資料鏈路層

1、鏈路層基礎

網絡卡（nic，網路介面卡）是計算機終端接入區域網的重要裝置，具備物理層和資料鏈路層的功能。nic以雙絞線、電纜等序列方式與區域網通訊，與計算機則以io匯流排並行方式通訊。主要作用是：

1）提供終端唯一的實體地址mac位址（由廠家燒入，48位）；

2）將上層資料封裝成幀和從幀中提取資料整合後提交上層。

3）實現區域網和計算機傳輸資料之間的串並轉換。

資料鏈路層中的傳輸單元是幀（具有意義）而非位元流（無意義）。網絡卡物理層接收到區域網的位元流，提交給dl層，如果dl層發現不是自己的或出現差錯就丟棄，如果dl層發現是自己的就交給ip層。這些過程都是通過nic實現的。

資料鏈路層主要考慮三個問題：

1）封裝成幀：給資料新增首部和尾部，幀定界（soh/eot）；

2）透明傳輸：資料中不能出現於eot相同的碼元，若出現則需要在該碼元前方填充轉義字元esc（1b）；

3）差錯檢測：crc檢驗和fcs幀校驗碼。

2、點對點協議ppp

ppp協議的工作流程：建立物理連線（撥號連線等）->建立lcp連線（配置協商）->鑑別（驗證身份）->網路層協議（鑑別成功）->鏈路完整建立（ncp協商）

使用者撥號接入isp就建立了一條物理連線，然後使用者端向isp傳送一系列lcp分組（ppp幀）與isp進行lcp引數配置協商，配置協商完畢之後需要通過身份鑑別（保證安全性），之後ppp鏈路兩端的ncp（網路層）根據不同的網路層協議交換網路控制分配（ncp引數配置），協商成功之後則完整建立了ppp鏈路，之後鏈路雙方可以向雙方傳送分組。若一端發出終止請求lcp分組在收到返回的確認終止lcp分組後關閉鏈路，如果鏈路出現故障也將關閉鏈路。

3、區域網協議csma/cd

區域網協議基於廣播通道，採用無連線方式，為不可靠傳輸；使用mac幀格式，需要考慮到多方同時在同一鏈路傳送資料的情況。若出現這一情況，則會發生碰撞使雙方所傳送資料都損毀。

mac位址48位，用於唯一標識現實世界中的計算機。ip位址用於標識網際網路中的計算機位址。mac位址由目的位址（6位元組）、源位址（6位元組，mac位址）、型別（2）位元組、資料（ip包，46~1500位元組）、fcs（4位元組）組成，幀長為64~1518位元組（18位元組的頭部）。為保證同步傳輸，一般在mac前加8個位元組前同步碼（由硬體產生），前7個位元組位為交替1和0（即1010…10），最後一位元組為幀定界符（soh，結尾為eot在fcs之後），前七位也是1、0交替，最後一位為1，通知接收端此位之後為正式資料。實際上，乙太網是以幀為單位傳輸，資料採用曼徹斯特編碼，用電壓變化表示資訊，並且在每幀會相隔一段時間（規定為9.6us），如果在這段時間沒有電壓變化則可以認為已無資料傳輸，故而不需要幀定界符，也不需要位元組插入來保證透明傳輸。

乙太網規定了最短有效幀長為64位元組，這是因為如果前64位元組未發生碰撞，則之後就不會發生碰撞。乙太網將爭用期規定為51.2us，對於10mbps的乙太網，在爭用期可傳送512bit資料，即64位元組。如果在爭用期傳送了64位元組，說明無人與之競爭。若在此之後有使用者想要傳送資料會先偵聽通道，發現有資料傳送，則會保持等待而不會傳送資料，故而如果已經傳送了64位元組資料，則之後不會出現碰撞。如果資料不足64位元組，則在爭用期其他使用者可能尚未偵聽到該資料在傳送而己方則開始傳送，結果導致碰撞，因此需要將該幀填充至64位元組再傳送（實際上填充的是資料部分，將資料部分不足46位元組的填充至46位元組）。

4、擴充套件乙太網

1）在物理層擴充套件：集線器，因為集線器相當於**器，不進行碰撞檢測，多個碰撞域會合併成乙個更大的碰撞域，吞吐量將受到原最小吞吐量系統的制約（網路最小吞吐量）；

2）在資料鏈路層擴充套件：網橋，二層裝置，具備碰撞檢測功能，可隔離碰撞域和增大吞吐量（各網路吞吐量之和），可以抑制廣播風暴；網橋在**幀時不改變源位址，通過自學習的方式更新**表**發表含有位址和介面兩個專案）。網橋使用生產樹演算法可以得到原網路拓撲的子集，使用生成樹演算法可以有效避免**幀「兜圈子」。

廣播風暴：網路因為傳輸太多廣播資訊，導致網路擁塞而使通訊無法進行。

3）交換機：通過在乙太網幀新增vlan標記（4位元組）實現vlan（在源位址後型別前），避免廣播風暴。因此乙太網幀長度為68~1522位元組。

資料鏈路層

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