网络-数据链路层回顾
數(shù)據(jù)鏈路層是干嘛的？
網(wǎng)絡(luò)層是研究分組怎樣從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)通過(guò)路由器轉(zhuǎn)發(fā)到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)
數(shù)據(jù)鏈路層主要研究在同一個(gè)局域網(wǎng)中，分組怎樣從一個(gè)主機(jī)傳送到另一個(gè)主機(jī)（不經(jīng)過(guò)路由器）
數(shù)據(jù)鏈路層主要使用兩種信道：
點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道：使用一對(duì)一的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信方式，使用PPP協(xié)議。
廣播信道：使用一對(duì)多的廣播通信方式，使用CSMA/CD協(xié)議。
數(shù)據(jù)鏈路層的三個(gè)需要解決的基本問(wèn)題：封裝成幀、透明傳輸、差錯(cuò)檢測(cè)
了解以太網(wǎng)MAC層的硬件地址
適配器、轉(zhuǎn)發(fā)器、集線器、網(wǎng)橋、以太網(wǎng)交換機(jī)的作用以及適用場(chǎng)合
兩個(gè)主機(jī)進(jìn)行通信時(shí)數(shù)據(jù)鏈路層的地位
主機(jī)H1通過(guò)電話線上網(wǎng)，中間經(jīng)過(guò)三個(gè)路由器（R1,R2和R3）連接到遠(yuǎn)程主機(jī)H2。中間經(jīng)過(guò)的網(wǎng)絡(luò)可以是多種的。
如下圖中所示的：電話網(wǎng)、局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)。
當(dāng)主機(jī)H1向H2發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，從協(xié)議的層次上觀察，數(shù)據(jù)的流動(dòng)如下圖所示。
主機(jī)H1和H2都有完整的五層協(xié)議棧，但是由路由器轉(zhuǎn)發(fā)分組時(shí)使用的協(xié)議棧只有下面三層。
數(shù)據(jù)進(jìn)入路由器后先從物理層開(kāi)始最后上升的網(wǎng)絡(luò)層，在轉(zhuǎn)發(fā)表中查找到下一跳的地址后，再下到物理層轉(zhuǎn)發(fā)出去。
當(dāng)我們專門(mén)研究數(shù)據(jù)鏈路層的問(wèn)題時(shí)，我們可以只關(guān)心在協(xié)議棧中水平方向的各個(gè)數(shù)據(jù)鏈路層，如下圖所示。
H1的鏈路層---->R1的鏈路層---->R2的鏈路層---->R3的鏈路層---->H2的鏈路層
H1和H2的通信可以看成是由四段不同的數(shù)據(jù)鏈路層通信組成，即：H1--->R1，R1---->R2，R2---->R3，R3---->H2
這四段不同的鏈路層可能采用不同的鏈路層協(xié)議。
使用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道的數(shù)據(jù)鏈路層
數(shù)據(jù)鏈路和幀
首先我們需要區(qū)分什么是鏈路什么是數(shù)據(jù)鏈路
- 鏈路（物理鏈路）：就是從一個(gè)結(jié)點(diǎn)到相鄰結(jié)點(diǎn)的一段物理線路（有線或無(wú)線），中間沒(méi)有任何其他的交換結(jié)點(diǎn)。
兩個(gè)計(jì)算機(jī)之間的通信路徑，往往需要經(jīng)過(guò)許多這樣的鏈路。鏈路只是通信路徑的組成部分
- 數(shù)據(jù)鏈路（邏輯鏈路）：數(shù)據(jù)鏈路層上傳輸數(shù)據(jù)，在有物理線路之外，還需要有一些必要的通信協(xié)議來(lái)控制這些數(shù)據(jù)的傳輸。若把實(shí)現(xiàn)這些協(xié)議的硬件和軟件加到鏈路上，就構(gòu)成了數(shù)據(jù)鏈路。
數(shù)據(jù)鏈路層一般通過(guò)網(wǎng)絡(luò)適配器（硬件和軟件）來(lái)實(shí)現(xiàn)這些協(xié)議
- 幀：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道的數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元。
數(shù)據(jù)鏈路層把網(wǎng)絡(luò)層交下來(lái)的數(shù)據(jù)構(gòu)成幀發(fā)送到鏈路上，以及把接收到的幀中的數(shù)據(jù)取出并上交給網(wǎng)絡(luò)層
網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議數(shù)據(jù)單元---IP數(shù)據(jù)報(bào)（數(shù)據(jù)報(bào)、分組、包）
點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)鏈路層進(jìn)行通信的主要步驟：
? ? ? ?假設(shè)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)AB之間進(jìn)行，則只需關(guān)注這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層、物理層
?
