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主讲人：paper老师（B站UP：数学建模老哥）
什么是数据链路层
数据链路层（Data Link Layer）是OSI参考模型倒数第二层，位于物理层与网络层之间。在广播式多路访问链路中（局域网），由于可能存在介质争用，它还可以细分成介质访问控制（MAC）子层和逻辑链路控制（LLC）子层，介质访问控制（MAC）子层专职处理介质访问的争用与冲突问题。
物理层 (Physical Layer)：
数据单位：比特流 (Bitstream)
功能：负责在物理媒介上传输原始的比特数据，不涉及数据的内容或结构。
数据链路层 (Data Link Layer)：
数据单位：帧 (Frame)
功能：将比特流组织成帧，负责节点之间的可靠传输，处理错误检测与纠正，以及流量控制。
网络层 (Network Layer)：
数据单位：数据报 (Datagram) 或 数据包 (Packet)
功能：负责在不同网络之间进行数据传输，进行路由选择和逻辑地址的管理。
传输层 (Transport Layer)：
数据单位：段 (Segment) （对于TCP协议）或 数据报 (Datagram) （对于UDP协议）
功能：提供端到端的通信服务，确保数据的可靠传输（TCP）或提供快速的、不可靠的传输（UDP）。
封装成帧
封装成帧就是在一段数据的前后部分添加首部和尾部，这样就构成了一个帧。接收端在收到物理层上交的比特流后，就能根据首部和尾部的标记，从收到的比特流中识别帧的开始和结束。
首部和尾部包含许多的控制信息，他们的一个重要作用:帧定界(确定帧的界限，当数据是由ASCII码组成的文本时，可以使用特殊的八位二进制数作为帧定界符:SOH、EOT)。
透明传输
透明传输是指不管所传数据是什么样的比特组合，都应当能够在链路上传送。因此，链路层就“看不见”有什么妨碍数据传输的东西。
当所传数据中的比特组合恰巧与某一个控制信息完全一样时，就必须采取适当的措施，使收方不会将这样的数据误认为是某种控制信息。这样才能保证数据链路层的传输是透明的。
差错检测
循环冗余校验（CRC, Cyclic Redundancy Check）
原理：将数据看作一个多项式，与预先定义的生成多项式进行二进制除法运算，得到的余数作为校验码附加到数据末尾。接收端使用相同的生成多项式对接收到的数据进行相同的运算，如果余数为零，则认为数据未发生错误。
优点：能够检测出多种类型的错误，包括单比特错误、双比特错误、奇数个比特错误、突发错误等。可靠性高。
缺点：实现较为复杂，计算量较大。
应用：广泛应用于以太网、HDLC、USB等多种通信协议中。
PPP协议
点对点协议PPP(Point-to-Point Protocol)是目前使用最广泛的数据链路层协议，用户使用拨号电话接入因特网时一般都使用PPP协议(用户计算机和ISP进行通信时所使用的协议)。
PPP协议实现透明传输的方法:
异步传输 | 面向字符:字节填充法
同步传输 | 面向比特:零比特填充法(标志字段F是01111110，所以要“5110”，即看到五个连续的1的时候填充一个0)
CSMA/CD协议
局域网
局域网(Local Area Network):简称LAN，是指在某一区域内由多台计算机互联成的计算机组，使用广播信道。
特点1:覆盖的地理范围较小，只在一个相对独立的局部范围内联，如一座或集中的建筑群内。
特点2:使用专门铺设的传输介质(双绞线、同轴电缆)进行联网，数据传输速率高。
特点3:通信延迟时间短，误码率低，可靠性较高。
特点4:具有广播功能，能从一个站点方便地访问全网。
以太网Ethernet
以太网(Ethernet)指的是由Xerox公司创建并由Xerox、InteI和DEC公司联合开发的基带总线局域网规范，是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。以太网络使用CSMA/CD(载波监听多路访问及冲突检测)技术。
计算机怎么连到局域网/以太网的?
答:靠适配器(网络接口卡/网卡)。
MAC地址/网卡地址:
每个适配器有一个全球唯一的48位二进制地址，前24位代表厂家(由IEEE规定)，后24位厂家自己指定。常用6个十六进制数表示，如02-60-8c-e4-b1-21。
MAC帧:
包含单播帧、广播帧、多播帧。
以太网自1970年代末诞生以来，经历了多个速度升级阶段：
10 Mbps 以太网（10Base-T）：
标准：IEEE 802.3-1983
介质：双绞线
应用：早期局域网（LAN）连接
100 Mbps 快速以太网（Fast Ethernet）：
标准：IEEE 802.3u-1995
介质：双绞线（Cat 5）、光纤
应用：提升企业网络带宽，支持更多设备和应用
1 Gbps 千兆以太网（Gigabit Ethernet）：
标准：IEEE 802.3z-1998（光纤）、IEEE 802.3ab-1999（双绞线）
介质：光纤（多模和单模）、双绞线（Cat 5e/6）
应用：高带宽需求，如数据中心、高清视频传输
10 Gbps 十吉以太网（10 Gigabit Ethernet）：
标准：IEEE 802.3ae-2002
介质：光纤（10GBASE-SR、10GBASE-LR）、铜缆（10GBASE-T）
应用：大型数据中心、高性能计算（HPC）、骨干网络
40/100 Gbps 多十/百吉以太网（40/100 Gigabit Ethernet）：
标准：IEEE 802.3ba-2010
介质：光纤（40GBASE-SR4, 100GBASE-LR4 等）
应用：大规模数据中心、企业骨干、云计算基础设施
200/400 Gbps 以太网（200/400 Gigabit Ethernet）：
标准：IEEE 802.3bs-2017（400G）
介质：高密度光纤（400GBASE-SR16, 400GBASE-LR16 等）
应用：超大规模数据中心、全球互联网骨干、下一代网络架构
链路层设备
直通式交换机
查完目的地址(6B)就立刻转发。
延迟小，可靠性低，无法支持具有不同速率的端口的交换。
存储转发式交换机
将帧放入高速缓存，并检查否正确，正确则转发，错误则丢弃。
延迟大，可靠性高，可以支持具有不同速率的端口的交换。
虚拟局域网VLAN:
由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组，而这些网段有某些共同的需求，因此就被放在同一个VLAN里，以太网交换机就可以通过以太网帧中的VLAN标记对不同VLAN的主机进行数据转发。
冲突域、广播域
冲突域:在同一个冲突域中的每一个节点都能收到所有被发送的帧。简单的说就是同一时间内只能有一台设备发送信息的范围。
广播域:网络中能接收任一设备发出的广播帧的所有设备的集合。简单的说如果站点发出一个广播信号，所有能接收收到这个信号的设备范围称为一个广播域。
如图所示，有4个冲突域，1个广播域
以太网交换机是一种二层设备，它会将每一个连接到它的端口分成独立的冲突域，但整个交换机本身属于一个广播域。
集线器是一种一层设备，所有连接到集线器的设备共享一个冲突域，并且集线器本身也是一个广播域的一部分。
三台连接交换机的电脑加集线器构成4个冲突域，整个交换机网络构成一个广播域