文档教程知识库【免费下载链接】CS-Xmind-Note计算机专业课408思维导图和笔记计算机组成原理第五版 王爱英数据结构王道计算机网络第七版 谢希仁操作系统第四版 汤小丹项目地址https://gitcode.com/gh_mirrors/cs/CS-Xmind-Note点击查看免费下载本篇技术指南以 CS-Xmind-Note 仓库中《计算机网络第七版 谢希仁》的第 3 章 数据链路层笔记为骨架系统梳理数据链路层的两类信道模型、三个基本问题封装成帧、透明传输、差错控制、点对点协议 PPP、广播信道下的 CSMA/CD 协议、以太网 MAC 层与帧格式、网桥/交换机对以太网的扩展以及高速以太网演进。读完本文你将完整掌握 408 考试中数据链路层的高频考点并理解 CRC 冗余码的计算方法、争用期 2τ 的推导逻辑、交换机自学习转发原理与 802.1Q VLAN 标签机制等核心知识点。第 3 章 数据链路层思维导图一、使用点对点信道的数据链路层1.1 数据链路和帧先分清链路与数据链路数据链路层位于物理层与网络层之间它使用的信道主要有两种类型点对点信道采用一对一的点对点通信方式一条信道只连接两个结点通信过程相对简单广播信道采用一对多的广播通信方式信道上连接的主机很多必须使用专用的共享信道协议来协调这些主机的数据发送因此过程比较复杂。在点对点信道中需要区分两个容易混淆的概念链路link一条无源的点到点的物理线路段中间没有任何其他的交换结点数据链路data link除了物理线路外还必须加上通信协议来控制这些数据的传输。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。数据链路层传送的基本单元是帧frame发送方把网络层交下来的分组封装成帧经过物理层发送到链路接收方从物理层收到比特流后识别出帧的边界并还原出分组再上交网络层。1.2 三个基本问题封装成帧、透明传输、差错控制数据链路层必须解决三个基本问题这是全章的基础考点。1封装成帧将网络层传下来的分组添加首部SOH和尾部EOT用于标记帧的开始和结束形成完整的帧。首部与尾部还包含必要的控制信息如地址、差错检验序列等接收方依靠首部和尾部才能从比特流中正确切分出一个个帧。2透明传输透明表示一个实际存在的事物看起来好像不存在一样。帧使用首部和尾部进行定界如果帧的数据部分含有和首部、尾部相同的字节内容那么帧的开始和结束位置就会被错误地判定导致帧边界错乱。解决办法是字节填充转义字符法在数据部分出现与首部/尾部相同内容的字节前面插入转义字符ESC如果数据部分本身出现转义字符就在该转义字符前面再加一个转义字符接收端收到后进行反向处理即可还原出原始数据。这个过程对用户是完全透明的用户察觉不到转义字符的存在看到的仍是原始数据。即透明传输的内容是转义字符用户察觉不到转义字符的存在。3差错控制传输过程中可能产生比特差错目前数据链路层广泛使用循环冗余检验CRC, Cyclic Redundancy Check来检查比特差错。在数据后面添加上的冗余码称为帧检验序列FCS, Frame Check Sequence。CRC 冗余码的计算方法原文档完整例子设待发送的数据k 6位M 101001选定的除数n 3位P 1101。被除数是2^n * M 101001000即在数据后补 n 个 0。模 2 运算按位异或、不带进位借位的结果是项目结果商 Q110101余数 R001把余数 R 作为冗余码添加在数据 M 的后面发送出去发送的数据为2^n * M R即101001001共(k n) 9位。接收方用同样的除数 P 对收到的数据做模 2 除法若余数为 0则判定传输无差错若余数不为 0则判定出现了比特差错。