【网络】- TCP/IP四层(五层)协议 - 数据链路层

目录
一、概述
二、物理层的基本概念
 2.1 数据链路、帧
 2.2 MAC地址
 2.3 数据链路层协议的三个基本问题
三、点对点协议PPP
 3.1 PPP协议简介
 3.2 PPP协议特点
 3.3 PPP协议帧格式

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一、概述

TCP/IP 在最初定义时，是一个四层的体系结构，包括应用层、传输层、网络层、网络接口层。由于最下面的网络接口层并没有什么具有内容。因此，在学习计算机网络原理时，往往采用折中的办法，综合了 OSI 和 TCP/IP 的优点，采用了一种具有五层协议的体系结构。

上一篇文章讲了物理层，这篇文章说一说，数据链路层，虽然这些低层的概念很少接触，也很难懂，但为了学习的完整性，还是需要掌握的。

二、数据链路层基本概念

2.1 数据链路、帧

链路：从一个结点到相邻结点的一段物理线路（有线或无线），中间没有其他交换结点。
数据链路：物理线路，加上控制数据传输的通信协议，组成了数据链路。
帧：数据链路层的协议数据单元。
网络层的数据单元是IP数据报（或简称数据报、分组、包），数据链路层把网络层交下来的IP数据报添加首部、尾部封装成帧。
数据链路层使用的信道主要有点对点信道和广播信道两种。

现在常用 网络适配器(既有硬件，也有软件) 来实现数据链路，一般适配器都包括了数据链路层和物理层两层的功能。网络适配器有时也称网络接口卡（Network Interface Card，NIC），位于适配器核心的是链路层控制器，该控制器通常是一个实现了许多链路层服务(封装成帧、链路接入、差错检测等)的专用芯片。

2.2 MAC地址

在局域网中，硬件地址又称 物理地址 或 MAC地址。MAC地址 用于识别数据链路中互连的节点。在以太网或FDDI中， 根据IEEE802.3的规范使用MAC地址。 其他诸如无线LAN（IEEE802.11a/b/g/n等） 、 蓝牙等设备中也是用相同规格的MAC地址。

MAC地址长48比特，在使用网卡（NIC） 的情况下， MAC地址一般会被烧入到 ROM 中。 因此， 任何一个网卡的MAC地址都是唯一的， 在全世界都不会有重复。
MAC地址3～24位（比特位）：表示厂商识别码
MAC地址25～48位：是厂商内部为识别每个网卡而用的。

2.3 数据链路层协议的三个基本问题

数据链路层有许多协议，但有三个基本问题是共同的：封装成帧、透明传输、差错检测。

• 封装成帧：在一段数据的前后分别添加首部、尾部，这样就构成一个帧。接收端收到物理层上交的比特流后，可以根据首部、尾部的标志，从比特流中识别到帧的开始、结束。
• 透明传输：在一个帧的数据中出现首部、尾部的标志数据时，在数据前插入 转义字符“ESC” ，在接收端接收数据后，再删掉该转义字符。这种方法称为 字节填充 或 字符填充。
• 差错检测：比特数据在传输过程中，1变成0，或0变成 1，就叫做比特差错。为了保证数据传输的可靠性，就需要采用各种差错检测措施，目前在数据链路层广泛使用了 循环冗余检测CRC(Cycle Redundancy Check) 的检错技术。

三、点对点协议PPP

3.1 PPP协议简介

PPP（Point-to-Point Protocol） 是指点对点， 即1对1连接计算机的协议。 PPP相当于位于OSI参考模型第2层的数据链路层。点对点协议PPP是目前使用最广泛的数据层协议。

PPPoE是在以太网的数据中加入PPP帧进行传输的一种方式。

我们都知道，互联网用户通常都要连接某个ISP(网络服务提供商)才能连入互联网。PPP协议就是用户计算机和ISP（网络服务提供商）进行通信时所使用的数据链路层协议。

3.2 PPP协议特点

1、PPP协议应满足的需求：
简单、封装成帧、透明性、多种网络层协议、多种类型链路、差错检测、检测连接状态、最大传输单元、网络层地址协商、数据压缩协商

2、PPP协议的组成
（1）一个讲数据报封装到链路的方法；
（2）一个用来建立、配置、和测试数据链路连接的链路控制协议 LCP；
（3）一套网络控制协议 NCP.

3.3 PPP协议帧格式

1、各字段的意义
PPP帧首部四个字段：

• 第一个字段：标志字段，规定为0x7E
• 第二个字段：地址字段，规定为0xFF
• 第三个字段：控制字段，规定为0x03
• 第四个字段：协议字段，2个字节
  
  

PPP帧尾部两个字段：

• 第一个字段：两个字节，是使用CRC的帧检验序列 FCS。
• 第二个字段：标志字段，规定为 0x7E