王道计算机网络 数据链路层整理 超详细版
數據鏈路層的基本概念
結點：主機、路由器
鏈路：網絡中兩個結點之間的物理通道，鏈路的傳輸介質主要有雙絞線、光纖和微波。分為有線鏈路、無線鏈路。
數據鏈路：網絡中兩個結點之間的邏輯通道，把實現控制數據傳輸協議的硬件和軟件加到鏈路上就構成數據鏈路。
幀：鏈路層的協議數據單元，封裝網絡層數據報。
數據鏈路層負責通過一條鏈路從一個結點向另一個物理鏈路直接相連的相鄰結點傳送數據報。
（把網絡層交付給它的數據報安全、無差錯地傳給相鄰結點）
數據鏈路層的功能概述
數據鏈路層在物理層提供服務的基礎上向網絡層提供服務，其最基本的服務是將源自網絡層來的數據可靠地傳輸到相鄰結點的目標網絡層。其主要作用是加強物理層傳輸原始比特流的功能，將物理層提供的可能出錯的物理連接改造成為邏輯上無差錯的數據鏈路，使之對網絡層標表現為一條無差錯的鏈路。
功能一：為網絡層提供服務。無確認無連接服務，有確認無連接服務，有確認面向連接服務。
功能二：鏈路管理，即連接的建立、維持、釋放（用于面對連接的服務）。
功能三：組幀。
功能四：流量控制（限制發送方）。
功能五：差錯控制（幀錯/位錯）。
封裝成幀
封裝成幀就是在一段數據的前后部分添加首部和尾部，這樣就構成了一個幀。接收端在收到物理層上交的比特流后，就能根據首部和尾部的標記，從收到的比特流中識別幀的開始和結束。
首部和尾部包含許多的控制信息，她們的一個重要作用：幀定界（確定幀的界限）
幀同步：接收方應當能從接收到的二進制比特流中區分出幀的起始和終止。
組幀的四種方式：1、字符計數法 2、字符（節）填充法 3、零比特填充法 4、違規編碼法
1、字符計數法
幀首部使用一個計數字段（第一個字節，八位）來標明幀內字符數。
目的結點的數據鏈路層收到字節計數值時，就知道后面跟隨的字節數，從而確定幀結束位置。
問題：如果計數字段出錯，即失去了幀邊界劃分的依據。
2、字符填充的首尾定界符法
用特定字符來定界一幀的開始與結束。
控制字符EOH（Start of header）放在幀的最前面，表示幀的首部開始，控制字符EOT（End of transmission）表示幀的結束。為了使信息位中出現的特殊字符不被誤判為幀的首尾定界符，可在特殊字符前面填充一個轉義字符（ESC）來加以區分，以實現數據的透明傳輸。
3、零比特填充的首尾標志法
零比特填充法使用一個特定的比特模式，即01111110來標志一幀的開始和結束。
為了不使信息位出現的比特流01111110被誤判為幀的首尾標志，發送方的數據鏈路層在信息位中遇到5個連續的”1“時，將自動在其后插入一個”0“；
而接收方做該過程的逆操作，即每收到5個連續的”1“時，自動刪除后面緊跟的”0“，以恢復原信息。
4、違規編碼法
在物理層進行比特編碼時，通常采用違規編碼法。
曼徹斯特編碼將數據比特”1“編碼成”高-低“電平對，將數據比特”0“編碼成”低-高“電平對，而”高-高“電平對和”低-低“電平對在數據比特中是違規的。可以借用這些違規編碼序列來定界幀的起始和終止。
目前普遍使用的幀同步法是比特填充和違規編碼法。
透明傳輸
透明傳輸是指不管所傳數據是什么樣的比特組合，都應當能夠在鏈路上傳送。
差錯控制
傳輸中的差錯都是噪聲引起的。
全局性：由于線路本身電氣特性所產生的隨機噪聲（熱噪聲），是信道固有的，隨機存在的。
? 解決方法：提高信噪比來減少或避免干擾。
局部性：外界特定的短暫原因所造成的沖擊噪聲，是產生差錯的主要原因。
