4、OSI模型-数据链路层和交换机

一、数据链路层

1、定义：位于网络层和物理层之间，数据链路层在物理层提供的服务的基础上向网络层提供服务，其最基本的服务是将源自网络层来的数据可靠地传输到相邻节点的目标机网络层。

2、数据链路层的功能

实现数据无差错传送，它接收物理层的原始数据位流以组成帧，并在网络设备之间传输。帧含有源站点和目标站点的物理地址。

以太网：是由Xerox公司创建并由Xerox、Intel和DEC公司联合开发的基带局域网规范，是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准

局域网LAN：是指在某一区域内由多台计算机互联成的计算机组。一般是方圆几千米以内。局域网可以实现文件管理、应用软件共享、打印机共享、工作组内的日程安排、电子邮件和传真通信服务等功能。局域网是

封闭型的，可以由办公室内的两台计算机组成，也可以由一个公司内的上千台计算机组成。

广域网WAN：通常跨接很大的物理范围，所覆盖的范围从几十公里到几千公里，它能连接多个城市或国家，或横跨几个洲并能提供远距离通信，形成国际性的远程网络。

3、传输中的问题

以太网冲突：CSMA/CD（参考上衣章节记录）

以太网寻址（如何找到目标主机）：通过MAC地址寻址，MAC地址是48位的二进制，使用12位16进制表示。

以太网规则（如何与目标主机通信）：数据链路层数据格式——帧。

前导码：不属于数据链路层，属于物理层，代表后面是一个完整封装的帧的格式

目的地址：目标MAC

源地址：自身MAC

协议类型字段：大于0600H时表示类型，小于表示长度。标识上层使用的是何种协议（IP、IPS还是其他）

数据：上层的IP数据包最小46字节最大1500字节

帧校验序列：叫做FCS，利用的算法为CRC（循环冗余检查），检查数据帧的正确性，发现错误或者丢失，发送请求，要求重新发送。

4、数据链路层分为两个子层：LLC和MAC

LLC:以太网IEEE802.2标准。

建立和释放数据链路层的逻辑链接。

提供与上层的接口。

给帧加上序号。

MAC:以太网IEEE802.3标准。

将上层交下来的数据封装成帧进行发送（接收时相反，将帧拆卸）。

实现和维护介质访问控制协议，例如CSMA/CD。

比特差错检测。

MAC帧寻址，即MAC帧由那个站发出，被那个站接收。

二、数据链路层设备——交换机

交换机是用来链接局域网的主要设备。

交换机能够根据以太网帧中目标地址智能的转发数据，因此交换机工作在数据链路层。

交换机分割冲突域，实现双工通信，

1、交换机数据转发原理

转发：交换机根据MAC地址表单转发数据帧

学习：MAC地址表单是交换机通过学习接收的数据帧的源MAC地址来形成的

广播：如果目标地址在MAC地址表中没有，交换机就像除接收到该数据帧的端口外的其他所有端口广播该数据帧

更新：交换机MAC地址表的老化时间是300秒，交换机如果发现一个帧的入端口和MAC地址表中源MAC地址的所在端口不同，交换机将MAC地址重新学习

2、单工、半双工、全双工

单工：只有一个信道，传输方向只能是单向（收音机）。

半双工：只有一个信道，在同一时刻，只能是单向（对讲机）。

全双工：双信道，同时可以双向数据传输。

3、交换机背板交换矩阵结构

分割冲突域，不分割广播域

4、交换机转发

存储转发：接收到的数据先放入缓存，完成全部接收后再进行校验，最后在发送。可靠性高，有延迟

快速转发：只要看到目的地址就直接转发，速度快，没看到帧尾部的FCS不校验直接进行转发不可靠

分段过滤转发：保证收到帧的64字节以后再转发（帧的结构中，数据部分最小为46字节，所以帧最小为64字节，小于64字节的数据帧肯定是不完整的），在快速转发和存储转发之间