首先要明確一個問題，鏈路層干了什么事情？鏈路層的作用是什么？
物理層是解決了實際的連線問題，傳輸?shù)氖潜忍匚?，鏈路層就是?guī)定一次發(fā)送多少個01，這就是幀。
鏈路層的作用有三個
1:封裝成幀
2:透明傳輸
3:差錯檢測
在物理層搭建好的時候，人們提出鏈路層這個概念后，就有各種各樣的協(xié)議騰空出世，在眾多的協(xié)議中有一種要以太網(wǎng)的協(xié)議脫引而出，這個協(xié)議放在后面介紹?，F(xiàn)在我們將一講另一種形式。
那還是要講講數(shù)據(jù)傳輸?shù)男问?。在鏈路層?shù)據(jù)傳輸有倆種方式
一：點對點。
二：廣播
A：點對點
如圖，結(jié)點a和結(jié)點b傳輸數(shù)據(jù)，鏈路層接過網(wǎng)絡層下傳的數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理（封裝為幀），交給物理層，物理層傳輸數(shù)據(jù)到結(jié)點b，結(jié)點b收到數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)一層一層上傳最后到網(wǎng)絡層?；ヂ?lián)網(wǎng)采用分層的好處就是在與每一層干的事情不影響別的層，鏈路層不必考慮物理層怎么實現(xiàn)，在物理上是如上這樣傳輸?shù)?，但是在邏輯上就可以簡單的看為，結(jié)點a的鏈路層直接和結(jié)點b的鏈路層直接交流。
封裝成幀——就是規(guī)定多少個01為一組
就是在一段數(shù)據(jù)前后加上一個標記為，說明這幾個數(shù)據(jù)是一個幀，接受放就能根據(jù)這些標記點，分辨幀，幀的頭部放一些控制信息，比如里面數(shù)據(jù)是什么那個協(xié)議，比如里面放的是ip協(xié)議的數(shù)據(jù)。 要發(fā)送的數(shù)據(jù)放在幀的數(shù)據(jù)部分。頭部+數(shù)據(jù)=幀的長度。規(guī)定了一個幀的數(shù)據(jù)的最大長度——MTU，那為了傳輸?shù)男?，就要盡量的讓數(shù)據(jù)部分大于頭部的長度。
幀的形式：
那在數(shù)據(jù)流里怎么規(guī)定一幀是有多少個數(shù)據(jù)，也就是說怎么來規(guī)定一個幀？
規(guī)定在幀的和結(jié)尾都有一個特殊的字符來標示就好了，幀開始用SOH，幀結(jié)束用EOH。那這樣就可以約束一個幀了，發(fā)送方西安發(fā)送一個SOH表示幀開始，幀結(jié)束的時候發(fā)送EOH，標示幀結(jié)束，接收方收到數(shù)據(jù)，如果有SOH，但是沒有EOH，則就丟棄這個幀，若是SOH，EOH都有就表明這是一個完整的幀，則收下這個幀。
那現(xiàn)在出現(xiàn)了一個問題，標示一個幀是用兩個字符來標示的，那如果傳送的數(shù)據(jù)里面有這倆特殊字符怎么辦？怎么還繼續(xù)標示一個完整的幀？
這就是透明傳輸解決的問題。
透明 傳輸就是不管發(fā)送方發(fā)送的是什么數(shù)據(jù)，都可以按照原樣沒有差錯的通過數(shù)據(jù)鏈路層傳送出去。
那解決的方法就是 在數(shù)據(jù)里面出現(xiàn)的控制符不被解釋為控制符號。具體就是在數(shù)據(jù)中出現(xiàn)的控制符號前面加上一個轉(zhuǎn)義字符（“ESC”）如果轉(zhuǎn)義字符也出現(xiàn)在數(shù)據(jù)中，那就繼續(xù)在前面再加一個轉(zhuǎn)義字符。接收方在接受的時候刪掉之前添加的這些轉(zhuǎn)義字符就好。這有個專業(yè)的名詞——字符填充或者字節(jié)填充。
那請在思考一個問題？——傳送的時候要是出現(xiàn)了差錯怎么辦，接收方如是收下這些個錯誤的數(shù)據(jù)，那這就大錯特錯了。必須要采取一個措施來針對這些事。
此時，，差錯檢測就千呼萬喚始出來
這種差錯檢測的方法有好幾種，現(xiàn)在主要采用的 循環(huán)冗余檢驗法 ，在這里就不介紹了，總之，采用這種方法能檢測出來數(shù)據(jù)有沒有出現(xiàn)差錯，接受方收到這個幀，采用這種方法若是檢測出出現(xiàn)了差錯，則就丟掉這個幀，反之，則接受。但是需要注意的是，在鏈路層沒有機制能實現(xiàn)出現(xiàn)差錯的幀重新發(fā)送，這不是數(shù)據(jù)鏈路層該干的事情，但是我們可以這樣認為，因為在接收方全都收到了發(fā)送方發(fā)的數(shù)據(jù)，至于丟不丟掉這個幀是接收方的事情，發(fā)送方并不知道，在發(fā)送方看來，我發(fā)送的數(shù)據(jù)你接收方全部都接受了，所以這實現(xiàn)了無差錯傳輸，即就是凡在接收端數(shù)據(jù)鏈路層接受的幀無差錯。