? 解決方法：通常利用編碼技術來解決。
位錯：比特位出錯，1變成0，0變成1
幀錯：丟失、重復、失序
為什么要在數據鏈路層進行差錯控制？
因為錯誤可以盡早發現，不會讓一個錯誤的數據報發送了很長時間到達目的地之后才被發現，從而導致網絡資源的浪費。
檢錯編碼
檢錯編碼都采用冗余編碼技術，其核心思想是在有效數據（信息位）被發送前，
奇偶校驗碼
奇偶校驗碼是奇校驗碼和偶校驗碼的統稱，是一種最基本的校驗碼。
它由n-1位信息元和1位校驗碼組成。
如果是奇校驗碼，那么在附加一個校驗元后，碼長位n的碼字中”1“的個數為奇數。
如果是偶校驗碼，那么在附加一個校驗元后，碼長位n的碼字中”1“的個數為偶數。
它只能檢測奇數位的出錯情況，但并不知道哪些位錯了，也不能發現偶數位的出錯情況。
CRC循環冗余碼
給定 m bit的幀或報文，發送器生成一個 r bit的序列，成為幀檢驗序列（FCS）。這樣所形成的幀由 m + r 比特組成。發送方和接收方事先商定一個多項式 G(x)，使這個帶檢驗碼的幀剛好能被預先確定的多項式 G(x) 整除。接收方用相同的多項式取除收到的幀，如果無余數，那么認為無差錯。
假設一個幀有 m 位，其對應的多項式為 M(x)，則計算冗余碼的步驟如下：
1）加 0。假設 G(x) 的階數為 r（多項式 r+1 位，階為 r），在幀的低位端加上 r 個0。
2）模 2 除。利用模 2 除法（異或操作），用 G(x) 對應的數據串去除 1）中計算出的數據串，得到的余數即為冗余碼（共 r 位）。
糾錯編碼
海明碼
發現雙比特錯，糾正單比特錯。
以數據碼 101101為例
1）確定校驗碼位數 r
海明不等式：
r 為冗余信息位，k 為信息位。
數據的位數 k = 6，滿足不等式的最小 r 為 4。
也就是 D = 101101 的海明碼應該有 6 + 4 = 10 位，
其中原數據 6 位，校驗碼 4 位。
2）確定校驗碼和數據的位置
假設這 4 位校驗碼分別為 P1，P2，P3，P4（放在2的幾次方的位置）；數據從左到右為 D1，D2，……，D6（按序把空填滿）。
3）求出校驗碼的值
P1⊕D1⊕D2⊕D4⊕D5 = 0 => P1 =0
P2⊕D1⊕D3⊕D4⊕D6 = 0 => P2 = 0
P3⊕D2⊕D3⊕D4 = 0 => P3 = 0
P4⊕D5⊕D6 = 0 => P4 = 1
故101101的海明碼為 0010011101
4）檢錯并糾錯
假設第五位出錯，因此接收到的數據位是 0010111101。
令所有要校驗的位異或運算。
P1⊕D1⊕D2⊕D4⊕D5 = 1
P2⊕D1⊕D3⊕D4⊕D6 = 0
P3⊕D2⊕D3⊕D4 = 1
P4⊕D5⊕D6 = 0
從P4往P1寫：
二進制序列位0101，恰好對應十進制5，這樣就找到了出錯的位置，即出錯位是第5位。
流量控制
較高的發送速度和較低的接收能力的不匹配，會造成傳輸出錯，因此需要流量控制。
數據鏈路層的流量控制是點對點的，而傳輸層的流量控制是端到端的。
數據鏈路層流量控制手段：接收方收不下就不回復確認。
傳輸層流量控制手段：接收方給發送方一個窗口公告。
流量控制的方法：
- 停止等待協議：發送窗口大小 = 1，接收窗口大小 = 1
- 后退 N 幀協議（GBN）：發送窗口大小 > 1，接收窗口大小 = 1
- 選擇重傳協議（SR）：發送窗口大小 > 1，接收窗口大小 > 1
為什么要有停等協議？
因為在鏈路上出了比特出差錯外，底層的信道還會出現丟包問題。
