第 3 章数据链路层

发表于 2025-12-05 更新于 2026-01-29 分类于 408 ，计算机网络阅读次数：本文字数： 6.6k 阅读时长 ≈ 22 分钟

3.1 数据链路层的功能

3.1.1 数据链路层

通信示例
- 主机H1 → 路由器R1 → 广域网 → 路由器R2 → 主机H2
- 主机使用完整五层协议栈
- 路由器仅使用下三层协议栈
数据流动特点
- 数据在路径节点协议栈中多次上下流动
- 学习时通常只关心水平方向数据链路层
基本概念
- 1. 链路
  - 定义：节点到相邻节点的一段物理线路
  - 特点：通信路径的组成部分
- 1. 数据链路
  - 组成：物理链路 + 通信协议（硬件和软件）
  - 别名：物理链路 vs 逻辑链路
- 1. 帧
  - 定义：数据链路层协议数据单元
  - 功能：封装网络层数据/向上交付数据
3.1.2 链路管理
- 定义：连接的建立、维持和释放过程
- 应用：主要用于面向连接的服务
- 过程
  - 确认对方就绪状态
  - 交换必要信息
  - 初始化帧序号
  - 建立连接 → 维持连接 → 释放连接

3.1.4 封装成帧与透明传输

定义
- 限制发送方的发送速率，使之不超过接收方的接收能力
- 防止帧丢失和错误
原因
- 链路两端节点的工作速率和缓存空间存在差异
- 发送能力可能大于接收能力
实现机制
- 通过反馈机制控制发送
  - 可继续发送下一帧的情况
  - 必须暂停发送等待反馈的情况
体系结构差异
- OSI体系结构
  - 数据链路层实现流量控制
  - 控制相邻节点间数据链路上的流量
- TCP/IP体系结构
  - 传输层实现流量控制
  - 控制源端到目的端之间的流量

3.1.5 流量控制

原因
- 链路两端节点工作速率和缓存空间存在差异。
- 发送方发送能力可能大于接收方接收能力。
- 若不限制发送方发送速率，来不及接收的帧会被后续帧“淹没”，造成帧丢失出错。
目的
- 限制发送方发送速率，不超过接收方接收能力。
实现方式
- 通过某种反馈机制。
- 使发送方知晓何时可接着发送下一帧。
- 使发送方知晓何时必须暂停发送，等待反馈信息后继续发送。
不同体系结构中的情况
- OSI体系结构
  - 数据链路层具有流量控制功能。
  - 控制对象是相邻节点之间数据链路上的流量。
- TCP/IP体系结构
  - 流量控制功能移到传输层。
  - 控制对象是从源端到目的端之间的流量。

3.1.6 差错检测

传输错误原因
- 信道噪声导致帧传输错误
错误类型
- 位错
  - 定义：帧中某些位出现差错
  - 检测方法：循环冗余检验(CRC)
- 帧错
  - 类型
    - 帧丢失
    - 帧重复
    - 帧失序
  - 性质：都属于传输差错
历史处理方式(OSI观点)
- 要求数据链路层提供可靠传输
- 实现机制
  - 在CRC检错基础上增加
    - 帧编号
    - 确认机制
    - 重传机制
  - 工作流程
    - 接收方收到正确帧后发送确认
    - 发送方未收到确认时重传
现代应用场景
- 无线传输(通信质量差)
  - 仍使用确认和重传机制
  - 向上提供可靠传输服务
- 有线链路(通信质量好)
  - 不再使用确认和重传机制
  - 仅进行CRC检错
    - 处理方式：丢弃有差错帧
    - 目的：保证上交帧都正确
  - 重传任务转移
    - 由高层协议完成
    - 例如：传输层TCP协议

3.2 组帧

3.2.1 字符计数法

定义
- 在帧首部使用计数字段记录该帧所含字节数
- 包括计数字段自身占用的1字节
工作原理
- 接收方读取帧首部的字节计数值
- 根据计数值确定帧结束位置
- 连续传输特性可确定下一帧开始位置
主要问题
- 计数字段出错会导致帧边界划分失败
- 后果
  - 无法判断帧结束位
  - 无法确定下一帧开始位
  - 收发双方失去同步
  - 造成灾难性后果

