合情况判断当前能够同时工作的端口最多有多少个，然后再与以太网带宽相乘。

交换机的特点：

1. 以太网交换机的每个端口连接的都是一台主机(网桥一般连接到一个网段上，例如连接到AP上)，一般工作在全双工环境下

2. 交换机能够同时连接多对端口，使每队相互通信的主机都能像独占通信媒体那样，无碰撞的传输数据

3. 以太网交换机是一个即插即用的设备，其内部的帧发送表是通过其自身的学习算法建立起来的

4. 交换机独占传输媒体的带宽

5. 交换机交换速率较高

交换机的两种交换方式：

1. 直通式交换机，拿到一个帧之后，只检查帧的地址信息，然后直接按照地址相对应的端口发送出去，速度特别快(只用检查六个字节，PPP协议的那一个字节不算，PPP估计自己都忘记了自己有一个字节来表示地址。。。)但是缺乏智能性和安全性，而且不支持不同速率的端口之间的交换(速度很快但是比较僵硬)

2. 存储转发式交换机，拿到一个帧之后，先将帧缓存到高速缓存器里头去，然后检查数据部分是否正确，确认没问题之后通过查找表找到相应的端口发出去；如果有错误就把接受到的帧直接丢弃掉。这个交换方式可靠性高，但是速度要慢一点，不过支持不同速率的端口之间的交换。

交换机的查找表(交换表)：至少包含两个东西：1.一个MAC地址 2.连通该MAC地址的交换机接口。

自学习算法过程描述：

 

假设这里有A,B两个主机，他们分别连接到交换机的1，2号端口，此时A向B发送一个帧，该帧进入交换机，交换机检查它的查找表，发现里头没有B的MAC地址所对应的接口(或者说压根就不认识B这个MAC地址)，同时它又发现A的MAC地址也没见过，那么就在表里面先加上A的MAC地址，并且A的MAC地址所对应的端口是1号端口，这些操作结束后就如下图

 

这个时候表内有了一个MAC地址为A，接口为1的对象了，那么假设B接收到了A给B发送的帧后，他得回传一个帧，这个回传的帧又得经过交换机，此时交换机发现这个帧的目的MAC地址它认识，那么它就按照这个地址所对应的接口转发了，也就是接口1，但是交换机发现，这边源地址，也就是B的MAC地址它没见过，于是交换机就把这个MAC地址和对应的接口记下来了，结束这些操作后，交换机就得到了A和B的MAC地址：

 

考虑到交换机所连的主机随时都会变化，这就需要时刻更新交换表中的表项。为此，交换表中的每个表项都有一定的时效，过了这个时效这个表项就会自动删除。如此一来就保证了交换表中的数据时刻符合当前的网络的实际状况。交换机具有这个算法和时效的属性，致使交换机能够支持即插即用，而不用人工配置。

注意：

1. 交换机本质上就是一个多端口的网桥

2. 交换机工作在数据链路层，不能支持不同网络层协议的网络互联(数据链路层里面支持运行网络层不同协议的只有PPP协议，注意是协议)

3. 交换机能将网络分成多个很小的冲突域

4. 广播域属于网络层概念，只有网络层设备(比如路由器)才能分割广播域

数据链路层重难点

链路：指从一个节点到相邻节点的一段物理线路，中间没有其他任何交换节点，又称物理链路

数据链路：数据通信所需要的通信协议以及实现该协议所需要的的软硬件和链路所组成的整体，又称逻辑链路

建立发送数据的顺序：电路接通(通电)-->物理连接(能够传输比特流)-->数据链路连接

停止-等待协议：发送方一次只发送一帧，接收方返回的ACK帧(确定帧)一定是刚发送的

连续ARQ协议：若有n比特进行编号，由于接收方只有一个窗口，发送方窗口大小W<=2^n-1

选择重传协议：若有n比特进行编号，假设发送窗口为W1，接受窗口为W2，那么W1+W2<2^n，由于在一般情况下，我们求最快的发送速度的时候，发现W1=W2 的时候传送是最快的，所以W1<=2^(n-1)

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数据使用PPP协议或CSMA/CD协议时，既然不能保证可靠传输，为什么还要对所传输的帧进行差错检验？

进行差错检验的目的是不把已经出差错的帧给接受下来造成资源浪费，接收端进行差错检验的目的是：上交主机的帧都是没有差错的，有差错的帧都已经在数据链路层丢弃了(即使有差错，那也是特别特别小的概率没被查出来，那只好麻烦上层的协议去搞定了)

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两台计算机通过计算机网络传输一个文件时，有两种传输方法。第一种是由发送方将文件分割成分组，接收端逐个确认分组；但就整体而言，文件没有得到确认。第二种是接收端不确认单个分组，而是当全部文件接受后，对接收到的整个文件予以接受确认。比较一下这两种传送方法，已经它们适用的场合。

当网络传输可靠性比较低并且分组比较容易丢失的时候，第一种方法比较好，这个时候如果出错或丢失了分组，那么发送方只需要重新发送这个分组，而不用重发整个文件。当网络传输可靠性较高并且分组不容易丢失的时候，第二种方法比较好，这个时候只需要接收方发送一次确认信息，而第一个方法需要接收方发送很多次确认信息，浪费了相当多的资源。

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HDLC协议是PPP协议的基础，HDLC使用位填充来实现透明传输，但PPP协议却使用字符填充而不使用位填充，为什么？

PPP协议被明确地设计成以软件形式实现，而不像HDLC协议那样用硬件形式实现。对于软件实现来说，操作字节要比操作比特简单得多。此外，PPP被设计成与调制解调器一道使用，而调制解调器是以一个字节而非一个比特为单元接受和发送数据的。

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中继器、集线器、网桥和交换机之间的联系和区别

中继器：工作在物理层，用来连接两个速率相同且数据链路层协议也相同的网段，其功能是消除数字信号在基带传输中由于经过一长段电缆而造成的失真和衰减，使信号的波形和强度达到所需的要求(信号再生)

集线器：工作在物理层，相当于一个多接口的中继器，可以将多个节点连接成一个共享式的局域网，但任何时刻都只能有一个节点通过公共信道发送数据(冲突域)

网桥：工作在数据链路层，用于连接不同的物理层、不同的MAC子层以及不同速率的以太网，由于网桥具有过滤帧以及存储转发帧的功能，所以能够隔离冲突域

交换机：工作在数据链路层，相当于一个多接口的网桥，交换式局域网的核心设备。允许端口之间建立多个并发连接，实现多个节点之间的并发传输。一般工作在全双工模式下，有两种交换方式：直通交换方式(只检查目的MAC地址，一般6字节)和存储转发方式。可以用来实现VLAN，从而隔离广播域和冲突域。