需要强调的是CRC 是一种常用的检错方法而 FCS 是添加在数据后面的冗余码FCS 可以用 CRC 这种方法得出但 CRC 并非用来获得 FCS 的唯一方法两者不能混为一谈。二、点对点协议 PPP2.1 PPP 协议的特点互联网用户通常需要连接到某个 ISP因特网服务提供者之后才能接入互联网PPPPoint-to-Point Protocol协议就是用户计算机和 ISP 进行通信时所使用的数据链路层协议。PPP 协议面向字节工作在点对点链路上广泛用于拨号接入、宽带接入等场景。2.2 PPP 协议的帧格式PPP 帧格式的字段构成如下原笔记要点结合教材字段展开字段作用说明F标志字段帧的定界符固定取值0x7E标志一帧的开始与结束A地址字段暂时没有意义PPP 只用于点对点信道地址字段固定为0xFF广播地址C控制字段暂时没有意义固定取值0x03PPP 不提供可靠传输协议字段标识信息部分携带的协议类型如0x0021表示 IP 数据报、0xC021表示 LCP 分组等信息部分承载上层数据长度不超过 1500 字节与以太网最大帧数据部分一致对应 MTUFCS 字段差错检验序列使用 CRC 检验方法对除标志字段外的内容进行校验2.3 PPP 协议的工作状态PPP 协议的连接建立与释放遵循先物理、再数据链路、后网络层的顺序具体过程如下原笔记流程当用户拨号接入 ISP 时路由器的调制解调器对拨号做出确认并建立一条物理连接PC 机向路由器发送一系列的LCP链路控制协议分组封装成多个 PPP 帧。这些分组及其响应用于协商选择一些 PPP 参数进行网络层配置**NCP网络控制协议**给新接入的 PC 机分配一个临时的 IP 地址使 PC 机成为因特网上的一台主机通信完毕时NCP 释放网络层连接收回原来分配出去的 IP 地址接着LCP 释放数据链路层连接最后释放的是物理层的连接。可见 PPP 协议的层次关系非常清晰LCP 负责数据链路层的建立与配置NCP 负责网络层的配置典型如 IP 地址的动态分配物理层连接的生命周期最长贯穿整个过程。三、使用广播信道的数据链路层局域网与 CSMA/CD3.1 局域网的数据链路层局域网是一种典型的广播信道主要特点是网络为一个单位所拥有且地理范围和站点数目均有限。局域网技术主要有以太网、令牌环网、FDDI 和 ATM 等目前以太网占领着有线局域网市场。局域网可以按照网络拓扑结构进行分类拓扑类型结构特点星形网所有站点通过点对点链路连接到中心结点集线器/交换机环形网站点首尾相连成环数据沿环单向传输总线网所有站点共享一条总线采用广播方式通信树形网总线网的扩展形式呈树状分层结构数据链路层的两个子层逻辑链路控制LLC, Logical Link Control子层与传输媒体无关负责逻辑链路的建立与控制媒体接入控制MAC, Medium Access Control子层与接入到传输媒体有关的内容都放在 MAC 子层。与接入到传输媒体有关的内容都放在 MAC 子层而 LLC 子层则与传输媒体无关不管采用何种协议的局域网对 LLC 子层来说都是透明的。所以在 408 考试中一般不考虑 LLC 子层重点在 MAC 子层。适配器网卡网络接口板又称通信适配器adapter或网络接口卡NIC, Network Interface Card俗称网卡。适配器的重要功能包括进行串行/并行转换与主机总线之间并行、与线路之间串行对数据进行缓存在计算机的操作系统安装设备驱动程序实现以太网协议即实现 MAC 子层和物理层的功能。3.2 CSMA/CD 协议CSMA/CD 表示载波监听多点接入 / 碰撞检测Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection是总线型以太网解决多个站点共享信道如何协调发送的核心协议。名字拆开理解多点接入说明这是总线型网络许多主机以多点的方式连接到总线上载波监听每个主机都必须不停地监听信道。