3.2.2 字节填充法

定界方法
- 使用特定字节定界帧的开始与结束
- SOH: 帧开始控制字符
- EOT: 帧结束控制字符
特殊字符处理
- 在特殊字符前填充转义字符ESC
- 防止误判为帧首尾定界符
- 转义字符是ASCII控制字符(单个字符)
发送方处理
- 数据段出现EOT/SOH时
  - 插入ESC字符
- ESC出现在数据中时
  - 在ESC前再插入ESC
接收方处理
- 收到转义字符后
  - 知道后面是数据信息
- 删除插入的ESC字符
  - 恢复原始数据

3.2.3 零比特填充法

基本原理
- 允许数据帧包含任意个数的比特
- 使用特定比特串01111110标志帧的开始和结束
发送方处理流程
- 扫描整个数据字段
- 每遇到5个连续的”1”
  - 自动在其后插入一个”0”
- 保证数据字段中不会出现6个连续的”1”
接收方处理流程
- 执行逆操作
- 每收到5个连续的”1”
  - 自动删除后面紧跟的”0”
- 恢复原始数据
应用实例
- 数据链路层早期使用的HDLC协议
- 采用这种比特填充的首尾标志法
- 实现透明传输
特点
- 容易由硬件实现
- 性能优于字节填充法

3.2.4 违规编码法

违规编码法
- 示例：曼彻斯特编码
  - 数据比特”1”编码为”高-低”电平对
  - 数据比特”0”编码为”低-高”电平对
  - 违规编码序列
    - “高-高”电平对
    - “低-低”电平对
- 应用
  - 用于定界帧的起始和终止
  - 局域网IEEE 802标准采用
- 特点
  - 无需填充技术实现透明传输
  - 仅适用于冗余编码的特殊编码环境
组帧方法比较
- 字符计数法
  - 缺点：计数字段脆弱
- 字节填充法
  - 缺点
    - 实现复杂
    - 存在不兼容性
- 常用方法
  - 零比特填充法
  - 违规编码法

3.3 差错控制

3.3.1 检错编码

核心思想
- 冗余编码技术
- 有效数据+冗余位构成码字
- 接收方根据规则判断是否出错
常见检错编码
- 奇偶检验码
  - 组成：n-1位数据 + 1位检验位
  - 类型
    - 奇检验码：1的个数为奇数
    - 偶检验码：1的个数为偶数
  - 特点
    - 只能检测奇数位出错
    - 不能定位错误位
    - 不能发现偶数位出错
- 循环冗余码(CRC)
  - 基本思想
    - 约定生成多项式G(x)
    - 发送方计算并附加冗余码
    - 接收方通过G(x)检验差错
  - 帧检验序列(FCS)
    - m位数据 + r位冗余码
    - 帧能被G(x)整除
  - 计算步骤
    ①. 加0：数据后加r个0
    ②. 模2除：用G(x)二进制串除数据串
  - 模2运算规则
    - 加法不进位
    - 减法不借位
    - 对应位逻辑异或
  - 特点
    - 硬件实现快速
    - 无差错时余数为0
    - 误码时余数为0概率极低
  - 数据链路层应用
    - 仅使用检错功能
    - 检测出错直接丢弃
    - 不实现纠错功能

