数据链路层之以太网
什么是计算机网络数据链路层常见的计算机网络数据链路层协议有哪些
什么是计算机网络数据链路层常见的计算机网络数据链路层协议有哪些计算机网络是指通过通信设备和通信线路将分布在不同地点的计算机系统连接起来，实现资源共享和信息传递的技术。
在计算机网络中，数据链路层是网络协议栈中的一个重要组成部分。
它位于物理层和网络层之间，负责将网络的上层数据包（帧）转化为可以在物理介质上传输的比特流，并确保数据的可靠传输。
数据链路层常见的计算机网络数据链路层协议主要有以下几种：1. 以太网（Ethernet）以太网是目前应用最广泛的局域网（LAN）协议之一，它定义了数据传输的格式和传输速率。
以太网使用MAC地址进行寻址，采用CSMA/CD（载波监听多路接入/碰撞检测）的介质访问控制方法，能够实现高效的数据传输和共享。
2. PPP（Point-to-Point Protocol）PPP是一种广泛应用于拨号和宽带接入的数据链路层协议。
它支持点对点的连接，可以在串行链路上建立可靠的数据通信。
PPP提供认证、加密和压缩等功能，使得在广域网环境下实现安全和高效的数据传输成为可能。
3. HDLC（High-Level Data Link Control）HDLC是一种数据链路层协议，常用于广域网和帧中继网络中。
它提供了流量控制、帧同步、确认和差错检测等功能。
HDLC支持透明传输、多点连接和可靠传输，较为灵活。
4. SDLC（Synchronous Data Link Control）SDLC是IBM公司开发的一种数据链路层协议，常用于主机与终端之间的串行通信。
它采用同步传输方式，具有可靠的数据传输和流量控制能力。
5. 环回接口协议（Loopback Interface Protocol）环回接口协议是一种虚拟接口协议，常用于本地主机进行自我测试和诊断。
它允许主机将发送的数据帧重新接收并进行处理，有助于检验本地网络设备是否正常工作。
6. SLIP（Serial Line Internet Protocol）SLIP是一种简单的串行线路网络协议，用于连接串行设备与IP网络。
第四章 以太网数据链路层
肆 以太网数据链路层P 目标：了解数据链路层结构。
熟悉各以太网帧格式，CSMA/CD （载波监听多路访问/冲突检测）机制，熟悉PAUSE 帧格式，和流量控制原理了解半双工模式下以太网端口的工作方式。
根据IEEE 的定义，以太网的数据链路层又分为2个子层：逻辑链路控制子层（LLC ）和媒体访问控制子层（MAC ）。
划分2个子层的原因是：数据链路层实际是与物理层直接相关的，针对不同的物理层需要有与之相配合的数据链路层，例如针对以太网、令牌环需要不同的数据链路层，而这是不符合分层原则的；于是通过划分LLC 和MAC 2个子层，尽量提高链路层的独立性，方便技术实现。
其中MAC 子层与物理层直接相关，以太网的MAC 层和物理层都是在802.3 中定义的，LLC 子层则可以完全独立，在802.2中定义，可适用于以太网、令牌环、WLAN 等各种标准。
ͼ1 以太网数据链路层MAC 子层处理CSMA/CD 算法、数据出错校验、成帧等；LLC 子层定义了一些字段使上次协议能共享数据链路层。
在实际使用中，LLC 子层并非必需的。
1 以太网的帧格式有两种主要的以太网帧类型：由RFC894定义的传统以太网（EthernetII ）和802.3定义的以太网； 最常使用的封装格式是RFC 894定义的格式。
下图显示了两种不同形式的封装格式。
图中每个方框下面的数字是它们的字节长度。
EthernetII （RFC894）帧结构如下，该帧包含了5个域（前导码在此不作描应用层传输层网络层链路层物理层逻辑链路控制（LLC ）子层MAC 子层述），它们分别是：目的MAC地址、源MAC地址、类型、净荷（PAD）、FCS、 EthernetII（RFC894）帧结构1）目的MAC地址（ D A ）包含6个字节。
D A标识了帧的目的地站点。
D A可以是单播地址（单个目的地）或组播地址（组目的地）。
2）源MAC地址（ S A ）包含6个字节。
以太网功能
以太网功能以太网（Ethernet）是一种常见的局域网传输协议，它是一种基于CSMA/CD协议的数据链路层协议。