在发送前如果监听到信道正在使用就必须等待碰撞检测在发送中如果监听到信道已有其他主机正在发送数据就表示发生了碰撞。为什么监听之后仍会发生碰撞虽然每个主机在发送数据之前都已经监听到信道为空闲但是由于电磁波的传播时延的存在两个站点的信号可能同时或先后到达总线中部此时信号叠加冲突仍然可能发生碰撞。因此载波监听并不能完全避免碰撞还需要边发边听的碰撞检测。争用期碰撞窗口记端到端的传播时延为 τ。最先发送的站点最多经过2τ就可以知道是否发生了碰撞称2τ 为争用期。只有经过争用期之后还没有检测到碰撞才能肯定这次发送不会发生碰撞。原因在于最坏情况下站点 A 刚发出帧的瞬间最远端的站点 B 恰好也发出帧B 的帧要经过 τ 才能到达 A 处并产生碰撞而碰撞产生的干扰信号又要经过 τ 才能传回 A所以 A 最多等待 2τ 即可确认本次发送是否安全。截断二进制指数退避算法当发生碰撞时站点要停止发送等待一段时间再发送。这个等待时间采用截断二进制指数退避算法来确定从离散的整数集合{0, 1, ..., (2^k - 1)}中随机取出一个数记作 r取 **r 倍的争用期2τ**作为重传等待时间其中 k 与重传次数相关重传次数越多集合越大退避时间越随机碰撞再次发生的概率越低。这也解释了为什么以太网规定最短帧长发送一帧的时间必须大于争用期 2τ才能在发送完毕前检测到碰撞从而保证边发边听有效。四、使用广播信道的以太网4.1 使用集线器的星形拓扑传统以太网最初使用粗同轴电缆后来演进到使用比较便宜的细同轴电缆最后发展为使用更便宜和更灵活的双绞线。这种以太网采用星形拓扑在星形的中心增加了一种可靠性非常高的设备——集线器hub。需要特别注意的是虽然物理上呈现星形但集线器内部仍是总线式的共享信道所有连接在集线器上的站点仍处于同一个碰撞域逻辑上等价于总线型以太网CSMA/CD 依然适用。4.2 以太网的信道利用率一个帧从开始发送经可能发生的碰撞后将再重传数次到发送成功且信道转为空闲即再经过时间 τ使得信道上无信号在传播时为止这是发送一帧所需的平均时间。发送一帧占用线路的时间是T0 τT0 为帧的发送时间τ 为端到端传播时延而帧本身的发送时间是 T0因此可计算出理想情况下的极限信道利用率Smax T0 / (T0 τ)当 τ 远小于 T0即帧很长、网络跨度很小时信道利用率趋近于 1反之若网络覆盖范围很大τ 大或帧很短T0 小信道利用率会明显下降。这也是以太网对最短帧长做出规定的深层原因之一。4.3 以太网的 MAC 层MAC 地址是链路层地址长度为6 字节48 位用于唯一标识网络适配器网卡。由于生产厂商被分配不同的地址段全球的 MAC 地址不会重复因此它也被称为硬件地址或物理地址。一台主机拥有多少个网络适配器就有多少个 MAC 地址。例如笔记本电脑普遍存在无线网络适配器和有线网络适配器因此就有两个 MAC 地址。MAC 地址只在本局域网内有意义帧在局域网内依靠目的 MAC 地址完成寻址与转发而跨网络通信则依赖网络层的 IP 地址。4.4 以太网帧格式以太网 V2 标准的 MAC 帧格式要点如下原笔记要点结合教材字段展开字段长度/范围作用目的地址6 字节帧的接收方 MAC 地址源地址6 字节帧的发送方 MAC 地址类型2 字节标记上层使用的协议如0x0800表示 IP 数据报数据46 ~ 1500 字节上层交付的数据如果太小不足 46 字节则需要填充FCS4 字节帧检验序列使用的是 CRC 检验方法其中数据长度在 46-1500 之间如果太小则需要填充与前文最短帧长的要求互为印证数据部分不足 46 字节时进行填充是为了保证整个帧的长度不小于最小帧长使争用期机制能够正常工作。