第三章 數據鏈路層
數據鏈路=物理鏈路+必要的通信協議。
幀：在點對點信道的數據鏈路層的協議數據單元。
3.1三個基本問題
1.封裝成幀：就是在一段數據的前後分別添加首部和尾部。這也是不同於其他層的地方，其它層都是添加了頭部。
幀的數據部分長度上限-最大的傳送單元MTU
2.透明傳輸：表示某一個實際存在的事物看起來卻好像不存在一樣。
3.差錯檢測：爲了保證數據傳輸的可靠性，在計算機網絡傳輸數據是，必須採用各種差錯檢測措施，目前在數據鏈路層廣泛使用功能了循環冗餘檢驗CRC。
未來進行檢錯而添加的冗餘碼常稱爲幀檢驗序列FCS。
循環冗餘檢驗CRC和幀檢驗序列FCS並不等同。
1.CRC是一種常用的檢錯方法，而FCS是添加在數據後面的冗餘碼。
2.FCS可以用CRC這種方法得出，但是CRC並非用來獲得FCS的唯一驗證。
在數據鏈路層若僅僅使用CRC差錯檢測技術，則只能做到對幀的無差錯接受。
傳輸差錯：幀丟失，幀重複，幀失序。
3.2點對點協議PPP
協議應滿足的要求：簡單，封裝成幀，透明性，各種網絡層協議，多種類型鏈路，差錯檢測，檢測連接狀態，最大傳送單元，網絡倉地址協商，數據壓縮協商。
協議不需要的功能：糾錯，流量控制，序號，多點鏈路，半雙工或單工鏈路。
PPP協議的三個部分：
1.一個將IP數據包封裝到串行鏈路的方法。
2.鏈路控制協議LCP。
3.網絡控制協議NCP。
PPP幀的格式如下：
當PPP使用異步傳輸時，它吧轉義符定義爲0x7D,即01111101，使用字節填充。
當使用同步傳輸時，採用零比特填充。
適配器的作用：
網絡接口板又稱爲網絡適配器，或網絡接口卡NIC，或網卡。
適配器的重要功能：1.進行串行/並行轉換。2.對數據進行緩存，3.在計算機的操作系統安裝設備驅動程序。4.實現以太網協議。
局域網三種拓撲結構：星型網，總線網，環形網。
3.3CSMA/CD協議
此協議就是解決總線型數據發生碰撞問題。
CSMA/CD協議要點：先聽後發，邊聽邊發，衝突回退，侯時重發。
1.多點接入：說明這就是總線型網絡，許多計算機以多點接入的方式連接在一根總線上。
2.載波監聽：就是用電子技術檢測總線上有沒有其他計算機也在發送。載波監聽就是檢測信號，不管在發送前，還在在發送中，每個站都必須不停地檢測信道。
3.碰撞檢測：即邊發送邊監聽。也成爲衝突檢測。
在使用CSMA/CD協議時，一個站不可能同時進行發送和接收，但必須邊發送邊監聽信道。因此使用CSMA/CD協議的以太網只能進行半雙工通信。
以太網對頂了一個最短幀長64字節。如果發生碰撞，就一定是在發送的前64個字節之內，由於已檢測到衝突就立即終止發送，這時已經發送出去的數據一定小於64字節，因此凡長度小於64字節的幀都是由於衝突而異常中止的無效幀。
3.4擴展的以太網
擴展主機和集線器之間的距離的一種簡單方法就是使用光纖。
集線器
1.使用集線器的局域網在物理上是一個星型網。但是在邏輯上仍是一個總線網，各佔共享邏輯上的總線，使用功能還是CSMA/CD協議。
2.一個集線器有許多接口，使用RJ-45插頭。一個集線器很像一個多接口的轉發器。
3.集線器工作在物理層，它的每個接口僅僅轉發比特（0/1），所不進行碰撞檢測。
適配器
硬件地址是MAC地址，全球統一48位。MAC地址就是適配器地址。
適配器具有過濾功能。但適配器從網絡上每收到一個MAC幀就先用硬件檢查MAC幀中的目的地址，如果是發往本站的幀則收下，然後在進行其他的處理。
幀分爲三種：
單播：一對一。即收到的幀的MAC地址與本站的硬件地址相同。
廣播：一對全體。及發送給本局域網上所有站點的幀（全1地址）。
多播：一對多。及發送給本局域網上一部分站點的幀。