3.3.2 纠错编码

海明码
- 实现原理
  - 在有效信息位中加入检验位形成海明码
  - 把海明码的每个二进制位分配到几个奇偶检验组中
  - 某一位出错会引起相关检验位变化
  - 可以发现错位并指出位置
码距
- 定义
  - 两个码字对应位取值不同的比特数量
  - 计算方法：对两个位串进行异或运算，结果中1的个数
- 编码集码距
  - 任意两个码字的码距的最小值
- 纠错理论
  - 关系式：1=d+c+1, d≥c
  - 码距越大，检错位数d和纠错位数c越大
  - 纠错能力≤检错能力
- 结论
  - 检测d位错误需要码距d+1
  - 纠正c位错误需要码距2c+1
海明码编码过程
- 确定海明码位数
  - 满足2^k≥n+k+1
- 检验位分布
  - P_i位于海明位号2^(i-1)的位置
- 分组形成检验关系
  - D1由P2P1检验
  - D2由P3P1检验
  - D3由P3P2检验
  - D4由P3P2P1检验
- 检验位取值
  - 第i组所有位求异或
- 检验原理
  - 检验方程：
    - S1=P1⊕D1⊕D2⊕D4
    - S2=P2⊕D1⊕D3⊕D4
    - S3=P3⊕D2⊕D3⊕D4
  - 判断：
    - S3S2S1=000表示无错
    - 否则数值表示错误位号

3.4 流量控制与可靠传输机制

3.4.1 流量控制与滑动窗口机制

流量控制定义
- 由接收方控制发送方的发送速率
- 确保接收方有足够的缓冲空间接收每个帧
流量控制方法
- 停止-等待协议
- 滑动窗口协议
数据链路层与传输层流量控制的区别
- 1. 控制范围
  - 数据链路层：相邻节点之间
  - 传输层：端到端
- 1. 控制手段
  - 数据链路层：接收方收不下时不返回确认
  - 传输层：通过确认报文段中的窗口值调整发送窗口
停止-等待流量控制
- 基本原理
  - 发送方每次只发送一个帧
  - 接收方反馈确认信号后才能发送下一帧
  - 未收到确认则一直等待
- 特点
  - 传输效率较低
滑动窗口流量控制
- 基本原理
  - 发送窗口：允许发送的连续帧序号
  - 接收窗口：允许接收的连续帧序号
- 窗口滑动机制
  - 发送方：收到按序确认后窗口前滑
  - 接收方：收到落入窗口的帧后前滑并确认
- 重要特性
  - 1. 接收窗口前滑是发送窗口前滑的前提
  - 1. 不同协议的窗口大小差异
    - 停止-等待协议：WT=1, WR=1
    - 后退N帧协议：WT>1, WR=1
    - 选择重传协议：WT>1, WR>1
    - 若采用n比特编号：WT+WR≤2ⁿ
  - 1. WR=1时可保证有序接收
  - 1. 数据链路层窗口大小固定

3.4.2 可靠传输机制

定义
- 发送方发送的数据都能被接收方正确地接收
实现机制
- 确认机制
  - 接收方向发送方发回确认帧
- 超时重传机制
  - 发送方启动计时器，超时未收到确认则重传
自动重传请求(ARQ)协议
- 特点
  - 重传自动进行
  - 数据帧和确认帧必须编号
- 分类
  - 停止-等待协议(S-W)
  - 后退N帧协议(GBN)
  - 选择重传协议(SR)
- 应用范围
  - 不仅限于数据链路层
有线网络与无线网络的差异
- 有线网络
  - 误码率低
  - 可靠传输由上层处理
- 无线网络
  - 误码率高
  - 数据链路层提供可靠传输
①. 单帧滑动窗口与停止-等待协议(S-W)
- 工作原理
  - 发送窗口=1，接收窗口=1
  - 收到确认后才能发送下一帧
- 差错处理
  - 数据帧出错/丢失
    - 接收方丢弃
    - 发送方超时重传
  - 确认帧出错/丢失
    - 发送方重传
    - 接收方丢弃重复帧并重发确认
- 帧编号
  - 1比特编号(0/1交替)
- 缓冲区设置
  - 发送方保留副本直到收到确认
- 信道利用率
  - 低
②. 多帧滑动窗口与后退N帧协议(GBN)
- 工作原理
  - 发送窗口>1
  - 累积确认机制
  - 按序接收
- 帧编号
  - n比特编号
  - 发送窗口限制：1<WT≤2ⁿ-1
- 接收窗口
  - WR=1
- 效率问题
  - 重传正确到达的帧
③. 多帧滑动窗口与选择重传协议(SR)
- 工作原理
  - 选择性重传
  - 接收窗口>1
  - 逐一确认
- 帧编号
  - n比特编号
  - 窗口限制
    - WR+WT≤2ⁿ
    - WR≤WT
    - WR≤2ⁿ⁻¹
- 差错处理
  - 否定帧NAK
④. 信道利用率的分析
- 定义
  - 有效发送时间/发送周期
- 停止-等待协议
  - 计算公式
    - U=Tp/(Tp+RTT+TA)
  - 特点
    - 利用率低
- 连续ARQ协议
  - 流水线传输
  - 两种情况
    ①. nTp<Tp+RTT+TA
    - U=nTp/(Tp+RTT+TA)
      ②. nTp≥Tp+RTT+TA
    - U=1
- 数据传输速率计算
  - 信道平均速率=利用率×带宽

