计算机网络——数据链路层（三）

前言:

前面我们已经对计算机网络的物理层有了一个大概的了解，今天我们学习的是物理层服务的上一层数据链路层，位于物理层和网络层之间。数据链路层在物理层提供的服务的基础上向网络层提供服务，其最基本的服务是将源自物理层来的数据可靠地传输到相邻节点的目标机网络层。

目录

一、数据链路层的基础概况 

1.概念：

2.帧的概念：

3.以太网数据帧中的MAC和LLC：

（1）MAC：

（2）LLC：

（3）注解：

4.数据链路层的两种传输方式：

5.数据链路层的三个基本问题：

（1）封装成帧：

（2）透明传输：

（3）差错检测：

6.以太网中的设备：

（1）集线器：

（2）交换机：

（3）网桥：

二、数据链路层的通信协议

1.冲突域和广播域：

（1）冲突域：

（2）广播域：

（3）区别：

2.虚拟局域网（实验）VLAN：

（1）概念：

（2）优点和目的：

（3）划分VLAN的方式：

3.CSMA/CD：

（1）概念：

（2）四大要点：

4.PPP：

5.CRC：

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一、数据链路层的基础概况 

1.概念：

数据链路层是在物理层和网络层之间的协议，提供相邻结点的可靠数据传输。

2.帧的概念：

数据链路层的协议数据单元

组成：

        帧头：源MAC地址、目的MAC地址、类型

        数据

        帧尾：校验

3.以太网数据帧中的MAC和LLC：

（1）MAC：

        MAC介质访问控制

        作用：数据帧的封装/卸装，帧的寻址和识别，帧的接收与发送，链路的管理，帧的差错控制等。MAC子层的存在屏蔽了不同物理链路种类的差异性，对接物理层。

（2）LLC：

        LLC逻辑控制访问

        作用：LLC子层的主要功能为传输可靠性保障和控制，数据包的分段与重组，数据包的顺序传输，对接网络层。

（3）注解：

        该协议位于OSI七层协议中数据链路层，数据链路层分为上层LLC（逻辑链路控制），和下层的MAC（媒体访问控制），MAC主要负责控制与连接物理层的物理介质。在发送数据的时候，MAC协议可以事先判断是否可以发送数据，如果可以发送将给数据加上一些控制信息，最终将数据以及控制信息以规定的格式发送到物理层；在接收数据的时候，MAC协议首先判断输入的信息并是否发生传输错误，如果没有错误，则去掉控制信息发送至LLC（逻辑链路控制）层。

4.数据链路层的两种传输方式：

        单播、广播

5.数据链路层的三个基本问题：

（1）封装成帧：

        封装成帧就是在一段数据的前后分别添加首部和尾部，这样就构成了一个帧，接收端在收到物理层上交的比特流后，就能根据首部和尾部的标记，从收到的比特流中识别帧的开始和结束。

（2）透明传输：

        透明传输是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。

（3）差错检测：

        收到正确的帧就要向发送端发送确认，发送端在一定的期限内若没有收到对方的确认，就认为出现了差错，因而就进行重传，直到收到对方的确认为止。

        分类：奇数校验、偶数校验、CRC

6.以太网中的设备：

（1）集线器：

        集线器的英文称为“Hub”。“Hub”是“中心”的意思，集线器的主要功能是对接收到的信号进行再生整形放大，以扩大网络的传输距离，同时把所有节点集中在以它为中心的节点上。

（2）交换机：

        交换机（Switch）意为“开关”是一种用于电（光）信号转发的网络设备。，它可以为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的电信号通路。最常见的交换机是以太网交换机。

（3）网桥：

        两个端口的交换机

二、数据链路层的通信协议

1.冲突域和广播域：

（1）冲突域：

        交换机的每一个端口都是一个冲突域；冲突域只能发生在一个网段

（2）广播域：

        交换机的所有端口都在一个广播域；广播域在一个或多个网段内发生。

（3）区别：

        广播域可以跨网段
        在冲突域中所有的数据传输都是以广播形式；在广播域中，只有广播帧才会被所有主机接收。
        冲突域是基于第一层（物理层），而广播域是机于第二层（数据链路层） 。
        HUB 所有端口都在同一个广播域，冲突域内。Swith所有端口都在同一个广播域内，而每一个端口就是一个冲突域。

2.虚拟局域网（实验）VLAN：

（1）概念：

        VLAN（Virtual Local Area Network）即虚拟局域网，是将一个物理的LAN在逻辑上划分成多个广播域的通信技术。VLAN内的主机间可以直接通信，而VLAN间不能直接通信，从而将广播报文限制在一个VLAN内。

（2）优点和目的：

        划分广播域、增强局域网的安全性、提高健壮性、灵活构建工作组

（3）划分VLAN的方式：

        基于端口：给交换机的每个接口配置不同的PVID，当一个数据帧进入交换机接口时，如果没有带VLAN标签，且该接口上配置了PVID，那么，该数据帧就会被打上接口的PVID。如果进入的帧已经带有VLAN标签，那么交换机不会再增加VLAN标签，即使接口已经配置了PVID。        

        Access：只允许通过一个VLAN。Trunk：允许通过多个VLAN。hybird

        基于子网：配置好子网与VLAN映射表，如果交换设备收到的是untagged（不带VLAN标签）帧，交换设备根据报文中的源IP地址信息，确定添加的VLAN ID。将指定网段或IP地址发出的报文在指定的VLAN中传输，减轻了网络管理者的任务量，且有利于管理。

        基于MAC地址：先配置好MAC地址和VLAN ID映射关系表，当终端用户的物理位置发生改变，不需要重新配置VLAN。提高了终端用户的安全性和接入的灵活性。

        基于协议：将网络中提供的服务类型与VLAN相绑定，方便管理和维护。需要对网络中所有的协议类型和VLAN ID的映射关系表进行初始配置。需要分析各种协议的地址格式并进行相应的转换，消耗交换机较多的资源，速度上稍具劣势。

        基于匹配策略：先在交换机上配置好终端的MAC地址和IP地址，并与VLAN关联。只有符合条件的终端才能加入指定VLAN。符合策略的终端加入指定VLAN后，严禁修改IP地址或MAC地址，否则会导致终端从指定VLAN中退出。

3.CSMA/CD：

（1）概念：

        CSMA/CD即载波侦听多路访问/冲突检测，是广播型信道中采用一种随机访问技术的竞争型访问方法，具有多目标地址的特点。总线型网络传输数据。 总线型结构

（2）四大要点：

        先听再发、边听边发、冲突停止、延迟后发

4.PPP：

        点对点通信是一对一信道，因此不会发生碰撞，因此比较简单，采用PPP协议；其中PPP协议就是用户计算机和ISP(互联网服务提供商)进行通信时使用的数据链路层的协议。单播

        PPP 最初设计是为两个对等节点之间的 IP 流量传输提供一种封装协议。

5.CRC：

        循环冗余校验

        是数据通信领域中最常用的一种查错校验码，其特征是信息字段和校验字段的长度可以任意选定。循环冗余检查（CRC）是一种数据传输检错功能，对数据进行多项式计算，并将得到的结果附在帧的后面，接收设备也执行类似的算法，以保证数据传输的正确性和完整性。