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数据链路层基本概念

数据链路层是OSI参考模型中的第二层，介乎于物理层和网络层之间。数据链路层在物理层提供的服务的基础上向网络层提供服务，其最基本的服务是将源自网络层来的数据可靠地传输到相邻节点的目标机网络层。

封装成帧 透明传输

差错控制、流量控制

（1）差错控制

发现同界定符相同的数据部分在111111，即5个1后加0来区分

（2）流量控制： 数据链路层的流量控制：实际上是对发送方数据流量的控制，使其发送速率不超过接收方的速率（需要有一些规则使得发送方知道在什么情况下可以接着发送下一帧，而在什么情况下必须暂停发送，以等待收到某种反馈信息后再继续发送）

（3） 检错与纠错

实例：

多项式为G（X） = X4 + X3 + 1，要求出二进制序列10110011的CRC校验码？

1、由多项式可以得到它的2进制数：最高位是4（可以据此来判断校验码的位数），那么一共有5个2进制数，依次就是11001

即 1×X的4次幂 + 1×X的3次幂 + 0×X的2次幂 + 0×X的1次幂 + 1×X的0次幂 = 11001

2、使用模二除法，由1可知校验码位数为4，需要在10110011后面加4个0作为被除数，11001作为除数，如果校验码的位数不够4位，在左边添加0来使得校验码的位数达到4位。

CRC校验

点到点通信数据链路层协议

帧类型：

1.信息帧（承载用户数据）

2.管理帧：流量和差错控制

3.无编号帧：设置数据传输方式，传输信息，链路恢复的命令和响应帧

1.在数据链路层差错不大时，使用PPP协议比较合适 ；

2.在因特网，PPP协议里的信息部分是IP数据报数据链路层的可靠传输不代表网络层的可靠传输

3.帧检验序列可以保证无差错接收

HDLC PPP原理与配置

广域网经常会使用串行链路来提供远距离的传输，HDLC和PPP是经典的串口链路封装协议

一、串行链路有2种数据传输方式

1、异步：字节为单位，采用并且需要采用额外的起始位和停止位来标记每个字节的开始和结束。起始位为二进制值0，停止位为二进制值1，会有额外的开销

2、同步：同步传输是以帧为单位来传输数据，在通信时需要使用时钟来同步本端和对端的设备通信。DCE即数据通信设备，它提供了一个用于同步DCE设备和DTE设备之间数据传输的时钟信号。DTE即数据终端设备，它通常使用DCE产生的时钟信号。

二、HDLC协议应用

1.协议不依赖于任何一种字符编码集；

2.数据报文可透明传输，用于透明传输的“0比特插入法”易于硬件实现；

3.全双工通信，不必等待确认可连续发送数据，有较高的数据链路传输效率；

4.所有帧均采用CRC校验，并对信息帧进行编号，可防止漏收或重收，传输可靠性高；

5.传输控制功能与处理功能分离，具有较大的灵活性和较完善的控制功能。

三、HDLC帧结构（类型：信息帧、监控帧、无编号帧）

HDLC帧结构

完整的HDLC帧由标志字段（F）、地址字段（A）、控制字段（C）、信息字段（I）、帧校验序列字段（FCS）等组成。

1.标志字段为01111110，用以标志帧的开始与结束，也可以作为帧与帧之间的填充字符。2.地址字段携带的是地址信息。

3.控制字段用于构成各种命令及响应，以便对链路进行监视与控制。发送方利用控制字段来通知接收方来执行约定的操作；相反，接收方用该字段作为对命令的响应，报告已经完成的操作或状态的变化。

4.信息字段可以包含任意长度的二进制数，其上限由FCS字段或通讯节点的缓存容量来决定，目前用得较多的是1000-2000比特，而下限可以是0，即无信息字段。监控帧中不能有信息字段。

5.帧检验序列字段可以使用16位CRC对两个标志字段之间的内容进行校验。

HDLC有三种类型的帧：

1.信息帧（I帧）用于传送有效信息或数据，通常简称为I帧。

2.监控帧（S帧）用于差错控制和流量控制，通常称为S帧。S帧的标志是控制字段的前两个比特位为“10”。S帧不带信息字段，只有6个字节即48个比特。

3.无编号帧（U帧）简称U帧。U帧用于提供对链路的建立、拆除以及多种控制功能。

四、HDLC基本配置（华为设备默认是PPP链路，链路两端是同样的封装类型才可以通信）

HDLC

HDLC

HDLC地址借用，串口接口可以使用loopback接口和对端建立连接，建议使用loopback地址，因为此地址一直在活跃状态，可以提供可靠的IP地址；

可以使用display IP interface brief 查看会显示IP地址在多个接口上，说明借用成功。

五、PPP应用

点到点链路，适用在全双工的点对点链路上

1.PPP既支持同步传输又支持异步传输，而X.25、FR（Frame Relay）等数据链路层协议仅支持同步传输，SLIP仅支持异步传输。

2.PPP协议具有很好的扩展性，例如，当需要在以太网链路上承载PPP协议时，PPP可以扩展为PPPoE。

3.PPP提供了LCP（Link Control Protocol）协议，用于各种链路层参数的协商。

4.PPP提供了各种NCP（Network Control Protocol）协议（如IPCP、IPXCP），用于各网络层参数的协商，更好地支持了网络层协议。

5.PPP提供了认证协议：

CHAP（Challenge-Handshake Authentication Protocol）

PAP（Password Authentication Protocol），更好地保证了网络的安全性。

6.无重传机制，网络开销小，速度快。

广播信道的数据链路层：

局域网数据链路层结构 1.逻辑链路控制 LLC ；2.媒体接入控制层MAC

LLC：与硬件无关，实现流量控制 ；MAC：与硬件相关，提供硬件和LLC的接口，LLC目前不常用。

MAC层主要功能：

（1）数据帧的封装卸装

（2）帧的寻址和识别 接收和发送，

（3）链路的管理，帧的差错控制

以太网帧格式：8个字段，

Mac地址 ：硬件地址，也叫链路地址，由48bit组成 （厂商编号和序列号表示设备地址，均为24位）

以太网帧长度：从目的地址到校验的长度 ； 类型：表示数据字段的长度 ；也可以表示上层协议的类型 ； 数据：IP数据报，不超过1500字节 ； 填充：保证帧长为64位

Mac帧

CSMA/CD协议技术细节

载波监听多路访问/冲突检测：

1.工作原理：监听信道是否空闲，若空闲则发送，在发送数据中，边发边监听，若监听到冲突，立即停止发送数据，等待一段时间在重新尝试 ；是一种解决访问冲突的协议，网络负载小，效率高，负载大，则效率下降，这种协议适合发送非实时数据。

重要组成和重要概念：

（1）多路访问：

（2）载波监听（CSMA）：发送数据依据一定的 坚持算法 决定如何发送：

电磁波在1km电缆的传播时延为5μ秒

冲突检测最长时间为总线端到端的传播时延2 ? (称为争用期),又称为碰撞窗口

10m以太网 争用期为51.2μ秒，每秒可以发送512bit数据，即64字节，最小64 最大1518（最大传输单元为1500字节），小于64的冲突，为无效帧

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