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网络基础1.3
数据链路层解析
数据链路层位于物理层与网络层之间，是OSI模型中最下面的层。它负责实现与物理层的通信，完成数据的帧传输、帧同步以及帧差错检测等功能。
数据链路层的功能
数据链路的建立、维护与拆除 帧包装、帧传输与帧同步 帧的差错恢复 流量控制 以太网概述
以太网是我们日常使用的局域网技术，主要工作在数据链路层。以太网的核心设备是交换机，通过MAC地址实现节点间的通信。
以太网MAC地址
MAC地址用于识别以太网上的设备或设备组。它由48位二进制组成，通常表示为六个冒号分隔的双字节。
802.3以太网帧格式
以太网帧格式包含以下字段：
- 帧头：包含目标MAC地址和源MAC地址。
- 地址位：用于标识帧中包含多个地址的情况。
- 长度/质量位：用于标识帧的长度及是否存在错误。
- 数据字段：包含实际数据。
- 循环校验码（FCS）：用于检测帧是否完整且数据无误。
数据链路层的两个子层
数据链路层可以划分为两个子层：介质访问控制子层（MAC）和逻辑链路控制子层（LLC）。
介质访问控制子层（MAC）
MAC子层的主要功能包括：
将上层交下来的数据包装成以太网帧进行发送。 实现和维护与物理介质通信的协议。 执行比特差错检测。 管理MAC地址表，实现节点间的寻址。 逻辑链路控制子层（LLC）
LLC子层的功能包括：
建立和释放数据链路层的逻辑连接。 提供与上层网络层的接口。 为帧添加序号，支持流量控制。 以太网交换机
以太网交换机是局域网中的核心设备，负责数据帧的转发。其工作原理基于MAC地址表来实现数据的智能转发。
交换机的工作原理
MAC地址学习：通过接收数据帧，学习目标设备的MAC地址并更新MAC地址表。 广播未知数据帧：如果目标MAC地址未在表中，向所有端口广播数据帧。 接收方回应：接收到广播的设备会向交换机发送回应信息。 单波通信：根据MAC地址表完成数据帧的单波转发。 MAC地址表的更新
老化时间：MAC地址表的老化时间通常为300秒。 动态更新：当交换机接收到来自不同端口的帧时，会重新学习目标MAC地址。 单工、半双工、全双工
单工
半双工
全双工
冲突处理
- 在多个设备共享同一信道时，可能会产生冲突。
- 交换机通过分割冲突域（背板交换矩阵结构）实现全双工通信，避免冲突。
广播域与冲突域
- 广播域：接收到同一广播消息的所有节点集合。
- 冲突域：在以太网中，交换机分割冲突域但不分割广播域。
交换机的内部交换方式
存储转发
- 最常用方式，支持错误检测，但延迟较大。
- 适用于不同速率端口间的数据转换。
快速转发
- 延迟小，但不支持错误检测。
- 适用于对延迟敏感的场景，但易丢包。
分段过滤
- 检查数据包长度是否为64字节（以太网帧），丢弃短包或假包。
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