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  • 计算机网络(一)物理层和数据链路
    2021-01-02 15:24:34

    1 物理层

    物理层就是通过物理的传输介质将各种网络设备连接在一起,并且可以发送信号,无论是数字信号还是模拟信号,发送的都是一串二进制编码。

    2 数据链路层

    2.1 数据链路层功能

    由于物理层能够传输的是一串二进制码,为了能够通信,就需要定义一些规则。

    • 封装成帧:传输数据的基本单元,发送方和接受方都按照这个帧的定义来发送和接收;
    • 透明传输:只穿帧,不关注帧里面有什么内容,
    • 差错检测:物理层可能出错,所以定义数据帧需要有校验功能;

    2.2 以太网帧格式

    以太网是一种计算机局域网技术。IEEE组织的IEEE 802.3标准制定了以太网的技术标准,它规定了包括物理层的连线、电子信号和介质访问层协议的内容。

    在这里插入图片描述

    • 目的地址:6*8=48位,网卡从生产之初就由IEEE定义好了;
    • 源地址:6*8=48位,网卡从生产之初就由IEEE定义好了;
    • 类型:2*8=16位,帧数据的类型,如果是IP数据报,就是0800;ARP请求/应答就是0806;
    • 数据帧:最大传输单元(Maximum Transmission Unit,MTU),以太网一般为1500字节;
    • CRC:循环冗余校验码;

    交换机或者路由器中存有【MAC地址,转发接口】表,可以实现将数据帧发送到不同的机器上面;交换机或者路由器只能存放直接相连网络设备的信息;

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  • 数据链路层,以太网和物理层 概观 在前面的章节中,我们了解了应用层传输层端口通信,我们还研究了用于远程传输数据包的网络层IPv4寻址。在本章中,我们将讨论数据链路层并讨论如何准备数据包以便通过不同类型...

    数据链路层,以太网和物理层

    概观

    在前面的章节中,我们了解了应用层和传输层端口通信,我们还研究了用于远程传输数据包的网络层和IPv4寻址。在本章中,我们将讨论数据链路层并讨论如何准备数据包以便通过不同类型的媒体和物理网络组件进行传输,我们还将介绍一些以太网概念,最后查看物理层。

    计算机网络,数据链路层,以太网和物理层。

     

    数据链路层

    数据链路层是OSI模型中的第二层。其功能是主要准备数据包以通过物理媒体传输。它还用于控制将遍历物理介质的数据流。数据链路PDU是帧。在这一层执行的两个主要功能包括。

    • 从网络层接收的数据包的帧
    • 通过MAC(媒体访问控制)控制物理媒体如何处理数据并检测错误。

    该层的设备称为节点。

    协议和服务

    在其他层中,大多数协议由RFC定义。但是,在数据链路层中,IEEE定义了大多数协议。我们将在有关切换的章节中讨论其中一些协议。

    物理层

    我们之前讨论过的OSI模型层主要关注将数据从用户转换为可以通过物理介质传输的形式。这是1所述的物理层ST OSI模型的层,是负责在不同类型的物理介质的可能存在的传输数据。

    计算机网络,数据链路层,以太网和物理层。

     

    从数据链路层接收的帧被转换为比特,以便在该层中的介质上传输。根据物理介质的类型,物理层可以将位表示为; 用于通过无线媒体传输的光信号,电信号或波。

    这些位在物理介质上的传输取决于以下内容:

    • 介质的类型及其连接器
    • 比特的表示形式; 电信号,光信号或波信号
    • 数据编码和控制信息
    • 网络中发射器和接收器的类型

    正如我们之前所了解的; 在这个阶段的通信中,用户数据经历了几个过程; 传输层的分段,网络层的分组,数据链路层的帧封装,最后,数据被转换成可以通过物理媒体传输的三种形式之一; 物理层中的电信号,光信号或微波。

    我们在网络中使用的三种主要传输媒体形式是:

