计算机网络-数据链路层（广域网及相关协议（PPP协议帧格式，HDLC协议）数据链路层设备（网桥，交换机））

1. 广域网的概念

广域网(WAN)，通常跨接很大的物理范围，所覆盖的范围从几十公里到几千公里，它能连接多个城市或国家，或横跨几个洲并能提供远距离通信，形成国际性的远程网络。

广域网的通信子网主要使用分组交换技术。
广域网的通信子网可以利用公用分组交换网、卫星通信网和无线分组交换网，它将分布在不同地区的局域网或计算机系统互连起来，达到资源共享的目的。如因特网(Internet)是世界范围内最大的广域网。

下面是广域网数据链路层使用的协议：

2. PPP协议（面向字节的协议）

点对点协议PPP (Point-to-Point Protocol）是目前使用最广泛的数据链路层协议，用户使用拨号电话接入因特网时一般都使用PPP协议。

PPP协议只支持全双工链路

特点：

1. 对于链路层的帧，无需纠错，无需序号，无需流量控制。
2. 封装成帧：帧定界符
3. 透明传输：与帧定界符一样比特组合的数据应该如何处理（异步线路（字符传输）用字节填充法，同步线路（bit传输）用比特填充。0比特填充法）
4. 满足上层多种网络层协议
5. 差错检测：CRC循环冗余检测，出错就把帧丢弃即可。
6. 最大传输单元：MTU=1500B
7. 网络层地址协商：通信双方的网络层地址。
8. 数据压缩：PPP协议在发送数据时需要对数据进行压缩

需要注意的是：

• PPP协议不需要进行纠错
• 不需要进行流量控制
• 无需对数据帧编号
• 不支持多点线路（只负责点对点的线路）

PPP协议组成部分

1. PPP协议将上层数据包封装到（同步串行/异步串行）链路上的方法
2. 链路控制协议LCP：建立并维护数据链路连接。身份验证
3. 网络控制协议NCP：PPP协议可支持多种网络层协议，每个不同的网络层协议都要一个相应的NCP来配置，为网络层协议建立和配置逻辑连接。

PPP协议的帧格式

• 帧定界符7E（01111110）
• 为了实现透明传输，如果信息部分有何帧控制符的二进制编码相同的情况，就需要要插入转移字符7D（01111101）
• A、C无实际意义
• 协议字段：标识信息部分是什么：
  1. IP数据报
  2. LCP的数据
  3. 网络层控制数据
  4. 等等
• FCS帧检验序列

3. HDLC协议（面向比特的协议）

高级数据链路控制（简称HDLC)，是一个在同步网上传输数据、面向比特的数据链路层协议，它是由国际标准化组织(ISO) 根据IBM公司的SDLC(SynchronousData Link Control)协议扩展开发而成的。

HDLC协议不属于TCP/IP协议族，是ISO建立的

HDLC协议特点：

• HDLC协议的透明传输是采用0比特插入法。
• 采用全双工通信
• 所有帧采用CRC检验，对信息帧进行顺序编号，可防止漏收或重份，传输可靠性高。

HDLC站（主站，从站，复合站）

1. 主站的主要功能是发送命令（包括数据信息）帧、接收响应帧，并负责对整个链路的控制系统的初启、流程的控制、差错检测或恢复等。
2. 从站的主要功能是接收由主站发来的命令帧，向主站发送响应帧，并且配合主站参与差错恢复等链路控制。
3. 复合站的主要功能是既能发送，又能接收命令帧和响应帧，并且负责整个链路的控制。

因为HDLC被划分成三种，所以又引出了三种数据操作方式（了解）

1. 正常响应方式
2. 异步平衡方式
3. 异步响应方式

HDLC协议帧格式

• 标志F：标志字段（01111110）帧定界符
• 地址A：取决于三种数据操作方式，如果采用正常相应方式或者异步响应方式，这里的值就是从站地址
• 控制C：表示这个HDLC帧的功能，只看前两位
  1. 信息帧(I）第1位为0，用来传输数据信息，或使用捎带技术对数据进行确认;
  2. 监督帧(S)10，用于流量控制和差错控制，执行对信息帧的确认、请求重发和请求暂停发送等功能
  3. 无编号帧(U) 11，用于提供对链路的建立、拆除等多种控制功能。

对比分析HDLC协议和PPP协议

相同点：

1. 都只支持全双工链路。
2. 都可以实现透明传输（PPP协议有两种填充方法）
3. 都可以实现差错检测，但并不纠错

不同点：

4. 数据链路层设备（网桥，交换机）

如果想扩大局域网，可以使用物理层的集线器，将多个集线器合并成大的局域网，但是这样也有弊端，那就是扩大了冲突域。

数据链路层提供了两种设备扩大局域网1. 网桥 2. 交换机

网桥：

网桥根据MAC帧的目的地址对帧进行转发和过滤。

当网桥收到一个帧时，并不向所有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娜一个接口，或者是把它丢弃（即过滤）

网段：一般指一个计算机网络中使用同一物理层设备(传输介质，中继器，集线器等）能够直接通讯的那一部分。

网桥优点：

1. 网桥最明显的优点就是分割了冲突与，过滤通信量，增大吞吐量。
2. 扩大了物理层的传输设备。
3. 提高了网络可靠性。
4. 可互连不同物理层、不同MAC子层和不同速率的以太网。

网桥分为两种：

1. 透明网桥：“透明”指以太网上的站点并不知道所发送的帧将经过哪几个网桥，是一种即插即用设备（自学习算法构建转发表）

2. 源路由网桥：在发送帧时，把详细的最佳路由信息（路由最少/时间最短）放在帧的首部中。

   源站以广播方式向欲通信的目的站发送一个发现帧。（有多种方式到达目的站）
   到达目的站后，发现帧原路返回，这样发送方就可以对比那个路径是最优的

以太网交换机（多端口网桥）：

交换机原理和网桥类似，交换机每一个端口就是一个冲突域

交换机每个端口都可以独占传输媒体带宽。

交换机也有两种：

1. 直通式交换机：检测完帧目的地址后就立即转发。（6字节）

   特点：延迟低，可靠性低，无法支持具有不同速率的端口的交换。

2. 存储转发式交换机：将帧放入高速缓存，并检查否正确，正确则转发，错误则丢弃。

   特点：延迟大，可靠性高，可以支持具有不同速率的端口的交换。

冲突域：
在同一个冲突域中的每一个节点都能收到所有被发送的帧。
简单的说就是同一时间内只能有一台设备发送信息的范围。

广播域：
网络中能接收任一设备发出的广播帧的所有设备的集合。
简单的说如果站点发出一个广播信号，所有能接收到这个信号的设备范围称为一个广播域。