3.数据链路层

数据单位（数据传输单元）：帧，具有流量控制功能。
作用：在物理层基础上，通过建立数据链路连接，采用差错控制与流量控制方法，使有差错的物理线路变成无差错的数据链路。

一、点对点协议（PPP）

点到点协议（Point to Protocol）工作在数据链路层。设计目的主要是用来通过 拨号 或 专线 方式建立点对点连接发送数据，使其成为各种 主机、网桥和路由器 之间简单连接的一种共通的解决方案。

1.PPP有以下三个主要的组成部分：

1、在串行链路上封装 数据报 的方法；
2、建立、配置和测试数据链路链接的LCP协议(Link Control Protocol，LCP)；
3、建立和配置 不同网络层协议 的一组网络控制协议（Network Control Protocol ，NCP）。

2.PPP协议一般用于用户拨号接入ISP，工作流程如下：

（1）LCP配置协商

用户点击“连接”，建立了物理层连接后，双方就要进行链路层上某些配置的协商，比如链路上的最大帧长、采用什么鉴别协议等。

（2）用户验证：PAP、CHAP

这个阶段，会对用户的账号密码进行校验，使用PAP（Password Authentication Protocol）或者CHAP（Challenge-Handshake Authentication Protocol）协议，其中PAP协议的安全性较低 。

（3）NCP配置协商

当用户通过用户验证，双方就要用进行网络层上某些配置的协商，比如网络层采取什么协议，用户的IP地址是什么。

PPP协议状态图.png

3.PPP两种验证协议：

1、密码验证协议（Password Authentication Protocol，PAP）
2、挑战握手协议（Challenge Handshake Authentication Protocol ，CHAP）

（1）PAP特点：

① 2次握手建立身份认证。

② 密码是明文发送的。

（2） CHAP特点：

① 3次握手验证。

② 密码是加密的。

4.PPPOE

（1）PPPoE（ Point to Point Protocol over Ethernet ，基于以太网的点对点协议）的工作流程：

包含发现（ Discovery） 和会话（ Session） 两个阶段：

发现阶段是无状态的，目的是获得PPPoE 终端（在局端的ADSL设备上）的以太网MAC 地址，并建立一个惟一的PPPOE SESSION-ID。
发现阶段结束后，就进入标准的PPP会话阶段。

5.HDLC

（1）是什么？

高级链路数据控制（ High-Level Data Link Control,HDLC）是一种面向比特的链路层协议，是PPP的前身。

（2）三种工作站：

主站，从站，复合站。

（3）HDLC帧类型：

信息帧：

承载用户数据的信息帧。

管理帧：

流量控制和差错控制。

无编号帧：

设置数据传输方式，链路控制和恢复等。

二、MAC和LLC

1.IEEE 802标准把数据链路层分为两个子层：

（1）媒体接入控制层 MAC

Media Access Control，也称为 介质访问控制子层，该层与硬件相关，提供硬件和LLC层的接口，所以说MAC是数据链路层的地址标识。

（2）逻辑链路控制 LLC

Logical Link Control ，该层与硬件无关，实现流量控制等功能。

（3）下图是常见的局域网中MAC帧和LLC帧的关系

MAC帧和LLC帧的关系.png

MAC_LLC对应位置.png

2.MAC

（1）MAC（介质访问控制层）

定义了数据帧怎样在介质上进行传输，物理寻址在这里定义，逻辑拓扑也在这里定义

（2）MAC地址（也叫硬件地址，链路地址，物理地址 ）

① 简介

网络中每台设备都有一个唯一的网络标识，这个地址叫MAC地址或网卡地址，采用6字节（ 48位，（24厂商编号（OUI，组织唯一标志符）， 24序列号））的12个16进制数表示，每2个16进制数之间用冒号隔开，直接烧录在网卡上， 通过 MAC地址识别第二层设备 。

② 例：

如：08：00：20：0A：8C：6D就是一个MAC地址，其中前6位16进制数00-16-EA代表网络硬件制造商的编号，它由IEEE(电气与电子工程师协会)分配，而后6位16进制数AE-3C-40代表该制造商所制造的某个网络产品(如网卡)的系列号。只要不更改自己的MAC地址，MAC地址在世界是惟一的。形象地说，MAC地址就如同身份证上的身份证号码，具有唯一性.