    1. 铜缆
    2. 纤维
    3. 无线

    就像数据链路层一样,数据链路层中的标准没有在RFC下定义,但是,其他标准确实存在。

    物理层中的数据承载能力

    各种物理介质以不同的速度提供数据传输。可以使用三个度量来测量数据传输速率。

    1. 带宽 - 线路的容量。这是以bp / s(每秒位数),每秒kb / s千比特和每秒mb / s兆比特来衡量的。

    注意:您应该小心不要混淆带宽单位。用于表示带宽的符号是bps或b / s。字母b是小写字母,这与以大写字母B为单位的每秒字节数(Bps)测量的存储速度不同。

    1. 吞吐量 - 这是在一定时间内实际传输的数据,在大多数情况下通常小于带宽。
    2. Goodput - 在一段时间内传输的实际可用数据称为goodput。

    以太网络

    OSI模型的第1层和第2层的标准定义为以太网标准。以太网中使用的不同标准定义了不同的第1层和第2层协议,但帧的格式不会改变。

    正如我们在前面部分中提到的,数据链路层提供了将数据包转换为帧的机制,而物理层将帧转换为比特,然后通过物理媒体传输。

    枢纽

    在yester年代,许多局域网中的主要以太网标准是HUB。集线器使用称为CSMA / CA(载波侦听多路访问/冲突避免)和CSMA / CD(载波侦听多路访问/冲突检测)的技术。这是使用总线或集线器技术实现的。

    顾名思义,集线器是网络段通信的核心,设备一次只能传输一个数据。

    HUB在第1层运行,这意味着当集线器接收到数据时,它会将此信息泛洪到网络中的所有设备。这是一个主要的性能问题,因为可能存在拥塞,网络故障等。

    注意:集线器作为通信中心的区域称为冲突域。这是因为碰撞的可能性很高。

    诸如集线器之类的冲突域中的通信具有以下特征。

    • 泛洪 - 将帧发送到连接到集线器的所有设备。
    • 在任何情况下,只有一个设备可以通信
    • 沟通只是一种方式
    • 一个碰撞域

    开关

    与集线器相关的问题,例如由于冲突导致的高故障率,是网络增长的主要障碍。结果,引入了解决这个问题的新解决方案。交换机以多种方式改变了网络中的通信,交换机上的每个端口都充当单个冲突域,因此,交换机具有与端口一样多的冲突域。这意味着减少了碰撞的可能性。该交换机在第2层工作而不是第1层,这意味着交换机可以了解其网络上的设备而不是泛洪帧,可以进行单播通信。

    进一步的发展导致双向通信,而不仅仅是集线器中看到的单向通信,也可以是许多设备可以同时通信的交换机。

    交换机是通信中心的区域称为广播域。在这种类型的通信中,每个端口都是它自己的冲突域,因此,存在与交换机端口一样多的冲突域。

    交换机的其他一些特性包括:

    • 数据链路层而不是物理层的通信
    • 全双工通信
    • 广播域而不是单个冲突域

    注意:切换的一些概念将在稍后阶段讨论。这些概念至关重要,并经常在CCNA综合考试和ICND 1和ICND 2考试中进行检查。

    摘要

    在本章中,我们研究了数据链路层以及第2层的通信方式。我们还研究了物理层和通过物理介质发送数据作为位。我们总结了以太网,并研究了通过交换机和集线器进行的通信。在下一章中,我们将进行路由器的基本配置,并查看一些CISCO IOS基础知识。

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  • 文章目录物理层概述物理层的作用传输介质信道的基本概念分用-复用技术数据链路层概述 物理层概述 物理层的作用 如果是OSI七层模型的话,物理层是处于最底层的位置。对于TCP/IP四层模型,它是属于最底层的网络接口层...


    物理层概述

    物理层的作用

    如果是OSI七层模型的话,物理层是处于最底层的位置。对于TCP/IP四层模型,它是属于最底层的网络接口层。物理层的作用是

    • 连接不同的物理设备(比如路由器到计算机通过网线进行连接)
    • 传输比特流(比特流就是0、1这样的高低电平,或者说是数字信号)

    传输介质

    连接不同物理设备的介质,包括有线介质和无线介质,其中有线介质包括
    双绞线、同轴电缆、光纤、比特流

    信道的基本概念

    • 信道是往一个方向传递信息的媒体
    • 一条通信电路往往包含一个接收信道和一个发送信道
    • 因为发送信息和接收信息的方向不一样,所有这里有两个信道

    一条通信线路,既发送又接收,如果引起了冲突会怎么办?
    在这里插入图片描述
    这个问题,其实物理层已经解决了。根据信道的不同,通信电路可以分成

    • 单工通信信道
    • 半双工通信信道
    • 全双工通信信道

    单工通信信道

    • 只能一个方向通信,没有反方向反馈的信道
    • 有限电视、无线电收音机等等,都属于单工通信信道(一方发送,另外一方只能接收)