3.5 介质访问控制

3.5.1 信道划分介质访问控制

定义
- 将使用同一传输介质的多个设备的通信隔离开来
- 通过复用技术实现
- 复用原理：发送端组合信号，接收端分离信号
实质
- 通过分时、分频、分码等方法
- 将广播信道转变为点对点信道
分类
- 频分复用 (FDM)
  - 原理：将总频带划分为多个子频带
  - 特点：所有用户在同一时间占用不同频带
  - 优点：充分利用带宽，系统效率高
- 时分复用 (TDM)
  - 原理：将传输时间划分为TDM帧
  - 特点：固定时隙分配，周期性出现
  - 缺点：信道利用率不高
  - 改进：统计时分复用 (STDM)
    - 动态分配时隙
    - 提高线路利用率
- 波分复用 (WDM)
  - 原理：光的频分复用
  - 特点：不同波长光信号互不干扰
  - 应用：光纤通信
- 码分复用 (CDM)
  - 原理：采用不同编码区分信号
  - 特点：共享频率和时间
  - 码分多址 (CDMA)
    - 码片序列
    - 正交性要求
    - 数据分离计算
  - 优点
    - 频谱利用率高
    - 抗干扰能力强
    - 保密性强
  - 应用：无线通信系统

3.5.2 随机访问介质访问控制

核心思想
- 胜利者通过争用获得信道，进而获得信息的发送权
- 随机访问介质访问控制协议也称争用型协议
特点
- 不采用集中控制方式
- 所有用户随机发送信息
- 可能产生帧冲突
机制
- 广播信道转换为点到点信道的机制
1.ALOHA协议
- 纯ALOHA协议
  - 基本思想
    - 不进行任何检测就发送数据
    - 未收到确认则认为发生冲突
    - 等待随机时间后重发
  - 工作原理
    - 帧长用发送时间T₀表示
    - 冲突后等待随机时间重传
  - 缺点
    - 吞吐量低
- 时隙ALOHA协议
  - 改进
    - 时间划分为等长时隙
    - 只能在时隙开始时发送
  - 优点
    - 降低冲突概率
    - 提高信道利用率
2.CSMA协议
- 改进点
  - 发送前监听信道
- 三种类型
  - 1-坚持CSMA
    - 信道空闲立即发送
    - 信道忙持续监听
  - 非坚持CSMA
    - 信道忙放弃监听
    - 随机时间后重新监听
  - p-坚持CSMA
    - 时分信道适用
    - 概率p发送数据
    - 概率1-p推迟
3.CSMA/CD协议
- 特点(2015)
  - 适用于总线形网络或半双工网络
  - 全双工网络不需要
- 工作流程
  - 先听后发
  - 边听边发
  - 冲突停发
  - 随机重发
- 最短帧长
  - 计算公式
    - 最短帧长=最大单向传播时延×数据传输速率×2
  - 以太网规定
    - 争用期51.2 μs
    - 10Mb/s以太网最短帧长64B
- 二进制指数退避算法(2023)
  - 基本退避时间2t
  - 随机数r从[0,1,…,(2^k-1)]选取
  - 重传推迟时间2rt
  - 重传16次失败则丢弃
4.CSMA/CA协议
- 改进原因
  - 无线信号强度变化大
  - 隐蔽站问题
- 确认机制(2011)
  - 使用链路层确认/重传(ARQ)
- 帧间间隔(2020)
  - SIFS（最短）
  - PIFS（中等）
  - DIFS（最长）
- 隐蔽站问题处理
  - RTS和CTS预约
- 与CSMA/CD区别
  - CSMA/CD可检测冲突
  - CSMA/CA尽量避免冲突
  - 传输介质不同
  - 检测方式不同

