数据链路层相关技术总结

数据链层涉及的相关技术总结

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在OSI参考模型中数据链层设计的相关技术，包括MAC寻址（物理寻址）、介质共享、非公有网络、分组交换、环路检测、VLAN（虚拟局域网）、以太网、WLAN（无线局域网）、PPP（点对点协议）、FDDI（光纤分布式数据接口）、VPN等。

1.MAC地址

MAC地址用于识别数据链路中互连的节点。其中诸如VLAN、蓝牙等设备中也使用相同规格的MAC地址。在总线型和环形网络中，先暂时获取所有目标站的帧，然后再通过MAC寻址如果是发给自己的就接收，如果不是发给自己的丢弃（在令牌环中依次转发给下一站）。

2.共享型介质网络

从通信介质的使用方法来看，网络可以分为共享介质和非共享介质型。

共享介质型网络指多个设备共享一个通信介质的一种网络。最早的以太网和FDDI就是共享介质网络。在这种方式下，在同一个载波信道下通信，通信双方是采用半双工信道，所以需要对介质进行访问控制。

共享介质网络中有两种介质访问控制方式：一种是争用方式，另一种是令牌传递方式。

• 争用方式： 称为CSMA（载波监听多路访问）。网络中的各站采用先到先得的方式占用信道发送数据，如果多的站同时发送帧，则会产生冲突现象，导致网络拥塞和性能下降。

  也有采用CSMA/CD方式（CSMA改良方式），边发送边监听：1.如果载波信道上没有数据流动，则任何站可以发送数据。2.检查是否发生冲突，如果发生冲突，放弃发送数据，同时立即释放发送信道。3.放弃发送后，随机选择一段时间，再重新争用介质，重新发送。

• 令牌传递方式：

  

3.非共享介质网络

网络中的每个站直连交换机，由交换机负责转发数据帧。此方法下，发送端与数据端并不共享通信介质，采用全双工信道。

4.根据MAC地址转发

在共享介质的以太网中，也用到了交换机，将非共享介质的技术运用到了以太网中。这种交换机在以太网中被称为拥有多个端口的网桥，网桥根据目标MAC地址，选择相应的端口转发数据帧，这是网桥所参考的是转发表。 转发表 不需要手动设置，转发表是自动生成的，这被称为自学过程。

• 交换机的转发方式： 交换机转发方式分为存储转发和直通转发。 存储转发 接受整个分组后，检查以太网数据帧的FCS位后，在进行转发。因此可以避免错误帧。 直通转发 不需要接收整个数据帧就可以直接转发，只需要得知接收地址就可以转发，延迟短，但可能出现错误转发。

5.环路检测技术

通过网桥连接网络时，出现环路可能会使数据被一而再再而三的传输。为了解决网络中的环路问题，可以使用生成树方式和源路由方式。

• 生成树方式： 每个网桥必须在1~10秒内相互交换BPDU（Bridge Protocol Data Unit）包，从而判断那些端口使用，哪些不使用。一旦发生故障，则自动切换通信线路，利用那些没有使用的端口继续传输数据。
• 源路由法： 该方法是通过判断发送数据的源地址是哪个网桥发出来的，并写入RIF（Routing Infornatiom Field）。网桥根据这个RIF信息发送帧给目标地址。

6.VLAN

VLAN采用3层交换机或者个网段之间路由器的连接实现，如图，交换机中区分了各网段，每个网段有一个唯一的VLAN ID进行表示，在交换机中传输数据帧时，在数据帧的首部加入这个VID，根据VID决定将该数据帧发送哪个网段。这样做的好处是，在进行网络管理中，如时常会遇到的分散网络负载、变换部署网络设备的位置等情况，这时候需要变换网络硬件部署，但是通过使用VLAN就可以通过改变网络结构即可。

7.VPN

VPN（虚拟专用网）用于连接距离比较远的地域，包括IP-VPN和广域以太网。

IP-VPN，网络服务商提供一种在IP网络上使用MPLS技术构建VPN的服务。其中MPLS在IP包中附加一个标签对信息进行传输控制。每个用户的信息标志都不同，这样可以很容易区别不同用户，形成封闭的私有网络。

8.以太网帧格式

以太网帧前端有一个前导码部分8个字节，表示以太网帧的开始，也是对端网卡能够确保与其同步的标志。前导码最后部分是一个SFD域，为10101011。

以太网帧本体的前端是以太网的首部，共占14个字节，6字节目标MAC地址，6字节源MAC地址，2字节的上层协议类型。紧随首部的后面是数据部分46~1500字节，最后是FCS（帧检测序列）4字节。

9.PPP的帧格式

PPP帧格式与HDLC协议非常相似，在每个帧的前后加上01111110标志，用来区分帧。在两个标志码中间不能出现连续6个1，因此，在发送数据帧时候，只要出现5个1就在后面插入一个0。而在接收的时候，只要出现5个1且后面跟着0就必须将0删除。