数据链路层 ，数据链路层的主要功能，数据链路层的协议，数据链路层的设备。
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本章重点
- 了解封装成帧的原理
- 掌握PPP协议的作用及实现原理
- 熟悉链路层的网络设备和工作原理
数据链路层
数据链路层负责将物理层数据 「透明」且 「可靠」的传输到网络层。
透明传输
透明是指，链路层传输数据的方式是透明的，也就是透明传输。
这个透明相对的，从上层的角度看，链路层只是一个「通道」，「只传输」数据，而「不处理」数据。
但实际上，链路层会处理数据，只是处理的过程，不向上层展示（上层并不在乎你怎么处理，上层只希望你把数据传输过来）。
一、封装成帧
链路层处理数据的第一步，就是封装成帧。封装成帧是指，将传输的数据「分隔」成多组数据，每一组数据称为一个数据帧，当传输出现差错时，只需要重发数据帧，而不再重传所有的数据。
链路层的差错控制和流量处理功能，都是在组帧的基础上实现的。
二、链路层的功能
数据传输过程中，由于外界不可控因素造成的冲击噪声，会使数据的传输出现差错。
1. 差错控制
这种差错可以分为两种：「位错」和「帧错」。
位错就是比特位出现差错，比如1变成0，或0变成1。
帧错就是数据帧出现差错，比如帧丢失、帧重复、帧失序。
这种差错通常会用编码技术来解决，比如：奇偶校验码和海明码。
1.1 奇偶校验码
奇偶校验码根据二进制数据中「1的个数」来判断数据的完整性。
比如，数据传输前有奇数个1，传输后却变成了偶数个1，就判定数据传输出现了差错，重新发送这个数据帧。
1.2 海明码
海明码算是奇偶校验码的升级版，是一种「多重校验」。
他将数据帧分为多个小组，每个小组都进行一次奇偶校验，从而指出具体的差错位置，进而纠错。
2. 流量控制
当发送数据「过快」时，接收方就会发生「阻塞」，导致数据帧的「丢失」。
因此，我们需要对发送的数据流量进行管控，也就是流量控制；
流量控制的协议有很多，我们来一个一个了解。
2.1 停止等待协议
停止等待协议很简单，每发送完一个帧就停止发送，等待对方「确认」；
收到对方的确认帧后再发送下一个帧。
停止等待协议可以保证数据不丢包或包乱序，但利用率不高。
2.2 滑动窗口协议
滑动窗口是指，在「窗口」允许的范围内，可以「同时发送多个数据」。
比如，窗口的大小设置为6个，发送方发送一个数据，在没有收到确认帧的情况下，仍然可以发送第二个、第三个数据，以此类推，可以同时发送五个数据。
当同时有6个数据没有收到确认帧时，就到达了窗口的数量上限，发送方将停止发送数据，等待接收方的确认帧，每收到一个确认帧，就可以再发送一个数据。
需要注意的是：滑动窗口的大小最好等于接收窗口的大小（大了会溢出，小了没意义）
2.2.1 后退N帧协议（GBN）
GBN协议是滑动窗口机制的一种应用协议。采用「累积确认机制」，如果某一个帧未收到确认，则重新发送窗口内这个帧以及前面的所有帧。
GBN协议有一个「缺点」，如果某个帧超时，即使之前的帧已经成功被接收，仍然会被重新发送，从而造成「资源浪费」。而选择重传协议可以解决这个问题。
2.2.2 选择重传协议（SR）
选择重传协议是滑动窗口机制的另一个应用协议，他在GBN协议的基础上取消了累积确认的机制，采用「一个数据对应一个确认帧」的方式，在窗口大小允许的范围内同时传递多个数据，只有超时的数据才会重传，未超时的数据不会重传。
三、链路层的协议
1. PPP协议
PPP协议（Point to Point Protocol），翻译成中文是「点对点协议」，是链路层的数据通信协议，检错但不纠错，是一种不可靠的传输协议。
1）通信开始时，调制解调器确认拨号，并建立物理连接。