需要解決的三個(gè)基本問(wèn)題
- 封裝成幀
什么是封裝成幀？
在一段數(shù)據(jù)的前后分別添加首部和尾部，這樣就構(gòu)成了一個(gè)幀。
如何封裝成幀？
網(wǎng)絡(luò)層的IP數(shù)據(jù)報(bào)傳送到數(shù)據(jù)鏈層就成為幀的數(shù)據(jù)部分。
在幀的數(shù)據(jù)部分的前面和后面分別添加上首部和尾部，就構(gòu)成一個(gè)完整的幀。
這個(gè)完整的幀就是數(shù)據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù)傳送單元
幀的首部和尾部的作用
1.進(jìn)行幀界定：接收到物理層上交的比特流后，就能根據(jù)首部和尾部的標(biāo)記，從收到的比特流中識(shí)別幀的開(kāi)始和結(jié)束
2.添加一些必要的控制信息
幀界定
幀的開(kāi)始和結(jié)束的標(biāo)記使用專門(mén)指明的控制字符：
在一個(gè)幀的最前面添加SOH(Start Of Header)控制字符，表示幀的首部開(kāi)始
在一個(gè)幀的末尾添加EOT(End Of Transmission)表示幀的結(jié)束。
SOH和EOT只是控制字符的名稱。并不是真正的字符S、O、H（或者E、O、T）。
它們十六進(jìn)制編碼分別為01（二進(jìn)制為00000001）04（二進(jìn)制為00000100）
最大傳送單元MTU(Maximum Transfer Unit)——每一種鏈路層協(xié)議都規(guī)定的所能傳送的幀的數(shù)據(jù)部分長(zhǎng)度上限
- 透明傳輸
什么是透明傳輸？
無(wú)論什么比特組合的數(shù)據(jù)都能通過(guò)這個(gè)數(shù)據(jù)鏈路層。也就是說(shuō)數(shù)據(jù)鏈路層對(duì)這些數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)是透明的
怎么實(shí)現(xiàn)透明傳輸？
因?yàn)閹拈_(kāi)始和結(jié)束的標(biāo)記使用專門(mén)指明的控制字符。
因此，所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)中的任何8比特的組合一定不允許和用作幀界定的控制字符的比特編碼一樣。
為了解決透明傳輸問(wèn)題，我們就需要解決在數(shù)據(jù)中可能出現(xiàn)的控制字符SOH或者EOT不被解釋為控制字符
解決了以上問(wèn)題就能實(shí)現(xiàn)透明傳輸。
解決辦法：字節(jié)填充或者字符填充
在發(fā)送端的數(shù)據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù)中出現(xiàn)控制字符 SOH 或者 EOT 的前面插入一個(gè)轉(zhuǎn)義字符 ESC （其十六進(jìn)制編碼是1B，二進(jìn)制是00011011）
如果轉(zhuǎn)義字符也出現(xiàn)在數(shù)據(jù)當(dāng)中，解決方法仍然是在轉(zhuǎn)義字符前面插入一個(gè)轉(zhuǎn)義字符
在接收端的數(shù)據(jù)鏈路層在把數(shù)據(jù)送往網(wǎng)絡(luò)層之前刪除這個(gè)插入的轉(zhuǎn)義字符，因此當(dāng)接收端收到連續(xù)兩個(gè)轉(zhuǎn)義字符時(shí)，就刪除其中前面的一個(gè)。
以上操作被稱為字節(jié)填充（byte stuffing）或字符填充（character stuffing）
- 差錯(cuò)檢測(cè)
在傳輸過(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生差錯(cuò)，如0變成1，或者1變成0。這稱為比特差錯(cuò)。
在傳輸過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)比特差錯(cuò)，但出現(xiàn)幀丟失、幀重復(fù)、幀失序這三種情況，則屬于傳輸差錯(cuò)，比特差錯(cuò)是傳輸差錯(cuò)的一種
在一段時(shí)間內(nèi)，傳輸錯(cuò)誤的比特占所傳輸比特總數(shù)的比率稱為誤碼率BER(Bit Error Rate)
如何解決比特差錯(cuò)？
目前在數(shù)據(jù)鏈路層廣泛使用 循環(huán)冗余檢驗(yàn)CRC（Cyclie Redundancy Check） 的檢錯(cuò)技術(shù)
原理：在發(fā)送端的數(shù)據(jù)鏈路層傳輸?shù)臄?shù)據(jù)后面添加冗余碼
? ? ? ? ? ?在接收端的數(shù)據(jù)鏈路層收到的數(shù)據(jù)以幀為單位進(jìn)行CRC檢驗(yàn)
? ? ? ? ? ?檢驗(yàn)得出的余數(shù)是否為0。是，表示無(wú)差錯(cuò)就接受該幀；不是，表示有差錯(cuò)，但不確定哪里出錯(cuò)就丟棄該幀。
為了進(jìn)行檢錯(cuò)而添加的冗余碼稱為 幀檢測(cè)序列FCS(Frame Check Sequence)
如何解決傳輸差錯(cuò)？
在CRC檢錯(cuò)的基礎(chǔ)上，增加幀編號(hào)、確認(rèn)和重傳機(jī)制
即：收到正確的幀就要向發(fā)送端發(fā)送確認(rèn)。
? ? ? ?發(fā)送端在一定的期限內(nèi)若沒(méi)有收到對(duì)方的確認(rèn)，就認(rèn)為出現(xiàn)了差錯(cuò)，因而就進(jìn)行重傳，直到收到對(duì)方的確認(rèn)為止。
?
為了提高通信效率，通信質(zhì)量良好的有線傳輸鏈路，數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議不使用確認(rèn)和重傳機(jī)制
也就是不要求數(shù)據(jù)鏈路層向上提供可靠傳輸?shù)姆?wù)。如果出現(xiàn)差錯(cuò)，那么改正的任務(wù)交給上層協(xié)議
?? ??? （如，運(yùn)輸層的TCP協(xié)議）完成。?? ?
通信質(zhì)量較差的無(wú)線傳輸鏈路，數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議使用確認(rèn)和重傳機(jī)制，數(shù)據(jù)鏈路層向上提供可靠傳輸?shù)姆?wù)，如無(wú)線網(wǎng)絡(luò)
?