3.5.3 轮询访问：令牌传递协议

定义
- 用户不能随机发送信息
- 通过集中控制的监控站循环轮询每个节点
- 决定信道分配
令牌传递协议
- 令牌特性
  - 特殊控制帧
  - 不包含信息
  - 控制信道使用
  - 确保同一时刻只有一个站独占信道
- 工作流程
  - 站点必须等待令牌才能发送帧
  - 发送完成后释放令牌
  - 令牌按顺序依次传递
- 优点
  - 不会发生冲突
  - 访问权公平
令牌环网络工作过程
- 网络空闲时只有令牌帧循环传递
- 有数据要发送的站点
  - 修改令牌标志位
  - 附加传输数据
  - 将令牌变成数据帧发送
- 数据帧传输过程
  - 站点转发数据
  - 检查目的地址
  - 地址匹配则复制数据帧
- 数据帧返回源站点
  - 源站点停止转发
  - 检验传输错误
  - 出错则重传
- 传输完成后
  - 重新产生令牌
  - 传递给下一站点
  - 交出信道控制权
协议特点
- 适合高负载广播信道
- 不共享时间和空间
- 限定有权发送数据的节点只能有一个
数据链路层特性
- 通过介质访问控制机制
- 将广播信道变为逻辑点对点信道
- 研究

3.6 局域网

3.6.1 局域网的基本概念和体系结构

局域网(LAN)定义
- 较小地理范围内
- 连接计算机、外部设备和数据库系统
- 资源和信息共享
主要特点
- 1. 单位所有，地理范围和站点数量有限
- 1. 共享较高总带宽
- 1. 低时延和低误码率
- 1. 站点平等关系
- 1. 能进行广播和多播
决定因素
- 拓扑结构
- 传输介质
- 介质访问控制方式（最重要）
常见拓扑结构
- ① 星形结构
- ② 环形结构
- ③ 总线形结构
- ④ 星形和总线形结合的复合型结构
传输介质
- 铜缆
- 双绞线（主流）
- 光纤
介质访问控制方法
- CSMA/CD协议（总线形）
- 令牌总线协议（总线形）
- 令牌环协议（环形）
特殊局域网拓扑实现
- 以太网
  - 逻辑拓扑：总线形
  - 物理拓扑：星形
- 令牌环(IEEE 802.5)
  - 逻辑拓扑：环形
  - 物理拓扑：星形
- FDDI(IEEE 802.8)
  - 逻辑拓扑：环形
  - 物理拓扑：双环结构
IEEE802参考模型
- 对应OSI的数据链路层和物理层
- 数据链路层子层
  - 逻辑链路控制(LLC)子层
    - 与传输介质无关
    - 提供四种连接服务类型
      - 无确认无连接
      - 面向连接
      - 带确认无连接
      - 高速传送
  - 介质访问控制(MAC)子层
    - 屏蔽物理层访问差异
    - 主要功能
      - 组帧和拆卸帧
      - 比特传输差错检测
      - 透明传输
现状
- 以太网垄断市场
- 许多网卡仅装MAC协议