以太网在局域网中广泛使用，具有以下功能：1. 可靠的数据传输：以太网使用CSMA/CD协议，能够在传输过程中检测到冲突并进行处理，保证数据的可靠传输。
如果两个节点同时发送数据，就会发生冲突，此时两个节点会等待一段随机的时间后再重新发送数据，以避免冲突。
这种冲突检测和处理机制保证了数据的可靠传输。
2. 高速的数据传输：以太网采用异步传输模式，允许多个节点同时传输数据，大大提高了局域网的传输效率。
以太网支持多种速率，从10Mbps (以太网) 到100 Gbps (以太网) 不等，可以满足不同网络规模和需求。
3. 灵活的网络拓扑结构：以太网可以采用多种拓扑结构，包括总线型、星型、树型等，也可以使用混合结构。
这使得以太网在不同的网络环境中都具有很强的适应性。
4. 简化的网络管理：以太网使用广播方式发送帧，可以使所有节点都能收到信息，简化了网络管理。
管理员可以通过发送广播消息实现网络配置、更新和管理等操作，方便快捷。
5. 节约成本：以太网使用较为常见的网络设备和标准化的接口，所以成本相对较低。
以太网设备和接口的普及程度也很高，便于扩展和维护。
6. 高度兼容性：以太网具有良好的兼容性，可以与其他局域网传输技术相互连接，如无线局域网（Wi-Fi）、光纤以太网等，实现不同网络之间的互联互通。
7. 支持多种网络协议：以太网支持多种网络协议，如IP协议、ARP协议、TCP协议等，可以满足不同应用的需求。
总之，以太网具备可靠的数据传输、高速传输、灵活的拓扑结构、简化的网络管理、节约成本、高度兼容性和多协议支持等功能。
这些功能使得以太网成为局域网中最为常见和广泛应用的传输协议之一。
第三章数据链路层
定义：在星形拓扑中， 每个设备只与中心控 制器有点到点专用链 路。设备并不互相连 接。中心控制器通常 为集线器Hub。 HUB是一个共享设备，主要提供信号放大和中转 的功能，它把一个端口接收的所有信号向所有端 口分发出去。一些集线器在分发之前将弱信号加 强后重新发出，一些集线器则排列信号的时序以 提供所有端口间的同步数据通信。
连接中设备间相互关系：
对等式：设备平等地共享链路。如环形、 网状拓扑。
主从式：由一个设备控制通话而其他设备 必须通过它进行传输。如星形、树形拓扑。 总线式拓扑适合于任意一种模式。
1、Mesh Topology（网状拓扑） 定义：在网状拓扑中，设备之间实现点对点连接， 每条链路只承载所连接的两站点之 间的通信流量。
CRC是基于二进制除法的。 定义
CRC是通过在数据单元末尾附加一串循环冗余码 或循环冗余校验余数使得整个数据单元可被另一个预 定二进制数(生成函数)所整除。在传输终点，用同一 个数去除输入的数据单元。如果此时不产生余数，则 认为数据单元完全正确，接受该数据单元。有余数则 意味着该数据单元在传输过程中被破坏而拒绝该数据 单元。
余数为0， 所以码字正确。
② 因生成码共5位，所以： 冗余码有4பைடு நூலகம்，为1001 ；
信息码是：110011。
注意：
循环冗余校验CRC只能做到差错检测而不能进行 差错纠错。 循环冗余校验CRC只能做到无差错接受，即“凡 是接收端数据链路层接受的帧，都以非常接近于1的 概率认为这些帧在传输过程中没有产生差错”。 但要使传输到接收端的帧无差错、无丢失、无重 复，按发送顺序接受，就必须加上确认和重传机制。
到达接收方的数据单元首先是数据，然后是 CRC码，接收方将整个数据串(数据+CRC码)当作 一个整体去除以用来产生CRC码的同一个除数。 如果数据串无差错到达接收方，则产生余数0， 数据单元将通过校验；如果在传输中数据单元被改 变，则除法将产生非零余数，数据单元将不能通过 校验。
以太网介绍
3
第 三 章 以 太 网 介 绍
以太网概述
IEEE 802标准
IEEE 802标准是由IEEE（国际电气和电子工 程师学会）制订的局域网标准 IEEE 802委员会有10多个分委员会
第 三 章 以 太 网 介 绍
802.1A，概述、体系结构和网络互连，网络管理 802.1B，寻址、网络管理、网间互连及高层接口 802.2，逻辑链路控制LLC 802.3，CSMA/CD共享总线网，即Ethernet 802.5，令牌环网（Token-Ring） 802.11，无线局域网
第 三 章
以太网介绍
本章要点