點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議PPP
由來(lái)：因?yàn)樵缙谕ㄐ啪€路質(zhì)量不好，因此在數(shù)據(jù)鏈路層使用的協(xié)議是能實(shí)現(xiàn)可靠傳輸?shù)?高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制HDLC(High-level Data Link Control)協(xié)議
隨著通信線路質(zhì)量的提高，現(xiàn)在HDLC已經(jīng)很少使用了，改為使用相對(duì)簡(jiǎn)單的PPP協(xié)議
PPP協(xié)議就是用戶計(jì)算機(jī)和ISP進(jìn)行通信所使用的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議
每一個(gè)ISP都從因特網(wǎng)的管理機(jī)構(gòu)或從一個(gè)更大的ISP申請(qǐng)到一批IP地址。ISP擁有與因特網(wǎng)通過(guò)高速通信專線相連的路由器。大的ISP還擁有屬于自己的通信線路，小的ISP則向電信公司租用通信線路。用戶在某一個(gè)ISP繳費(fèi)登記后（或購(gòu)買了該ISP的上網(wǎng)卡），就可用自己的計(jì)算機(jī)通過(guò)調(diào)制解調(diào)器、電話線路接入到該ISP。用戶在接通ISP后，ISP就分配給該用戶一個(gè)臨時(shí)IP地址。用戶計(jì)算機(jī)在獲得了臨時(shí)的IP地址后，就成為連接在因特網(wǎng)上的主機(jī)，因而就可以使用因特網(wǎng)所提供的各種服務(wù)，當(dāng)用戶結(jié)束通信后，ISP就把剛才分配給該用戶的IP地址收回，以便再分配給后面接通ISP的其他用戶使用。
PPP協(xié)議應(yīng)滿足的需求
- 簡(jiǎn)單
因?yàn)镮EFE設(shè)計(jì)的因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)中把最復(fù)雜的部分放在TCP協(xié)議中。
網(wǎng)際層協(xié)議IP則相對(duì)簡(jiǎn)單提供不可靠傳輸，因此下一層的數(shù)據(jù)鏈路層不必提供比IP更復(fù)雜的協(xié)議
因此數(shù)據(jù)鏈路層的幀不需要糾錯(cuò)、不需要序號(hào)、不需要流量控制
- 封裝成幀
PPP協(xié)議必須規(guī)定特殊的字符為幀定界符
- 透明性
PPP協(xié)議必須保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐该餍?#xff0c;傳輸?shù)臄?shù)據(jù)中有和定界符一樣的比特組合時(shí)，需要解決這個(gè)問(wèn)題（字節(jié)或者字符填充）
- 多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議
PPP協(xié)議必須能夠在同一條物理鏈路上同事支持多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的運(yùn)行，如IP何IPX等
- 多種類型鏈路
PPP協(xié)議還必須能夠在多種類型的鏈路上運(yùn)行
- 差錯(cuò)檢測(cè)
能夠?qū)邮斩耸盏降膸M(jìn)行檢測(cè)，并立即丟掉有差錯(cuò)的幀
- 檢測(cè)連接狀態(tài)
能夠自動(dòng)檢測(cè)鏈路是否處于工作狀態(tài)
- 最大傳輸單元
能夠設(shè)置最大傳送單元MTU的標(biāo)準(zhǔn)默認(rèn)值（MTU的標(biāo)準(zhǔn)默認(rèn)值為1500字節(jié)）
- 網(wǎng)絡(luò)層地址協(xié)商
PPP協(xié)議必須提供一種機(jī)制使通信的兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)層（如兩個(gè)IP層）的實(shí)體能夠通過(guò)協(xié)商通知或能夠配置彼此的網(wǎng)絡(luò)地址
協(xié)商的算法應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單，并且嫩夠在所有的情況下得出協(xié)商結(jié)果
- 數(shù)據(jù)壓縮協(xié)商
PPP協(xié)議必須提供一種方法來(lái)協(xié)商使用數(shù)據(jù)壓縮算法
?
PPP協(xié)議的組成
PPP協(xié)議由三部分組成
1.一個(gè)將IP數(shù)據(jù)報(bào)封裝到串行鏈路的方法
PPP既支持異步鏈路（無(wú)奇偶檢驗(yàn)的8比特?cái)?shù)據(jù)），也支持面向比特的同步鏈路。
IP數(shù)據(jù)報(bào)在PPP幀中就是其信息部分，該大小受MTU控制
2.一個(gè)用來(lái)建立，配置和測(cè)試數(shù)據(jù)鏈路連接的 鏈路控制協(xié)議LCP(Link Control Protocol)
3.一套 網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議NCP(Network Control Protocol)，其中的每一個(gè)協(xié)議支持不同的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，如IP、OSI的網(wǎng)絡(luò)層、DECnet等
?
PPP協(xié)議的幀格式
4個(gè)首部字段（分別為1、1、1、2字節(jié)）+信息字段（不超過(guò)1500字節(jié)）+尾部字段（分別為2、1字節(jié)）
各字段含義
首部字段：四個(gè)字段
第一個(gè)字段：標(biāo)志字段 F(Flag)，幀定界符，表示一個(gè)幀開(kāi)始。規(guī)定為0x7E（十六進(jìn)制的7E，二進(jìn)制01111110），1字節(jié)。
注意：連續(xù)兩個(gè)幀之間只需要一個(gè)標(biāo)志字段。如果出現(xiàn)兩個(gè)標(biāo)志字段，表示一個(gè)空幀，應(yīng)丟棄
第二個(gè)字段：地址字段 A。規(guī)定為0xFF（即11111111），1字節(jié)。
第三個(gè)字段：控制字段 C。規(guī)定為0x03（即00000011），1字節(jié)。
第四個(gè)字段：協(xié)議字段。2字節(jié)。
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?規(guī)定協(xié)議字段為0x0021時(shí)，PPP幀的信息字段就是IP數(shù)據(jù)報(bào)
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?若協(xié)議字段為0xC021時(shí)，PPP幀的信息字段就是LCP的數(shù)據(jù)
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?若協(xié)議字段為0x8021時(shí)，PPP幀的信息字段就是網(wǎng)絡(luò)層的控制數(shù)據(jù)
?