所有的適配器都至少應當能夠識別單播和廣播幀，有的適配器可用編程方法識別多播地址。以太網適配器還可設置一種特殊的工作方式，即混雜方式，工作在混雜方式的適配器只要聽到有幀在以太網上傳輸就都悄悄地接受下來。
IEEE802.3標準規定凡出現下列情況之一的即爲無效的MAC幀：
1.幀額長度不是整數個字節。
2.用收到的幀檢驗序列FCS查出有差錯。
3.收到的幀的MAC客戶數據字段額的長度不在46-1500字節之間，考慮到MAC幀首部和尾部的長度共有18個字節，可以得出有效的MAC幀長度爲64-1518字節之間。
網橋
對收到的幀根據其MAC幀的目的地址進行轉發和過濾。
以太網交換機
實質上就是一個多接口的網橋。工作在全雙工方式，並且具有並行性，即能同時連通多對接口，使多對主機能同時通信。（而網橋之恩能夠一次分析和轉發一個幀）。
集線器，適配器，網橋與以太網交換機的區別
廣播域（broadcast domain）：指這樣一部分網絡，其中任何一臺設備發出的廣播通信都能被該部分網絡中的所有其他設備所接收。
碰撞域（collision domain）又稱爲衝突域，是指網絡中一個站點發出的幀會與其他站點發出的幀產生碰撞或衝突的那部分網絡。碰撞域越大，發生碰撞的概率越高。
總線以太網 和 10Base_T 星形以太網：所有計算機都處於同一個碰撞域中和同一個廣播域中。
採用以太網交換機的星形以太網：每個接口都處於一個獨立的碰撞域（或衝突域）中，但所有計算機都處於同一個廣播域中。
3.5虛擬局域網NLAN
虛擬局域網 VLAN 是由一些局域網網段構成的與物理位置無關的邏輯組，而這些網段具有某些共同的需求。每一個 VLAN 的幀都有一個明確的標識符，指明發送這個幀的計算機是屬於哪一個 VLAN。
虛擬局域網其實只是局域網給用戶提供的一種服務，而並不是一種新型局域網。
虛擬局域網（VLAN）技術具有以下主要優點：1.改善了性能，2.簡化了管理，3.降低了成本,4.改善了安全性.
劃分虛擬局域網的方法:1.基於交換機端口,2.基於計算機網卡的MAC地址,3.基於協議類型,4.基於IP子網地址,5.基於高層應用或服務.
在虛擬局域網上的每一個站都可以收到同一個虛擬局域網上的其他成員所發出的廣播。虛擬局域網限制了接收廣播信息的計算機書，使的網絡不會應爲傳播過多的廣播信息（即廣播風暴）而引起性能惡化。
3.6100BASE-T 以太網
速率達到或超過 100 Mbit/s 的以太網稱爲高速以太網。
100BASE-T 在雙絞線上傳送 100 Mbit/s 基帶信號的星形拓撲以太網，仍使用 IEEE 802.3 的 CSMA/CD 協議。
100BASE-T 以太網又稱爲快速以太網 (Fast Ethernet)。
1995 年IEEE已把 100BASE-T 的快速以太網定爲正式標準，其代號爲 IEEE 802.3u。
3.7吉比特以太網
允許在 1 Gbit/s 下以全雙工和半雙工兩種方式工作。
使用 IEEE 802.3 協議規定的幀格式。
在半雙工方式下使用 CSMA/CD 協議，全雙工方式不使用 CSMA/CD 協議。
與 10BASE-T 和 100BASE-T 技術向後兼容。
載波延伸：使最短幀長仍爲 64 字節（這樣可以保持兼容性），同時將爭用時間增大爲 512 字節。凡發送的 MAC 幀長不足 512 字節時，就用一些特殊字符填充在幀的後面，使MAC 幀的發送長度增大到 512 字節。接收端在收到以太網的 MAC 幀
後，要將所填充的特殊字符刪除後才向高層交付。
分組突發：當很多短幀要發送時，第一個短幀要採用載波延伸方法進行填充，隨後的一些短幀則可一個接一個地發送，只需留有必要的幀間最小間隔即可。這樣就形成可一串分組的突發，直到達到 1500 字節或稍多一些爲止。