2）而后链路控制协议（LCP）建立通信链路，发送数据帧。
3）网络控制协议（NCP）给接入的主机分配临时IP地址。
4）通信完毕时，网络控制协议（NCP）回收IP地址。
5）链路控制协议（LCP）断开通信链路。
6）最后释放物理层的连接。
四、链路层设备
物理层的集线器可扩展的「网络距离」有限，想要实现远距离的网络通信，需要借助链路层的网桥或交换机。
1. 网桥
网桥是早期的「两端口」二层网络设备，后来被更多端口的交换机取代。
网桥也叫桥接器，可以连接两个局域网，一个端口连接一个网段，根据数据帧的目的MAC地址转发到对应接口的网络。
1.1 工作原理
1）网桥中有一个「网桥表」，保存「MAC地址」和「接口」的对应关系。
2）数据帧经过网桥时，先在网桥表中搜索「源MAC地址」：
- 如果不存在，就学习新MAC地址，将地址与对应的接口保存到表中；
3）然后再搜索「目的MAC地址」：
- 如果存在，就转发到地址对应的接口；
- 如果不存在，就转发到其他所有的网络。
1.2 网桥和路由器的区别
网桥和路由器都是连接两个网络的设备。但网桥是「存储转发」设备，路由器是「路径选择」设备。
他们的区别主要体现在四个方面：
1）端口方面：网桥只有两个端口，而路由器最少16个端口，最多48个端口。
2）网络方面：网桥只能连接两个相同网络，而路由器可以连接多个不同的网络。
3）广播方面：网桥不隔离广播，而路由器可以隔离广播
4）工作层次方面：网桥是二层设备，不考虑使用的协议报文；而路由器是三层设备，需要处理协议和报文。
2. 交换机
交换机相当于「多端口网桥」，每个端口都具有桥接功能，根据MAC地址在多个网络间交换数据帧。
交换机可以“学习”新的MAC地址，并存储在内部的地址表中，在发送者和接受者之间建立临时路径，完成数据的交换。
交换机的工作原理与网桥大同小异，这里不再阐述。
数据链路层的协议分析
数据链路层目的是建立在物理层基础上，通过一些数据链路层协议，在不太可靠的物理链路上实现可靠的数据传输。即数据链路层提供网络中相邻节点之间可靠的数据通信。
数据链路层的主要功能是为网络层提供连接服务，并在数据链路连接上传送帧。依据功能可以分为有连接和无连接两种。本实验采用的是有应答，无连接服务。 无连接服务时，发送方的数据链路层要发送数据时，就直接发送数据帧。接收方的数据链路层能够接受数据帧，或者收到的帧校验正确，就像源主机数据链路层发送应答帧；不能接受或接受到的帧校验不正确时，就返回否定应答，发送端要么重发原帧，要么进入等待状态。
在数据链路层主要是负责传输数据，有很多种协议，用的最多的是局域网中的以太网协议，和广域网中的PPP协议，HDLC协议
Ethereal软件抓包原理
1.首先数据会根据应用（比如WEB应用是采用TCP协议）进行传输层的封装，封装TCP的报文数据，而TCP报文是根据源，目端口通信的，也就是说此端口号来标识我们计算机应用层中哪个应用！比如我们的计算机发次HTTP连接，我们的计算机会随机取一个端口号，而目的端口会封装80（假如目的WEB服务器采用默认端口），目标主机收到此份数据，就会知道原来这份数据是交给我的HTTP应用的！
2.再次进行网络层的封装，里面会包含控制位，来说明此份数据报文是采用哪种传输层协议，比如TCP为0X06，这里会有源，目IP地址的封装。
3.最后进行数据链路层封装，也就是2层，里面会有TYPE字节来指示我上层封装的是哪种网络层协议，比如IP就为0X0800,然后进行的源，目MAC地址封装，此地址用来在以太网网络中寻址的。
这样一份数据包就完成了。
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