信息字段：長(zhǎng)度可變，不超過(guò)1500字節(jié)
尾部字段：兩個(gè)字段
第一個(gè)字段：使用CRC的幀檢驗(yàn)序列FCS，1字節(jié)。
第二個(gè)字段：標(biāo)志字段 F(Flag)。幀定界符，表示一個(gè)幀結(jié)束。規(guī)定為0x7E（十六進(jìn)制的7E，二進(jìn)制01111110），1字節(jié)。
?
字節(jié)填充
信息字段中出現(xiàn)和標(biāo)志字段一樣的比特（0x7E）組合時(shí)
需要使用一些方法使這種形式上和標(biāo)志字段一樣的比特組合不出現(xiàn)在信息字段中
當(dāng)PPP使用異步傳輸（逐個(gè)字符的傳送）時(shí)，把轉(zhuǎn)義字符定義為0x7D（即01111101），并使用字節(jié)填充
1.把信息字段中出現(xiàn)的每一個(gè)0x7E字節(jié)轉(zhuǎn)變成2字節(jié)序列（0x7D，0x5E）
2.若信息字段中出現(xiàn)一個(gè)0x7D的字節(jié)（即出現(xiàn)了和轉(zhuǎn)義字段一樣的比特組合），則把0x7D轉(zhuǎn)變成2字節(jié)序列（0x7D，0x5D）
3.若信息字段中出現(xiàn)ASCII碼的控制字符（即數(shù)值小于0x20的字符），則在該字符前面加入一個(gè)0x7D字節(jié)，并改變?cè)撟址木幋a
零比特填充
PPP協(xié)議進(jìn)行同步傳輸（一連串的比特連續(xù)傳送）時(shí)，采用零比特填充的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)透明傳輸
標(biāo)志字段是0x7E，二進(jìn)制為01111110
1.在發(fā)送端，先掃描整個(gè)信息字段（硬件或者軟件）只要發(fā)現(xiàn)有連續(xù)的5個(gè)1就立即填入一個(gè)0，保證不出現(xiàn)6個(gè)連續(xù)的1。
2.在接收端收到一個(gè)幀時(shí)，先找到標(biāo)志字段 F 確定一個(gè)幀的邊界
? ?然后再用硬件對(duì)其中的比特流進(jìn)行掃描
? ?每發(fā)現(xiàn)5個(gè)連續(xù)1時(shí)，就把這5個(gè)連續(xù)1后的一個(gè)0刪除
?
PPP協(xié)議的工作狀態(tài)
PPP鏈路初始化過(guò)程：
設(shè)備之間無(wú)鏈路---------> 物理鏈路----------> LCP鏈路---------->已鑒別的LCP鏈路---------->已鑒別的LCP鏈路和NCP鏈路
?
PPP鏈路的起始和終止?fàn)顟B(tài)永遠(yuǎn)是 鏈路靜止(Link Dead)狀態(tài)
此時(shí)用戶PC和ISP的路由器之間并不存在物理層的連接
1.當(dāng)用戶撥號(hào)接入ISP后，就建立了一條從用戶PC到ISP的物理鏈路。
? ?用戶在屏幕上點(diǎn)擊連接按鈕，路由器就能夠檢測(cè)調(diào)制解調(diào)器發(fā)出的載波信息。
? ?雙方就建立了物理層連接，PPP進(jìn)入 鏈路建立(Link Establish)狀態(tài)。
? ?目的是建立鏈路層的LCP連接
2.用戶PC向ISP發(fā)送一系列的?鏈路控制協(xié)議LCP分組（封裝成多個(gè)PPP幀），以便建立連接
? ?LCP開(kāi)始協(xié)商一些配置選項(xiàng)，發(fā)送LCP的配置請(qǐng)求幀(Configure-Request)
? ?該幀是一個(gè)PPP幀，協(xié)議字段設(shè)置為LCP對(duì)應(yīng)的代碼，信息字段包含特定的配置請(qǐng)求
? ?LCP的配置選項(xiàng)包括：
? ?鏈路上的最大幀長(zhǎng)
? ?所使用的的鑒別協(xié)議(authentication protocol)的規(guī)約（有的話）
? ?不使用PPP幀中的地址和控制字段（因?yàn)檫@兩個(gè)字段的值是固定的，沒(méi)有任何信息量，可以在PPP幀的首部中省略這兩個(gè)? 字節(jié)）
3.這些分組及其響應(yīng)選擇了將要使用的一些PPP參數(shù)
? ?發(fā)送了LCP的配置請(qǐng)求幀后，獲得響應(yīng)。
? ?鏈路的另一端可以發(fā)送以下幾種響應(yīng)中的一種：
? ?配置確認(rèn)幀(Configure-Ack):所有選項(xiàng)都接受
? ?配置否認(rèn)幀(Configure-Nak):所有選項(xiàng)都理解但不接受
? ?配置拒絕幀(Configure-Reject):選項(xiàng)有的無(wú)法識(shí)別或不能接受，需要協(xié)商
? ?協(xié)商結(jié)束后就建立了LCP鏈路，接著就進(jìn)入 鑒別(Authenticate)狀態(tài)。鑒別狀態(tài)只允許傳送LCP協(xié)議的分組、鑒別協(xié)議的分組、以及監(jiān)測(cè)鏈路質(zhì)量的分組。
? ?如果使用口令鑒別協(xié)議PAP(Password Authtication Protocol),則需要發(fā)起通信的一方發(fā)送身份標(biāo)識(shí)符和口令，可以允許用戶重試若干次。
? ?需要更好的安全性，則可使用更復(fù)雜的口令握手鑒別協(xié)議CHAP(Challenge-Handshake Authtication Protocol)，在CHAP協(xié)議下，若鑒別身份失敗，則轉(zhuǎn)到 鏈路終止(Link Terminate)狀態(tài)。成功，則進(jìn)入 網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議(NetWork-Layer Protocol)狀態(tài)
4.接著進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)層配置，網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議NCP 給新接入的用戶分配一個(gè)臨時(shí)的IP地址
? ?PPP鏈路兩端的網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議NCP根據(jù)網(wǎng)絡(luò)層的不同協(xié)議互相交換網(wǎng)絡(luò)層特定的網(wǎng)絡(luò)控制分組。通過(guò)同一個(gè)PPP協(xié)議進(jìn)行通信
? ?如：IP協(xié)議，就使用NCP中支持IP的協(xié)議---IP控制協(xié)議IPCP(IP Control Protocol).
