1. 数据链路的作用
数据链路层的协议定义了通过通信媒介互联的设备之间传输的规范。
通信媒介包括双绞线电缆、同轴电缆、光纤、电波以及红外线等介质。
2. 数据链路相关技术
MAC地址
| 第1位 | 第2位 | 第3～24位 | 第25～48位 |
|---|---|---|---|
| 单播地址（0）/ 多播地址（1） | 全局地址（0）/ 本地地址（1） | 厂商识别码 | 厂商内识别码 |
厂商识别码由IEEE管理并保证各厂家之间不重复。厂商内识别码由厂商管理并保证产品之间不重复。
MAC地址用于识别数据链路中互连的节点。长48比特。一般用十六进制数表示。按照每8bit转换对应值，并替换了前后顺序。
十六进制MAC地址格式：XX:XX:XX:XX:XX:XX
MAC地址也不总是唯一。实际上，即使MAC地址相同，只要不是属于同一个数据链路就不会出现问题。
共享介质型网络
从通信介质使用方法上看，网络分为共享介质型和非共享介质型。
共享介质型网络是指由多个设备共享一个通信介质的一种网络。最早的以太网和FDDI（Fiber Distrbuted Data Interface：光纤分布式数据接口）就是介质共享型网络。在此之下，设备之间使用同一个载波信道进行发送和接收。为此，基本上采用半双工通信方式，并有必要对介质进行访问控制。
共享介质型网络有两种介质访问控制方式：争用方式和令牌传递方式。
争用方式
指争夺获取数据传输的权力。也叫CSMA（载波监听多路访问）。鉴于多个站同时发送帧，会产生冲突现象的情况，出现了改良CSMA的另一种方式——CSMA/CD方式。该方式要求没个站提前检查冲突，一旦发生冲突，尽早释放信道。
令牌传递方式
指沿着令牌环发送一种叫做"令牌"的特殊报文。只有获得令牌的站才能发送数据。该方式的缺点是：网络不拥堵的情况下，数据链路的利用率也达不到100%。为此，衍生了令牌释放、令牌追加等方式。
非共享介质网络
指不共享介质，是对介质采取专用的一种传输控制方式。在此之下，网络中的每个站直连交换机，由交换机负责转发数据帧。由于发射端和接收端不共享通信介质，所以很多情况下使用全双工通信方式。
半双工是指只发送或者只接收的通信方式。而全双工允许在同一时间既发送数据又接收数据。
根据MAC地址转发
以太网交换机就是持有多个端口的网桥。他们根据数据链路层中每个帧的目标MAC地址，决定从哪个网络接口发送数据。这时所参考的、用以记录发送数据接口的表就叫做转发表（Forwarding Table）。
转发表通过自学过程自动生成。
环路检测技术
通过网桥连接网络时，若出现环路，数据帧会在环路中陷入死循环，进而导致网络瘫痪。为解决该问题，生成树与源路由两种方式出现了。
生成树方式
该方法由IEEE802.1D定义。每个网桥必须在每1～10秒内相互交换BPDU（Bridge Protocol Data Unit）包，从而判断哪些端口使用，以便消除环路。
源路由法
该方式可判断发送数据的源地址是通过哪个网桥实现传输的，并将帧写入RIF（Routing Information Field）。网桥则根据这个RIF信息发送帧给目标地址。
VLAN
同一个交换机按照端口区分了多个网段，从而区分了广播数据传播的范围、减少了网络负载并提高了网络的安全性。
将硬件线路的改变转换为网络结构的改变，减少了维护的成本。
3. 以太网
以太网已成为最具兼容性与未来发展性的一种数据链路。最早命名为Ethernet。之后由IEEE802.3委员会将其规范化。但是由于这两者之间对以太网帧的格式定义有所不同，所以，IEEE802.3所规范的以太网又被称为802.3以太网。
以太网连接形式
以太网普及之初，一般采用多台终端使用同一根电缆的共享介质型连接方式。而现在，随着互联设备的处理能力以及传输速度的提高，一般都采用终端与交换机之间独占电缆的方式实现以太网通信。
以太网的分类
因通信电缆的不同及通信速度的差异，衍生出众多不同的以太网类型。10BASE中的"10"、10GBASE中的"10G"分别指10Mbps、10Gbps的传输速度。后面追加的"5"、"2"、"T"、"F"等表示的是传输介质。
以太网帧格式
以太网帧前端为前导码（premble），表示一个以太网帧的开始，是对端网卡能够确保与其同步的标志。前导码末尾是一个叫做SFD（Start Frame Delimiter）的域，值为11.之后是以太网帧的本体。前导码和SFD合起来共占用8个字节。
