第三章 数据链路层
数据链路层使用的信道主要有两种：（1）点对点信道 (2) 广播信道
使用点对点信道的数据链路层：
点对点信道的数据链路层的协议数据单元——帧。
点对点信道的数据链路层在进行通信时的主要步骤：
（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）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数据报交给上面的网络层；否则丢弃这个帧。
数据链路层的三个基本问题：封装成帧、透明传输和差错检测。
封装成帧，在IP数据报的前后分别添加首部和尾部构成一个帧，首部和尾部有控制字符（SOH和EOT）来进行帧定界，如果接收端没有收到两个帧定界符则丢弃。
透明传输，当传送的帧是文本文件组成的帧时，数据不会出现帧定界控制字符，因此任意字符都可以传输，这样的传输就是透明传输，但在非ASCII码的文本文件（如二进制代码的程序或图像）中可能出现帧定界控制字符，因此需要添加转义字符“ESC”来实现透明传输，这种方法称为字符填充。
差错检测，传输过程中可能会产生差错（如比特差错即0变1，1变0），目前在数据链路层广泛使用了循环冗余检验CRC的检错技术，即在数据后面添加帧检验序列FCS（n位供差错检错用的冗余码），经过CRC检验后得出的余数为0则没有差错，否则帧有差错。
数据链路层的可靠传输：在CRC基础上增加帧编号、确认和重传机制。收到正确的帧就要向发送端发送确认，发送端一定期限内没有收到对方的确认就认为出现了差错而进行重传直到对方确认为止。
为了提高通信效率，对于通信质量良好的有线传输链路，数据链路层协议不使用确认和重传机制，对于通信质量较差的无线传输链路，数据链路层协议使用确认和重传机制。
点对点协议PPP是目前使用最广泛的数据链路层协议，拨号上网常用PPP协议。
PPP协议：
PPP帧的首部和尾部分别为4个字段和2个字段，首部的第一个字段和尾部的第二个字段都是标志字段F，表示一个帧的开始或结束。首部的第四个字段是2字节的协议字段，表示信息部分是什么类型数据。
当信息部分出现和标志字段一样的比特组合时，必须采取一些措施来实现透明传输，当PPP使用异步传输（逐个字符地传送）时，使用字节填充解决；当PPP使用同步传输（一连串的比特连续传送）时，使用零比特填充解决。
使用广播信道的数据链路层：
共享通信媒体资源的方法有二：一是静态划分信道（各种复用技术），二是动态媒体接入控制，又称为多点接入（包括随机接入、受控接入）。
数据链路层可以分为两层：逻辑链路控制LLC子层和媒体接入控制MAC子层。
CSMA/CD协议，载波监听多点接入/碰撞检测协议，作用是协调总线上各计算机的工作，使得在同一时间只能一台计算机发送数据，否则各计算机之间会互相干扰。
载波监听就是检测信道，不管在发送前，发送中，每个站（主机）都必须不停地检测信道。发送前检测信道是为了获得发送权，如果检测出有其他站在发送，则自己必须等到信道空闲时再发送；发送中检测是为了及时发现有没有其他站的发送和本站发送的碰撞，这称为碰撞检测，也就是“边发送边监听”。
CSMA/CD协议要点：
（1）准备发送：适配器从网络层中获得一个分组，加上以太网的首部和尾部，组成以太网帧，放入适配器的缓存中。但发送前必须先检测信道
（2）检测信道：若检测到信道忙则继续检测直到空闲，若检测到信道空闲并在96比特时间内信道保持空闲（保证了帧间最小间隔），就发送这个帧。
（3）在发送过程中仍不停地检测信道，即网络适配器要边发送边监听。有两种可能性，1#发送成功，在争用期2τ时间内未检测到碰撞则帧发送一定成功，发送完成后返回（1）；2#发送失败，在争用期检测到碰撞，立即停止发送数据并按规定发送人为干扰信号。适配器执行截断二进制指数退避算法确定重传时机，等待r倍512比特时间后返回步骤（2）继续检测信道，重传16次仍不成功则停止重传并向上报错。
以太网的MAC层：
在局域网中，硬件地址又称为物理地址或MAC地址，实际上就是适配器（网卡NIC）地址或适配器标识符。
适配器的过滤功能，适配器从网络上每收到一个MAC帧就先用硬件检查MAC帧中的目的地址，如果是发往本站的帧则收下再处理，否则将帧直接丢弃。这里发往本站的帧有三种：单播帧（一对一），广播帧（一对全）、多播帧（一对多）。
MAC帧的格式：
当数据字段少于46字节时会在数据字段的后面加入一个整数字节的填充字段，以保证MAC帧长不小于64字节。
以太网可以在物理层扩展，更常用的是在数据链路层进行扩展，优势是不会扩大碰撞域。
网桥：对收到的帧根据其MAC帧的目的地址（查找地址表确定转发给哪个接口或者丢弃）进行转发和过滤。
以太网交换机：实质上是一个多接口的网桥，其内部的帧交换表（地址表）是通过自学习算法自动逐渐建立起来的。
总线以太网使用CSMA/CD协议以半双工方式工作，星形以太网使用以太网交换机（集线器），以全双工方式工作，没有争用期，但因为它仍然采用以太网的帧结构所以叫做以太网。
以太网优点：
（1）可扩展 （2）灵活（多种媒体、全/半双工、共享/交换）
（3）易于安装 （4）稳健性好