? ? ? ? ? 把IPCP分組封裝成PPP幀（協(xié)議字段為0x8021）在鏈路上傳送。
? ? ? ? ??網(wǎng)絡(luò)層配置完后，鏈路進(jìn)入到 鏈路打開(kāi)(Link Open)狀態(tài)，此時(shí)就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。
此時(shí)，用戶就是因特網(wǎng)上的一個(gè)有IP地址的主機(jī)了
數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后，由鏈路的一端發(fā)出終止請(qǐng)求LCP分組(Terminate-Request)請(qǐng)求終止鏈路連接
在收到對(duì)方發(fā)來(lái)的終止確認(rèn)LCP分組(Terminate-Ack)后，轉(zhuǎn)到 鏈路終止?fàn)顟B(tài)
當(dāng)調(diào)制解調(diào)器載波停止后，回到 鏈路靜止?fàn)顟B(tài)
通信完畢，NCP釋放網(wǎng)絡(luò)層連接，收回原來(lái)分配出去的IP地址，LCP釋放數(shù)據(jù)鏈路層連接，最后釋放物理層連接。
PPP協(xié)議不是一個(gè)純粹的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，還包含了物理層和網(wǎng)絡(luò)層的內(nèi)容
?
使用廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層
廣播信道可以進(jìn)行1對(duì)多通信，局域網(wǎng)使用的就是廣播信道。
局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層
局域網(wǎng)
局域網(wǎng)特點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)為一個(gè)單位所擁有，且地理范圍和沾點(diǎn)數(shù)目均有限
優(yōu)點(diǎn)：1.有廣播功能，從一個(gè)站點(diǎn)可以很方便的訪問(wèn)全網(wǎng)。局域網(wǎng)上的主機(jī)可以共享連接在局域網(wǎng)上的各種硬件和軟件資源
? ? ? ? ? ?2.便于系統(tǒng)的擴(kuò)展和逐漸的演變，各設(shè)備的位置可靈活調(diào)整和改變
? ? ? ? ? ?3.提高了系統(tǒng)的可靠性、可用性、和生存性
局域網(wǎng)按照網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥M(jìn)行分類：星形網(wǎng)（通過(guò)集線器）、環(huán)形網(wǎng)、總線網(wǎng)。
為了讓眾多用戶能夠合理而方便地共享通信媒體資源，我們使用共享信道技術(shù)
通過(guò)兩種方法來(lái)解決：
- 靜態(tài)劃分信道
如：頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用、波分復(fù)用、碼分復(fù)用等。用戶只要分配到了信道就不會(huì)和其他用戶發(fā)生沖突。代價(jià)高，但不適用于局域網(wǎng)
- 動(dòng)態(tài)媒體接入控制（也叫多點(diǎn)接入）
信道不在用戶通信時(shí)固定分配給用戶，又分為兩類：隨機(jī)接入、受控接入
隨機(jī)接入：所有用戶隨機(jī)發(fā)送信息，但是如果恰巧兩個(gè)用戶在同一時(shí)刻發(fā)送信息，則會(huì)發(fā)生碰撞，因此，必須有解決碰撞的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議
受控接入：所有用戶必須服從一定的控制。如：分散控制的令牌局域網(wǎng)和集中控制的多點(diǎn)線路探詢（也叫輪詢）
以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)
以太網(wǎng)：一種基帶總線局域網(wǎng)--演變成-->兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的局域網(wǎng)：DIX Ethernet V2的局域網(wǎng)與 IEEE的802.3標(biāo)準(zhǔn)的局域網(wǎng)
因?yàn)樯虡I(yè)原因802委員會(huì)制定了幾個(gè)不同的局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，如802.4令牌總線網(wǎng)、802.5令牌環(huán)網(wǎng)等。
802委員會(huì)把數(shù)據(jù)鏈路層拆分成兩個(gè)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
接入到傳輸媒體有關(guān)的內(nèi)容都放在MAC子層，LLC子層則與傳輸媒體無(wú)關(guān)
?
