计算机网络原理总结B-数据链路层
数据链路层
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数据链路层基本概念及基本问题
- 基本概念
- 三个基本问题
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两种情况下的数据链路层
- 使用点对点信道的数据链路层（PPP协议）
- 使用广播信道的数据链路层（局域以太网LAN）
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以太网
- 扩展以太网
- 虚拟以太网（VLAN）
- 高速以太网
1、基本概念
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信道类型
- 点对点信道
- 广播信道
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链路（物理链路）
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数据链路：通过协议来控制数据的传输，实现硬件和软件
- 现最常用的方法是使用适配器（即网卡）来实现这些协议的硬件和软件
- 一般的适配器都包括了数据链路层和物理层的功能
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帧
2、三个基本问题
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封装成帧就是在一段数据的前后分别添加首部和尾部，进行帧的界定。
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透明传输在发送时加转义字符；在接收端的数据链路层送往网络层之前删除插入的转义字符，所以叫透明传输
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差错控制
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比特差错
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传输过程中可能会产生比特差错：1可能变成0，0可能变成1
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在一段时间内，传输错误的比特占所传输比特总数的比率称为误码率BER（和信噪比有很大关系）
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循环冗余校验CRC（计算过程）
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帧检验序列FCS
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无差错接受：凡是接收到的数据链路层接受的帧都没有传输差错 【有差错的帧就丢弃而不接受】，是一种无比特差错，而不是无传输差错的检测机制。
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传输差错：帧丢失、帧重复或帧失序
3、点对点信道（PPP协议）
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概念：用户计算机和ISP进行通信时所使用的数据链路层协议
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特点：
- 需要拨号上网
- 不使用序号和确认机制
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三个组成部分：
- 高级数据链路控制协议（HDLC）
- 链路控制协议（LCP）
- 网络控制协议（NCP）（针对每一个网络层协议）
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帧格式
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透明传输
- 字节填充（传输字节）
- 零比特填充方法（传输比特流）
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工作状态
【实验】配置路由器接口使用PPP协议
en/enable //进入特权模式
config -t //进入全局配置模式
hostname RouteA //修改路由器名称
interface serial 2/0 //配置以太网接口
clock rate 64000 //时钟频率
ip address 172.16.1.1 255.255.255.0 //配置IP
no shutdown //启用
encapsulation ppp //修改为PPP协议
username RouterB password todd //ppp中数据链路层安全-身份验证（共享秘钥）
ppp authentication chap //chap验证方式
4、广播信道的多点接入（以太局域网）
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局域网
- 拓扑：星型网、总线网、环形网、树形网
- 特点：一个单位所拥有，地理范围和站点受限
- 优点：
- 具有广播功能
- 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
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广域网：花钱租宽带
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共享通信媒体
- 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：随机接入（以太网）、受控接入
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CSMA/CD协议【载波监听多点接入/碰撞检测（Carrier Sense Mutiple）】
- 多点接入
- 载波监听
- 碰撞检测
- 使用CSMA/CD协议的以太网不能进行全双工通信而只能进行半双工通信
- 以太网冲突检测
- 最短有效帧长
- 避让机制【二进制指数类型退避算法】
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以太网
- DIX Ethernet V2标准
- IEEE的802.3标准：拆分为两个子层
- 逻辑链路控制子层（LLC）【已经不使用了】
- 媒体接入控制子层（MAC）
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集线器
- 使用CSMA/CD协议，工作在物理层
- 10Base-T(10Mb/s)
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以太网的信道利用率
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MAC层（MAC地址、MAC帧）
- 【实验一】更改MAC地址
- 【实验二】MAC帧格式—学会使用抓包工具（wireshark）
Frame //帧
Ethernet//目标MAC地址、源MAC地址
Internet Protocol Version 6//目标IP地址、源IP地址
Transmission Control Protocol//端口、有效数据
- 无效的MAC帧（4点）
- 帧间最小间隔（9.6us），相当于96bit的发送时间
5、扩展以太网
- 网桥
- 概念（内部结构）
- 好处和坏处
- 透明网桥—使用了生成树算法（为了避免产生转发的帧在网络中不断地兜圈子）
- 自学习算法
【实验】更改生成树的根（优先级）
spann-tree vlan 1 priority ?(4096) //更改优先级
- 交换机
- 多端口的网桥、高速的网桥
- 安全、高速
【实验】交换机动态学习mac地址
show mac address-table
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虚拟局域网VLAN
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【概念】一个VLAN = 一个广播域 = 逻辑网段（子网）
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【用途】可使网络按照部门进行划分
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【实验】验证VLAN（划分虚拟局域网）
show vlan //显示VLAN
vlan 2 //添加vlan2
interface range fastEthernet 0/13 - 24 //获取接口范围
switchport access vlan 2 //将接口放到vlan2中
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交换机上的VLAN干道链路、访问链路
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如果需要跑多个VLAN，需要配置成干道链路；否则配置为访问链路；
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干道链路实现：在帧格式中加标记–干道端口、中继端口
- ISL标记、ISL封装—在以太网帧格式中插入4字节的VLAN标记
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使用统计时分复用
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6、高速以太网
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100Base-T
- 特点
- 物理层标准
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吉比特以太网
- 特点
- 物理层标准
- 配置举例（吉比特交换集线器）
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建网3层模型（网络改造）
- 核心层
- 汇聚层
- 接入层
【实验】宽带接入（在交换机上实现的接入安全）
config -t //进入全局配置模式
interface range fastEthernet 0/1 - 4 //这种方式可以配置接口1-4
switchport mode access //将交换机端口设置为access，明确该端口连接的是计算机
switchport port-security //在交换机端口启用安全
switchport port-security violation shutdown //违反安全规则后接口禁用
switchport port-security mac-address sticky //将上面的动态的MAC地址和端口进行绑定
show mac address-table //查看MAC地址表