3.6.2 以太网与IEEE 802.3

以太网概述
- 最流行的有线局域网技术
- 发展历史
  - DIX V1（DEC、Intel、Xerox联合提出）
  - DIX Ethernet V2（第一个局域网产品规约）
  - IEEE 802.3标准（基于DIX Ethernet V2）
以太网特点
- 无连接工作方式
  - 不编号、不确认
  - 尽最大努力交付（不可靠服务）
  - 差错纠正由高层完成
- 曼彻斯特编码
  - 中间电压转换
  - 便于位同步提取
①. 传输介质与网卡
- 传输介质类型
  - 粗缆
  - 细缆
  - 双绞线
  - 光纤
- 网络适配器（网卡）
  - 功能
    - 串并转换
    - 物理连接与电信号匹配
    - 帧处理（发送/接收、封装/拆封）
    - 介质访问控制
    - 编码/解码
    - 数据缓存
  - 工作方式
    - 与局域网：串行通信
    - 与计算机：并行通信（通过I/O总线）
②. MAC地址
- 特点
  - 48位全球地址
  - 固化在适配器ROM中
  - 地理位置无关
- 格式
  - 6字节（12位十六进制）
  - 高24位：厂商代码
  - 低24位：适配器序列号
- 帧接收规则
  - 单播帧（目的地址=本站地址）
  - 广播帧（全1地址）
  - 多播帧（部分站点）
③. MAC帧格式
- 以太网V2标准
  - 前导码（8字节）
    - 前同步码（7字节）
    - 帧开始定界符（1字节）
  - 帧结构
    - 目的地址（6字节）
    - 源地址（6字节）
    - 类型（2字节）
    - 数据（46-1500字节）
    - FCS（4字节）
- 与802.3帧区别
  - 长度域替代类型域
  - 长度/类型并存机制
④. 高速以太网
- 100BASE-T（快速以太网）
  - 100Mb/s速率
  - 保持802.3帧格式
  - 最大网段长度：100m
  - 帧间间隔：0.96μs
- 吉比特以太网
  - 1Gb/s速率
  - 兼容10/100BASE-T
  - 全双工/半双工
- 10吉比特以太网
  - 10Gb/s速率
  - 保持最小/最大帧长
  - 仅全双工工作

3.6.3 IEEE 802.11无线局域网

①. 无线局域网的组成
- (1)有固定基础设施无线局域网
  - IEEE 802.11系列协议标准（802.1la/b/g/n等）
  - 星形拓扑，中心为接入点（AP）
  - MAC层使用CSMA/CA协议
  - 基本服务集（BSS）
    - 组成：一个AP和若干移动站
    - 通信必须通过AP
    - 服务集标识符（SSID）和信道
    - 基本服务区（BSA），直径一般不超过100m
  - 扩展服务集（ESS）
    - 通过分配系统（DS）连接多个BSS
    - 通过Portal设备提供有线以太网接入
  - 移动站漫游
- (2)无固定基础设施移动自组织网络
  - 自组网络（ad hoc network）
  - 平等状态的移动站组成临时网络
  - 每个移动站参与路由发现和维护
  - 与移动IP的区别
②. 802.11局域网的MAC帧
- 帧类型：数据帧、控制帧、管理帧
- 数据帧格式
  - MAC首部（30字节）
  - 帧主体（不超过2312字节）
  - 帧检验序列FCS（4字节）
- MAC首部地址字段
  - 地址1：直接接收数据帧的节点地址
  - 地址2：实际发送数据帧的节点地址
  - 地址3：实际目的地址或源地址
  - 地址4：用于自组网络
- 帧控制字段
  - 类型字段和子类型字段
  - 控制帧（RTS、CTS、ACK等）
  - 数据帧
  - 管理帧
- 持续期字段
  - 用于信道预约时间