通過(guò)總線可以實(shí)現(xiàn)廣播通信方式：當(dāng)一臺(tái)計(jì)算機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，總線上所有計(jì)算機(jī)都能檢測(cè)到這個(gè)數(shù)據(jù)。
再通過(guò)每個(gè)計(jì)算機(jī)的MAC地址和數(shù)據(jù)幀中的目的地址匹配達(dá)到廣播中的一對(duì)一通信
以太網(wǎng)特點(diǎn)：
以太網(wǎng)提供的服務(wù)是盡最大努力的交付，是不可靠的交付。只處理傳輸差錯(cuò)，通過(guò)CRC檢測(cè)。差錯(cuò)幀則交給高層協(xié)議處理
以太網(wǎng)是隨機(jī)接入，通過(guò)CSMA/CD（載波監(jiān)聽(tīng)多點(diǎn)接入/碰撞檢測(cè) Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection）來(lái)解決碰撞
以太網(wǎng)發(fā)送的數(shù)據(jù)都是用曼徹斯特編碼的信號(hào)
以太網(wǎng)規(guī)定了一個(gè)最短幀長(zhǎng)為64字節(jié)，即512bit。6+6+2+46+4
因此，凡是長(zhǎng)度小于64字節(jié)的幀都是由于沖入而異常中止的無(wú)效幀
?
適配器的作用
本來(lái)是主機(jī)箱內(nèi)插入的一塊網(wǎng)絡(luò)接口板（或者是在筆記本電腦中插入一塊PCMCIA卡---個(gè)人計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器卡接口適配器）就是現(xiàn)在的網(wǎng)卡，現(xiàn)在基本都集成在主板上了，適配器上裝有處理器和存儲(chǔ)器（RAM和ROM）
適配器與局域網(wǎng)之間的通信通過(guò)電纜或雙絞線等以串行方式進(jìn)行
適配器與計(jì)算機(jī)之間的通信則通過(guò)I/O總線以并行傳輸方式進(jìn)行
因此，適配器的一個(gè)重要作用就是進(jìn)行數(shù)據(jù)串行傳輸和并行傳輸?shù)霓D(zhuǎn)換，通過(guò)安裝緩存來(lái)提高效率
適配器收到正確的幀，就使用中斷來(lái)通知該計(jì)算機(jī)并交付協(xié)議棧中的網(wǎng)絡(luò)層
計(jì)算機(jī)要發(fā)送IP數(shù)據(jù)報(bào)時(shí)，就由協(xié)議棧把IP數(shù)據(jù)報(bào)向下交給適配器，組裝成幀后發(fā)送到局域網(wǎng)
注意：計(jì)算機(jī)的硬件地址就在適配器的ROM中。
? ? ? ? ? ?計(jì)算機(jī)的軟件地址——IP地址則在計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器中
CSMA/CD協(xié)議
CSMA/CD（載波監(jiān)聽(tīng)多點(diǎn)接入/碰撞檢測(cè) Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection）
多點(diǎn)接入：表明是總線型網(wǎng)絡(luò)
載波監(jiān)聽(tīng)：就是檢測(cè)信道。不管在發(fā)送前，還是發(fā)送中，每個(gè)站都必須不停地檢測(cè)信道
發(fā)送前檢測(cè)信道，是為了獲取發(fā)送權(quán)，如果檢測(cè)出已經(jīng)有其他站在發(fā)送，則自己就暫時(shí)不許發(fā)送數(shù)據(jù)，必須要等到信道變?yōu)榭臻e時(shí)才能發(fā)送。
發(fā)送中檢測(cè)信道，是為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)有沒(méi)有其他站的發(fā)送和本站發(fā)送的碰撞，這就是碰撞檢測(cè)。
碰撞檢測(cè)：也就是邊發(fā)送邊監(jiān)聽(tīng)。即適配器邊發(fā)送邊檢測(cè)信道上的信號(hào)電壓的變化情況，以便判斷自己在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)其他站是否也在發(fā)送數(shù)據(jù)。
由此可見(jiàn)，在使用CSMA/CD協(xié)議時(shí)，一個(gè)站不可能同時(shí)進(jìn)行發(fā)送和接收（但必須邊發(fā)送邊監(jiān)聽(tīng)信道）。
因此使用CSMA/CD協(xié)議的以太網(wǎng)不可能進(jìn)行全雙工通信，只能進(jìn)行雙向交替通信（半雙工通信）
以太網(wǎng)的MAC層
硬件地址、又叫物理地址或MAC地址（因?yàn)檫@種地址用在MAC幀中）
名字指出我們所要尋找的那個(gè)資源，地址指出那個(gè)資源在何處，路由告訴我們?nèi)绾蔚竭_(dá)該處
MAC地址：6字節(jié)（48位）的全球地址，局域網(wǎng)上的每一臺(tái)計(jì)算機(jī)中固化在適配器的ROM中的地址
前三個(gè)字節(jié)由IEEE的注冊(cè)管理機(jī)構(gòu)RA(Registration Authority)分配，廠家必須購(gòu)買
后三個(gè)字節(jié)則由廠家自行分配。
最后得到的48位的地址稱為EUI-48（擴(kuò)展的唯一標(biāo)識(shí)符 Extended Unique Identifier）
第一字節(jié)最低位為I/G位（Individual/Group）：為0表示一個(gè)單個(gè)站地址，為1表示組地址