丟包：物理線路故障，設備故障，病毒攻擊，路由信息錯誤等原因，會導致數據包的丟失。
這里的數據包就是一個數據，在不同層次有不同的名字；在鏈路層是幀，在網絡層是數據報/分組，在傳輸層是報文段。
無差錯接收與可靠傳輸的區別
無差錯接收是指–凡是接收的幀（不包括丟棄的幀），我們都能以非常接近于1的概率認為這些幀在傳輸過程中沒有產生差錯–。也就是說：凡是接收端數據鏈路層接受的幀都沒有傳輸差錯（有差錯的幀就丟棄而不接受）。
要做到可靠傳輸（即發送什么就收到什么）就必須加上確認和重傳機制。
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停止-等待協議
每發送完一個幀就停止發送，等待對方的確認，在收到確認后再發送下一個幀。
每次只允許發送一幀，然后就陷入等待接收方確認信息的過程中，因而傳輸效率很低。
1）無差錯情況
2.1）數據幀丟失或檢測到幀出錯
2.2）ACK丟失
2.3）ACK遲到
停等協議發送方每發送一個幀就處于等待狀態，等到接收方回復一個確認幀，發送方才會發送新的幀。因此大部分時間都是在等待，真正發送數據的時間很少，極大地浪費了資源。
為了解決這個問題，可以采用流水線技術，一次發送多個幀，但同時在其他方面需要改進：
必須增加序號范圍；發送方需要緩存多個分組，為幀丟失重傳備用。
針對這種解決方案，就推出了GBN和SR。
后退N幀協議（GBN）
發送窗口：發送方維持一組連續的允許發送的幀的序號。
接收窗口：接收方維持一組連續的允許接收幀的序號。
發送方必須響應的三件事
1、上層的調用
上層要發送數據時，發送方先檢查發送窗口是否已滿，如果未滿，則產生一個幀并將其發送；如果窗口已滿，發送方只需將數據返回給上層，暗示上層窗口已滿。上層等一會再發送。
2、收到了一個ACK
GBN協議中，對n號幀的確認采用累積確認的方式，標明接收方已經收到n號幀和它之前的全部幀。
3、超時事件
如果出現超時，發送方重傳所有已發送但未被確認的幀。
接收方要做的事
如果正確收到n號幀，并且按序，那么接收方為n幀發送一個ACK，并將該幀中的數據部分交付給上層。
其余情況都丟棄幀，并為最近按序接收的幀重新發送ACK。接收方無需緩存任何失序幀，只需要維護一個信息：expectedseqnum（下一個按序接收的幀序號）。
滑動窗口長度
若采用n個比特對幀編號，那么發送窗口的尺寸Wt應滿足：
因為發送窗口尺寸過大，就會使得接收方無法區分新幀和舊幀。
選擇重傳協議（SR）
發送方必須響應的三件事
1、上層的調用
從上層收到數據后，SR發送方檢查下一個可用于該幀的序號，如果序號位于發送窗口內，則發送數據幀；否則就像GBN一樣，要么將數據緩存，要么返回給上層之后再傳輸。
2、收到了一個ACK
如果收到ACK，假如該幀序號在窗口內，則SR發送方將那個被確認的幀標記為已接收。如果該幀序號是窗口的下界（最左邊第一個窗口對應的序號），則窗口向前移動到具有最小序號的未確認幀處。如果窗口移動了并且有序號在窗口內的未發送幀，則發送這些幀。
3、超時事件
每個幀都有自己的定時器，一個超時事件發生后只重傳一個幀。
發送方必須響應的三件事
SR接收方將確認一個正確接收的幀而不管其是否按序。失序的幀將被緩存，并返回給發送方一個該幀的確認幀【收誰確認誰】，直到所有幀（即序號更小的幀）皆被收到為止，這時才可以將一批幀按序交付給上層，然后向前移動滑動窗口。
滑動窗口長度
發送窗口最好等于接收窗口。（大了會溢出，小了沒意義）
imp.
