【计算机网络】3数据链路层②

1. 数据链路层所处的地位

数据链路层使用的信道主要有两种：

①点对点信道：PPP协议

②广播信道：有线局域网，CSMA/CD协议；无线局域网，CSMA/CA协议

对比项	点对点信道 vs 单播	广播信道 vs 广播
核心是否一致	✅ 一致（一对一传输）	✅ 一致（一对所有传输）
差异点	前者是物理层连接，后者是网络层策略	前者是物理层特性，后者是网络层行为

数据链路层使用物理层提供的“比特传输”服务。

数据链路层为网络层提供服务，将网络层的IP数据报(分组)封装成帧，传输给下一个相邻结点。

链路（物理链路）：传输介质(0层)+物理层(1层)实现了相邻结点之间的“物理链路”

数据链路(逻辑链路)：数据链路层需要基于“物理链路”，实现相邻结点之间逻辑上无差错的“数据链路(逻辑链路)”

帧：数据链路层对等实体之间进行逻辑通信的协议数据单元（ $PDU$ ）

3.局域网LAN

电气电子工程师学会IEEE中的IEEE802委员会的职责之一是推进局域网技术的标准化工作。

科技公司出于商业目的开发的局域网技术如果受市场和技术专家认可那么IEEE就会专门成立工作组去负责这项技术的标准化工作。

802.8工作组(已解散)	FDDI 光纤分布数字接口逻辑拓扑是环形结构，物理拓扑是双环结构。
802.5工作组(已解散)	令牌环网技术(IBM公司) 逻辑拓扑是环形结构，物理拓扑是星形结构。
802.3工作组	以太网技术 (由DEC, Intel, Xerox公司共同推出的一种局域网技术) 截至目前，几乎所有的有线局域网都是采用以太网技术去实现的 802.3局域网≈以太网
802.11工作组	Wi-Fi技术 (由AT&T,Nokia等公司共同推出的一种局域网技术) 截至目前，几乎所有的无线局域网都是采用Wi-Fi技术去实现的 802.11局域网≈Wi-Fi 标准化工作成果： 802.11b——WiFi 1,1999年 802.11a——WiFi 2,1999年 802.11g——WiFi 3,2003年 802.11n——WiFi 4,2009年 802.11ac——WiFi 5,2013年 802.11ax——WiFi 6,2021年 802.11be——WiFi 7,2024年

IEEE802委员会为了推进局域网技术的标准化工作，对网络层次进行了划分。

3.1.基本概念和体系结构

局域网(Local Area Network,LAN)是指在一个较小的地理范围（如一所学校）内，将各种计算机、外部设备和数据库系统等通过双绞线、同轴电缆等连接介质互相连接起来，组成资源和信息共享的计算机互联网络。

3.1.1.特点

1️⃣为一个单位所拥有，且地理范围和站点数量均有限。

2️⃣所有站点共享较高的总带宽（较高的数据传输速率）。

3️⃣较低的时延和误码率。

4️⃣局域网内的各节点之间以“帧”为单位进行传输

5️⃣各站为平等关系而非主从关系。

6️⃣支持单播(一对一发送帧，如A→B)、广播(一对全部发送帧，如A→B+C+D+E+F+G)、多播(一对部分发送帧，如A→B+D+E)

帧的类型有三种：

①单播帧（一对一）：目的MAC地址填写的是某一个特定节点的MAC地址

②广播帧（一对全体）：目的MAC地址填写的是48bit的1

③多播帧（一对多）

交换技术是一种在计算机网络中用于转发数据帧的技术，它主要基于交换机等网络设备来实现。就交换技术而言，以太网采用的是分组交换技术。

3.1.2.分类

局域网的特性主要由三个要素决定（出题点）：

1️⃣拓扑结构：星形结构，环形结构，总线形结构，星形和总线形结合的复合型结构

2️⃣传输介质：同轴电缆，双绞线，光纤

3️⃣介质访问控制方式（决定着局域网的技术特性）

对于以太网，介质访问控制方式只有两种：如果只支持半双工通信，就采用CSMA/CD协议；如果支持全双工通信，就不用去考虑信道争用的问题。

3.1.3.硬件架构

网络适配器(又名：网络接口卡、网卡)

1️⃣负责把帧发送到局域网。

数据链路层为网络层提供服务，网络层会把准备好的IP数据报交给数据链路层，数据链路层会把IP数据报封装成帧，以帧为单位发送到局域网上。关于“将IP数据报(IP分组)封装成帧”，有些系统由主机实现，有些系统由网络适配器负责。

假设“将IP数据报(IP分组)封装成帧”在主机实现，主机会告诉网络适配器帧的数量和地址，之后通过总线取得这些帧，然后发送到局域网上。

2️⃣负责从局域网接收帧。

以太网适配器会检查收到的帧和自己的MAC地址是否一致，是否正确。如果符合要求，就用“中断”通知CPU，CPU会告诉以太网适配器要把帧放在主存的什么位置，之后以太网适配器会把这个帧通过IO总线传给主存，并放到指定位置，主机中的数据链路层会把帧转变为IP数据报，并把IP数据报交给网络层；否则，就直接丢弃这个帧。

3️⃣需要根据接入的局域网类型，按照标准实现数据链路层+物理层功能。

一个WiFi网络适配器需要实现符合802.11标准的物理层和数据链路层的功能；

一个以太网适配器需要实现符合802.3标准的物理层和数据链路层的功能。

4️⃣需要完成数据的串/并行转换。