五、扩展的以太网5.1 在物理层扩展以太网用多个集线器可连成更大的局域网但这种扩展方式存在明显的权衡优点使原来属于不同碰撞域的局域网上的计算机能够进行跨碰撞域的通信扩大了局域网覆盖的地理范围。缺点用集线器组成更大的局域网都在一个碰撞域中碰撞域增大了但总的吞吐量并未提高如果不同的碰撞域使用不同的数据率那么就不能用集线器将它们互连起来。5.2 在数据链路层扩展以太网在数据链路层扩展局域网使用的是网桥bridge。网桥工作在数据链路层它根据MAC 帧的目的地址对收到的帧进行转发。网桥具有过滤帧的功能当网桥收到一个帧时并不是向所有的接口转发此帧而是先检查此帧的目的 MAC 地址然后再确定将该帧转发到哪一个接口。网桥的优点过滤通信量只向需要的接口转发隔离了不必要的流量扩大了物理范围提高了可靠性可互连不同物理层、不同 MAC 子层和不同速率如 10 Mb/s 和 100 Mb/s 以太网的局域网。网桥的缺点存储转发增加了时延在 MAC 子层并没有流量控制功能具有不同 MAC 子层的网段桥接在一起时时延更大网桥只适合于用户数不太多不超过几百个和通信量不太大的局域网否则有时还会因传播过多的广播信息而产生网络拥塞这就是所谓的广播风暴。交换机即插即用的自学习设备以太网交换机switch本质上是多端口的网桥但它具有自学习能力学习的是交换表的内容交换表中存储着 MAC 地址到接口的映射。正是由于这种自学习能力交换机是一种即插即用设备不需要网络管理员手动配置交换表内容。交换机自学习转发的工作过程原笔记完整示例下图中交换机有 4 个接口主机 A 向主机 B 发送数据帧时交换机把主机 A → 接口 1的映射写入交换表为了发送数据帧到 B先查交换表此时没有主机 B 的表项交换机就把该帧向除源接口外的所有接口广播主机 C 和主机 D 收到后检查目的地址不是自己丢弃该帧主机 B 确认目的地址是自己接收该帧主机 B 回应主机 A 发送数据包时交换机查找交换表得到主机 A 映射的接口为 1就只向接口 1发送数据帧与此同时交换机添加主机 B → 接口 2的映射完成自学习。通过这样的学习过程交换机逐步建立完整的 MAC 地址表后续帧即可按表精确转发无需再广播既隔离了碰撞域又提高了网络吞吐量。5.3 虚拟局域网 VLAN**虚拟局域网VLAN**可以建立与物理位置无关的逻辑组只有在同一个虚拟局域网中的成员才会收到链路层广播信息从而将广播域与物理位置解耦、隔离广播风暴。例如下图原笔记示例中(A1, A2, A3, A4)属于一个虚拟局域网A1 发送的广播会被 A2、A3、A4 收到而其他站点收不到——即使它们在物理上连接在同一台交换机上。VLAN 的实现使用VLAN 干线trunk连接来建立虚拟局域网每台交换机上的一个特殊接口被设置为干线接口以互连 VLAN 交换机。IEEE 定义了扩展的以太网帧格式802.1Q它在标准以太网帧上加进了4 字节首部 VLAN 标签用于表示该帧属于哪一个虚拟局域网。交换机通过读取这个标签即可把帧正确转发到同一 VLAN 的所有成员端口。六、高速以太网速率达到或超过100 Mb/s的以太网称为高速以太网。各代高速以太网的共同演进方向是在全双工方式下消除碰撞从而不再需要 CSMA/CD 协议。高速以太网类型速率工作方式是否使用 CSMA/CD100BASE-T 以太网100 Mb/s可全双工全双工时不用 CSMA/CD吉比特以太网1 Gb/s全双工与半双工半双工使用全双工不使用10 吉比特以太网10 Gb/s只工作在全双工不使用 CSMA/CD100BASE-T 以太网可在全双工方式下工作而无冲突发生因此不使用 CSMA/CD 协议吉比特以太网允许在 1 Gb/s 下以全双工和半双工两种方式工作半双工方式下仍需使用 CSMA/CD 协议全双工方式不需要10 吉比特以太网只工作在全双工方式也不使用 CSMA/CD 协议。