TCP/IP各層講解 - 數據鏈路層（上）

數據鏈路層簡介

數據鏈路層是處於物理層和網絡層之間，依靠着物理層給網絡層提供服務。

總所周知，物理層中是把電壓的高低或者光的閃滅轉換成計算機識別的二進制流，而數據鏈路層則是把這些二進制流轉換爲幀，而後再進行傳輸。

除了傳輸幀之外，他還控制幀在物理信道上的傳輸，包括糾錯，調節發送速率等等，另外還會提供兩個節點之間數據鏈路的建立、維護和釋放。

說到構建鏈路，確定會涉及到網絡拓撲（Topology），能夠分爲如下幾種拓撲結構：

• 總線型
• 環型
• 星型
• 混合型

而目前實際的網絡基本都是由這幾種組合所組成。

MAC地址

MAC地址主要用於識別數據鏈路中互連的節點。MAC地址長度爲48個字節，被寫入在網卡的ROM中，而每個網卡的MAC地址都是獨一無二的。

MAC地址中的3-24位爲廠家識別碼，25-48是廠家內部識別網卡而用的。

共享介質型網絡

共享介質型網絡是指使用同一個傳輸介質的一種網絡。使用集線器進行各個主機的鏈接，每個主機都處於衝突域內，即一臺主機發送信息，全部主機能都能收到。在這種方式下，設備之間使用同一個載波信道進行數據的接收和發送，爲此，基本上都採用半雙工通訊模式。

下面先講述一下三種通訊方式：

• 單工通訊：單工通訊只支持信號在一個方向上傳輸（正向或反向），任什麼時候候不能改變信號的傳輸方向。
• 半雙工通訊：半雙工通訊容許信號在兩個方向上傳輸，但某一時刻只容許信號在一個信道上單向傳輸。
• 全雙工通訊：全雙工通訊容許數據同時在兩個方向上傳輸，即有兩個信道，所以容許同時進行雙向傳輸。

共享介質型網絡中有兩種介質控制訪問方式，一種是爭用方式，另一種是令牌傳遞方式。

爭用方式

爭用方式（Contention）是一種先到先得的方式佔用信道發送數據，也有可能出現同時的現象，若是同時發送數據，則會產生衝突現象，致使網絡堵塞。

令牌傳遞方式

令牌傳遞方式是指在沿着令牌環發送令牌報文，只有接收到報文的站才能夠佔用信道。這種方式解決了網絡衝突，並且每一個站都擁有着公平的發送機會，但網絡的利用率就大大下降。

非共享介質型網絡

非共享介質型網絡是指接收站和發送站都直連交換機，並不公用一個傳輸介質，由於不少狀況下均可以使用全雙工的通訊方式。

如今大多數的網絡都使用這種方式構建網絡，由於計算機和交換機之間有着一對一的鏈接，因此並不會發生衝突，而且網絡的利用率最大化。

但這種方式有着一個致命的弱點，一旦交換機出現問題，與之相連的全部站都沒法通訊。

以太網交換機

把非共享介質中的交換機用在介質共享的網絡中，這種交換集線器叫作以太網交換機。

交換集線器其實就是把集線器或者集中器以星型鏈接，根據數據鏈路中的MAC地址決定從哪一個網絡接口發送數據，在每一個經過點接收包時都會把源MAC地址和目標地址的接口記錄在轉發表中，這樣的話下一次發送數據時就能夠參考轉發表就行發送。而這一記錄過程也叫自學過程。

VLAN

虛擬局域網（VLAN）是一組邏輯上的設備和用戶，這些設備和用戶並不受物理位置的限制，能夠根據功能、部門及應用等因素將它們組織起來，相互之間的通訊就好像它們在同一個網段中同樣，由此得名虛擬局域網。

在分散網絡負載，變換部署網絡設備的時候就可使用VLAN技術的網橋修改網絡結構。VLAN網橋能夠接管VLAN之間全部的通訊，相比通常的網橋，能夠過濾多餘的包，提升網絡承載效率。

VLAN網橋按照端口區分了多個網段，從而限制了廣播數據的範圍，在交換機傳輸幀的時候，會在首部添加一個VID標籤，而後根據這個值判斷髮給哪一個網段。