在點對點傳輸形式中 ppp（point-to-point Practical是用的最廣泛的協(xié)議
我們知道上網(wǎng)要聯(lián)入一個ISP才可以上網(wǎng)。ppp協(xié)議就是用戶在和ISP進行通信的時候所使用的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議。
ppp協(xié)議的特點：
簡單——這個很明了不用解釋，當然是越簡單越好
封裝為幀，——這本就是數(shù)據(jù)鏈路層實現(xiàn)的基本問題
透明傳輸，——這本就是數(shù)據(jù)鏈路層實現(xiàn)的基本問題
差錯檢測 ——這本就是數(shù)據(jù)鏈路層實現(xiàn)的基本問題
各種網(wǎng)絡協(xié)議——要能傳送各種的協(xié)議，要不然他的功能太單一
各種的鏈路網(wǎng)絡——因為物理層的鏈路形式有多種。
檢測鏈接狀態(tài)——要有一種機制來檢測鏈路的狀態(tài)，比如一段鏈路出現(xiàn)發(fā)生故障，要過多長時間重新發(fā)送。
最大傳送單元（MTU）
網(wǎng)路地址協(xié)商——要有一種機制能確保兩個實體知道彼此的網(wǎng)絡層地址
數(shù)據(jù)壓縮協(xié)商——傳送的越小越好，越快嘛
那ppp協(xié)議中還包含了LCP和NCP
LCP（Link Control Protocol）：配置和測試數(shù)據(jù)鏈路連接的鏈路層控制協(xié)議
NCP：(Network Control Protocol)：網(wǎng)絡控制協(xié)議
ppp協(xié)議的數(shù)據(jù)幀格式如下：
那ppp協(xié)議在用戶和ISP中是怎么工作的呢？
當用戶通過撥號接入ISP中，就建立了一條用戶到IS的物理連接，因為IP地址是動態(tài)分配的，用戶要向ISP申請一個ip地址，，那就是當用戶向ISP發(fā)送一系列的鏈路控制協(xié)議ICP分組（封裝為多個ppp數(shù)據(jù)包）就建立LCP連接，這些分組就回送給用戶一些PPP參數(shù)，接下來還要建立網(wǎng)絡配置，網(wǎng)絡控制協(xié)議NCP給接入的用戶非配一個臨時的IP地址，這樣個人電腦就成互聯(lián)網(wǎng)上的一個有IP地址的主機。當用戶通信完畢后，NCP釋放網(wǎng)絡層連接，收回原來分配出去的IP地址，然后釋放鏈路層的連接，最后釋放物理層的連接。 ppp鏈路的開始和結(jié)束都是鏈路靜止的。
B：廣播
廣播就是在一個局域網(wǎng)上傳輸是一對多的形式，在同一個局域網(wǎng)中，存在a，b，c，d四臺主機，a要發(fā)送數(shù)據(jù)給d，其實在一個局域網(wǎng)上的b，c，d都能接受到，這就是廣播的形式。
局域網(wǎng)有三種連線方式
1，星形網(wǎng)——連接在集線器上
2: 環(huán)形網(wǎng)——直接連接在總線上
3:總線網(wǎng)——直接連接在總線上
以太網(wǎng)的幀的形式：
頭部的長度固定為18字節(jié)，數(shù)據(jù)的長度最短為46字節(jié)，最長為1500字節(jié)，所以整個幀最短為64字節(jié)，最長為1518字節(jié)，如果數(shù)據(jù)很長，那就要分割為多個幀發(fā)送。
以太網(wǎng)也是一種局域網(wǎng)，在鏈路層剛提出的時候，會用各種各樣的局域網(wǎng)，也會有各種各樣的協(xié)議，在這些協(xié)議中， **以太網(wǎng)協(xié)議**被廣泛應用。
以太網(wǎng)規(guī)定為了適應各種各樣的局域網(wǎng)，它將以太網(wǎng)劃分為倆個子層，邏輯鏈路控制——LLC（Logical link control）和媒體接入控制——MAC（Medium Access Control）但是隨著發(fā)展，LLC層被逐漸廢棄