使用高速以太网进行宽带接入以太网接入的重要特点是它可提供双向的宽带通信并且可根据用户对带宽的需求灵活地进行带宽升级。采用以太网接入可实现端到端的以太网传输中间不需要再进行帧格式的转换这就提高了数据的传输效率降低了传输成本。七、集线器与网桥的转发差异高频易错点原笔记在最后特别强调了两种设备在帧转发行为上的本质区别这是 408 的常见考点集线器在转发帧时不对传输媒体进行检测。它工作在物理层只是把收到的比特信号向所有端口复制转发不识别 MAC 地址也不执行 CSMA/CD因此集线器连接的站点都在同一个碰撞域中网桥在转发帧之前必须执行 CSMA/CD 算法。它工作在数据链路层能识别 MAC 帧的目的地址并进行过滤转发因此网桥/交换机可以隔离碰撞域。对比维度集线器网桥 / 交换机工作层次物理层数据链路层是否识别 MAC 地址否是转发方式向所有端口复制按目的地址过滤转发转发前是否执行 CSMA/CD否是是否隔离碰撞域否同一碰撞域是每个端口独立碰撞域八、复习要点与仓库资源本章核心知识脉络对应原笔记结构点对点信道链路 vs 数据链路、帧的封装、透明传输字节填充、CRC/FCS记住CRC 是方法FCS 是结果PPP 协议面向字节、帧格式字段、LCP/NCP 分工、拨号建立与释放连接的完整状态流程广播信道局域网拓扑、LLC/MAC 子层划分、适配器四大功能、CSMA/CD 的先听后发、边发边听、冲突停发、随机重发以太网集线器星形拓扑、极限信道利用率Smax T0 / (T0 τ)、MAC 地址6 字节/48 位、以太网帧格式类型、46-1500 数据、CRC 的 FCS扩展的以太网物理层扩展集线器、同一碰撞域、吞吐量不提高、数据链路层扩展网桥优缺点、交换机自学习交换表、广播风暴、VLAN802.1Q 的 4 字节标签高速以太网100BASE-T、吉比特、10 吉比特对 CSMA/CD 的不同取舍以及全双工化演进方向。仓库内配套资源本文的原始思维导图笔记第 3 章 数据链路层.md全章知识全景思维导图第 3 章 数据链路层.png以及可编辑的 XMind 源文件 第 3 章 数据链路层.xmind计算机网络全部章节的导航目录计算机网络/README.md可继续衔接第 2 章 物理层与第 4 章 网络层进行体系化复习仓库整体目录与使用说明README.md其中还包括操作系统、计算机组成原理、数据结构、数据库与信息安全等 408 相关科目的全套笔记与思维导图本仓库的笔记均以权威教材为基准计算机网络部分依据谢希仁《计算机网络第七版》结合上文的推导与对照表足以覆盖数据链路层在考试与面试中的主要出题点。建议复习时先浏览思维导图建立框架再结合本文的公式、表格与流程示例逐点消化最后回归原笔记做快速回顾。赞分享文档教程知识库【免费下载链接】CS-Xmind-Note计算机专业课408思维导图和笔记计算机组成原理第五版 王爱英数据结构王道计算机网络第七版 谢希仁操作系统第四版 汤小丹项目地址https://gitcode.com/gh_mirrors/cs/CS-Xmind-Note点击查看免费下载相关推荐数据链路层技术详解从封装成帧到 VLANCS-Notes 计算机网络系列数据链路层技术详解从封装成帧到 VLANCS Notes 计算机网络系列 本文以 CS Notes 计算机网络笔记中的链路层章节为骨架系统梳理数据链路层知识库文档教程CANN/cannbot-skillsTileLang Ascend编程模式与pass_configs指南name: tilelang programming model guide description: TileLang Ascend Developer/ExAI 技能人工智能AI 评测CANNAscend计算机网络DNS解析过程CS-Xmind-Note笔记分步讲解计算机网络DNS解析过程CS Xmind Note笔记分步讲解 你是否曾经在浏览器中输入网址后疑惑过为什么几秒钟后就能看到网页内容这个看似简单的过程背后文档教程知识库上一篇Zipper完全安装指南从Composer配置到Laravel集成的简单步骤下一篇Rolldown CLI 实现解析基于 cac 的参数解析流水线与设计细节创作声明：本文部分内容由AI辅助生成（AIGC），仅供参考