第一字節(jié)的最低第二位為G/L位（Global/Local）：為0表示全球管理，是向IEEE的RA購(gòu)買的。為1表示本地管理，用戶可以任意分配網(wǎng)絡(luò)上的地址，以太網(wǎng)幾乎不理會(huì)這個(gè)G/L位
字節(jié)順序有兩種：
第一種：就是把每個(gè)字節(jié)的最低位寫(xiě)在最左邊（最左邊的最低位是第一位），IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)就是采用這種記法
第二種：是把每一個(gè)字節(jié)的最高位寫(xiě)在最左邊（最左邊的最高位時(shí)第一位）
兩種記法都是按照順序傳輸?shù)?/strong>
適配器從網(wǎng)絡(luò)上每收到一個(gè)MAC幀就先用硬件檢查MAC幀中的目的地址。
如果是發(fā)往本站的幀就收下，進(jìn)行其他處理；否則就丟棄，不做其他處理。
發(fā)往本站的幀有三種：
1.單播（unicast）幀（一對(duì)一）：收到的幀的MAC地址與本站的硬件地址相同
2.廣播（broadcast）幀（一對(duì)全體）：發(fā)送給本局域網(wǎng)上的所有站點(diǎn)的幀（全1地址）
3.多播（multicast）幀（一對(duì)多）：發(fā)送給本局域網(wǎng)上一部分站點(diǎn)的幀
所有適配器必須能夠識(shí)別單播和廣播地址。有的適配器可用編程方法識(shí)別多播地址
只有目的地址才能使用廣播地址和多播地址
以太網(wǎng)適配器還能設(shè)置一種特殊工作方式，混雜方式
即：只要聽(tīng)到有幀在以太網(wǎng)上傳輸就都悄悄的接收下來(lái)，不管這些幀發(fā)往哪個(gè)站。
這樣做就是竊聽(tīng)其他站點(diǎn)的通信而不終端其他站點(diǎn)的通信
嗅探器就是用了設(shè)置為混雜方式的網(wǎng)絡(luò)適配器
?
MAC的幀格式
以太網(wǎng)的MAC幀格式有兩種標(biāo)準(zhǔn)：
DIX Ethernet V2標(biāo)準(zhǔn)（即以太網(wǎng)V2標(biāo)準(zhǔn)）
IEEE的802.3標(biāo)準(zhǔn)
其中，使用最多的是以太網(wǎng)V2標(biāo)準(zhǔn)的MAC幀格式。而且現(xiàn)在市場(chǎng)上流行的基本都是以太網(wǎng)V2的MAC幀格式。
以太網(wǎng)MAC幀格式組成
由五個(gè)字段組成：
目的地址字段（6字節(jié)）+源地址字段（6字節(jié)）+類型字段（2字節(jié)）+數(shù)據(jù)字段（MTU46-1500字節(jié)之間）+FCS（4字節(jié)）
如果MAC幀格式中數(shù)據(jù)字段小于46字節(jié)，則MAC子層會(huì)在數(shù)據(jù)字段的后面加入一個(gè)整數(shù)字節(jié)的填充字段，來(lái)保證MAC幀長(zhǎng)不小于64字節(jié)
上一層協(xié)議如何知道填充字段的長(zhǎng)度呢？
在IP協(xié)議中，其首部就有一個(gè)總長(zhǎng)度字段。因此總長(zhǎng)度加上填充字段應(yīng)等于MAC幀數(shù)據(jù)字段的長(zhǎng)度。
在實(shí)際傳送中還會(huì)在MAC幀前面插入8個(gè)字節(jié)，分為兩個(gè)字段
第一個(gè)字段：前同步碼（1和0的交替碼）
作用：來(lái)讓接收端的適配器在接收MAC幀時(shí)能夠迅速地調(diào)整其時(shí)鐘頻率，使它和發(fā)送端的時(shí)鐘同步
第二個(gè)字段是幀開(kāi)始定界符，定義為10101011
它的前6位和前同步碼一樣，最后兩個(gè)連續(xù)的1就是告訴接收端的適配器MAC幀的信息要來(lái)了，請(qǐng)注意接收
注意：以太網(wǎng)上的傳輸單位是? 幀
? ? ? ? ? ?各幀之間還必須有一定的間隙。
? ? ? ? ? ?因此，接收端只需要找到幀開(kāi)始定界符就可以了。不需要使用幀結(jié)束符定界符，也不需要插入字節(jié)來(lái)保證透明傳輸
無(wú)效MAC幀的情況：
1.幀的長(zhǎng)度不是整數(shù)個(gè)字節(jié)
2.用收到的幀檢驗(yàn)序列FCS查出偶差錯(cuò)
3.收到的幀的MAC客戶數(shù)據(jù)字段打長(zhǎng)度不在46-1500字節(jié)之間。MAC幀長(zhǎng)度不在64-1518字節(jié)之間
無(wú)效的MAC幀則進(jìn)行丟棄，不進(jìn)行重傳
在數(shù)據(jù)鏈路層擴(kuò)展以太網(wǎng)
需要使用網(wǎng)橋
網(wǎng)橋
網(wǎng)橋工作在數(shù)據(jù)鏈路層，它根據(jù)MAC幀的目的地址對(duì)收到的幀進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)和過(guò)濾
當(dāng)網(wǎng)橋接收到一個(gè)幀時(shí)，先檢查此幀的目的地址（目的MAC地址），然后再確定將該幀轉(zhuǎn)發(fā)到哪一個(gè)接口，或者是把它丟棄（過(guò)濾）
網(wǎng)橋的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
最簡(jiǎn)單的網(wǎng)橋有兩個(gè)接口。復(fù)雜的網(wǎng)橋可以有更多的接口。
兩個(gè)以太網(wǎng)通過(guò)網(wǎng)橋連接起來(lái)后，就成為一個(gè)覆蓋更大的以太網(wǎng)，原來(lái)的每個(gè)以太網(wǎng)就可以稱為一個(gè)網(wǎng)段（segment）