那一個局域網(wǎng)中一個電腦要向一個電腦發(fā)送數(shù)據(jù)，就想a給b打電話，起碼要知道b的電話號碼，并且b這個號碼是唯一的，這樣才能打通電話，那現(xiàn)在就是怎么用一串數(shù)字來表示一個計算機。以太網(wǎng)規(guī)定，聯(lián)入互聯(lián)網(wǎng)的設備都有一個適配器（也叫做網(wǎng)卡），適配器都有一個唯一的數(shù)字來表示，這也就是這個設備的唯一標示。
發(fā)送數(shù)據(jù)的時候，在數(shù)據(jù)包的頭部放入發(fā)送方mac地址，接收方的mac地址，還有各種版本控制信息，在數(shù)據(jù)部分放入數(shù)據(jù)，通過廣播的形式發(fā)送，同一個局域網(wǎng)上的所有設備都能接受到這個數(shù)據(jù)包，然后檢測頭部信息中接受方的地址是不是發(fā)送給自己的，若是，則接受，反之，丟棄。
適配器在接受和發(fā)送數(shù)據(jù)包的時候不使用CPU，CPU可以處理別的事情，當適配器收到有差錯的幀的時候，就丟掉，而不用通知CPU，適配器接受正確的幀的時，就使用中斷來通知計算機，交給上一層。計算機的硬件地址就在適配的ROM中。這樣就利用廣播的特性實現(xiàn)了一對一的通信。
為了是以太網(wǎng)盡可能的簡單規(guī)定了一下幾點：
1：以太網(wǎng)不先建立就可以發(fā)送數(shù)據(jù)，這不像ppp協(xié)議一樣，先是建立連接，然后再才是通信，網(wǎng)卡對發(fā)送的數(shù)據(jù)不編號，也不要求對方回發(fā)ACK（確認），以太網(wǎng)提供的是不可靠的交付，如果運輸層要求對出現(xiàn)差錯的幀重新傳送，則以太網(wǎng)并不知這個是重傳的幀。
2：使用曼切斯特編碼（即就是用一個周期的特殊的波形來表示0和1）波形的變化就說明有數(shù)據(jù)在傳輸，反之，就沒有。
既然以太網(wǎng)是用總線的方式連接在一塊的。那在同一時刻，總線上不可能有倆計算機同時發(fā)送消息。那計算機怎么知道總線現(xiàn)在有沒有計算機在發(fā)送數(shù)據(jù)？
在這里采用了CSMA/CD協(xié)議——載波監(jiān)聽多點接入/碰撞檢測（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection）。
CSMA/CD協(xié)議的基本要點
1:多點接入： 說明這是總線型網(wǎng)絡，很多計算機以多點接入的方式連接在總線上，
2:載波監(jiān)聽： 利用電子技術(shù)檢測總線上有沒有其他計算機在發(fā)送數(shù)據(jù)，其實就是檢測信道上的波形有沒有變化。無論在發(fā)送前，還是發(fā)送中，亦或是發(fā)送后，每個設備都要必須不停的檢測信道。如果沒有設備發(fā)送，則獲得發(fā)送權(quán)，反之，則要等待信道為空閑發(fā)送。在發(fā)送中檢測信道是為了及時發(fā)現(xiàn)有沒有其他站的發(fā)送和本站發(fā)送碰撞。這就是碰撞檢測
3:碰撞檢測： 也就是邊發(fā)送邊檢測 ，網(wǎng)卡檢測信道上的信號電壓的變化情況，當好幾個設備同時都在發(fā)送數(shù)據(jù)，總線上的信號電壓變化比較大，當大于一定的值的時候，就可以認為總線上至少有倆站在發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)生了碰撞?？偩€上的傳輸?shù)男盘柧蜁a(chǎn)生嚴重的失真，無法從中恢復出有用的信息來，因此，一旦發(fā)生碰撞檢測，網(wǎng)卡就要立即停止發(fā)送，等待一段時間后繼續(xù)發(fā)送。
那具體是要等待多上時間才繼續(xù)發(fā)送呢？
以太網(wǎng)使用截斷二進制指數(shù)退避算法實現(xiàn)，大體的概念就是在讓發(fā)送碰撞的站在停止發(fā)送數(shù)據(jù)后，并不是等待信道變?yōu)榭臻e后就立即發(fā)送數(shù)據(jù)，而是**推遲**
一個隨機數(shù)時間，時間到了后繼續(xù)發(fā)送。那要下一次還是沒有發(fā)送成功呢，規(guī)定，發(fā)送16次后還是沒發(fā)送成功，就認為出現(xiàn)了錯誤。
那各位有沒有想過，發(fā)生碰撞的檢測的前提是已經(jīng)發(fā)送了數(shù)據(jù)，然后發(fā)生了碰撞，那既然都發(fā)送了數(shù)據(jù)，為什么還發(fā)生了碰撞檢測？