③ 帧格式

802.3的帧格式.png

一个字节（byte）是8位二进制位（8b）。

前导字段格式：1010……1010 。

帧起始符格式：10101011。

目的地址：最高位为0代表普通地址，最高位为1代表表组地址。全为1广播地址,全为0网络地址。

长度：是类型字段。

数据：IP包含在其中。

数据+填充：字节是 46~1500 。

校验和：和CRC校验码有联系。

最小帧长：64字节

3.LLC

（1）简介

LLC（逻辑链路控制子层）负责识别网络层的协议，向网络层提供统一的服务和接口 。 LLC地址使用的是上层实体的地址，这个地址由上层协议进程决定，这些进程的服务访问点（SAP）就是LLC的地址。

（2）帧格式

LLC帧格式.png

（3）LLC服务：（考点）

提供了四种类型的服务。

① 不确认无连接的服务：

又称 数据报服务 ：没有任何流控和差错控制功能，不保证可靠提交。（应用于点对点通信，广播，多播（组播））

② 连接方式的服务：

虚电路服务。类似HDLC提供的服务,需要建立连接,通过连接提供流控和差错控制功能。

③ 有确认无连接的服务：

可靠的数据报服务。提供有确认的数据报，但不建立连接。

④ 高速传送服务：

这种方式专为城域网使用。

三、CSMA/CD协议（载波监听多路访问/冲突检测）

是一种分布式的介质访问控制方法。

1.类型

（1）非坚持型：

线路忙时，等待一段时间再重新监听，若不忙时立即发送。

优点-减少冲突；缺点-信道利用率低 。

（2）1坚持型（涉及坚持算法）：

线路忙时，持续监听，不忙时立即发送。

优点-信道利用率高；缺点-加大冲突。

（3）P坚持型：

线路忙时，持续监听，不忙时以概率P发送，不发送就继续监听。

优点-平衡信道利用率和冲突。缺点-复杂度较高 。

（4）非持续CSMA：

优点-减少冲突；缺点-信道利用率低。

在传输量少的网络中使用，精确且效率高，快。

2.冲突检测原理：计算最小帧长、二进制指数后退算法（重点）

（1）计算最小帧长：公式如下

R代表网络速率，d是最大网段长度，v是信号传播速度
网络利用率= 吞吐率/网络数据速率= 帧长/（传帧花费时间+1帧发送到网络所用时间）

（2）二进制指数后退算法优势：

① 考虑了网络负载变化情况 。
② 后退次数与负载大小有关，后退时延平均值和负载大小进行联系。
③ 冲突超过16次后发送失败，丢弃帧，然后发送错误报告 。

四、IEEE802体系

IEEE 802又被称为LMSC（局域网/城域网标准委员会） LAN/MAN的IEEE 802.*系列标准重点记忆：

802.1研究局域网体系结构、寻址、网络互联和网络管理 。 802.3研究以太网介质访问控制协议CSMA/CD及物理层技术规范 。 802.10网络安全技术咨询组，定义了网络互操作的认证和加密方法 。 802.11研究无线局域网（WLAN）的介质访问控制协议及物理层技术规范 。 802.16宽带无线接入工作组，开发 2~66GHz 的无线接入系统空中接口 。

802.1DSTP（Spanning Tree Protocol）是生成树协议的英文缩写.

802.1QVLAN.

快速以太网：802.3u标准，速率达到了100Mbit/s，有 100Base-T/F两类规范

快速以太网物理层规范.png

千兆以太网：802.3z标准，速率为1000Mbit/s（1Gbps），向下兼容10M和100M以太网

千兆以太网标准.png

万兆以太网：802.3ae标准，速率可达10000Mbit/s（10Gbps）只支持光纤以及全双工，不再采用CSMA/CD（原因:因为它检测，若有错会停下来，时间花销大） 。

万兆以太网标准.png