以太网概述 以太网的物理层 以太网的数据链路层 帧格式 帧捕捉工具介绍
第 三 章 以 太 网 介 绍
2
以太网概述
以太网的诞生
1973年，施乐（Xerox）公司设计了第一个 局域网系统，被命名为Ethernet，带宽为 2.94Mbps 1982年，DEC、Intel和Xerox联合发表了 Ethernet Version 2规范，将带宽提高到了 10Mbps，并正式投入商业市场 1983年，IEEE通过了802.3 CSMA/CD规范
NAME表示局域网的名称
Ethernet，以太网 FastEthernet，快速以太网 GigaEhternet，千兆以太网
Y表示传输媒体
5指粗同轴电缆 2指细同轴电缆 T指双绞线 F指光纤
5
例如：IEEE 802.3 10BaseT Ethernet，不过 通常缩写为10BaseT
100BaseT2 3类以上双绞线
2对
100米
数据链路层协议
数据链路层协议数据链路层是OSI模型中的第二层，位于物理层之上，其主要功能是为两个相邻的网络实体提供可靠的数据传输和数据帧的管理。
数据链路层协议定义了数据的封装、传输、检错和重发等机制，以保证数据的可靠传输和顺序交付。
在数据链路层协议中，最常用的协议是以太网协议（Ethernet）。
以太网协议是一种局域网标准，广泛应用于有线网络中。
以太网协议使用MAC地址来唯一标识网络设备，并且通过使用冲突检测机制来实现多个设备之间的数据传输。
数据链路层协议的封装机制通常将网络层IP数据报封装成数据帧，以便于在物理链路上进行传输。
数据帧由数据链路层头部和尾部构成，其中头部包含了源MAC地址和目的MAC地址，用来标识数据帧的发送方和接收方。
头部还包含了一些控制信息，如帧的类型、长度等。
尾部则包含了一种循环冗余校验（CRC）码，用于检测数据在传输过程中是否出错。
在数据链路层中，常见的协议还包括PPP（Point-to-Point Protocol）和HDLC（High-level Data Link Control）。
PPP协议主要用于通过串行线路连接两个网络设备，如拨号上网等。
PPP协议提供了可靠的数据传输和多种认证方式，确保数据的完整性和安全性。
HDLC协议则是一种数据链路层的标准协议，广泛应用于广域网中。
HDLC协议提供了可靠的数据传输和数据帧的流控制机制，能够保证数据的有顺序地传输。
数据链路层协议还提供了一种流控制机制，用于控制数据的发送和接收速率，以防止数据的溢出或丢失。
常见的流控制机制有停止等待协议和滑动窗口协议。
停止等待协议要求发送方在发送一个数据帧后等待接收方的确认帧，然后再发送下一个数据帧。
滑动窗口协议则允许发送方连续发送多个数据帧，但必须等待接收方发回确认帧才能继续发送。
数据链路层协议还具备数据的差错控制机制，以保证数据在传输过程中的完整性。
常见的差错控制技术包括纠错码和检错码。
纠错码能够在数据传输中自动检测和纠正错误，而检错码则只能检测错误但不能纠正错误。
数据链路层PPT课件
3.2 点对点协议 PPP—4帧格式
先发送
首部
FAC 7E FF 03
字节 1 1 1
协议 2
IP 数据报
信息部分 不超过 1500 字节 PPP 帧
尾部
FCS
F 7E
2
1
3.2 点对点协议 PPP—4帧格式
当 PPP 用在同步传输链路时 ，采用比特填充。
在发送端，只要发现有 5 个 连续 1，则立即填入一个 0 。接收端对帧中的比特流进 行扫描。每当发现 5 个连续 1时，就把这 5 个连续 1 后 的一个 0 删除，
1. 进行串行/并行转换 2. 对数据进行缓存 3. 在计算机的操作系统安装设备驱动程序 4. 实现以太网协议
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3.3 使用广播信道的数据链路层—概述
IP 地址
计算机
硬件地址
CPU 和 存储器
并行 通信
适配器 （网卡）
至局域网 串行通信
生成发送的数据 把帧发送到局域网 处理收到的数据 从局域网接收帧
(1) 封装成帧 (2) 透明传输 (3) 差错控制 (4)最大传送单元 (5)网络层地址协商
1. PPP 协议不需满足的需求 (1) 纠错
(2) 流量控制
3.2 点对点协议 PPP—3组成部分
