计算机网络——数据链路层

数据链路层使用的信道主要有以下两种类型：

    1、点对点信道：使用一对一的点对点通信方式

    2、广播信道：使用一对多的广播通信方式

使用点对点信道的数据链路层

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。若把这实现这些协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路。现在最常见的方法是使用网络适配器（既有硬件，又有软件）来实现这些协议。

点对点信道进行通信主要步骤：

    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）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IP数据报交给上面的网络层；否则丢弃这个帧。

三个基本问题：封装成帧、透明传输和差错检测（循环冗余检验CRC）

点对点协议PPP

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。

    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。

    3、一套网络控制协议NCP。

PPP链路初始化：用户拨号接入ISP后就建立了一条从用户个人电脑到ISP的物理连接。这时，用户个人电脑向ISP发送一系列的链路控制协议LCP分组，以便建立LCP连接。接着进行网络层配置，网络控制协议NCP给新接入的用户个人电脑分配一个临时IP地址。当用户通信完毕，NCP释放网络层连接，收回原来分配出去的IP地址，释放数据链路层连接，最后释放物理层连接。

使用广播信道的数据链路层

    局域网最主要特点是：网络为一个单位所拥有，且地理范围和站点数目均有限。局域网简称“以太网”，但是严格来说，以太网应当是符合DIX Ethernet V2标准的局域网。

适配器的作用

    计算机与外界局域网的连接是通过通信适配器进行的，这种通信适配器上装有处理器和存储器。适配器和局域网通信：通过电缆或双绞线以串行传输方式进行；适配器和计算机通信：通过计算机主板上的I/O总线以并行传输方式进行。适配器的一个重要功能就是要进行数据串行传输和并行传输的转换。由于网络上的数据率和计算机总线上的数据率并不相同。因此在适配器中必须装有对数据进行缓存的存储芯片。

    适配器在接收和发送各种帧时不使用计算机的CPU，这时计算机中的CPU可以处理其他任务。当适配器收到有差错的帧时，就把这个帧直接丢弃而不必通知计算机。但是适配器收到正确的帧时，它就使用中断来通知该计算机，并交付协议栈中的网络层。当计算机要发送IP数据报时，就由协议栈把IP数据报向下交给适配器组装成帧后发到局域网。

    以太网使用的协议：CSMA/CD（载波监听多点接入/碰撞检测）

“多点接入”就是说明这是总线型网络，许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。

“载波监听”就是用电子技术检测总线上有没有其他计算机也在发送。

“碰撞检测”就是“边发送边监听”，即适配器边发送数据边检测信道上的信号电压的变化情况，以便判断自己在发送数据时其他站是否也在发送数据。

    使用CSMA/CD协议的以太网不可能进行全双工通信而只能进行双向交替通信（半双工通信）。

使用集线器的星形拓扑

集线器：用来集中所有局域网内网络设备，并且将网络带宽平均分给各个网络设备。

集线器特点：同一时刻，最多只允许一个站发送数据。

                    一个集线器像一个多接口的转发器。

                    工作在物理层，每个接口仅简单转发比特，不进行碰撞检测。

以太网的Mac层

    MAC：Media Access Control    媒体接入控制

    在局域网中，硬件地址又称为物理地址或MAC地址（因为这种地址用在MAC帧中）。局域网上的每一台计算机地址固化在适配器的ROM中。

以太网交换机特点：

    1、以太网交换机实质上就是一个多接口的网桥，通常都有十几个或更多的接口，和工作在物理层的转发器、集线器有很大差别。

    2、以太网交换机的每个接口都直接与一个单台主机或另一个以太网交换机相连，并且一般都工作在全双工方式。

    3、接口有存储器，能在输出端口p繁忙时把到来的针进行缓存。

    4、是一种即插即用设备，其内部的帧交换表(地址表)是通过自学习算法自动建立的。

    5、使用了专用的交换结构芯片，用硬件转发速率比用软件转发的网桥快很多。

    总线以太网使用CSMA/CD协议，以半双工方式工作。以太网交换机不使用共享总线，没有碰撞问题，因此不使用CSMA/CD协议，以全双工方式工作。