    半双工通信信道

    • 双方都可以发送和接收信息
    • 不能双方同时发送,也不能同时接收

    全双工通信信道

    • 双方都可以同时发送和接收消息
    • 网线这些都是全双工通信信道

    分用-复用技术

    前边介绍到,如果两个计算机进行通信,那么在他们之间就会有一条通信线路,在这条通信电路中,可能用发送信道和接收信道。考虑一种情况,如果有很多的计算机,他们都需要连接,这个时候就有很多的发送信道和接收信道,并且在很多时候,他们也并不是处于活跃的状态。这就会导致信道的利用率不高。因此就提出了分用-复用的技术,用来提升信道的利用率

    分用-复用技术是如何提高信道的利用率?

    多个计算机连接复用器,另一侧的计算机连接分用器。通过复用器和分用器这两个设备就可以共享一条发送信道以及接收信道,这样就可以大大提升信道的利用率。

    在这里插入图片描述

    注意:如果有很多的计算机,很频繁的通过信道收发信息,会导致信道拥塞

    数据链路层概述

    对于物理层,主要是进行不同设备的连接,以及传输比特流。下边是对数据链路层进行介绍,首先数据链路层是位于OSI七层模型的倒数第二层,也就是物理层的上边一层,位于TCP/IP四层模型的网络接口层

    在这里插入图片描述

    数据链路层主要是解决了以下三个问题

    • 封装成帧
    • 透明传输
    • 差错检测

    封装成帧

    • “帧”是数据链路层数据的基本单位(就好比比特位是物理层数据的单位)
    • 发送端在网络层的一段数据前后添加特定标记形成“帧”
    • 接收端根据前后特定标记识别出“帧”

    下边是通过图示来理解封装成帧的过程

    • 首先在网络层会将一些“IP数据报”传输到数据链路层
    • 数据链路层在接收到这个数据的时候,把它看做是数据帧的数据,然后在数据的前后加上特定的标记,表示这是数据帧的头部和尾部
    • 从帧首部到帧尾部就是数据帧的长度

    而数据帧在物理层表现的就是很多的0和1组成的比特流。上边的提到的帧首部和帧尾部,都是特定的控制字符(特定比特流)

    帧首部的比特流是:SOH:00000001(SOH是控制字符)
    帧尾部的比特流是:EOT:00000100

    在这里插入图片描述
    如果帧数据中也恰好有帧首部或帧尾部一样的比特流该怎么办
    这个就需要透明传输

    透明传输

    通过透明传输就可以解决上边提到的问题。在介绍透明传输之前,先了解一下什么是“透明”。“透明”在计算机领域是非常重要的一个术语。

    比如我们平时在设计一个API的时候,我们会常说,你这个API设计的足够良好的话,那么底层的这个API的操作,对API的调用方是透明的。再比如说,数据链路层和物理层,对于数据链路层来说,物理层它所做的工作都是透明的,物理层只需要提供一些API给数据链路层去使用就可以了。说白了就是:一种实际存在的事务,却又看起来不存在一样。把透明这个概念使用在数据链路层就是,控制字符在帧数据中,但是要当做不存在的去处理

    那么数据链路层是怎样做到,即使控制字符位于帧数据中,它还是可以装作不知道的去处理的呢?

    假设此时帧数据中有一个帧尾部的控制字符,如果数据链路层没有使用透明传输,那么接收端很可能就把位于帧数据中的控制字符,看做是数据帧的尾部,从而识别出错误的帧。因此数据链路层就会对帧数据中的控制字符进行特殊处理
    在这里插入图片描述

    处理的方法就是在控制字符前边加转义字符,下边的ESC就是转义字符。这样的话,接收端在接收到数据帧之后,它就会先判断帧数据中的控制字符前边是否存在转义字符,如果存在,就不会把这个控制字符当做一个控制字符。那如果帧数据中也出现了转义字符怎么办?把转义字符重新转义一次即可
    在这里插入图片描述
    其实我们在平时的编程当中,“\”一般看做是转义字符。假设此时要输出“\”,那么在这两个反斜杠前边都加上转义字符即可,表示这两个都不是转义字符"\"