上圖中接口1和接口2各連接到一個(gè)網(wǎng)段
網(wǎng)橋依靠轉(zhuǎn)發(fā)表來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)幀，轉(zhuǎn)發(fā)表也叫轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)庫(kù)或路由目錄。
如：網(wǎng)橋從接口1收到A發(fā)給E的幀，則在查找轉(zhuǎn)發(fā)表后，把這個(gè)幀送到接口2轉(zhuǎn)發(fā)到另一個(gè)網(wǎng)段，使E能夠收到這個(gè)幀
若網(wǎng)橋從接口1收到A發(fā)給B的幀，就丟棄這個(gè)幀，因?yàn)檗D(zhuǎn)發(fā)表中，轉(zhuǎn)發(fā)給B的幀應(yīng)當(dāng)從接口1轉(zhuǎn)發(fā)出去，而現(xiàn)在是從接口1中接收到的幀，說(shuō)明A和B在同一個(gè)網(wǎng)段中，B能夠直接收到這個(gè)幀而不需要借助于網(wǎng)橋轉(zhuǎn)發(fā)
注意：網(wǎng)橋在轉(zhuǎn)發(fā)幀時(shí)，不改變幀的源地址
網(wǎng)橋內(nèi)部的接口管理軟件和網(wǎng)橋協(xié)議實(shí)體來(lái)完成上述操作
網(wǎng)橋的好處：
1.過(guò)濾通信量，增大吞吐量
2.擴(kuò)大物理范圍
3.提高了可靠性
出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障，一般只影響個(gè)別網(wǎng)段
4.可互聯(lián)不同物理層，不同MAC子層和不同速率的以太網(wǎng)
網(wǎng)橋的缺點(diǎn)：
1.增加時(shí)延
因?yàn)樾枰獙?duì)接收的幀進(jìn)行存儲(chǔ)和查找轉(zhuǎn)發(fā)表，轉(zhuǎn)發(fā)之前還需要進(jìn)行CSMA/CD算法
2.導(dǎo)致廣播風(fēng)暴
網(wǎng)橋只適用于用戶數(shù)不太多（不超過(guò)幾百個(gè)）和通信量不太大的以太網(wǎng)，否則會(huì)因?yàn)閭鞑ミ^(guò)多的廣播信息產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)阻塞
透明網(wǎng)橋
目前使用的最多的網(wǎng)橋，即，以太網(wǎng)上的站點(diǎn)并不知道所發(fā)送的幀將經(jīng)過(guò)哪幾個(gè)網(wǎng)橋
網(wǎng)橋是按照存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式工作的，一定是先把整個(gè)幀收下來(lái)再進(jìn)行處理，不管氣目的地址是什么。
集線器或轉(zhuǎn)發(fā)器是逐比特轉(zhuǎn)發(fā)
透明網(wǎng)橋是一種即插即用（plug-and-play device），只要把網(wǎng)橋加入到局域網(wǎng)中，不用人工配置轉(zhuǎn)發(fā)表網(wǎng)橋就能工作
網(wǎng)橋通過(guò)自學(xué)習(xí)算法處理收到的幀（這樣逐步建立轉(zhuǎn)發(fā)表），使用生成樹(shù)（spanning tree）算法確保任何兩個(gè)站之間只有一條路徑
自學(xué)習(xí)算法原理：
網(wǎng)橋只要每收到一個(gè)幀，就記下其源地址和進(jìn)入網(wǎng)橋的接口，作為轉(zhuǎn)發(fā)表中的一個(gè)項(xiàng)目
注意：轉(zhuǎn)發(fā)表中并沒(méi)有“源地址”一欄，只有“地址”一欄。
在建立轉(zhuǎn)發(fā)表時(shí)，是把幀首部中的源地址寫(xiě)在“地址”一欄下面
在轉(zhuǎn)發(fā)幀時(shí)，根據(jù)收到的幀的首部中的目的地址來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)的。
網(wǎng)橋自學(xué)習(xí)和轉(zhuǎn)發(fā)幀的一般步驟：
1.網(wǎng)橋收到幀后先進(jìn)行自學(xué)習(xí)。查找轉(zhuǎn)發(fā)表中與收到幀的源地址有無(wú)想匹配的項(xiàng)目。如沒(méi)有，就在轉(zhuǎn)發(fā)表中增加一個(gè)項(xiàng)目（源地址、進(jìn)入的接口和時(shí)間）如有，則把原有的項(xiàng)目進(jìn)行更新
2.轉(zhuǎn)發(fā)幀。查找轉(zhuǎn)發(fā)表中與收到幀的目的地址有無(wú)相匹配的項(xiàng)目。如沒(méi)有，則通過(guò)所有其他接口（除了進(jìn)入網(wǎng)橋的接口）進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。如有，則按轉(zhuǎn)發(fā)表中給出的接口進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，若轉(zhuǎn)發(fā)表中給出的接口就是該幀進(jìn)入網(wǎng)橋的接口，則丟棄這個(gè)幀
?
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的网络-数据链路层回顾的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。
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