计算机网络 —> 数据链路层

本文是作者自学的一些笔记，用于以后复习以及对其他学者提供帮助。如果你正在学习网络知识需要阅读这篇文章请确保你已经知道了一些关于计算机网络方面的东西.

• 你至少应该知道网络是分层次结构的，包括物理层、数据链路层、网络层 以及上面的层。并对每层的功能有大致了解；
• 配置过路由器、交换机，用过宽带；

在数据链路层是数据是按单元传输的，而这个单元的名字就叫做帧。物理层用二进制01表示这个帧，通过实际的线路传输到其他设备，接收到的设备在把这些传过来的二进制恢复成帧，并用帧校验位对帧进行校验，校验不通过就丢弃该帧。

数据链路层使用的信道主要包括：点对点信道、广播信道。我主要关注广播信道。

两者比较：

1. 不同的帧定界方法，就是说我现在收到了一串二进制我怎么知道从哪里到哪里一个帧，从哪里到哪里又是另外一个帧；

点对点信道：通过帧定界符来识别，用特定的8位二进制码表示帧开始，另一个特定的8位表示帧结束。为了防止帧内部出现这两种特定的8为二进制采用转义的方法。

广播信道：局域网就是使用广播信道。而现在说的局域网基本就指以太网。以太网发送数据都使用曼彻斯特编码的信号。二进制0用 从低到高的电压变化表示 ，二进制1则用从高到低的电压变化表示。电压变换才表示信号，有电压没变化不表示任何信号。而以太网mac帧之间是有帧间隔的，间隔期间没有电压变化。这就可以进行帧定界。另外，以太网mac帧向下传到物理层的时候要在帧前面加8个字节用于 进行位同步，适配器需要调节自己的时钟频率和发送端的频率一样才能接收数据，不然的话，发送方一秒钟发1000个数据，我只能频率不够只能收到900个那剩下的就丢掉了。有人可能会说适配器内有内存芯片可以存数据，但那是指收到以后再存，频率不够根本收不过来，并不是说没地方存。

2. 包括不同的协议；

点对点信道：包括了PPP协议，该协议用于用户计算机和ISP（提供商）进行通信时使用的数据链路层协议。

广播信道：CSMA/CD协议。协调同一个冲突域内计算机通信，因为一个冲突域内同一时间只允许一台计算机发送信息，否则会相互干扰，这个协议就是用来实现只有一台计算机发信息的。

广播信道中的以太网：

以太网帧长度为：最小64字节，最大1518字节。其中18字节是帧头和帧尾，剩下的数据部分，即IP数据包或者其他第三层数据包。

    有VLAN的情况下，MAC帧还要包含4字节的VLAN信息，所以最大1522最小68 。

以太网的无效MAc帧情况：1、帧长度不是整数个字节；2、校验没通过；3、长度不在规定范围内；

计算机（准确的说应该是适配器）在收到MAC帧后会把帧内的目的地址和自己的MAC地址做比较，如果不同的话就会丢弃这个帧。不过需要指出的是，可以通过配置适配器让适配器工作在混合模式，这种模式下适配器会收下所有的帧不管MAC地址是否匹配，不过这属于窃听，不好。

说到窃听可能有人要感兴趣了，我也是！现在有一个问题，我宿舍和我同用一个路由器的同学能否配置他的适配器来窃听我的信息？

这之前，先来说说几个重要的网络设备：

1、集线器（如下图1），它的信息我是从书上看到的，自己没用过；这个设备的作用就是扩大网络，一个口进来可以有很多口出来，不就扩大了网络了吗。集线器工作在物理层的网络设备，它收到数据后不会对数据进行任何解析，提取等操作，只会转发收到的二进制（我猜它的频率非常大，否则如何能转发高频设备发送来的数据呢），而且是从除收到数据的端口外每个端口都转发，也就是说一台计算机发数据，其他链接到这个集线器上的所有计算机都会收到这些数据，但大部分会丢弃，因为MAC地址不匹配。这些通过集线器链接起来的计算机同属于一个冲突域，就是这些计算机里面在任意时刻只允许一台计算机发送数据。到这里你就知道如果连在同一台集线器上的计算机可以互相窃听。

图1  集线器

2、交换机（如下图2）。交换机的作用也是扩大网络。交换机工作在第二层。但它和集线器不一样它的每一个端口都是不同的冲突域，比如A计算机连接口1，B计算机连接口2，C计算机连接口3，现在A向B发送数据，数据从接口1进入交换机后，交换机会提取二进制为MAC帧，然后检查帧里面的目的MAC地址，交换机内部有一个转发表，记录了哪个MAC地址在哪个端口，现在他提取出了MAC地址，所以它就知道要从哪个口转发出去，所以C根本就收不到这个帧。

图2 交换机

3、路由器。路由器工作在第三层。路由器比交换机划分还厉害。交换机的各个端口只是划分了不同的冲突域，但这些端口还是属于同一个网络。而路由器的各个端口可以把网络给划分开来。这个以后再说吧，现在我也不太懂。