计算机网络基础知识整理--数据链路层

小编最近在复习计算机网络基础，整理出来一些我认为比较重要的知识。希望能帮到大家哈，后续会更新~

数据链路层属于计算机网络的低层，数据链路层使用的信道主要有点对点信道和广播信道。

1. 点对点信道

1.1 使用点对点信道的数据链路层的基本介绍

这种信道使用一对一的点对点通信方式。

链路：从一个结点到相邻结点的一段物理线路（有线或无线），而中间没有任何其他的交换结点。

数据链路：当需要在一条线路上传送数据时，除了必须有一条物理线路外，还必须有一些必要的通信协议来控制这些数据的传输。把实现这些协议硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路。现在最常用的方法是使用网络适配器（既有软件和硬件）来实现这些协议。一般的适配器都包括了数据链路层和物理层这两层的功能。

帧：点对点信道的数据链路层的协议数据单元。

数据链路层把网络层交下来的数据构成帧发送到链路上，以及把接收到的帧中的数据取出并上交到网络层。在因特网中，网络层协议数据单元就是IP数据报（数据报/分组/包）。

图1-1 使用点对点信道的数据链路层

点对点信道的数据链路层在进行通信时的主要步骤如下：

1. 结点A的数据链路层把网络层交下来的IP数据报添加首部和尾部封装成帧。
2. 结点A把封装好的帧发送给结点B的数据链路层。
3. 若结点B的数据链路层收到的帧无差错，则从收到的帧中提取出IP数据报上交给上面的网络层；否则丢弃这个帧。

1.2 点对点协议PPP

特点：是数据链路层中使用的最多的一种协议，具有检测连接状态、多种网络层协议、多种类型链路、网络层地址协商、数据压缩协商等功能。

图1-2 用户到ISP的链路使用PPP协议

PPP协议有三个组成部分：

1. 一个将IP数据报封装到串行链路的方法。即支持异步链路（无奇偶检验的比特数据），也支持面向比特的同步链路。
2. 一个用来建立、配置和测试数据链路连接的链路控制协议LCP ( Link Control Protocol ）。
3.  一套网络控制协议 NCP ( Network Control Protocol )，其中的每一个协议支持不同的网络层协议，如IP，OSI的网络层、DECnet、AppleTalk等。

图1-3 PPP协议的状态图

了解更多可查看：点对点协议。

2. 广播信道

这种信道使用一对多的广播通信方式，广播信道上连接的主机很多，因此必须使用专用的共享信道协议来协调这些主机的数据发送。

2.1使用广播信道的数据链路层

下面要讨论的局域网使用的就是广播信道。

局域网最重要的特点是：网络为一个单位所有，且地理范围和站点数目均有限。具有以下优点：

• 具有广播功能 从一个站点可以很方便地访问全网。局域网上的主机可共享连接在局域网上的各种硬件和软件资源。
• 便于系统的可靠性、可用性和生存性
• 便于系统扩展和演变，各设备的位置可灵活调整和改变。

必须指出，局域网工作的层次跨越了数据链路层和物理层，但由于局域网技术中有关数据链路层的内容比较丰富，因此我们把局域网的内容放在数据链路层这一章中讨论。

2.2 CSMA/CD协议

CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/collision detection，带有冲突检测的载波侦听多路存取)是IEEE 802.3使用的一种媒体访问控制方法。从逻辑上可以划分为两大部分:数据链路层的媒体访问控制子层(MAC)和物理层。它严格对应于ISO开放系统互连模式的最低两层。LLC子层和MAC子层在一起完成OSI模式的数据链路层的功能。

CSMA/CD的基本原理是:所有节点都共享网络传输信道，节点在发送数据之前，首先检测信道是否空闲，如果信道空闲则发送，否则就等待;在发送出信息后，再对冲突进行检测，当发现冲突时，则取消发送。

图2-1 CSMA/CD协议

3. 数据链路层的三个基本问题

• 封装成帧：在一段数据的前后分别添加首部和尾部，这样就构成了一个帧。接收端在收到物理层上交的比特流后，就能根据首部和尾部的标记，从收到的比特流中识别帧的开始和结束。

图3-1 用帧首部和帧尾部封装成帧

• 透明传输 当传送的帧是用文本文件组成的帧时，其数据部分显然不会出现在像SOH/EOT这样的帧定界控制字符，不管从键盘上输入什么字符都可以放在这样的帧中传输过去。
• 差错检测 是指在发送的码序列（码字）中加入适当的冗余度以使得接收端能够发现传输中是否发生差错的技术。

最后在放上几个需要了解的名词：

• 适配器
• 转发器
• 集线器
• 网桥