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1)}中随机取出一个数记作 r取 **r 倍的争用期2τ**作为重传等待时间其中 k 与重传次数相关重传次数越多集合越大退避时间越随机碰撞再次发生的概率越低。这也解释了为什么以太网规定最短帧长发送一帧的时间必须大于争用期 2τ才能在发送完毕前检测到碰撞从而保证边发边听有效。四、使用广播信道的以太网4.1 使用集线器的星形拓扑传统以太网最初使用粗同轴电缆后来演进到使用比较便宜的细同轴电缆最后发展为使用更便宜和更灵活的双绞线。这种以太网采用星形拓扑在星形的中心增加了一种可靠性非常高的设备——集线器hub。需要特别注意的是虽然物理上呈现星形但集线器内部仍是总线式的共享信道所有连接在集线器上的站点仍处于同一个碰撞域逻辑上等价于总线型以太网CSMA/CD 依然适用。4.2 以太网的信道利用率一个帧从开始发送经可能发生的碰撞后将再重传数次到发送成功且信道转为空闲即再经过时间 τ使得信道上无信号在传播时为止这是发送一帧所需的平均时间。发送一帧占用线路的时间是T0 τT0 为帧的发送时间τ 为端到端传播时延而帧本身的发送时间是 T0因此可计算出理想情况下的极限信道利用率Smax T0 / (T0 τ)当 τ 远小于 T0即帧很长、网络跨度很小时信道利用率趋近于 1反之若网络覆盖范围很大τ 大或帧很短T0 小信道利用率会明显下降。这也是以太网对最短帧长做出规定的深层原因之一。4.3 以太网的 MAC 层MAC 地址是链路层地址长度为6 字节48 位用于唯一标识网络适配器网卡。由于生产厂商被分配不同的地址段全球的 MAC 地址不会重复因此它也被称为硬件地址或物理地址。一台主机拥有多少个网络适配器就有多少个 MAC 地址。例如笔记本电脑普遍存在无线网络适配器和有线网络适配器因此就有两个 MAC 地址。MAC 地址只在本局域网内有意义帧在局域网内依靠目的 MAC 地址完成寻址与转发而跨网络通信则依赖网络层的 IP 地址。4.4 以太网帧格式以太网 V2 标准的 MAC 帧格式要点如下原笔记要点结合教材字段展开字段长度/范围作用目的地址6 字节帧的接收方 MAC 地址源地址6 字节帧的发送方 MAC 地址类型2 字节标记上层使用的协议如0x0800表示 IP 数据报数据46 ~ 1500 字节上层交付的数据如果太小不足 46 字节则需要填充FCS4 字节帧检验序列使用的是 CRC 检验方法其中数据长度在 46-1500 之间如果太小则需要填充与前文最短帧长的要求互为印证数据部分不足 46 字节时进行填充是为了保证整个帧的长度不小于最小帧长使争用期机制能够正常工作。五、扩展的以太网5.1 在物理层扩展以太网用多个集线器可连成更大的局域网但这种扩展方式存在明显的权衡优点使原来属于不同碰撞域的局域网上的计算机能够进行跨碰撞域的通信扩大了局域网覆盖的地理范围。缺点用集线器组成更大的局域网都在一个碰撞域中碰撞域增大了但总的吞吐量并未提高如果不同的碰撞域使用不同的数据率那么就不能用集线器将它们互连起来。5.2 在数据链路层扩展以太网在数据链路层扩展局域网使用的是网桥bridge。网桥工作在数据链路层它根据MAC 帧的目的地址对收到的帧进行转发。