第三章.数据链路
数据链路层是计算机网络最基本的内容。
数据链路层的协议定义了通过通信媒介互连的设备之间传输的规范。
一、数据链路相关技术
1.MAC地址
关于MAC地址的几个要点：
①MAC地址长度为48比特：
| MAC地址位数 | 含义 |
|---|---|
| 第1位 | 单播地址（0）/多播地址（1） |
| 第2位 | 全局地址（0）/本地地址（1） |
| 第3~24位 | 由IEEE管理并保证各厂家之间不重复的厂商识别码 |
| 第25~48位 | 由厂商管理并保证产品之间不重复的厂商内识别码（OUI） |
②MAC地址都是唯一的，在全世界都不会重复。
例外情况：1.微机板上可以自由设置自己的MAC地址。2.一台主机上如果启动多台虚拟机，由于没有硬件的网卡只能由虚拟软件自己设定MAC地址给多个虚拟网卡，很难保证MAC地址独一无二。
2.共享介质型网络
共享介质型网络指由多个设备共享一个通信介质的一种网络（如最早的以太网和FDDI）。基本上采用半双工通信（独占通信介质发送数据，也就是说，不能同时接收和发送数据）。
两种介质访问控制方式：
| 方式 | 特点 | 缺陷 | 改良 |
|---|---|---|---|
| 争用方式（CSMA，载波监听多路访问） | “先到先得” | 如果多个站同时发送帧，则会产生冲突现象。 | CSMA/CD方式，要求每个站提前检查冲突，一旦发生冲突，尽早释放信道，再重新争用介质。 |
| 令牌传递方式 | 沿着令牌环发送“令牌”特殊报文，只有获得令牌的站才能发送数据 | 因为一个站没有令牌就不能发送数据，所以数据链路的利用率在网络不拥堵时也达不到100% | 早期令牌释放、令牌追加、多个令牌同时循环等方式 |
3.非共享介质网络
非共享介质网络是指不共享介质，是对介质采用专用的一种传输控制方式。网络中每个站直连交换机，由交换机转发数据帧，发送端和接收端不共享通信介质。大部分情况下使用全双工通信方式（同时收发）。
致命弱点：交换机一旦出现故障，与之相连的所有计算机之间都将无法通信。
4.根据MAC地址转发
两个重要点：转发表、自学过程
交换机的自学原理：
5.环路检测技术
原因：数据帧在环路中可能会被一而再再而三地持续转发，而一旦这种数据帧越积越多将会导致网络瘫痪。
两种方式：1.生成树方式；2.源路由法。
6.VLAN（Virtual LAN）虚拟局域网
作用：1.通过VLAN技术可以不需要通过实际修改网络布线就可以实现分散网络负载、变换部署网络设备的位置等操作；2.VLAN技术附加到网桥上，可以实现过滤多余的包，提高网络的承载效率。
VID标签:在交换机中传输帧时通过该标签决定将数据帧发送到哪个网段。
二、以太网
在众多数据链路中最为著名、使用最为广泛的莫过于以太网（Ethernet）。
1.以太网的分类
例子：10BASE-T（10代表10Mbps，T代表传输介质为双绞线）。
2.以太网帧格式
图解是最直观的表示方式。
前14字节（目标MAC地址、源MAC地址和上层协议类型）构成以太网首部。
FCS作用：检测帧是否有所损坏。
三、无线通信
| 分类 | 通信距离 | 标准化组织 | 相关其他组织及技术 |
|---|---|---|---|
| 短距离无线 | 数米 | 个别组织 | RF-ID |
| 无线PAN | 10米左右 | IEEE802.15 | 蓝牙 |
| 无线LAN | 100米左右 | IEEE802.11 | Wi-Fi |
| 无线MAN | 数千米~100千米 | IEEE802.16、IEEE802.20 | WiMAX |
| 无线RAN | 200千米~700千米 | IEEE802.22 | —— |
| 无线WAN | —— | GSM、CDMA2000、W-CDMA | 3G、LTE、4G、下一代移动通信网络 |
IEEE802.11比较
| 方式 | 802.11 | 802.11a | 802.11b | 802.11g | 802.11n |
|---|---|---|---|---|---|
| 最大速度 | 2Mbps | 54Mbps | 11Mbps | 54Mbps | 150Mbps |
| 频率 | 2.4GHz | 5GHz | 2.4GHz | 2.4GHz | 2.4Ghz/5GHz |
四、PPP
PPP（Point-to-point Protocol）是指点对点，即1对1连接计算机的协议。PPP相当于位于OSI参考模型第2层的数据链路层。
PPP属于纯粹的数据链路层，与物理层没有任何关系。
PPP中两个协议：
1.LCP协议（Link Control Protocol，不依赖上层），主要负责建立和断开连接、设置最大接收单元、设置验证协议以及设置是否进行通信质量的监控；
2.NCP协议（Network COntrol Protocol，依赖上层，上层为IP是叫做IPCP），IPCP负责IP地址设置以及是否进行TCP/IP首部压缩等设置。
PPP连接身份验证协议：
1.PAP，用户名和密码验证，明文传输密码；
2.CHAP，使用一次性密码，较为安全。
PPPoE：在以太网的数据中加入PPP帧进行传输的一种方式。
作用：利用PPP的验证等功能使各家ISP可以有效地管理终端用户的使用。