数据链路层

数据链路可以粗略地理解为数据传输通道，位于物理层与网络层之间，是数据传输过程中比较重要一层。物理层设备为终端设备间提供传输媒介及连接，但通讯设备之间的传输连接只在通讯时暂时连接的。每次通信都要经过建立通信连接和拆除通信连接两个过程，这种建立起来的数据收发关系就叫数据链路，承担这种工作任务的设备，叫数据链路层设备，常见的数据链路层设备有网卡、网桥、交换机

[一] 数据链路层的各种设备

1. 网卡（Network Interface Card）

作用：是连接计算机与网络的硬件设备，不仅能实现与局域网传输介质之间的物理连接和电信号匹配，还涉及帧的发送与接收、帧的封装与拆封、介质访问控制、数据的编码与解码以及数据缓存的功能等

“计算机与外界局域网的连接是通过主机箱内插入一块网络接口板（或者是在笔记本电脑中插入一块PCMCIA卡）。网络接口板又称为通信适配器或网络适配器（Network Adapter）或网络接口卡NIC（Network Interface Card），但是更多的人愿意使用更为简单的名称‘网卡’。” —— 百度百科

2. 网桥（Bridge）

作用：是实现局域网互连的存储转发设备。网桥从一个局域网接收MAC帧，拆封、校对、校验之后，按另一个局域网的格式重新组装，发往它的物理层

“网桥像一个聪明的中继器，它将两个相似的网络连接起来，并对网络数据的流通进行管理，不但能扩展网络的距离或范围，而且可提高网络的性能、可靠性和安全性” —— 百度百科

3. 交换机（Switch）

作用：是一种用于电信号转发的网络设备，可以把要传输的信息送到符合要求的设备上

“交换机内部的CPU会在每个端口成功连接时，通过将MAC地址和端口对应，形成一张MAC表。在今后的通讯中，发往该MAC地址的数据包将仅送往其对应的端口，而不是所有的端口。” —— 百度百科

[二] 数据链路层基础知识

1. MAC地址

MAC（Medium/Media Access Control）地址用来表示互联网上每一个站点的标识符，采用十六进制数表示，共6个字节。其中，前3个字节是由IEEE的注册管理机构RA负责给不同厂家分配的代码，也称为“编制上唯一的标识符”，后3个字节由各厂家自行指派给生产的适配器接口，称为扩展标识符。每台主机的网卡上都有一个MAC地址，可在命令行输入“ipconfig/all”查看本机设备的MAC地址。

2. 数据帧（Data Frame）

所谓数据帧，就是数据链路层的协议数据单元，它包括三部分：帧头，数据部分，帧尾。其中，帧头和帧尾包含一些必要的控制信息，比如同步信息、地址信息、差错控制信息等；数据部分则包含网络层传下来的数据，比如IP数据包。

3. 载波监听多路访问技术（CSMA/CD）

CSMA/CD工作于数据链路层，它是一种允许多个设备在同一信道发送信号的协议。它的工作原理是：发送数据前先侦听信道是否空闲，若空闲，则立即发送数据。若信道忙碌，则等待一段时间至信道中的信息传输结束后再发送数据；若在上一段信息发送结束后，同时有两个或两个以上的节点都提出发送请求，则判定为冲突。若侦听到冲突,则立即停止发送数据，等待一段随机时间,再重新尝试。

其原理简单总结为：先听后发，边发边听，冲突停发，随机延迟后重发

[三] 几种设备的区别

1. 二层交换机和三层交换机的区别

二层交换机工作于OSI模型的第2层（数据链路层），故而称为二层交换机。二层交换技术是发展比较成熟，二层交换机属数据链路层设备，可以识别数据包中的MAC地址信息，根据MAC地址进行转发，并将这些MAC地址与对应的端口记录在自己内部的一个地址表中。三层交换机就是具有部分路由器功能的交换机，三层交换机的最重要目的是加快大型局域网内部的数据交换，所具有的路由功能也是为这目的服务的，能够做到一次路由，多次转发。对于数据包转发等规律性的过程由硬件高速实现，而像路由信息更新、路由表维护、路由计算、路由确定等功能，由软件实现。三层交换技术就是二层交换技术+三层转发技术。传统交换技术是在OSI网络标准模型第二层–数据链路层进行操作的，而三层交换技术是在网络模型中的第三层实现了数据包的高速转发，既可实现网络路由功能，又可根据不同网络状况做到最优网络性能。

2. 网桥和交换机的区别

局域网交换机的基本功能与网桥一样，具有帧转发、帧过滤和生成树算法功能。
但是，网桥和交换机相比还是存在以下不同：
● 端口数的区别：网桥一般只有两个端口，而交换机具有高密度的端口。
● 分段能力的区别：由于交换机能够支持多个端口，因此可以把网络系统划分成为更多的物理网段，这样使得整个网络系统具有更高的带宽。而网桥仅仅支持两个端口，所以，网桥划分的物理网段是相当有限的。
● 传输速率的区别：交换机与网桥数据信息的传输速率相比，交换机要快于网桥。
● 数据帧转发方式的区别：网桥在发送数据帧前，通常要接收到完整的数据帧并执行帧检测序列FCS后，才开始转发该数据帧。交换机具有存储转发和直接转发两种帧转发方式。直接转发方式在发送数据以前，不需要在接收完整个数据帧和经过32bit循环冗余校验码CRC的计算检查后的等待时间。

3. 交换机和集线器的区别

集线器采用的是共享带宽的工作方式，集线器好比一条单行道，“10M”的带宽分多个端口使用，当一个端口占用了大部分带宽后，另外的端口就会显得很慢。相反，交换机是一个独享的通道，它能确保每个端口使用的带宽，如百兆的交换机，它能确保每个端口都有百兆的带宽。

4. 交换机和路由器的区别

● 路由器有IP分配、路由寻址、地址映射、访问控制这些功能，普通的二层交换机没有这些功能，只有三层交换机可以有这些功能。
● 交换机用来共享一根网线，路由器用来共享一个IP。也就是说，如果一根网线上想接几个电脑，就必须用交换机；如果你只有一个IP，想几个电脑上网，就要用路由器来解决。比如宽带路由器就可以让家里的几台电脑共享同一个账号上网；在已经共享上网的情况下，某房间只有一根网线，有多台电脑要上网，用交换机。
● 一个局域网络一般只需要一个路由器，如果端口不够的话，使用多个交换机配合形成局域网。

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