数据链路层基本概念和基本问题
• 数据链路层使用的信道类型：
点对点信道：一对一
广播信道：一对多
• 链路和数据链路
链路：一条链路只是一条通路的一个组成部分
数据链路：除了物理线路外，还需要通信协议
• 帧、帧头、帧尾、物理层地址
数据链路层解决的三个基本问题
• 封装成帧
• 透明传输：转义字符
• 差错控制
循环冗余检验（CRC），得到的余数为帧检验序列FCS（Frame Check Sequence）
使用点到点信道的数据链路层：PPP协议
PPP协议：保证无差错接受，不保证无差错传输
• 0x0021：IP数据包
• 0xC021：
共享通信媒体：
• 静态划分
• 动态划分
载波监听多点接入/碰撞检测 以太网使用CSMA/CD协议
CSMA/CD表示Carrier Sense Multiple Access with Collison Detection
• “多点接入”表示许多计算机以多点接入的方式连接在一起
• “载波监听”是指每一个站在发送数据之前要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据，如果有，则暂时不要发送数据，以免发生碰撞
使用CSMA/CD协议的以太网不能进行全双工通信而只能进行双向交替通信（半双工通信）
每个站在发送数据之后的一小段时间内，存在着遭遇碰撞的可能性
这种发送的不确定性使整个以太网的平均通信量远小于以太网的最高数据率
以太网的争用期
• 以太网的端到端往返时延2t称为争用期，或碰撞窗口。通常，取51.2us为争用期的长度
• 对于10Mb/s以太网，在争用期可发送512bit，即64字节
• 以太网在发送数据时，若前64字节未发生冲突，则后续的数据就不会发生冲突
最短有效帧长
• 如果发生冲突，就一定是在发送的前64字节之内。
• 由于一检测到冲突就立即中止发送，这时已经发送出去的数据一定小雨64字节
• 以太网规定了最短有效真长为64字节，凡长度小于64字节的帧都是由于冲突而异常中止无效帧。
二进制指数类型退避算法
• 确定基本退避时间，一般是取为争用期2t。
• 定义参数k，k=Min[重传次数，10]
• 从整数集合[0,1,...,(2^k-1)]中随机取出一个数，记为r。重传所需的时延就是r倍的基本退避时间
• 当重传达16次仍不能成功时即丢弃该帧，并向高层报告
以太网的两个标准
• DIX Ethernet V2是世界上第一个局域网产品（以太网）
• IEEE的802.3标准
以太网与数据链路层的两个子层
• 逻辑链路控制LLC(Logical Link Control)子层
• 媒体接入控制MAC(Medium Access Control)子层
使用集线器的以太网在逻辑上仍然是一个总线网，各工作站使用的还是CSMA/CD协议，并共享逻辑上的总线
集线器标准10BASE-T: 意思是10M带宽，双绞线通信
100Base-FX： 100M带宽，光纤通信
100Base-T4
信道利用率：发送数据的时间占整个时间的比值
MAC层的硬件地址(MAC地址)
• IEEE的注册管理机构RA负责向厂家分配地址字段的前三个字节(即高位24)
• 地址字段中的后三个字节(即低24位)由厂家自行指派，成为泡影扩展标识符，必须保证生产出的适配器没有重复地址
• 一个地址块可以生成2^24个不同的地址。这种48位地址成为MAC-48，它的通用名称是EUI-48
• “MAC地址”实际上就是适配器地址或适配器标识符EUI-48
适配器检查MAC地址
• 如果是发往本站的帧则收下，然后再进行其他的处理
• 否则就将此帧丢弃，不再进行其他的处理
“发往本站的帧”包括以下三种帧：
• 播(unicast)帧(一对一)
• 广播(broadcast)帧(一对全体)
• 多播(multicast)帧(一对多)
帧间最小间隔9.6us，相当于96bit的发送时间
以太网
扩展以太网
• 距离扩展 100M 光纤
• 集线器级联 使网络中计算机数量增加，组建了一个大的冲突域
优化以太网
在数据链路层扩展局域网是使用网桥(交换机的前身)(基于MAC地址进行转发)
交换机是存储转发的(全双工通信,端口带宽独享)，集线器是收到就发。
集线器和交换机连接使用交叉线
高速以太网：速度达到或超过100Mb/s的以太网称为高速以太网
在双绞线上传送10Mb/s的基带信号的星型拓扑以太网，仍使用IEEE 802.3的CSMA/CD协议。100BASE-T以太网又称为快速以太网(Fast Ethernet)
100Base-T以太网的物理层：
• 100BASE-TX：使用2对UTP 5类线或屏蔽双绞线STP
• 100BASE-TX：使用2对光纤
• 100BASE-TX：使用4对UTP 3类线或5类线
吉比特以太网的物理层：
1000BASE-X 基于光纤通道的物理层：
• 1000BASE-SX：SX表示短波长，传输距离275或550米
• 1000BASE-LX：LX表示长波长，传输距离550或5000米
• 1000BASE-CX：CX表示铜线，传输距离25米
1000BASE-T：使用4对5类线UTP
端到端的以太网传输：
• 成熟的技术
• 互操作性好
• 在广域网中使用以太网时价格便宜
• 统一的帧格式简化了操作和管理
