【《計算機網路（第七版）》學習筆記】三、 資料鏈路層
3.1 使用點對點的通道的資料鏈路層
點對點通道：一對一
廣播通道 ： 一對多
3.1.1 資料鏈路和幀
鏈路：是一條無源的點到點的物理線路段，中間沒有任何其他的交換節點
資料鏈路：除了物理線路外，還必須有通訊協議來控制這些資料的傳輸。若把實現這些協議的硬體和軟體加到鏈路上，就構成了資料鏈路。
介面卡:用來實現這些協議的硬體和軟體。
3.1.2 三個基本問題
資料鏈路層傳遞到的是幀
1. 分裝成幀
在一段資料的前後分別新增首部和尾部，構成一個幀。
首部尾部一個重要作用就是幀定界。
2. 透明傳輸
當資料部分出現幀結束符EOT
解決規則
1. 在SOH、EOT前面加轉義字元“ESC”。
2. 在轉義字元前新增轉義字元
3.差錯控制
迴圈冗餘檢驗碼（CRC）
該技術只能做到無差錯接受
想要實現“可靠從傳”就要加上確認和重傳機制。
3.2 點對點協議PPP
3.2.1 PPP協議的特點
使用者計算機和網際網路服務提供商（ISP）進行通訊時所使用的資料鏈路層協議。
設計PPP使需要滿足的需求
- 簡單
- 分裝成幀
- 透明性
- 多種網路層協議
- 多種型別鏈路
- 差錯檢測
- 檢測連線狀態
- 最大傳送單元
- 網路層地址協商
- 資料壓縮協商
PPP協議的組成
- 一個將IP資料包封裝到序列鏈路的方法。
- 一個用來建立、配置和測試資料鏈路連結的鏈路控制協議LCP。
- 一套網路控制協議NCP。
3.2.2 PPP協議的幀格式
當同步傳輸時
- 傳送端，只要發現5個連續1，則立即填入一個0
- 接收端，刪除5個連續1後面的一個0
當非同步傳輸時
- 傳送端資訊欄位的每一個
0x7E轉變成0x7D, 0x5E - 傳送端資訊欄位的每一個
0x7D轉變成0x7D, 0x5D - 傳送欄位出現控制字元，在前新增
`0x7D
3.2.3 PPP協議的工作狀態
3.3 使用廣播通道的資料鏈路層
3.3.1 區域網的資料鏈路層
區域網
特點：網路為一個單位所擁有，且地理範圍和站點數目均有限。
優點：
- 具有廣播功能
- 便於系統的擴充套件和逐漸演變
- 提高了系統的可靠性、可用性和生存性。
拓撲結構
媒體共享技術
- 靜態劃分通道
- 動態媒體接入控制（隨機接入、受控接入）
資料鏈路層的兩個子層
- 邏輯鏈路控制 LLC(Logical Link Control)子層
- 媒體接入控制 MAC(Medium Access Control)子層
介面卡的作用
通訊介面卡(adapter)
連線計算機與區域網
功能：
- 進行序列/並行轉換。
- 對資料進行快取。
- 實現乙太網協議。
3.3.2 CSMA/CD 協議
乙太網的兩個重要措施
- 採用較為靈活的無連線的工作方式。
- 乙太網對傳送的資料幀不進行編號，也不要求對方發回確認。
使用曼切斯特編碼
協議要點
- 多點接入
- 載波監聽
- 碰撞檢測
爭用期
乙太網的端到端往返時延
截斷二進位制指數退避演算法
解決一旦發現碰撞，碰撞站要立即停止傳送，各自隨機時延後重傳.的等待時間問題。
最短有效幀長：64位元組
乙太網的幀間最小間隔：9.6 μs
3.3.3 使用集線器的星形拓撲
3.3.4 乙太網的通道利用率
τ是乙太網單程端到端傳送時延
T0是幀的傳送時間
3.3.5 乙太網的 MAC 層
- MAC 層的硬體地址
- 48 位，全球唯一
MAC幀
3.4 擴充套件的乙太網
3.4.1 在物理層擴充套件區域網
優點
- 擴大了乙太網覆蓋的地理範圍。
- 計算機能夠進行跨系的通訊。
缺點
- 碰撞域增大了，但總的吞吐量並未提高。
- 使用不同乙太網技術（如資料率不同）的碰撞域，不能用集線器互連。
3.4.2 在資料鏈路層擴充套件區域網
網橋
工作在資料鏈路層，它根據 MAC 幀的目的地址對收到的幀進行過濾和轉發。
乙太網交換機
- 網橋的一種
- 每個介面都直接與主機相連，一般都工作在全雙工方式
- 交換機能同時連通許多對的介面，使每一對相互通訊的主機都能像獨佔通訊媒體那樣，進行無碰撞地傳輸資料
- 介面有儲存器，能在輸出埠繁忙時把幀進行快取
- 是一種即插即用裝置，內部有一個幀交換表，用於轉發和過濾幀
- 有自學習功能，生成交換表
生成樹協議STP
解決兜圈子問題
從“匯流排結構乙太網”到“星形結構乙太網”
- 隨著站數增加，匯流排乙太網可靠性下降。
- 大規模積體電路和專用晶片的發展，使得星形結構的乙太網既便宜又可靠。
- 乙太網交換機不共享匯流排，沒有碰撞問題，不使用CSMA/CD，無爭用期。
- 仍採用乙太網幀結構。
3.4.3 虛擬區域網
利用乙太網交換機可以很方便地實現虛擬區域網VLAN（Virtual LAN）。
- 不存在廣播風暴
3.5 高速乙太網
3.5.1 100BASE-T乙太網
在雙絞線上傳送100Mbit/s基帶訊號的星型拓撲乙太網。
3.5.2 吉位元乙太網
允許在 1 Gb/s 下全雙工和半雙工兩種方式工作。
3.5.3 10 吉位元乙太網和更快的乙太網
- 只使用光纖作為傳輸媒體。
- 只工作在全雙工方式
- 端到端的乙太網傳輸
3.5.4 使用高速乙太網進行寬頻接入
採用乙太網接入可實現端到端的乙太網傳輸，中間不需要再進行幀格式的轉換