计算机网络要点摘记二（数据链路层）西门子网络赛项
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3数据链路层
数据链路层定义了在单个链路上如何传输数据。其最基本的功能是向该层用户提供透明的和可靠的数据传送基本服务。
3.1数据链路和帧
链路：从一个结点到相邻结点的一段物理链路，中间没有任何其它交换结点。链路只是一条路径的组成部分，两个设备间的通信路径往往要经过许多段这样的路径。
数据链路：当需要在一条线路上传送数据时，除了物理线路外，还必须有通信协议来控制这些数据的传输。若把实现这些协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路。
帧：数据在数据链路层上是以很小的称为帧（Frame）的单位传输的，帧由几部分组成，不同的部分执行不同的功能。
3.2数据链路层协议
3.2.1数据链路层协议的3个共同基本问题
封装成帧
封装成帧就是在一段数据前后分别添加首部和尾部，帧长就等于数据部分长的加上帧首部和帧尾部的长度。帧首部和帧尾部的一个重要作用就是进行帧定界，帧定界就是标识帧的开始与结束，目的是让接收方能从接收到的二进制比特流中区分出帧的起始与终止。SOH（start of heading）放在帧的最前面，表示帧首部开始。EOT（end of transmission)表示帧的结束。
最大传输单元（Maximum Transmission Unit，MTU）指每种链路层协议规定的数据部分的长度上限.
透明传输
透明传输中的“透明”就是指在传输过程中，传输业务对外界透明，只负责将需要传送的业务传送到目的节点，同时保证传输的质量即可，而不对传输的业务进行处理。从上层角度看，似乎就是一个透明的管道，什么都可以传。
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。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，使接收方不会将这样的数据误认为是某种控制信息。
差错检测
如奇偶校验、循环冗余校验码(CRC)等。
3.2.2点对点协议（PPP)
点对点协议（PPP，Point-to-Point Protocol）是一种在同步或异步线路上对数据包进行封装的数据链路层协议，主要是用来通过拨号或专线方式在两个网络节点之间建立连接、发送数据。PPP是各类型主机、网桥和路由器之间简单连接的一种解决方案。
3.3VLAN
局域网工作于数据链路层。
VLAN（Virtual Local Area Network）虚拟局域网.在计算机网络中，一个数据链路层网络可以被从逻辑上被划分为多个不同的广播域，一个广播域对应了一个特定的用户组，默认情况下这些不同的广播域是相互隔离的。不同的广播域之间想要通信，需要通过一个或多个路由器。这样的一个广播域就称为VLAN。基于交换机的虚拟局域网能为局域网解决冲突域、广播域、带宽问题。
3.3.1VLAN三种端口模式：Access、Hybrid和Trunk
Access类型端口：只能属于1个VLAN，一般用于连接计算机端口；
Trunk类型端口：可以允许多个VLAN通过,可以接收和发送多个VLAN 报文,一般用于交换机与交换机相关的接口。
Hybrid类型端口：可以允许多个VLAN通过，可以接收和发送多个VLAN 报文，可以用于交换机的间连接也可以用于连接用户计算机。
Hybrid接口和Trunk接口在很多应用场景下可以通用，不同之处：Trunk端口报文发送一般都要打标，而Hybrid可以允许多个VLAN不打标。
3.3.2广播域、VLAN、网段的区别
引自https://blog.****.net/Joshua_bu/article/details/80766514
【网段】【vlan】【广播域】关于网段，vlan和广播域的关系的个人理解
广播域是一个二层概念，所有能够接收到同一个广播的设备处于同一广播域。
VLAN是一个二层概念，相当于基于原来的广播域划分更小的广播域，而在没有vlan的时候，默认所有设备都属于vlan1。因此广播域的范围等于vlan。
网段是一个三层概念，一个路由器接口对应着一个网段，在有路由器存在的情况下，网段和广播域是一样大的。
3.3.3vlan标记
推荐阅读：https://blog.****.net/qq_38265137/article/details/80390759
VLAN基础知识
要使设备能够分辨不同VLAN的报文，需要在报文中添加标识VLAN信息的字段。IEEE 802.1 Q 标准规定可通过添加 VLAN 标记来扩展以太网帧。附加的 4 个字节在以太网帧头中，位于源地址和以太网类型/长度字段之间。
