一、數據鏈路層

位於網絡層與物理層之間

1、功能

-- 數據鏈路的建立、維護與拆除

--幀包裝、幀傳輸、幀同步

--幀的差錯恢復

--流量控制

2.以太網

-- 以太網工作在數據鏈路層。我們平常使用的局域網就是以太網。

--以太網采用CSMA/CD避免信號的沖突。

-- CSＭＡ／ＣＤ　——　帶沖突檢測的載波監聽多路訪問

--CSMA/CD工作原理：

-- 發送前先監聽信道是否空閑，若空閑則立即發送數據;

--在發送時，邊發邊繼續監聽；

--若監聽到沖突，則立即停止發送，等待一段隨機時間（稱為退避）以後再重新嘗試

3.MAC地址

也稱物理地址或網卡地址

-- 作用：在全球範圍內，唯一的表示一個物理設備。一般將該地址稱為物理地址，IP地址一般稱之為邏輯地址。

在網絡世界中，想要唯一的確定一個通信對象，必須同時使用網卡地址”+“IP地址”進行確定。

-- 表示：

例如：00D0.9719.7A5A

# 16 進制表示，共48bit；

# 前面24bit，為廠商代碼；

# 後面24bit，為廠商給產品的編號；

--特殊的MAC地址

廣播MAC地址：48bit全為1

未知MAC地址：48bit全為0，表示這個地址待填充

4.數據鏈路層的兩個子層

-- 介質訪問控制（MAC）子層

功能： (1)將上層交下來的數據封裝成幀進行發送（接收時進行相反的過程，將幀拆卸）；

(2)實現和維護介質訪問控制協議，例如CMSA/CD;

(3)比特差錯檢測；

(4)MAC幀的尋址，即MAC幀由哪個站（源站）發出，被哪個站、哪些站接收（目的站）

-- 邏輯鏈路控制（LLC）子層

功能： (1)建立和釋放數據鏈路層的邏輯連接；

(2)提供與上層的接口；

(3)給幀加上序號。

5、交換機的工作原理

--功能：交換機是用來連接局域網的主要設備，交換機能夠根據以太網幀中目標地址智能的轉發數據，因此交換機工作在數據鏈路層。交換機能分割沖突域，實現全雙工通信

--工作原理：

(1)成表：查看源MAC

交換機在端口1收到數據幀，將其中的源MAC地址提取出來，與入端口形成對應關系。假如源MAC為A，那麽此時形成的條目為：A----1；

(2)查表：查看目標MAC

交換機將收到的數據幀中的目標MAC地址提取出來，在交換機本地的轉發表中進行查找對應的條目是否存在，如果存在，則將數據從對應的端口轉發出去；反之，則將數據從除入端口以外的其他所有端口都發送出去（稱為洪泛/泛洪flooding）。

也可以將交換機的工作過程理解為四個步驟：學習、廣播、轉發、更新。

--學習：MAC地址表是交換機通過學習接收的數據幀的源MAC地址來形成的；

--廣播：如果目標地址在MAC地址表中沒有，交換機就向除接收到該數據幀的端口外的其他所有端口廣播該數據幀；

--轉發：交換機根據MAC地址表單播轉發數據幀；

--更新：交換機MAC地址表的老化時間是300秒，交換機如果發現一個幀的入端口和MAC地址表中源MAC地址的所在端口不同，交換機將MAC地址重新學習到新的端口。

二、常見的網絡層協議

1.ARP（address resolution protocol--地址解析協議）

--作用：基於IP地址，獲得對應的MAC地址。為了實現數據包的2層頭部的快速封裝；

--原理：發送方設備發送“ARP請求”，廣播的方式；

目標方設備發送“ARP回應”，單播的方式。

--ARP的類型

普通ARP：知道對方的IP地址請求對方的MAC地址。

無故ARP：發送ARP的主機的IP地址與被請求IP地址是相同的。可以用於發現IP地址沖突。設備開機時會產生無故ARP報文，在開機以後也會周期性的發送該報文。

代理ARP：（可以理解為快遞代簽）回復請求報文的主機雖然不是我們要請求的目標IP地址所對應的主機，但是該主機知道目標IP如何到達。所以，該主機可以代替源目標IP主機進行ARP報文的回復。

--查看ARP表的命令：

show ip arp //在網路設備上查看ARP表

arp -a //在終端設備上查看ARP表

註：ARP表中的動態條目可以被後來的ARP條目覆蓋掉，而靜態條目是不可以被覆蓋的。

2.ICMP（Internet Control Message Protocol--Internet控制報文協議）

ICMP 通過IP數據報傳送，用來發送錯誤和控制信息。

ICMP定義了很多信息類型，例如：目的地不可達、TTL超時、信息請求、信息應答、地址請求、地址應答等。

ICMP檢測雙向通路的連通性。我們平時用的Ping命令就使用 ICMP協議。

三、路由器

１、路由

--定義：不同網段的主機進行通信，就是路由（相同網段的主機進行通信，就是交換）

--實現：通過路由器實現路由轉發動作

--互通前提：PC必須配置網關，並且路由器的路由表必須得有路由條目。

2、路由器

--特點：每個端口都是屬於不同的網段，所以可以分割廣播域；

--路由器的主要工作任務： 識別數據包的目標IP地址；識別數據包的源IP地址（主要用於策略路由）；在路由表中發現可能的路徑；選擇路由表中到達目標最好的路徑；維護和檢查路由信息。

--核心工作表：路由表。每個路由器都維護著一張路由表，這是路由器轉發數據包的關鍵。每個路由表條目指明了到達某個子網或主機應從路由器的那個物理端口發送，通過此端口可到達該路徑的下一個路由器的地址（或直接相連網絡中的目標主機地址）。

--工作原理：路由器在任何一個端口上收到數據包以後，都會提取其中的目標IP地址，將目標IP地址與本地的路由表條目進行匹配。匹配成功，則在條目對應的端口轉發出去；匹配失敗，則丟棄數據包。匹配原則：依次查看路由表中的每個路由條目，查看每個路由條目時，首先查看路由條目中的掩碼，然後查看目標IP地址中特定長度的位（掩碼長度）是否與路由條目中的網絡位相同，相同則匹配成功。

--靜態路由：由管理員手動配置，為單向條目。通信雙方的邊緣路由器都需要指定，否則會導致數據包有去無回。

--缺省路由（默認路由）：目標網絡為0.0.0.0/0.0.0.0，可匹配任何目標地址。只有當從路由表中找不到任何明確匹配的路由條目時，才會使用缺省路由。

--路由條目進入路由表的前提條件：路由條目的下一條必須可達。

3.路由屬性

--管理距離(AD-admain distance)

表示路由條目的穩定性，值越小越穩定，取值0~255

--度量值(metric)

表示通過該條目去往目標網段的距離，值越小越好。

如果有多個下一條，則進行比較。首先比較AD，值越小越好，然後比較Metric，值越小越好，如果兩者都相同，則多個路由條目都放入路由表。

每一種類型的路由，都有一個默認的AD 值。直連默認是0，靜態默認是1。

--浮動靜態路由：配置一個管理距離更大的靜態路由，作為應急出發的備份路徑；在主路由有效的情況下，浮動路由不會出現在路由表中。作用：實現鏈路的備份，增強網絡的健壯性。

計算機網絡基礎（四）——數據鏈路層和網絡層協議及設備