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计算机⽹络——数据链路层

数据链路层属于计算机⽹络的低层。数据链路层使⽤的信道主要有以下两种类型：

点对点信道

⼴播信道

本章最主要的内容是：

数据链路层的点对点信道和⼴播信道的特点，以及这两种信道所使⽤的协议的特点。

数据链路层的三个基本问题：封装成帧、透明传输和差错检测。

以太⽹MAC层的硬件地址。

适配器、转发器、集线器、⽹桥、以太⽹交换机的作⽤及使⽤场合。

下⾯看⼀下两台主机通过互联⽹进⾏通信时数据链路层所处的地位(图3-1)。

图3-1(a)表⽰⽤户主机Hi通过电话线上⽹，中间经过三个路由器(R1，R2和R3)连接到远程主机H2。

所经过的⽹络可以是多种的，如电话⽹、局域⽹和⼴域⽹。当主机H1向H2发送数据时，从协议的层次上看，数据的流动如图3-1(b)所⽰。主机H1和H2都有完整的五层协议

栈，但路由器在转发分组时使⽤的协议栈只有下⾯的三层。数据进⼊路由器后要先从物理层上到⽹络层，在转发表中找到下⼀跳的地址后，再下到物理层转发出去。因此，数据从

主机H1传送到主机H2需要在路径中的各结点的协议栈向上和向下流动多次，如图中的浅灰⾊箭头所⽰。然⽽当我们专门研究数据链路层的问题时，在许多情况下我们可以只关⼼

在协议栈中⽔平⽅向的各数据链路层。于是，当主机Hi向主机H2发送数据时，我们可以想象数据就是在数据链路层从左向右沿⽔平⽅向传送的，如图3-2中从左到右的粗箭头所

⽰，即通过以下这样的链路：

H1的链路层⼀R1的链路层⼀R2的链路层⼀R3的链路层⼀H2的链路层

使⽤点对点信道的数据链路层

数据链路和帧

链路和数据链路并不是⼀回事。

链路就是从⼀个节点到相邻酒店的⼀段物理线路，⽽中间没有其他任何的交换结点。

数据链路则是另⼀个该概念。这是因为当需要在⼀条线路上传送数据时，除了必须有⼀条物理线路外，还必须要有些必要的通信协议来控制若把实现这些数据的传输。这些协议的

硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路。现在最常⽤的⽅法是使⽤⽹络适配器来实现这些协议。⼀般适配器都包括数据链路层和物理层着两层功能。

数据链路层的协议数据单元——帧

数据链路层把⽹络层交下来的数据构成帧发送到链路上，以及把接收到的帧中的数据取出并上交在互联⽹中⽹络层协议数据给⽹络层。单元就是IP数据报。

为了把主要精⼒放在点对点信道的数据链路层协议上，可以采⽤如图3-3（a）所⽰的三层模型。在这种三层模型中，不管在哪⼀段链路上的通信（主机和路由器之间或两个路由器之

间），我们都看成是结点和结点的通信（如图中的结点A和B），⽽每个结点只有下三层⼀⽹络层、数据链路层和物理层。

点对点信道的数据链路层在进⾏通信时的主要步骤如下：

节点A的数据链路层把⽹络层交下来的IP数据添加⾸部和尾部封装成帧。

节点A把封装好的帧发送给节点B的数据链路层。

若节点B的数据链路层收到的帧⽆差错，则从收到的帧中提取处IP数据报交给上⾯的⽹络层；否则丢弃这个帧。

三个基本问题

封装成帧

封装成帧就是在⼀段数据的前后分别添加⾸部和尾部，这样就形成了⼀个帧。接收端在收到物理层上交的⽐特流后，就能根据⾸部和尾部的标记，从收到的⽐特流中

束。

我们知道，分组交换的⼀个重要概念就是：所有在互联⽹上传送的数据都是以分组（即IP数据报）为传送单位。⽹络层的IP数据报传送到数据链路层就成为了帧的数据部分。在帧的数

据部分的前⾯和后⾯分别加上⾸部和尾部，就成为了⼀个完整的帧。

⼀个帧的帧长等于帧的数据部分的长度，加上⾸部和尾部的长度。

⾸部和尾部的⼀个重要作于就是进⾏帧定界。此外，⾸部和尾部还有很多的控制信息。

在发送帧时，是从帧⾸部开始发送的。

每⼀种链路层协议都规定了所能传送的帧的数据部分长度的上限——最⼤传送单元MTU。

当数据是由可打印的ASCII码组成的⽂件时，帧定界可以使⽤特殊的帧定界符。

控制字符SOH放在⼀帧的最前⾯，表⽰帧⾸部的开始。另⼀个控制字符EOT表⽰帧的结束。请注意，SOH和EOT都是控制字符的名称。它们的⼗六进制编码分别是01和04。

在传送出现差错时，帧定界的作⽤就更加明显。假定发送端在尚未发送完⼀个帧突然出现故障，中断了发送。但随后⼜恢复了正常，于是重新从头开始发送刚才未发送完的帧。由于使

⽤了帧定界符，接收端就知道前⾯收到的数据是个不完整的帧，必