1、對數據幀逐一確認，收一個確認一個
2、只重傳出錯幀
3、接收方有緩存
介質訪問控制
采取一定的措施，使得兩對節點之間的通信不會發生互相干擾的情況。
- 靜態劃分信道 ----- 信道劃分介質訪問控制
- 頻分多路復用
- 時分多路復用
- 波分多路復用
- 碼分多路復用
- 動態分配信道
- 輪詢訪問介質訪問控制：令牌傳遞協議
- 隨機訪問介質訪問控制
- ALOHA協議
- CSMA協議
- CSMA/CD協議
- CSMA/CA協議
信道劃分介質訪問控制
將使用介質的每個設備與來自同一信道上的其他設備的通信隔離開，把時域和頻域合理地分配給網絡上的設備。
信道劃分的實質就是通過分時、分頻、分碼等方法把原來的一條廣播信道，邏輯上分為幾條用于兩個結點之間通信的互不干擾的子信道，實際上就是把廣播信道轉變為點對點信道。
多路復用技術：把多個信號組合在一條物理信道上進行傳輸，使得多個計算機或終端設備共享信道資源，提高信道利用率。
采用多路復用技術可以把多個輸入通道的信息整合到一個復用通道中，在接收端把收到的信息分離出來并傳送到對應的輸出通道。
頻分多路復用FDM
用戶在分配到一定的頻帶后，在通信過程中自始至終都占用這個頻帶。頻分復用的所有用戶在同樣的時間占用不同帶寬（頻率帶寬）資源。
時分多路復用TDM
將時間劃分為一段段等長的時分復用幀（TDM幀）。每一個時分復用的用戶在每一個TDM幀中占用固定序號的時隙，所有用戶輪流占用信道。
波分多路復用WDM
利用光的頻分多路復用，在一根光纖中傳輸多種不同波長的光信號，由于波長（頻率）不同，所以各路光信號互不干擾，最后再用波長分解復用器將各路波長分解出來。
碼分多路復用CDM
碼分多址（CDMA）[Code Division Multiple Access] 是碼分復用的一種方式。
1個比特分為多個碼片/芯片（chip），每個站點被指定一個唯一的 m 位的芯片序列。
發送1時站點發送芯片序列，發送0時發送芯片序列反碼（通常把0寫成1）。
如何不打架：多個站點同時發送數據的時候，要求各個站點的芯片序列相互正交。
如何合并：各路數據在信道中被線性相加。
如何分離：合并的數據和源站規格化內積。
隨機訪問介質訪問控制
所有用戶能根據自己的意愿隨機地發送信息，占用信道全部速率。
ALOHA協議
1、純ALOHA協議
協議思想：當網絡中的任何一個站點需要發送數據時，可以不監聽信道，不按時間槽發送，隨機重發。想發就發。
如果在一段時間內未收到確認，那么該站點就認為傳輸過程中發生了沖突。
發送站點需要隨機等待一段時間后再發送數據，直至發送成功。
2、時隙ALOHA協議
協議思想：把時間分成若干個相同的時間片，所有用戶在時間片開始時刻同步接入網絡信道，若發生沖突，則必須等到下一個時間片開始時刻再發送。控制想發就發的隨意性。
CSMA協議
載波監聽多路訪問協議CSMA（carrier sense multiple access）
CS：載波監聽，每個站在發送數據之前要檢測一下總線上是否有其他計算機在發送數據。
MA：多點接入，表示許多計算機以多點接入的方式連接在一根總線上。
協議思想：發送幀之前，監聽信道。
1、1-堅持CSMA
堅持指的是對于監聽信道 忙之后的堅持。
思想：如果一個主機要發送信息，那么它先監聽信道。
? 空閑則直接傳輸，不必等待。
? 忙則一直監聽，直到空閑馬上傳輸。
? 如果有沖突，則等待一個隨機長的時間再監聽，重復上述過程。
優點：只要媒體空閑，站點就馬上發送，避免了媒體利用率的損失。
缺點：假如有兩個或兩個以上的站點有數據要發送，沖突就不可避免。
2、非堅持CSMA
非堅持指的是對于監聽信道 忙之后就不繼續監聽。
思想：如果一個主機要發送信息，那么它先監聽信道。
? 空閑則直接傳輸，不必等待。
? 忙則等待一個隨機的時間之后再監聽
優點：采用隨機的重發延遲時間可以減少沖突發生的可能性。
缺點：可能存在大家都在延遲等待過程中，使得媒體仍可能處于空閑狀態，媒體使用率低。
3、p-堅持CSMA
p-堅持指的是對于監聽信道空閑的處理。
p-堅持CSMA思想：如果一個主機要發送消息，那么它先監聽信道。