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. 链路控制协议 LCP (Link Control Protocol) 3. 网络控制协议 NCP (Network Control Protocol)
3.2 点对点协议 PPP—1应用范围
现在全世界使用得最多的数据链路层协议是点对 点协议 PPP (Point-to-Point Protocol)。
计算机网络数据链路层基础知识介绍数据链路层的功能和常见协议
计算机网络数据链路层基础知识介绍数据链路层的功能和常见协议计算机网络是现代社会中必不可少的一部分，它连接了世界各个角落。
而数据链路层作为网络通信的重要一层，承担着数据传输的任务。
本文将介绍数据链路层的功能以及常见的协议。
一、数据链路层的功能数据链路层是网络体系结构中的第二层，位于物理层之上。
其主要功能是将物理层提供的比特流组成有意义的数据帧，并通过物理媒介进行传输。
具体来说，数据链路层的主要功能有以下几个方面：1. 封装成帧：数据链路层将从网络层接收到的数据报封装成数据帧。
数据帧是数据链路层传输的基本单位，它包括了数据以及控制信息。
2. 帧定界：为了在物理媒介上正确传输数据帧，数据链路层在帧的开始和结束位置加入特定的定界标记，以进行同步。
3. 数据链路的访问控制：当多个网络设备共享同一个物理媒介时，数据链路层需要解决帧冲突和访问冲突的问题。
常见的访问控制方式有载波监听多路访问（CSMA）和令牌传递。
4. 差错检测与纠正：数据链路层使用CRC（循环冗余校验）等技术进行差错检测，以及ARQ（自动重传请求）等技术进行差错纠正。
5. 流量控制：数据链路层通过发送方和接收方之间的协商来控制数据的传输速率，避免数据丢失或混乱。
二、常见的数据链路层协议1. 以太网（Ethernet）：以太网是目前应用最广泛的有线局域网技术。
它使用CSMA/CD访问控制方式，支持最大传输速率为10 Gbps。
以太网采用MAC（媒体访问控制）地址进行寻址。
2. PPP（Point-to-Point Protocol）：PPP是一种用于串联两个节点的数据链路层协议。
它支持多种物理媒介，可以在异构网络中使用。
PPP提供了认证、加密和压缩等功能。
3. HDLC（High-Level Data Link Control）：HDLC是一种面向比特同步的数据链路层协议。
它采用标志字节进行帧定界，并支持差错检测和流量控制。
HDLC常用于广域网中的数据链路层传输。
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I、随机错 II、连接错 III、突发错 IV、字符 错
6、0比特插入/删除方法规定，在两个标志 段为F之间的比特序列中，如果检查出连续 的----------个1，不管它后面的比特位是0或1， 都增加1个0
A、4
B、5 C、6 D、8
7、在----------差错控制方式中，只会重新传 输出错的数据帧。
上次课程回顾
除了差错检测外，面向字符的数据链路层 协议还必须解决哪些特殊的问题？
在数据通信系统中，完整的差错控制应该 包括那两个主要内容？
物理层要解决（ ）同步的问题；数据链路 层要解决（ ）同步的问题
1、----------纠错码。
2、----------检错码。
3、----------PPP协议。 4、----------帧。
匹配电阻
物理层技术标准
802.4 令牌传递总线 802.5 令牌环 802.6 城域网 MAN 802.7 宽带技术 802.8 光纤技术 802.9 综合话音数据局域网
802.10 互操作局域网安全 802.11 无线局域网 802.12 优先级轮询局域网 802.13 数字不吉利，弃用 802.14 基于电缆的广域网 802.15 蓝牙网络 802.16 宽带无线网 802.17 弹性分组环RPR
A、连续工作 B、停止等待 C、选择重发 D、拉回
判断对错
在数据传输过程中，差错主要是由通信过 程中的噪声引起的
如果数据链路层能够为两个网络层的对等 实体提供数据传输服务，那么对于两个网 络层需要通信的对等实体来说就存在着一 个虚拟数据路径
如果在数据传输过程中发生传输错误，那 么接收端接收到的带有CRC校验码的接收数 据比特序列一定能被相同的生成多项式整 除。