这些标记有：
- 标记协议标识符 (TPID，Tag Protocol Identifier)：此值指定该数据包包含VLAN 信息或优先级信息。
-
标记控制信息 (TCI)包含以下信息：
1.CoS 优先级：标记帧有 3 个位用于优先级，又称为服务类别 (Class of Service, CoS)
2.规范格式标识符 (CFI，Canonical Format Indicator)：用于表示以太网与令牌环之间的兼容性
3.VLAN ID
3.4硬件设备
3.4.1二层交换机（switch）
注意同三层交换机的区分。
二层交换机工作于OSI模型的第2层（数据链路层），故而称为二层交换机。二层交换机可以识别数据包中的MAC地址信息，根据MAC地址进行转发，并将这些MAC地址与对应的端口记录在内部地址表中。
交换机最显著的特点在于端口带宽的独享，同一时刻可进行多个端口对之间的数据传输，每一端口都是一个独立的冲突域，连接在其上的网络设备独自享有全部带宽，无须同其他设备竞争使用。
集线器为共享式带宽，连接在集线器上的任何一个设备发送数据时，其他所有设备必须等待，此设备享有全部带宽，通讯完毕，再由其他设备使用带宽。
3.4.2网桥（bridge）
又名桥接器，是一种存储/转发设备，他能将一个大局域网分割为多个网段或将两个以上的局域网互联成一个逻辑局域网。
在数据链路层扩展以太网
使用网桥在数据链路层扩展以太网，网桥根据MAC帧的目的地址确定将该帧转发到那个接口，或过滤（丢弃）。
3.4.3适配器
计算机是通过适配器（网卡）连接到局域网上的。
3.5二层交换机的相关概念
3.5.1链路汇聚
又称为端口聚合。链路汇聚指将多条物理链路（物理端口）聚合成一条逻辑上的链路（逻辑端口）（这条逻辑链路带宽相当于物理链路带宽之和），不单独配置物理口，这些物理链路作为这个逻辑通道的成员，配置时只配置这个逻辑通道。交换机根据用户配置的端口负荷分担策略决定网络封包从哪个成员端口发送到对端的交换机。当交换机检测到其中一个成员端口的链路发生故障时，就停止在此端口上发送封包，并根据负荷分担策略在剩下的链路中重新计算报文的发送端口，故障端口恢复后再次担任收发端口。链路聚合在增加链路带宽、实现链路传输弹性和工程冗余等方面是一项很重要的技术。
3.5.2服务类别和服务质量
服务质量（Quality of Service，QoS）指一个网络能够利用各种基础技术，为指定的网络通信提供更好的服务能力，是网络的一种安全机制, 用来解决网络延迟和阻塞等问题的一种技术。
与传输的带宽、传送的时延、数据的丢包率相关。
服务类别 (Class of Service, CoS)就是让数据享受不同待遇的一种机制，是服务质量控制标准的一部分。CoS为每个应用分配不同的传输状态，从而使具有不同优先级的数据传输得到不同的对待。
二者区别
Cos只是QoS的一种标记机制。
3.6交换机冗余机制
——环网内冗余——
3.6.1生成树
当一个交换机有两个及以上的端口与其它交换机相连时，由于会产生冗余链路，从而产生“拓扑环”，即当某个网段的数据包通过某台交换机传输到另一个网段，而返回的数据包通过另一台交换机返回源地址的现象（即网络风暴）
下图摘自https://blog.51cto.com/dengqi/1253320?source=drt
详解生成树协议(STP)
生成树协议（英语：Spanning Tree Protocol，STP）基本应用是防止交换机冗余链路产生的环路.用于确保以太网中无环路的逻辑拓扑结构.从而避免了广播风暴,大量占用交换机的资源.
生成树协议工作原理:任意一交换机中如果到达根网桥有两条或者两条以上的链路，生成树协议都根据算法把其中一条切断,仅保留一条，从而保证任意两个交换机之间只有一条单一的活动链路。因为这种生成的这种拓扑结构很像是以根交换机为树干的树形结构，故为生成树协议。
以下为西门子相关专用协议。
3.6.2HRP
高速冗余协议（HRP, High Redundancy Protocol)是适用于环型拓扑网络的一种冗余方法的名称。 交换机通过环网端口互连。其中一台交换机组态为冗余管理器 (RM, Redundancy Manager)，其它交换机为冗余客户端。 冗余管理器通过测试帧检查环网以确保其没有中断；冗余管理器通过环网端口发送测试帧并检查其它环网端口是否接收到这些测试帧；冗余客户端转发测试帧。如果由于网络中断导致 RM 发送的测试帧无法到达其它环网端口，则 RM 将在自身的两个环网端口之间切换并立即将切换情况通知给冗余客户端。环中断后的重新组态时间最长为 0.3 秒。
3.6.3MRP
介质冗余协议(MRP, Media Redundancy Protocol)