网桥具有过滤帧的功能当网桥收到一个帧时并不是向所有的接口转发此帧而是先检查此帧的目的 MAC 地址然后再确定将该帧转发到哪一个接口。网桥的优点过滤通信量只向需要的接口转发隔离了不必要的流量扩大了物理范围提高了可靠性可互连不同物理层、不同 MAC 子层和不同速率如 10 Mb/s 和 100 Mb/s 以太网的局域网。网桥的缺点存储转发增加了时延在 MAC 子层并没有流量控制功能具有不同 MAC 子层的网段桥接在一起时时延更大网桥只适合于用户数不太多不超过几百个和通信量不太大的局域网否则有时还会因传播过多的广播信息而产生网络拥塞这就是所谓的广播风暴。交换机即插即用的自学习设备以太网交换机switch本质上是多端口的网桥但它具有自学习能力学习的是交换表的内容交换表中存储着 MAC 地址到接口的映射。正是由于这种自学习能力交换机是一种即插即用设备不需要网络管理员手动配置交换表内容。交换机自学习转发的工作过程原笔记完整示例下图中交换机有 4 个接口主机 A 向主机 B 发送数据帧时交换机把主机 A → 接口 1的映射写入交换表为了发送数据帧到 B先查交换表此时没有主机 B 的表项交换机就把该帧向除源接口外的所有接口广播主机 C 和主机 D 收到后检查目的地址不是自己丢弃该帧主机 B 确认目的地址是自己接收该帧主机 B 回应主机 A 发送数据包时交换机查找交换表得到主机 A 映射的接口为 1就只向接口 1发送数据帧与此同时交换机添加主机 B → 接口 2的映射完成自学习。通过这样的学习过程交换机逐步建立完整的 MAC 地址表后续帧即可按表精确转发无需再广播既隔离了碰撞域又提高了网络吞吐量。5.3 虚拟局域网 VLAN**虚拟局域网VLAN**可以建立与物理位置无关的逻辑组只有在同一个虚拟局域网中的成员才会收到链路层广播信息从而将广播域与物理位置解耦、隔离广播风暴。例如下图原笔记示例中(A1, A2, A3, A4)属于一个虚拟局域网A1 发送的广播会被 A2、A3、A4 收到而其他站点收不到——即使它们在物理上连接在同一台交换机上。VLAN 的实现使用VLAN 干线trunk连接来建立虚拟局域网每台交换机上的一个特殊接口被设置为干线接口以互连 VLAN 交换机。IEEE 定义了扩展的以太网帧格式802.1Q它在标准以太网帧上加进了4 字节首部 VLAN 标签用于表示该帧属于哪一个虚拟局域网。交换机通过读取这个标签即可把帧正确转发到同一 VLAN 的所有成员端口。六、高速以太网速率达到或超过100 Mb/s的以太网称为高速以太网。各代高速以太网的共同演进方向是在全双工方式下消除碰撞从而不再需要 CSMA/CD 协议。高速以太网类型速率工作方式是否使用 CSMA/CD100BASE-T 以太网100 Mb/s可全双工全双工时不用 CSMA/CD吉比特以太网1 Gb/s全双工与半双工半双工使用全双工不使用10 吉比特以太网10 Gb/s只工作在全双工不使用 CSMA/CD100BASE-T 以太网可在全双工方式下工作而无冲突发生因此不使用 CSMA/CD 协议吉比特以太网允许在 1 Gb/s 下以全双工和半双工两种方式工作半双工方式下仍需使用 CSMA/CD 协议全双工方式不需要10 吉比特以太网只工作在全双工方式也不使用 CSMA/CD 协议。使用高速以太网进行宽带接入以太网接入的重要特点是它可提供双向的宽带通信并且可根据用户对带宽的需求灵活地进行带宽升级。采用以太网接入可实现端到端的以太网传输中间不需要再进行帧格式的转换这就提高了数据的传输效率降低了传输成本。七、集线器与网桥的转发差异高频易错点原笔记在最后特别强调了两种设备在帧转发行为上的本质区别这是 408 的常见考点集线器在转发帧时不对传输媒体进行检测。