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数据链路层三个基本问题

1. 封装成帧
   在一个数据段加上首部和尾部，构成一帧，确定帧的界限。
   首部和尾部一个重要的作用就是进行帧定界
   
2. 透明传输
   
   解决办法：字节填充（在异步网络中）或者字符填充（在同步网络中）。即在EOT前插入转义字符ESC
   注意：接收端的数据链路层在把数据向网络层传输之前需要删除转义字符。
   如果转移字符出现在数据当中，在其之前也应该加上转义字符
   
3. 差错控制
   
   解决方案：循环冗余检验（CRC)
   
   

注意：CRC差错检测只能做到无差错接受或者无比特差错，不能够做到可靠传输（发送什么就收到什么），要做到可靠传输必须加上确认和重传机制。

数据链路层协议都不是可靠传输协议

点对点协议PPP

PPP协议特点

有身份验证的功能

PPP协议帧格式

• PPP帧首部和尾部分别为4个字段和2个字段
• 标志字段F=0x7E
• 地址字段A只置为0xFF，其实不起作用
• 控制字段C通常置为0x03
• PPP是面向字节的，所有的PPP帧的长度都是整数字节

透明传输

字符填充

• 信息字段中出现0x7E则转变成2字节序列(0x7D, 0x5E);
• 信息字段中出现0x7D则转变成2字节序列(0x7D, 0x5D)

零比特传输

在发送端，只要发现有 5 个连续 1，则立即填入一个 0。

接收端对帧中的比特流进行扫描。每当发现 5 个连续1时，就把这 5 个连续 1 后的一个 0 删除

PPP协议工作状态

广播信道

局域网的数据链路层

具有广播功能

以太网

CSMA/CD协议

以太网

• 以太网采用较灵活的无连接工作方式；
  以太网提供的服务是 不可靠的交付
• 以太网发送的数据都使用曼彻斯特编码
  

CSMA/CD含义：载波监听/多点接入/碰撞检测

• 多点接入：表示许多计算机以多点接入的方式连接到一根总线上
• 载波监听：指每个站在发送数据之前要检测总线上是否有其他计算机在发送数据，如果有，则暂时不发数据，以免发生碰撞
• 碰撞检测：计算机边发送数据边检测信道上的信号电压的大小；当一个站检测到信号电压超过阈值，就认为总线上发生了碰撞
  

争用期：

以太网的端到端往返时延2τ称为争用期或碰撞窗口。经过2τ时间还没有检测到碰撞，才能肯定这次发送不会发生碰撞。

以太网最短帧长：64字节。以太网在发送数据时，如果前64字节没有发生冲突，则后续的数据就不会发生冲突。

强化碰撞：发生碰撞之后立即发送数据；并且继续发送若干比特的人为干扰信号，让所有用户知道发生了碰撞。

CSMA/CD协议的要点：

先听后发，边听边发，冲突停止，延迟重发

以太网的MAC层

局域网中，硬件地址又称为物理地址或MAC地址，也就是网卡地址。必须保证没有重复地址

MAC帧格式

注：由于以太网最短帧长为64字节，MAC帧格式帧头和帧尾共18个字节，所以IP数据报最短长度为64-18 = 46字节

扩展以太网

在物理层扩展

• 使用光纤扩展，使得主机可以与几公里外的集线器相连
  
• 使用集线器扩展
  

在数据链路层扩展

使用交换机（网桥）进行扩展。当网桥收到一个帧时，并不是广播，而是检查此帧的MAC地址 ，然后确定将该帧转发到哪个接口。

以太网交换机的交换方式：

• 存储转发方式：将整个数据帧先缓存后再进行处理。
• 直通方式：接受数据帧之后就立即按数据帧的MAC地址进行转发，速度快但是缺少差错检测。

以太网交换机自学习功能：

以太网交换机里的交换表一开始是空的，当交换机收到帧后先查找交换表，如果没有查到则进行广播，当有接口接收之后，便将该口的MAC地址记录到交换表中。 当在查找表中找到数据帧的目标MAC地址，则直接转发到该接口中。

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