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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

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：

逻辑链路控制子层（LLC）

LLC子层的功能包括：

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地址表的更新

单工、半双工、全双工

单工

• 只有一个信道，数据传输方向单向。

半双工

• 同一信道，数据传输方向单向。

全双工

• 具有双信道，支持双向数据传输。

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。