    差错检测

    物理层只管传输比特流,无法控制是否出错(如果物理层传输比特流的过程中受到了一些干扰,比如闪电。就会影响比特流的传输,物理层是察觉不到的)

    数据链路层负责起“差错检测”的工作,主要包含两个部分:

    • 奇偶校验码
    • 循环冗余校验码(CRC)
    奇偶校验码

    奇偶校验码是一种非常简单的检测比特流中是否有传输错误的方法。该方法是通过在比特流的尾部添加一位比特位来检测比特流是否有出错。假设测试要传输“00110010”这个8位的比特流

    • 首先在这个比特流后边加“1”这个比特位
    • 当接收端接收到这个比特流之后,就会根据后边加的那个比特位来检测该比特流是否有出错
    • 这个1是通过前边的8位比特流相加得到3,因为3是奇数,所以就在这个8位的比特流后边加上1,来表示这是一个奇偶校验的位

    如果我们要传输“00111010”这个比特流,那么后边添加的比特位就应是“0”,因为这8位相加的结果是4,是个偶数。下边就看一下,如何通过这个奇偶检验码来检测错误。假设此时要传输“00110010”这个比特流,那么需要在尾部添加“1”这个比特位。假设在传输的过程中发生了错误,接收端收到的是“00010010”,此时接收端会通过奇偶校验码来进行校验,接收端计算的奇偶校验码是“0”,不等于“1”,说明这个比特流在传输的过程中出现了差错
    相信聪明的你已经看出来,这里边有一个局限性,假设现在还是要传输“00110010”,在尾部添加的比特位是“1”。假设此时接收端接收到的是“00000010”,接收端经过运算之后,发现后边的奇偶校验位应该是“1”,而恰好此时,最后一位校验位就是“1”,就会认为数据没问题,而实际上数据是有问题的。所以当比特流出现两位错误,奇偶校验码就检测不到错误

    循环冗余校验码(CRC)

    循环冗余校验码是一种广泛使用的差错检测的算法

    • 它是一种根据传输或保存的数据而产生固定位数校验码的方法(固定位数,可能是1位,也可能是多位)
    • 它可以检测数据传输或者保存后可能出现的错误它的过程和奇偶校验码有些类似
    • 它首先计算生成一些数字,并且附加到数据后边
    • 当接收端接收到数据之后,就会根据附加到后边的数字,来判断接收到的数据是否有出错

    CRC主要有三个步骤

    • 选定一个用于校验的多项式G(x),并在数据尾部添加r个0
    • 将添加r个0后的数据,使用模“2”除法除以多项式的位串
    • 将得到的余数填充在原数据r个0的位置,得到可校验的位串

    下边直接例子

    使用CRC计算“101001”的可校验位串

    下边就根据上边提到的计算CRC的三步来计算

    (1)首先是选定一个用于校验的多项式G(x),并在数据尾部添加r个0

    什么是G(x)?

    G(x)可能是下边这样的一个多项式
    在这里插入图片描述位串就是将多项式的常数项提取出来,得到了位串1101。在数据尾部添加r个0,其实就是在尾部添加最高阶个0。因此在“101001”后边添加3个0就得到了“101001000”

    (2)将添加r个0后的数据,使用模“2”除法除以多项式的位串
    在这里插入图片描述
    经过上边的计算,得到余数为“001”,然后进行第三步

    (3)将得到的余数填充在原数据r个0的位置,得到可校验的位串
    也就是将原来的“101001000”填充为“101001001”,最后这个就是最终要发送的可校验位串,上边的过程都是在发送端完成的,发送端通过校验出可校验位串之后,它就可以将这个比特流发送给接收端。接收端在接收到这个比特流之后,它就可以进行校验。校验的过程也是一样,接收端将接收到的数据除以G(x)的位串,根据余数判断是否出错,如果没有出错,得到的余数应该是0,如果不是0,说明数据在传输过程中出错了
    在这里插入图片描述上边就是循环冗余校验码算法(CRC)的整个过程

    • 其实CRC的错误检测能力与位串的阶数r有关(位串中添加越多的0,检测能力就越强,比如,阶数如果是1的话,就是在传输数据后边加一个校验位,这样就退化成了前边介绍的奇偶校验码了)
    • 数据链路层只进行数据的检测,不进行纠正(如果数据链路层发现错误的数据,它会直接的将其丢弃掉)

