1.使用点对点信道的数据链路层

1.1.数据链路和帧

• 链路：一个节点到相邻节点的一段物理线路
• 数据链路：链路+协议的硬件和软件(网络适配器来实现协议)
• 早期的数据通信协议层叫做通信规程
• 数据链路层的协议数据单元——帧
• 点对点信道的数据链路层通信步骤：
  1. 将网络层交下来的ip数据报添加首部和尾部封装成帧
  2. 发送到另一节点的数据链路层
  3. 检错（上交或丢弃）

1.2.三个基本问题：封装成帧、透明传输、差错检测

1.2.1.封装成帧

• 所有在互联网上传送的数据都以ip数据包报为传送单位
• 在帧的数据部分添加首部和尾部，构成完整的帧
• 首尾部作用：帧定界

1.2.2.透明传输

• 字符填充、字节填充

• 控制字符：SOH(首)、EOT(尾)

• 转义字符：ESC

1.2.3.差错检测

• 比特差错：1变0，0变1
  • 误码率BER：传输错误的比特占传输比特总数的比率
  • 循环冗余检验CRC
  • 帧检验序列FCS:为了检错而添加的冗余码
  • 数据链路层不提供可靠传输（只检不修）
• 传输差错：帧丢失、帧重复、帧失序
  • 解决方式：帧编号、确认、重传机制
• 对于通信质量良好的有线传输链路，数据链路层协议不使用用确认和重传
• 对于通信质量不好的无线传输链路，数据链路层协议使用用确认和重传

2.点对点协议PPP

2.1.PPP应满足的需求

• 简单、封装成帧、透明、多层网络协议、多种类型链路、差错检测······
• 多层网络协议：同一条物理链路上同时支持多种网络层协议的运行

2.2.PPP协议的组成

• 封装IP数据报到串行链路的方法
• 链路控制协议LCP
• 网络控制协议NCP

2.3.PPP协议的帧格式

• 7E表示开始或结束
• 连续两帧之间只需要1个标志字段
• 如果出现连续两个7E,则表示这是一个空帧，应当丢弃
• 首部5字节 F A C 协议(2)
• 数据部分（IP数据报）不超过1500字节
• 尾部3字节 FCS(2) F

2.3.1.字节填充(针对信息部分)

• 7D转为7D5D
• 7E 转为7D5E

2.3.2.零比特填充

• 连续出现5个1，就在后面加0

3.使用广播信道的数据链路层

3.1.局域网的数据链路层

• 局域网的特点：网络被一个单位所拥用，且地理范围和站点数目有限
• 共享信道在技术上有两种方法
  • 静态划分信道
  • 动态媒体介入控制（多点接入）
    • 随机接入：所有用户可随机发送信息，会产生碰撞，必须有解决碰撞的网络协议
    • 受控接入：用户不能随机的发送信息，必须服从一定的控制，轮询或者探询方式
• 局域网的数据链路层被分为两个子层
  • 逻辑链路控制L L C
  • 媒体介入控制MAC
• 适配器(网卡)：与外界局域网的通信所需要的

3.2.CSMA/CD协议

• 译：载波监听多点接入/碰撞检测
• 为了通信方便，以太网采取了两种措施
  • 无连接方式：不必先建立连接就可以直接发送数据。
    • 不编号，也不要求发回确认
    • 尽最大努力交付，不可靠的交付
  • 曼彻斯特编码信号
• 协议要点：多点接入，载波监听，碰撞检测
  • 碰撞检测时间，要考虑最坏情况，所以取往返时间或者二倍的单程时间
• 半双工通信
• 以太网采用截断二进制指数退避算法处理碰撞后重传
  • 规定基本退避时间争用期2t，争用期时间为51.2us，即512比特时间
  • 从【0，1，···，(2的k次幂 -1)】随机选出一个数，记r。重传应推后的时间就是r倍的争用期
  • k=min【重传次数，10】
  • 所以重传次数小于10时，k等于重传次数，超过10时，k=10
  • 当重传达到16次仍不能成功时，就丢弃

3.3.集线器拓扑

• 集线器特点：
  • 使用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网，各站共享逻辑上的总线，使用的还是CSMA/CD协议，并在同一时刻至多只允许一个站发送数据
  • 一个集线器有多个接口
  • 集线器工作在物理层
  • 集线器本身必须非常可靠

3.4.MAC层

• 物理地址，硬件地址，MAC层
• 现在实际使用的都是6字节
• 帧格式
  • 662 + （46-1500）+4
  • 目的地址，源地址，类型+数据报+FCS

3.4.1.在数据链路层拓展以太网（交换机）

3.4.1.1.以太网交换机的特点

• 多接口网桥
• 全双工方式
• 并行性
• 独占传输媒体，无碰撞的传输数据
• 内部有交换表，通过自学习算法建立
• 有存储器，缓存功能，存储转发
• 也有一些交换机采用 直通，不缓存，直接转发，提高了转发速度(不检查差错)
• 生成树协议STP：不改变网络的实际拓扑，但从逻辑上切断了某些链路，使得从一台主机到所有其他主机的路径是无环路的树状结构

3.4.2.虚拟局域网Vlan

• vlan是局域网给用户提供的一种服务，不是新型局域网
• vlan是用户和网络资源的逻辑组合