《计算机网络》之数据链路层

数据链路层

一、引言

       前面说过，数据链路层的任务是：在两个相邻节点之间传送数据时，数据链路层将网络层交下来的IP数据报组装成帧(frame)，在两个相邻节点间的链路上“透明”地传送帧中的数据。数据链路层协议的三个基本问题是：封装成帧、透明传输和差错检测。差错检测广泛使用循环冗余检验CRC(Cyclic RedundancyCheck)。实际上CRC仅仅能做到接受到的帧的无差错，但并不能做到帧丢失、帧重复或帧失序的解决。OSI设计的数据链路层是可靠传输的，它加入了帧编号、确认和重传机制来解决这三个问题。不过现在的数据链路层在实际中并未采取这些机制，而是简简单单采用CRC而已。可靠传输由运输层来实现。

二、以太网

       以太网(Ethernet)作为非严格情况下“局域网”的代名词，提供的服务是不可靠的交付（尽最大努力的交付）。发送的数据都采用Manchester编码，在同一时间只能允许一台计算机发送信息。因此以太网采用载波监听多点接入/碰撞检测CSMA/CD(Cattier Sense Access with Collision Detection)协议。

CSMA/CD协议是数据链路层最重要的一个协议，它比较基础，在这里也不详细介绍了。它的一个很重要的概念是争用期(contentionperiod)，又称碰撞窗口(collision window)。它是以太网端到端的往返时间.只有经过争用期这段时间还没有检测到碰撞，才能肯定这次发送不会发生碰撞。为此规定了最短有效帧长，保证单个数据帧的发送时间不少于争用期。以太网的最短有效帧长为64字节。

以太网的信道利用率。式中为单个帧的发送时间，为端到端的单程时间。

以太网在数据链路层的扩展需要用到网桥，多接口网桥即为第二层交换机(switch)。

三、MAC

       MAC地址，又称硬件地址、物理地址，是指适配器（网卡）地址，共6字节。前三个字节为公司标识符，由RA指派；后三个字节为扩展标识符，由厂家自行指派。

MAC地址的第一个字节的最低位为I/G(Individual/Group)位，为0时表示单个站地址，为1时表示组地址（多播）。第一个字节的最低第二位为G/L (Global/Local)位，为0时是全球管理（唯一），为1时是本地管理（用户分配）。

MAC帧的格式如下图。



可以看出，MAC帧的首部有14字节，尾部有4字节。数据部分长度为46~1500字节。尾部是使用CRC检验的帧检验序列FCS。在交付给物理层时，在帧前还要加上8字节的同步码用于同步时钟频率。