    最大传送单元MTU

    数据链路层的数据帧不是无限大的(因此MTU描述的就是最大可传输的数据帧)

    设置MTU的好处:数据帧过大或者过小都会影响传输的效率(常用的以太网的MTU一般为1500字节)

    如果数据帧过大,总时延就会增大,这样就导致发送端和接收端处理信息的时间过长,如果过小的话也不行,假设每次发1个字节,那么1500个字节就需要发送1500次,虽然每个数据发送的总时延减少了,但是重复1500次,这个也会影响通信的效率,所以数据帧过大或过小都会影响数据传输效率

    路径MTU

    假设计算机A给计算机B传输数据,需要经过多个小型网络。假设计算机A给计算机B传输数据的话,那么路径的MTU由谁决定的呢?如下图
    在这里插入图片描述
    计算机和小型网络之间以及小型网络和小型网络之间的数字是MTU,那么整个路径的MTU就是受最小的MTU影响的,称之为木桶效应。所以整个路径的MTU就是1492

    以太网协议详解

    上边介绍了数据链路层中的数据封装成帧、透明传输、差错检测以及MTU。了解完这些,还不能让我们知道数据链路层是如何进行数据传输的,以太网协议是数据链路层非常常用的一种协议。在学习具体某一层的协议时,我们是希望可以屏蔽其它层的一些细节,比如我们在学习数据链路层的协议时,就不需要关注物理层是如何进行比特流的传输的,我们甚至可以认为比特流是由某一台机器的数据链路层直接传输到另一台机器的数据链路层的,以此来简化理解

    在这里插入图片描述假设有下边这么一个网络拓扑,图中有A、B、C三台计算机,这三个计算机通过一个路由器进行连接。假设此时A需要向C发送数据,数据是如何到达的C的?路由器怎么知道计算机A的数据要发送给谁?

    在这里插入图片描述
    两个主要内容

    • MAC地址
    • 以太网协议
    MAC地址
    • MAC地址(物理地址、硬件地址)
    • 每一个设备都拥有唯一的一个MAC地址(可以理解成设备的身份证)
    • MAC地址共48位,通常用十六进制表示
    • 可以通过ifconfig -a(windows使用 ipconfig /all)来查看本机所有硬件设备的地址
    以太网协议
    • 以太网(Ethernet)是一种使用广泛的局域网技术
    • 以太网是一种应用于数据链路层的协议
    • 使用以太网可以完成相邻设备的数据帧传输

    以太网数据格式

    在这里插入图片描述

    主要由五个部分组成:

    • 目的地址、源地址:前边两个部分就是前边提到的MAC地址,下边的6,表示占用6个字节(48位)
    • 类型:类型表明的是帧数据是哪个协议的数据,如果是网络层的数据的话,类型就是0800;如果帧数据是ARP协议的请求或应答数据,它的类型就是0806;如果是RARP的协议数据,那类型就是8035
    • 帧数据:就是具体发的数据
    • CRC:这个是前边介绍到的循环冗余校验码

    MAC地址表

    MAC地址表是一个映射,会把MAC地址具体的映射到硬件接口。了解了MAC地址表,就可以解决最开始提到的那个问题了

    在这里插入图片描述当A要给C发送消息的时候,在路由器E中有一个MAC地址表,表中记录了每一个MAC地址映射到了哪一个接口。所以A给C发数据的整个过程就是:

    • A通过网卡发送数据帧
    • 数据帧到达路由器,路由器取出前6个字节(目的地址)
    • 路由器匹配MAC地址表,找到对应的网络接口
    • 路由器通过目的地址匹配到的接口来发送数据帧
      在这里插入图片描述
      如果MAC地址表,不知道C的硬件接口具体是哪一个,该怎么办?

    在这里插入图片描述
    这个问题的过程就是:

    • 路由器E检查MAC地址表,发现没有MAC地址C的信息
    • E将广播A的数据包到除A以外的接口
    • E将收到来自B、C的回应,并将MAC地址记录下来

    对于比较复杂的网络拓扑,通过MAC地址表就不能解决跨设备的数据传输

    在这里插入图片描述
    因为通过MAC地址表只能进行相邻物理节点之前的数据传输,所以,如果A要给C发送数据,靠MAC地址表是完成不了的(E只能知道A、D、F的地址)。解决跨设备的数据传输就需要学习网络层的更多内容

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  • 物理层和数据链路

    千次阅读 2020-04-17 10:54:47
    目录物理层数据链路层1. 传送单位2. 信道分类3. 基本概念4. 链路层向网络层提供的服务无确认的无连接服务有确认的无连接服务有确认的面向连接服务5. 局域网和以太网6. 数据链层主要功能7. 封装成帧8. 透明传输9. ...