便于系统的扩展和逐渐地演变，各设备的位置可灵活 调整和改变。
提高了系统的可靠性、可用性和生存性。
局域网的拓扑
集线器
星形网
总线网匹配Biblioteka 阻干线耦合器环形网
树形网
媒体共享技术
静态划分信道
频分复用 时分复用 波分复用 码分复用
动态媒体接入控制（多点接入）
随机接入 受控接入 ，如多点线路探询(polling)，或轮询。
D、数据链路层的数据传输单元。 E、为实现数据链路控制功能而制定的规程或协议。
1、设立数据链路层的主要目的是将一条原始的、有差 错的物理线路变为对网络层无差错的-----------。
A、物理链路 B、数据链路 C、传输介质 D、端 到端连接
2、在数据帧中，当所传的数据中出现了控制字符时， 就必须采取适当的措施，使接收方不至于将数据误认为 是控制信息。这样才能保证数据链路层的传输是---------的。
适配器的作用
网络接口板又称为通信适配器(adapter)或网 络接口卡 NIC (Network Interface Card)，或 “网卡”。
适配器的重要功能：
进行串行/并行转换。 对数据进行缓存。 在计算机的操作系统安装设备驱动程序。 实现以太网协议。
计算机通过适配器和局域网进行通 信
数据链路层的两个子层
为了使数据链路层能更好地适应多种局域 网标准，802 委员会就将局域网的数据链路 层拆成两个子层：
逻辑链路控制 LLC (Logical Link Control)子层 媒体接入控制 MAC (Medium Access Control)
子层。
与接入到传输媒体有关的内容都放在 MAC 子层，而 LLC 子层则与传输媒体无关，不管 采用何种协议的局域网对 LLC 子层来说都是 透明的
5、----------数据链路层协议。 6、----------误码率。
A、二进制比特在数据传输系统中被传错的概率。 B、让每个传输的分组带上足够的冗余信息，以便在接
收端能发现并自动纠正传输差错的编码方法。
C、让分组仅包含足以使接收端发现差错的冗余信息， 但不能确定哪一比特是错的，并且自已不能纠正传输差 错的编码方法。
局域网对 LLC 子层是透明的
逻辑链路控制 媒体接入控制
网络层
LLC MAC 物理层 站点 1
LLC 子层看不见 下面的局域网
局域网
网络层
LLC MAC 物理层 站点 2
数据 链路层
802网络标准
802.1(A) 综述和体系结构 802.1(B) 寻址、网络互联和
网络管理
802.2 逻辑链路控制 802.3 CSMA/CD 接入方法和
PPP验证失败后，将由Authenticate阶段转入 （ ）阶段
A.Dead work C.Establish D.Terminate
局域网的数据链路层
局域网最主要的特点是：网络为一个单位 所拥有，且地理范围和站点数目均有限。
局域网具有如下的一些主要优点：
具有广播功能，从一个站点可很方便地访问全网。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。
IP 地址
计算机
硬件地址
CPU 和 存储器
并行 通信
适配器 （网卡）
至局域网 串行通信
生成发送的数据 把帧发送到局域网 处理收到的数据 从局域网接收帧
CSMA/CD 协议
最初的以太网是将许多计算机都连接到一 根总线上。当初认为这样的连接方法既简 单又可靠，因为总线上没有有源器件。
匹配电阻（用来吸收总线上传播的信号）
以太网的两个标准
DIX Ethernet V2 是世界上第一个局域网产品 （以太网）的规约。
IEEE 的 802.3 标准。 DIX Ethernet V2 标准与 IEEE 的 802.3 标准只
有很小的差别，因此可以将 802.3 局域网简 称为“以太网”。 严格说来，“以太网”应当是指符合 DIX Ethernet V2 标准的局域网
A、透明 B、面向连接 C、冗余 D、无连接
3、数据链路层必须执行：链路管理、帧传输 与----------等功能。
I、流量控制 II、面向连接确认服务 III、差错 控制 IV、面向字符型
A、I、II IV
B、I、II、IV C、I、III D、III、
4、在通信过程中产生的传输差错是由---------与共同构成的。