? 空閑則以p概率直接傳輸，不必等待；概率1-p等待到下一個時間槽再傳輸。
? 忙則等待一個隨機的時間之后再進行監聽。
優點：既能像非堅持算法那樣減少沖突，又能像1-堅持算法那樣減少媒體空閑時間。
缺點：發生沖突后還是要堅持把數據幀發送完，造成了浪費。
CSMA/CD協議
載波監聽多路訪問/碰撞檢測 CSMA/CD（carrier sense multiple access with collision detection）
CS：載波監聽，每個站在發送數據之前以及發送數據時要檢測一下總線上是否有其他計算機在發送數據。
MA：多點接入，表示許多計算機以多點接入的方式連接在一根總線上。 總線型網絡。
CD：碰撞檢測（沖突檢測）：“邊發送邊監聽”，適配器邊發送數據邊檢測信道上信號電壓的變化情況，以便判斷自己在發送數據時其他站是否也在發送數據。
最遲多久才能直到自己發送的數據沒和別人碰撞 ？
最多時兩倍的總線端到端的傳播時延 2τ（爭用期/沖突窗口/碰撞窗口）
只要經過 2τ 時間還沒有檢測到碰撞，就能肯定這次發送不會發生碰撞。
如何確定碰撞后的重傳時機 ？
截斷二進制指數規避算法
1、確定基本退避（推遲）時間為爭用期2τ。
2、定義參數k，它等于重傳次數，但k不超過10，即k=min[重傳次數，10]。當重傳次數不超過10時，k等于重傳次數；當重傳次數大于10時，k就不再增大而一直等于10。
3、從離散的整數集合[0, 1, 2^k - 1]中隨機取出一個數r，重傳所需要退避的時間是r倍的基本退避時間，即2rτ。
4、當重傳達16次仍不能成功，說明網絡太擁擠，認為此幀永遠無法正確發出，拋棄此幀并向高層報告出錯。
for example
若連續多次發生沖突，就表明可能有較多的站參與爭用信道。使用此算法可使重傳需要推遲的平均時間隨重傳次數的增大而增大，因而減小發生碰撞的概率，有利于整個系統的穩定。
最小幀長問題
如果發送了一個很小的幀發生了碰撞，但是由于幀太短，幀發送完畢之后才能檢測到發生了碰撞，已經沒有辦法停止發送。因此定義了最小幀長，希望在檢測到碰撞的時候，幀還沒發送結束。
幀的傳輸時延至少要兩倍于信號在總線中的傳播時延。
最小幀長=總線傳播時延 x 數據傳輸速率 x 2
以太網規定最短幀長為64B，凡是長度小于64B的都是由于沖突而異常終止的無效幀。
CSMA/CA協議
載波監聽多路訪問/碰撞避免 CSMA/CA （carrier sense multiple access with collision avoidance）
無線局域網。
工作原理：發送數據前，先檢測信道是否空閑。
? 空閑則發出 RTS（request to send），RTS 包括發射端的地址、接收端的地址、下一份數據將持續發送的時間等信息；信道忙則等待。
? 接收端收到 RTS 后，將響應 CTS（clear to send）。
? 發送端收到 CTS 后，開始發送數據幀（同時預約信道：發送方告知其他站點自己要傳多久數據）。
? 接收端收到數據幀后，將用 CRC 來檢驗數據是否正確，正確則響應 ACK 幀。
? 發送方收到 ACK 就可以進行下一個數據幀的發送，若沒有則一直重傳至規定重發次數為止（采用二進制指數規避算法來確定隨機的推遲時間）。
CSMA/CD 與 CSMA/CA
相同點：
CSMA/CD 與 CSMA/CA 機制都從屬于 CSMA的思路，其核心是 先聽再說，接入信道之前必須要進行監聽。當發現信道空閑時，才能進行接入。
不同點：
1、傳輸介質不同：CSMA/CD 用于總線式以太網【有線】，而CSMA/CA 用于無線局域網【無線】。
2、載波檢測方式不同：因傳輸介質不同，CSMA/CD 與 CSMA/CA 的檢測方式也不同。CSMA/CD通過電纜中電壓的變化來檢測，當數據發生碰撞時，電纜中的電壓就會隨著發生變化；而CSMA/CA 采用能量檢測（ED）、載波檢測（CS）和能量載波混合檢測三種檢測信道空閑的方式。
3、CSMA/CD 檢測沖突，CSMA/CA 避免沖突，二者出現沖突后都會進行有上限的重傳。
輪詢訪問介質訪問控制
輪詢協議
主節點輪流 “邀請” 從屬結點發送數據。