以太网帧本体的前端是以太网的首部，共占14字节。分别是6个字节的目标MAC地址、6个字节的源MAC地址和2个字节的上层协议类型。之后为数据帧。帧尾是一个叫做FCS（Frame Check Sequence，帧检验序列）的4个字节。其他的以太网帧体格式稍有不同（如IEEE802.3以太网）。
类型通常和数据一起发送，他包含用以标识协议类型的编号。主要协议如下。
4. 无线通信
无线通信通常使用电磁波、红外线、激光等方式进行传播数据。一般在室内的局域网范围内组成的较高速的连接称为无线局域网。
无线通信的种类
无线通信依据通信距离可分为如下类型。
IEEE802.11
IEEE802.11定义了无线LAN协议中物理层与数据链路层的一部分（MAC层）。IEEE802.11这个编号可以指众多标准的统称，有时也指无线lAN的一种通信方式。作为一种通信方式，IEEE802.11在物理层上使用电磁波或红外线。
IEEE802.11比较
IEEE802.11b和IEEE802.11g
这两个是2.4GHz频段中的无线局域网标准。最大传输速度分别为11Mbps和54Mbps。通信距离可达到30～50m。他们与IEEE802.11相似，在介质访问层使用CSMA/CA方式，以基站作为中介进行通信。
IEEE802.11a
在物理层使用5GHz频段。最大速度可达到54Mbps。优点是不使用2.4GHz频段（微波炉使用的频段），不易受到干扰。
IEEE802.11n
在IEEE802.11g和IEEE802.11a的基础上，采用同步多条天线的MIMO（Multiple-Input Multiple-Output，多入多出技术），实现高速无线通信。
蓝牙
与IEEE802.11b/g相似，蓝牙使用2.4GHz频率无线电波。
WiMAX（Worldwide Interoperability for Microware Access）
使用微波在企业或家庭实现无线通信。如DSL和FTTH一样，是实现无线网络关键步骤的一种方式。
ZigBee
主要应用于家电的远程控制，是一种短距离、低功耗的无线通信技术。最多允许65536个终端之间的互连通信。
5. PPP（Point-to-Point Protocol）
定义
指点对点，即1对1连接计算机的协议。PPP相当于位于OSI参考模型第二层的数据链路层，属于纯粹的数据链路层，与物理层没有任何关系。即仅有PPP无法实现通信，还需要有物理层的支持。
PPP可以使用电话线或ISDN、专线、ATM线路。近些年人们更多的是在用ADSL或有线电视通过PPPoE（PPP over Ethernet）实现互联网的接入。PPPoE是在以太网中加入PPP帧进行传输的一种方式。
LCP与NCP
在PPP的主要功能中包括两个协议
- 不依赖上层的LCP协议（Link Control Protocol）
- 依赖上层的NCP协议（Network Control Protocol）
如果上层为IP，此时的NCP也叫做IPCP（IP Control Protocol）
LCP主要负责建立和断开连接、设置最大接收单元（MRU，Maximum Recieve Unit）、设置验证协议（PAP或CHAP）以及设置是否进行通信质量的监控。
而IPCP负责IP地址设置以及是否进行TCP/IP首部压缩等设置。
通过PPP连接时，通常需要进行用户名密码的验证，并对通信两端进行双方向的验证。其验证协议有两种，分别为:
PAP(Password Authentication Protocol)
CHAP(Challenge Handshake Authentication Protocol)
PAP是PPP连接建立时，通过两次握手进行用户名和密码验证，密码以明文方式传输。一般用于安全性要求并不高的环境。
CHAP则使用一次性密码OTP（One Time Password），可以有效防止窃听。
PPP的帧格式
PPP数据帧格式如下，其中标志码用来区分每个帧。这与HDLC（High Level Data Link Control Procedure，高级数据链路控制）相似，因为PPP时基于HDLC制定的协议。HDLC就是在每个帧前后分别加一个8位字节 01111110 来区分帧。这个8位字节叫做标志码。
PPPoE
部分互联网接入服务商在以太网上利用PPPoE提供PPP功能。在此之中，通信线路由以太网模拟。PPPoE数据帧结构如下。
单纯的以太网没有验证功能，也没有建立和断开连接的处理，因此无法按时计费。采用PPPoE管理以太网连接，就可以利用PPP的验证功能使各家ISP可以有效管理终端用户的使用。