    物理层

    物理层的主要任务是确定与传输媒体接口的一些特性,即:
    机械特性:指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等等。
    电气特性:指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。
    功能特性:指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。
    过程特性:指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。

    数据链路层

    1. 传送单位

    数据链路层的传送单位是帧

    2. 信道分类

    广播信道:一对多通信,一个节点发送的数据可被广播信道上所有节点接收到。所有节点都在同一个广播信道上发送数据,需专门的控制方法协调,避免冲突。CSMA/CD协议。
    点对点信道:一对一通信。PPP协议,简单,只检测差错而不去纠正差错,不使用序号,也不进行流量控制,可同时支持多种网络层协议

    3. 基本概念

    网桥:一种用于数据链路层实现中继,连接两个或多个局域网的网络互连设备。
    MTU(Maximum Transfer Uint):最大传送单元。帧的数据部分的长度上限。以太网的MTU值是1500bytes.即数据帧内容最大为1500.
    误码率BER(Bit Error Rate):一段时间内传输错误的比特占所传输比特总数的比率。
    数据链路层的三个基本问题是:封装成帧,透明传输和差错检测

    4. 链路层向网络层提供的服务

    数据链路层的设计目标是为网络层提供各种需要的服务。一般情况下,数据链路层会向网络层提供三种类型的服务:

    无确认的无连接服务

    源计算机向目标计算机发送独立的帧,目标计算机并不对这些帧进行确认。事先无需建立逻辑连接,事后也不用解释逻辑连接。如果由于线路上的原因造成某一帧的数据丢失,则数据链路层并不会检测到这样的丢失帧,也不会恢复这些帧。

    有确认的无连接服务

    源主机数据链路层必须对每个发送的数据帧进行编号,目的主机数据链路层也必须对每个接收的数据帧进行确认。如果源主机数据链路层在规定的时间内未接收到所发送的数据帧的确认,那么它需要重发该帧。

    有确认的面向连接服务

    源计算机和目标计算机在传输数据之前需要先建立一个连接,该连接上发送的每一帧也都被编号,数据链路层保证每一帧都会被接收到。且它还保证每一帧只被按正常顺序接收一次。存在3个阶段,即:数据链路建立、数据传输、数据链路释放阶段。每个被传输的帧都被编号,以确保帧传输的内容与顺序的正确性。

    5. 局域网和以太网

    局域网是典型的广播信道,特点是为一个单位所拥有,且地理范围和站点数目均有限。主要有以太网、令牌环网、FDDI和ATM等局域网技术,目前以太网占领着有线局域网市场。

    以太网是一种星型拓扑结构局域网。早期用集线器进行连接,集线器是一种物理层设备,作用于比特,当一个比特到达接口时,集线器重新生成这个比特,并将其能量强度放大,从而扩大网络的传输距离,之后再将这个比特发送到其它所有接口。如果集线器同时收到两个不同接口的帧,那么就发生了碰撞。目前以太网使用交换机替代了集线器,交换机是一种链路层设备,它不会发生碰撞,能根据MAC地址进行存储转发。交换机有自学习能力,学习交换表的内容,交换表中存储着MAC地址到接口的映射,因有自学习能力,不需要手动配置交换表内容。

    6. 数据链路层主要功能

    数据链路层最基本的服务是将源结点中网络层的数据可靠的传输到相邻的目标结点的网络层。为了实现这个目的,数据链路层必须具备的功能:
    a.将数据组合成帧;
    b.控制帧在物理信道上的传输,包括处理传输差错,调节发送速率使之与接收方相匹配;
    c.在两个网路实体之间提供数据链路通路的建立、维持和释放管理。