優點：不會發生沖突，每次只能允許一臺主機發送數據，該主機占用全部帶寬。
缺點：詢問的過程就是發送一個較短的數據幀，如果從屬結點較多，就會多次輪詢，產生較大的開銷，對于靠后的主機，會有等待延遲，等待前面的主機輪詢結束；
令牌傳遞協議
主要用在令牌環局域網中。
在令牌傳遞協議中，一個令牌在各結點間以某個固定次序交換。令牌是由一組特殊的比特組合而成的幀。當環上的一個站希望傳送幀時，必須等待令牌。一旦收到令牌，站點便可啟動發送幀。
當計算機都不需要發送數據時，令牌就在環形網上游蕩，而需要發送數據的計算機只有在拿到該令牌后才能發送數據幀，因此不會發生沖突。
常用于負載較重、通信量較大的網絡中。
局域網
局域網 （Local Area Network）：簡稱LAN，是指在某一區域內多臺計算機互聯成的計算機組，使用廣播信道。
特點1：覆蓋的地理范圍較小，只在一個相對獨立的局部范圍內聯，如一座或集中的建筑群內。
特點2：使用專門鋪設的傳輸介質（雙絞線、同軸電纜）進行聯網，數據傳輸速率高（10Mb/s~10Gb/s）。
特點3：通信延遲時間短，誤碼率低，可靠性較高。
特點4：各站為平等關系，共享傳輸信道。
特點5：多采用分布式控制和廣播式通信，能進行廣播和組播。
決定局域網的主要要素為：網絡拓撲，傳輸介質與介質訪問控制方法。
拓撲結構
介質訪問控制方法
1、CSMA/CD：常用于總線型局域網，也用于樹型網絡
2、令牌總線：常用于總線型局域網，也用于樹型網絡
它是把總線型或樹型網絡中的各個工作站按一定順序如按接口地址大小排列形成一個邏輯環。只有令牌持有者才能控制總線，才有發送信息的權力。
3、令牌環：用于環形局域網，如令牌環網。
局域網的分類
IEEE 802標準
MAC子層和LLC子層
IEEE 802標準所描述的局域網參考模型只對應OSI參考模型的數據鏈路層與物理層，它將數據鏈路層劃分為邏輯鏈路層LLC子層和介質訪問控制MAC子層。
以太網
以太網（Ethernet）指的是由Xerox公司創建并由Xerox、Intel和DEC公司聯合開發的基帶總線局域網規范，是當今現有局域網采用的最通用的通信協議標準。以太網絡使用CSMA/CD（載波監聽多點接入/沖突檢測技術。
以太網在局域網各種技術中占統治性地位：
1、造價低廉（以太網網卡不到100塊）；
2、是應用最廣泛的局域網技術；
3、比令牌網、ATM網便宜，簡單；
4、滿足網絡速率要求：10Mb/s~10Gb/s。
以太網兩個標準
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DIX Ethernet V2：第一個局域網產品（以太網）規約。
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IEEE 802.3：IEEE 802委員會802.3工作組指定的第一個IEEE的以太網標準（幀格式有一丟丟改動）
以太網提供無連接、不可靠的服務
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無連接：發送方和接收方之間無 ”握手過程“ 。
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不可靠：不對發送方的數據幀編號，接收方不向發送方進行確認，差錯幀直接丟棄，差錯糾正由高層負責。
以太網只實現無差錯接收，不實現可靠傳輸。
以太網傳輸介質與拓撲結構的發展
物理拓撲
使用集線器的以太網在邏輯上仍是一個總線網，各站共享邏輯上的總線，使用的還是CSMA/CD協議。
以太網拓撲：邏輯上總線型，物理上星型。
10BASE-T以太網
10BASE-T是傳送基帶信號的雙絞線以太網，T表示采用雙絞線，現10BASE-T采用的是無屏蔽雙絞線（UTP），傳輸速率是10Mb/s。
物理上采用星型拓撲，邏輯上總線型，每段雙絞線最長為100m。
采用曼徹斯特編碼。
采用CSMA/CD介質訪問控制。
適配器與MAC地址
計算機與外界有局域網的連接是通過通信適配器的。
通信適配器：
網絡接口板
網絡接口卡NIC（network interface card）
現在，不再使用單獨網卡。