因為信道有延遲，電磁波傳輸速率是有限的，比如a發(fā)送數(shù)據(jù)給b，要經(jīng)過5μs，此時b發(fā)送數(shù)據(jù)給a，因為數(shù)據(jù)要等待5μs才可以，按在b看來，此時信道就是空閑的，特別很開心的發(fā)送數(shù)據(jù)，然后就碰撞了。那a發(fā)送的數(shù)據(jù)最遲要經(jīng)過 總線端到端的往返傳播時延 能到達b。 有一個最小的幀間最小間隔為9.6μs。
很明顯，在CSMA/CD協(xié)議時，一個幀不可能同時發(fā)送數(shù)據(jù)和接受數(shù)據(jù)，但是必須一邊發(fā)送一遍監(jiān)聽信道，所以，使用這種協(xié)議的以太網(wǎng)不可能進行全雙工通信而只能進行雙向交替通信（半雙工通信）
總結(jié)：
1:網(wǎng)卡將上一層的數(shù)據(jù)包放在mac數(shù)據(jù)包里面，經(jīng)過一系列的精加工（發(fā)送方的mac地址，接收方的mac地址，等）放入網(wǎng)卡的緩存中，準備發(fā)送
2：檢測信道：若是檢測信道為空閑，并且在9.6μs內(nèi)保持信道空閑，則發(fā)送。反之，等待。
3:發(fā)送中不斷的檢測信道，有沒有發(fā)生碰撞，若是沒有，則沒有發(fā)生碰撞，若是發(fā)生了碰撞，就立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)，并按規(guī)定發(fā)送人為干擾后，網(wǎng)卡就執(zhí)行退避算法，若是傳了16次不成功，就停止發(fā)送上一層報告出現(xiàn)了錯誤。
以太網(wǎng)有好幾種連線方式下面就說說這個
開始就直接連接在總線上。不過后來啊，集線器出現(xiàn)了，集線器采用星形網(wǎng)。因為集線器還是使用電子器件來模擬實際電纜線的工作，整個系統(tǒng)還是一一個傳統(tǒng)以太網(wǎng)運行，使用的還是CSMA/CD協(xié)議。而且，有好幾個接口，集線器工作在物理層，因為它是個連線的嘛。只是簡單的轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，收到1就轉(zhuǎn)發(fā)1，也不緩存，要是幾個接口發(fā)生了碰撞，那所有的接口都不能收到正確的幀。
隨著發(fā)展，出現(xiàn)了以太網(wǎng)分組交換機，工作在鏈路層。它每個接口都直接和一個主機或者另一個以太網(wǎng)交換機連接，而且以全雙工方式，同時連通多對接口，使得多對主機能夠直接通信，相互通行的主機都是獨占媒體，無碰撞的傳輸數(shù)據(jù)。，而且它還是緩存，當一個接口的主機比較繁忙時，還能緩存數(shù)據(jù)。它有一個交換表（地址表）里面存放著連接在它上面的主機的接口號，它采用自學習的算法自動建立這個表（后面講）而且呢，轉(zhuǎn)發(fā)速度比較快，因為采用了專門的芯片。
以太網(wǎng)交換機的自學習的算法。
交換了兩幀后的交換表
它的這樣的，A向B發(fā)送數(shù)據(jù)，剛開始的時候表是空的，交換機就用廣播的形式發(fā)送數(shù)據(jù)，每個設備都能收到數(shù)據(jù)包，然后看頭部里面的接受方是不是自己的mac地址。此時以太網(wǎng)交換機就記下A主機在一號接口。B發(fā)送數(shù)據(jù)給A，以太網(wǎng)交換機查找表發(fā)現(xiàn)了A在一號接口，就講這個數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)包從一號接口發(fā)送出去，并且它發(fā)現(xiàn)交換表里面沒有B，就記下B 在二號口，如此一來，就知道所有的主機的接口了，這個表也就完善了。
但是有時候為了增加一些網(wǎng)絡的可靠性，在使用以太網(wǎng)交換機的時候，往往會添加一些冗余的鏈路，那這樣可能就會導致以太網(wǎng)交換機 在網(wǎng)絡中的某個環(huán)路中無限的重復，為了防止這樣的情況，規(guī)定不該表網(wǎng)絡的實際拓撲結(jié)構(gòu)，但是邏輯上則切段了某切鏈路，使得一臺主機到其他主機都是無環(huán)路的樹狀結(jié)構(gòu)，而從消除兜圈子。拓撲排序就是消除圖的環(huán)路的算法。
以太網(wǎng)交換機沒有采取CSMA/CD的協(xié)議，并且還是雙全工的方式工作的，因為不會產(chǎn)生碰撞嘛。但是它還是繼續(xù)采用了以太網(wǎng)的幀結(jié)構(gòu)。