3.7 广域网

3.7.1 广域网的基本概念

广域网定义
- 英文缩写: WAN (Wide Area Network)
- 覆盖范围: 远超一个城市的长距离网络
- 主要任务: 长距离运送主机发送的数据
广域网特点
- 节点间连接: 高速链路
- 首要考虑: 通信容量必须足够大
广域网与互联网的关系
- 区别: 广域网≠互联网
- 互联网特点: 可以连接不同类型网络，使用路由器连接
- 连接方式: 局域网通过路由器与广域网相连
广域网组成
- 主要设备: 节点交换机(非路由器)
  - 功能: 存储并转发分组
  - 与路由器区别: 在单个网络中转发分组
- 连接方式: 点到点连接
- 可靠性设计: 一个节点交换机通常连接多个节点交换机
数据链路层协议发展
- 历史协议: HDLC(高级数据链路控制)
  - 适用环境: 通信线路质量较差年代
- 当前主流协议: 点对点协议(PPP)
  - 适用环境: 误码率低的有线链路

3.7.2 PPP 协议

应用场景
- 用户计算机与ISP通信
- 网络设备间直连专用线路
组成部分
- 链路控制协议(LCP)
  - 功能：建立/配置/测试数据链路连接
- 网络控制协议(NCP)
  - 功能：为不同网络层协议建立逻辑连接
- IP数据报封装方法
  - 受MTU限制
帧格式
- 首部(4字段)
  - 标志字段(F): 0x7E(定界符)
  - 地址字段(A): 0xFF
  - 控制字段(C): 0x03
  - 协议字段(2字节)
    - 0x0021: IP数据报
    - 0xC021: LCP数据
- 信息段(0-1500字节)
- 尾部(2字段)
  - 帧检验序列(FCS): 2字节CRC
  - 标志字段(F): 0x7E
透明传输实现
- 异步传输: 字节填充法(转义字符0x7D)
- 同步传输: 零比特填充法
工作流程(用户拨号示例)
- ①. 链路静止状态
- ②. 物理连接建立→链路建立状态
- ③. LCP协商配置选项
  - 成功→鉴别状态
  - 失败→链路静止
- ④. 身份鉴别
  - 成功→网络层协议状态
  - 失败→链路终止
- ⑤. NCP配置网络层→链路打开状态
- ⑥. 终止流程
  - 主动终止
  - 故障终止
特点
- ①. 无序号确认机制(不可靠服务)
- ②. 仅支持全双工点对点
- ③. 支持两端不同网络层协议
- ④. 面向字节(帧长为整数字节)

3.8 数据链路层设备

3.8.2 以太网交换机

①. 交换机的原理和特点
- 以太网交换机也称二层交换机，工作在数据链路层
- 实质是多接口的网桥，将网络分成小的冲突域
- 优点：总容量为N×10Mb/s（N个接口）
- 以太网交换机的特点：
  - 1. 接口直接连接主机或交换机时工作在全双工方式
  - 1. 具有并行性，能同时连通多对接口
  - 1. 接口连接集线器时使用CSMA/CD协议且工作在半双工方式
  - 1. 即插即用设备，帧转发表通过自学习算法建立
  - 1. 使用专用交换结构芯片，交换速率较高
- 交换模式：
  - 直通交换方式
    - 优点：转发时延小
    - 缺点：不检查差错
  - 存储转发交换方式
    - 优点：可靠性高，支持不同速率接口转换
    - 缺点：时延较大
- 具有多种速率接口（10Mb/s、100Mb/s等）
②. 交换机的自学习功能
- 过滤和转发借助交换表完成
- 交换表表项包含：
  - 1. MAC地址
  - 1. 连通该MAC地址的接口
- 自学习过程：
  - 收到帧后查找交换表
  - 若找不到目的MAC地址则广播
  - 将源地址和接口写入交换表
- 表项设有有效时间，过期自动删除
③. 共享式以太网和交换式以太网的对比
- 主机发送普通帧：
  - 共享式：集线器转发到所有接口
  - 交换式：交换机根据目的MAC地址转发
- 主机发送广播帧：
  - 共享式：集线器转发到所有接口
  - 交换式：交换机转发到所有接口
- 多对主机同时通信：
  - 共享式：产生冲突
  - 交换式：不会产生冲突
- 集线器和交换机的区别：
  - 集线器：不隔离广播域和冲突域
  - 交换机：不隔离广播域，隔离冲突域