適配器上裝有處理器和存儲器（包括RAM和ROM）。
ROM上有計算機硬件地址MAC地址。
在局域網中，硬件地址又稱為物理地址，或MAC地址。
MAC地址：每個適配器有一個全球唯一的48位二進制地址，前24位代表廠家（由IEEE規定），后24位廠家自己指定。常用6個十六進制數表示。
以太網MAC幀
最常用的MAC幀是以太網V2的格式。(具體內容不敲了 書上都有)
高速以太網
速率>=100Mb/s的以太網稱為高速以太網。
1、100BASE-T以太網
在雙絞線上傳送100Mb/s基帶信號的星型拓撲以太網，仍使用IEEE802.3的CSMA/CD協議。
支持全雙工和半雙工，可在全雙工方式下工作而無沖突。
2、吉比特以太網
在光纖或雙絞線上傳送1Gb/s信號。
支持全雙工和半雙工，可在全雙工方式下工作而沖突。
3、10吉比特
10吉比特以太網在光纖上傳送10Gb/s信號。
無線局域網
IEEE 802.11 是無線局域網通用的標準，它是由IEEE所定義的無線網絡通信的標準。
和WIFI的區別 ？
無線局域網的覆蓋范圍比WIFI大得多；
WIFI是802.11b和802.11g所定義的標準，滿足這兩個標準屬于WIFI。
802.11的MAC幀頭格式
無線局域網的分類
- 有固定基礎設施無線局域網
- 無固定基礎設施無線局域網的自組織網絡
廣域網
廣域網（WAN，Wide Area Network），通?？缭胶艽蟮奈锢矸秶?#xff0c;所覆蓋的范圍從幾十公里到幾千公里，它能連接多個城市或國家，或橫跨幾個洲并能提供遠距離通信，形成國際性的遠程網絡。
廣域網的通信子網主要使用分組交換技術。廣域網的通信子網可以利用公用分組交換網、衛星通信網和無線分組交換網，它將分布在不同地區的局域網計算機系統互連起來，達到資源共享的目的。如因特網（Internet）是世界上范圍最大的廣域網。
- 廣域網覆蓋物理層、鏈路層一直到網絡層，而局域網只覆蓋物理層和鏈路層。
- 局域網通常采用多點接入技術，而廣域網采用點對點連接。
- 廣域網強調資源共享，而局域網強調數據傳輸。
- 廣域網的傳輸速率比局域網高，但是傳播延遲更長。
PPP協議
點對點協議PPP（Point-to-Point Protocol）是使用串行線路通信的面向字節的協議，該協議應用在直接連接兩個結點的鏈路上。設計的目的主要是用來通過撥號或專線方式建立點對點連接發送數據，使其成為各種主機、網橋和路由器之間簡單連接的一種共同的解決方案。是目前使用最廣泛的數據鏈路層協議。
只支持全雙工鏈路。
imp.
1）PPP提供差錯檢測但不提供糾錯功能，只保證無差錯接收（通過硬件進行CRC校驗）。它是不可靠的傳輸協議，因此也不使用序號和確認機制。
2）它僅支持點對點的鏈路通信，不支持多點線路。
3）PPP的兩端可以運行不同的網絡層協議，但仍然可以使用同一個PPP進行通信。
5）PPP是面向字節的，當信息字段出現和標志字段一致的比特組合時，PPP有兩種不同的處理方法：若用在異步線路（默認），則采用字節填充法；若用在同步線路，則采用比特填充法。
PPP協議的三個組成部分
1、鏈路控制協議（LCP）：一種擴展鏈路控制協議，用于建立、配置、測試和管理數據鏈路。
2、網絡控制協議（NCP）：PPP協議允許同時采用多種網絡層協議，每個不同的網絡層協議要用一個相應的NCP來配置，為網絡層協議建立和配置邏輯連接。
3、一個將IP數據報封裝到串行鏈路的方法：IP數據報在PPP幀中就是其信息部分，這個信息部分的長度受最大傳送單元（MTU）的限制。
PPP協議的幀格式
HDLC協議
高級數據鏈路控制（HDLC，High-Level Data Link Control），是一個在同步網上傳輸數據、面向比特的數據鏈路層協議，它是由國際標準化組織（ISO）根據IBM公司的SDLC（Synchronous Data Link Control）協議擴展開發而成的。
特點：
- 數據報文可透明傳輸，通過零比特填充法實現。
- PPP還可以實現字節填充，HDLC只能實現零比特填充。
- 所有幀采用CRC檢測，對信息幀進行順序編號，可防止漏收或重復，傳輸可靠性高。
HDLC的站