它工作在物理层只是把收到的比特信号向所有端口复制转发不识别 MAC 地址也不执行 CSMA/CD因此集线器连接的站点都在同一个碰撞域中网桥在转发帧之前必须执行 CSMA/CD 算法。它工作在数据链路层能识别 MAC 帧的目的地址并进行过滤转发因此网桥/交换机可以隔离碰撞域。对比维度集线器网桥 / 交换机工作层次物理层数据链路层是否识别 MAC 地址否是转发方式向所有端口复制按目的地址过滤转发转发前是否执行 CSMA/CD否是是否隔离碰撞域否同一碰撞域是每个端口独立碰撞域八、复习要点与仓库资源本章核心知识脉络对应原笔记结构点对点信道链路 vs 数据链路、帧的封装、透明传输字节填充、CRC/FCS记住CRC 是方法FCS 是结果PPP 协议面向字节、帧格式字段、LCP/NCP 分工、拨号建立与释放连接的完整状态流程广播信道局域网拓扑、LLC/MAC 子层划分、适配器四大功能、CSMA/CD 的先听后发、边发边听、冲突停发、随机重发以太网集线器星形拓扑、极限信道利用率Smax T0 / (T0 τ)、MAC 地址6 字节/48 位、以太网帧格式类型、46-1500 数据、CRC 的 FCS扩展的以太网物理层扩展集线器、同一碰撞域、吞吐量不提高、数据链路层扩展网桥优缺点、交换机自学习交换表、广播风暴、VLAN802.1Q 的 4 字节标签高速以太网100BASE-T、吉比特、10 吉比特对 CSMA/CD 的不同取舍以及全双工化演进方向。仓库内配套资源本文的原始思维导图笔记第 3 章 数据链路层.md全章知识全景思维导图第 3 章 数据链路层.png以及可编辑的 XMind 源文件 第 3 章 数据链路层.xmind计算机网络全部章节的导航目录计算机网络/README.md可继续衔接第 2 章 物理层与第 4 章 网络层进行体系化复习仓库整体目录与使用说明README.md其中还包括操作系统、计算机组成原理、数据结构、数据库与信息安全等 408 相关科目的全套笔记与思维导图本仓库的笔记均以权威教材为基准计算机网络部分依据谢希仁《计算机网络第七版》结合上文的推导与对照表足以覆盖数据链路层在考试与面试中的主要出题点。建议复习时先浏览思维导图建立框架再结合本文的公式、表格与流程示例逐点消化最后回归原笔记做快速回顾。赞分享文档教程知识库【免费下载链接】CS-Xmind-Note计算机专业课408思维导图和笔记计算机组成原理第五版 王爱英数据结构王道计算机网络第七版 谢希仁操作系统第四版 汤小丹项目地址https://gitcode.com/gh_mirrors/cs/CS-Xmind-Note点击查看免费下载相关推荐数据链路层技术详解从封装成帧到 VLANCS-Notes 计算机网络系列数据链路层技术详解从封装成帧到 VLANCS Notes 计算机网络系列 本文以 CS Notes 计算机网络笔记中的链路层章节为骨架系统梳理数据链路层知识库文档教程CANN/cannbot-skillsTileLang Ascend编程模式与pass_configs指南name: tilelang programming model guide description: TileLang Ascend Developer/ExAI 技能人工智能AI 评测CANNAscend计算机网络DNS解析过程CS-Xmind-Note笔记分步讲解计算机网络DNS解析过程CS Xmind Note笔记分步讲解 你是否曾经在浏览器中输入网址后疑惑过为什么几秒钟后就能看到网页内容这个看似简单的过程背后文档教程知识库上一篇Zipper完全安装指南从Composer配置到Laravel集成的简单步骤下一篇Rolldown CLI 实现解析基于 cac 的参数解析流水线与设计细节创作声明：本文部分内容由AI辅助生成（AIGC），仅供参考
