《图解TCP/IP》读书笔记三：数据链路

《图解TCP/IP》读书笔记三：数据链路

3.1数据链路的作用

指OSI参考模型中的数据链路层，有时也指以太网、无线局域网等通信手段。

TCP/IP中对于OSI参考模型的数据链路层及以下部分（物理层）未作定义。因为TCP/IP以这两层的功能是透明的为前提。然而，数据链路层的知识对于深入理解TCP/IP与网络起着至关重要的作用。

数据链路层的协议定义了通过通信媒介互联的设备之间的传输规范。 通信媒介包括双胶电缆、同轴电缆、光纤、电波以及红外线等介质。此外，各个设备之间有时也会通过交换机、网桥、中继器等中转数据。

实际上，各个设备之间在数据传输时，数据链路层和物理层都是必不可少的。众所周知，计算机以0、1来表示信息，然而实际的通信媒介之间处理的却是电压的高低、光的闪灭以及电波的强弱等信号。把这些信号与二进制的0、1进行转换正是物理层的责任。数据链路层处理的数据也不是单纯的0、1序列，该层把它们集合为一个叫做帧的块，然后再进行传输。

数据链路也可以被视为网络传输中的最小单位。其实，仔细观察连通全世界的互联网就可以发现，它也不外乎是由众多这样的数据链路组成的，因此又可以称互联网为”数据链路的集合”.

在以太网与FDDI(Fiber Distributed Data Interface)的规范中，不仅包含OSI参考模型的第二层数据链路层，也规定了第一层物理层的规范。而在ATM(Asynchronous Transfer Mode异步传输方式)的规范中，还包含了第三层的一部分功能。

3.2 数据链路相关技术

3.2.1 MAC地址

MAC地址用于识别数据链路中互联的两个节点。以太网或FDDI中，根据IEEE802.3的规范使用MAC地址。其他诸如无线LAN(IEEE802.11a/b/g/n等)、蓝牙等设备中也是使用相同规格的MAC地址。

MAC地址长48比特，结构如下。在使用网卡NIC的情况下，MAC地址一般都会被烧入ROM中。因此，任何一个网卡的MAC地址都是唯一的，在全世界都不会重复。

例外情况——MAC地址不一定是唯一的       在全世界，MAC地址也并不总是唯一的。实际上，即使MAC地址相同，只要不是同属一个数据链路就不会出现问题。       例如，人们可以在微机板上自由设置自己的MAC地址。再例如，一台主机上如果启动多个虚拟机，由于没有硬件的网卡只能由虚拟软件自己设定MAC地址给多个虚拟网卡，这时就很难保证所生成的MAC地址是独一无二的了。       但是，无论哪个协议成员通信设备，设计前提都是MAC地址的唯一性。这也可以说是网络世界的基本准则。

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厂商识别码       有一种设备叫网络分析器。它可以分析出局域网中的包是由哪个厂商的网卡发出的。它通过读取数据帧当中发送MAC地址里的厂商识别码进行识别。由于能够迅速定位是否有未知厂商识别码的网卡发送异常的包，这一功能在由多个厂商的设备构成的网络环境中，对于分析问题极为有效。       厂商识别码官方的叫法是OUI（Organizationally Unique Ideifier）。 OUI信息一般都会公开在以下网站上： ​​​ 此外，MAC地址的分配，通过以下站点申请（收费）： ​​​根据MAC地址转发

在使用同轴电缆的以太网（10BASE5、10BASE2）等介质共享网络中，同一时间只能由一台主机发送数据。当连网的主机数量增加时，通信性能会明显下降。若将集线器或集中器等设备以星型连接，就出现了一款新的网络设备—交换集线器，这是一种将非介质共享型网络中所使用的交换机用在以太网中的技术，交换集线器也叫作以太网交换机。

以太网交换机就是持有多个端口（计算机设备的外部接口都称作端口）的网桥。它们根据数据链路层中每个帧的目标MAC地址，决定从哪个网络接口发送数据。这时所参考的、用以记录发送接口的表就叫做转发表（Forwarding Table）。

这种转发表的内容不需要使用者在每个终端或交换机上手工设置，而是可以自动生成。数据链路层的每个通过点在接到包时，会从中将源MAC地址以及曾经接收该地址发送的数据包的接口作为对应关系记录到转发表中。以某个MAC地址作为源地址的包由某一接口接收，实质上可以理解为该MAC地址就是该接口的目标。也可以说，以该MAC地址作为目标地址的包，经由该接口送出即可。这一过程也叫自学过程。

由于MAC地址没有层次性，转发表中的入口个数与整个链路中所有网络设备的数量有关。当设备数量增加时，转发表也会随之变大，检索转发表所用的时间也就越长。当连接多个终端时，有必要将网络分成多个数据链路，采用类似于网络层的IP地址一样对地址进行分层管理。

交换机的转发方式 交换机转发方式有两种，一种叫存储转发，另一种叫直通转发。 存储转发方式检查以太网数据帧末尾的FCS位再进行转发。因此，可以避免发送由于冲突而被破坏的帧或噪声导致的错误帧。 直通转发方式中不需要将整个帧全部接收后再进行转发。只需要得知目标地址即可开始转发。因此，它具有延迟较短的优势。但同时也不可避免地有发送错误帧的可能性。

3.2.5 环路检测技术

通过网桥连接网络时，一旦出现环路该如何处理？这与网络的拓扑结构和所使用的网桥种类有直接关系。最坏的情况下，数据帧会在环路中被一而再再而三地持续转发。而一旦这种数据帧越积越多将会导致网络瘫痪。

为此，有必要解决网络中的环路问题。具体有生成树与源路由两种方式。使用具有这些功能的网桥，那么即便构建一个带有环路的网络，也不会造成严重的问题。只要搭建合适的环路，就能分散网络流量，在发生某一处路由故障时选择绕行，可以提高容灾能力。

具体方式：生成树方式、源路由法(具体细节略)

作者：jiankunking

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