主站、從站、復合站
1、主站的主要功能是發送命令（包括數據信息）幀、接收響應幀、并負責對整個鏈路的控制系統的初啟、流程的控制、差錯檢測或恢復等。
2、從站的主要功能是接收由主站發來的命令幀，向主站發送響應幀，并且配合主站參與差錯恢復鏈路控制。
3、復合站的主要功能是既能發送，又能接收命令幀和響應幀，并且負責整個鏈路的控制。
三種數據操作方式：
1、正常響應方式
2、異步平衡方式
3、異步相應方式
HDLC的幀格式
1）信息幀第一位為 0，用來傳輸數據信息，或使用捎帶技術對數據進行確認 。
2）監督幀 10，用于流量控制和差錯控制，執行對信息幀的確認、請求重發和請求暫停發送等功能。
3）無編號幀 11，用于提供對鏈路的建立、拆除等多種控制功能。
鏈路層設備
網橋
兩個或多個以太網通過網橋連接后，就成為一個覆蓋范圍更大的以太網，而原來的每個以太網就稱為一個網段。網橋工作在鏈路層的MAC子層，可以使以太網各網段成為隔離開的碰撞域。
網段：一般指一個計算機網絡中使用同一物理層設備（傳輸介質、中繼器、集線器等）能夠直接通訊的那一部分。
如果把網橋換成工作在物理層的轉發器，那么就沒有這種過濾通信量的功能。
由于各網段相對獨立，因此一個網段的故障不會影響到另一個網段的運行。
imp.
網橋處理數據的對象是幀，所以它是工作在 數據鏈路層的設備。
中繼器、放大器處理數據的對象是信號，所以它是工作在 物理層的設備。
網橋根據MAC幀的目的地址對幀進行轉發和過濾。當網橋收到一個幀時，并不向所有接口轉發此幀，而是先檢查此幀的目的MAC地址，然后再確定將該幀轉發到哪一個接口，或者把它丟棄（即過濾）。
網橋優點：
1、過濾通信量，增大吞吐量。
2、擴大了物理范圍。
3、提高了可靠性。
4、可互連不同物理層、不同MAC子層和不同速率的以太網。
透明網橋
”透明“ 指以太網上的站點并不知道所發送的幀將經過哪幾個網橋，是一種即插即用設備 —— 自學習。
通過自學習來構建轉發表。每一個通過網橋的數據包都會被記錄下網橋收到數據時數據對應的地址和網橋自己的接口，通過許許多多的數據包構造的緩存，網橋就可以知道哪個數據包在哪個接口，以后如果要穿數據包就知道要往哪個接口發送數據包了。
源路由網橋
在發送幀時，把詳細的最佳路由信息（路由最少/時間最短）放在幀的首部中。
選擇的是最佳路由。
方法：源站以廣播方式向欲通信的目的站發送一個發現幀。
通過廣播方式向目標地址發送廣播，此時可能會經過不同路由產生不同的路徑，目標地址收到后再將每一條路徑都發一個響應幀給網橋，網橋經過對比就知道哪個接口最快。
以太網交換機
以太網交換機本質上是一個多端口的網橋，它工作在數據鏈路層。交換機能經濟地將網絡分成小的沖突域，為每個工作站提供更高的帶寬。
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交換機通常有十幾個端口，每個端口都可以直接連接主機或者連接集線器。
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交換機同網橋一樣，每個端口引出的區域都是一個沖突域。
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交換機可以獨占傳輸媒體帶寬，交換機端口連接的集線器/主機都是獨占媒體帶寬，不同于集線器帶寬被平分。
以太網交換機的兩種方式：
- 直通式交換機：查完目的地址就立刻轉發。
- 延遲小，可靠性低，無法支持具有不同速率的端口的交換。
- 存儲轉發式交換機：將幀放入高速緩存，并檢查是否正確，正確則轉發，錯誤則丟棄。
- 延遲大，可靠性高，可以支持具有不同速率的端口的交換。
廣播域 & 沖突域
沖突域：在同一個沖突域中的每一個結點都能收到所有被發送的幀。簡單的說就是同一時間內只能有一臺設備發送信息的范圍。
廣播域：網絡中能接收任一設備發出的廣播幀的所有設備的集合。簡單的說如果站點發出一個廣播信號，所有能接收到這個信號的設備的范圍稱為一個廣播域。
總結
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