    7. 封装成帧

    封装成帧是在一段数据的前后分别添加首部和尾部,构成一个帧。首部和尾部用于帧定界。
    在这里插入图片描述

    8. 透明传输

    帧使用首部和尾部进行定界,如果帧的数据部分含有和首部尾部相同的内容,那么帧的开始和结束位置就会被错误的判定。需要在数据部分出现首部尾部相同的内容前面插入转义字符。如果数据部分出现转义字符,那么就在转义字符前面再加个转义字符,在接收端进行处理后可以还原出原始数据。这个过程透明传输的内容是转义字符,用户察觉不到转义字符的存在。

    9. 差错控制

    在传输过程中可能会由于各种因素导致出现比特差错,需要在数据链路层进行检查。通常使用循环冗余检验(CRC)来检查比特差错。

    10. 流量控制

    控制流量可以保证数据传输的有序,且能够避免传输过程中因接收方来不及接收导致数据丢失。

    11. 链路管理

    “链路管理”包括数据链路的建立、维持和释放。当两个结点要进行通信时,数据的发送方必须确知接收方是否已处在准备接受的状态。通信双方必须先要交换一些必要的信息,以建立一条基本的数据链路。在传输数据时要维持数据链路,而在通信完毕时要释放数据链路。

    12. CSMA/CD协议

    CSMA/CD表示载波监听、多点接入和碰撞检测。
    多点接入:表示多个主机以多点的方式连接到一根总线上,是总线型网络。
    载波监听:每个主机在发送数据前需要持续的检测总线上是否有别的主机在发送数据,如果有,则暂时不发送数据,以免发生碰撞。
    碰撞检测:在发送中,如果监听到信道已有其它主机正在发送数据,就表示发生了碰撞。虽然每个主机在发送数据之前都已经监听到信道为空闲,但由于传播时延的存在,还是有可能会发生碰撞。记端到端的传播时延为τ,最先发送的站点最多经过2τ就可以知道是否发生了碰撞,称2τ为争用期。只有经过争用期之后还没有检测到碰撞,才能肯定这次发送不会发生碰撞。当发生碰撞时,站点要停止发送,等待一段时间再发送。

    13. MAC层

    数据链路层中MAC子层主要实现:区分数据与控制信息。
    由于数据和控制信息都是在同一信道中传输,数据和控制信息处于同一帧中,因此一定要有相应的措施使接收方能够将他们区分开来,以便向上传送的仅是真正需要的数据信息。
    MAC地址是链路层地址,长度6字节(48位),用于唯一标识网络适配器(网卡)。一台主机拥有多少个网络适配器就有多少个MAC地址。
    MAC层与交换机都工作在数据链路层,上一层传下来的包在这一层分割封装后叫做帧,该层常见的协议:SDLC,STP,帧中继,HDLC等;
    在这里插入图片描述

    14. 虚拟局域网

    虚拟局域网可以建立与物理位置无关的逻辑组,只有在同一个虚拟局域网中的主机才会收到链路层广播信息。如下图中(A1, A2, A3)属于一个虚拟局域网,A1发送的广播会被A2、A3收到,而其它站点收不到。
    使用VLAN干线连接来建立虚拟局域网,每台交换机上的一个特殊接口被设置为干线接口,以互连VLAN交换机。在标准以太网帧上加进了4字节首部VLAN标签,用于表示该帧属于哪一个虚拟局域网。
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    15. 常见问题

    局域网将数据链路层分割为哪两个子层?这两个子层分别完成了什么功能?
    答:划分为逻辑链路控制LLC子层和介质访问控制MAC子层,从而使LAN体系结构能适应多种传输介质。对各种类型的局域网来说,其物理和MAC子层需要随着所采用介质和访问方法的不同发生改变,而这些不同对于LLC子层来说都是透明的。
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    (1)LLC作为数据链路层的一个子层,使用MAC子层为其提供的服务,通过与对等实体LLC子层的交互为它的上层网络层提供服务。
    (2)MAC子层是用来实现介质访问控制的网络实体。MAC子层主要功能包括数据帧的封装/拆封、帧的寻址与识别、帧的接收与发送、链路的管理、帧的差错控制及MAC协议的维护等。

    VPN隧道协议种类:
    主要有4种:点到点隧道协议PPTP、第二层隧道协议L2TP、网络层隧道协议IPSec以及SOCKS v5协议。其中,PPTP和L2TP工作在数据链路层,IPSec工作在网络层,SOCK v5工作在会话层。

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以太网物理层和数据链路层