「网工小白必备」全网最详细的网络基础知识之数据链路层

02/06 14:39
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数据链路层

1.1. 以太网

Ethernet,当今主导地位的局域网组网技术

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1.2. 以太网的发展

20世纪70年代,由Xerox公司联合Intel和DEC公司开发出以太网

1973年,传输速率3Mb/s(实验室)

1980年,传输速率10Mb/s

1990年,出现双绞线介质的以太网

1992年,传输速率100Mb/s

1998年,传输速率1000Mb/s

2010年,传输速率10Mb/s

2013年,400G的以太网标准工作正式启动!

1.3. 以太网的分类

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1.4. 数据链路层的分层设计

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数据链路层有两个标准

Etnernet II,目前主要使用这个标准

IEEE 802.3,是2代的前生,STP就封装在该标准下

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在数据链路层有两个子层

LLC

Logical Link Control,逻辑链路控制

负责识别网络层的协议类型,接收上层数据包封装成帧后,向下传递

MAC

Media Access Control,介质访问控制

负责控制与连接物理层的物理介质

处理硬件设备的物理寻址、定义网络拓扑及数据帧的传递顺序

1.5. 以太网的帧结构

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DMAC(Destination MAC)是目的MAC地址。DMAC字段长度为6个字节,标识帧的接收者。

SMAC(Source MAC)是源MAC地址。SMAC字段长度为6个字节,标识帧的发送者。

类型字段(Type)用于标识数据字段中包含的高层协议,该字段长度为2个字节。类型字段取值为0x0800的帧代表IP协议帧;类型字段取值为0806的帧代表ARP协议帧。

数据字段(Data)是网络层数据,最小长度必须为46字节以保证帧长至少为64字节,数据字段的最大长度为1500字节。

循环冗余校验字段(FCS)提供了一种错误检测机制。该字段长度为4个字节

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1.6. 以太网的MAC地址

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MAC地址由两部分组成,分别是供应商代码序列号。其中前24位代表该供应商代码,由IEEE管理和分配。剩下的24位序列号由厂商自己分配

如同每一个人都有一个名字一样,每一台网络设备都用物理地址来标识自己,这个地址就是MAC地址。网络设备的MAC地址是全球唯一的。MAC地址长度为48比特,通常用十六进制表示。

1.7. 数据帧的发送和接收

局域网上的帧可以通过三种方式

1.7.1. 单播

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第一种是单播,指从单一的源端发送到单一的目的端。每个主机接口由一个MAC地址唯一标识,MAC地址的OUI中,第一字节第8个比特表示地址类型。对于主机MAC地址,这个比特固定为0,表示目的MAC地址为此MAC地址的帧都是发送到某个唯一的目的端

冲突域中,所有主机都能收到源主机发送的单播帧,但是其他主机发现目的地址与本地MAC地址不一致后会丢弃收到的帧,只有真正的目的主机才会接收并处理收到的帧

1.7.2. 广播

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第二种发送方式是广播,表示帧从单一的源发送到共享以太网上的所有主机。广播帧的目的MAC地址为十六进制的FF:FF:FF:FF:FF:FF所有收到该广播帧的主机都要接收并处理这个帧

但是广播方式会产生大量流量,导致带宽利用率降低,进而影响整个网络的性能

当需要网络中的所有主机都能接收到相同的信息并进行处理的情况下,通常会使用广播方式

1.7.3. 组播

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第三种发送方式为组播组播比广播更加高效。组播转发可以理解为选择性的广播,主机侦听特定组播地址,接收并处理目的MAC地址为该组播MAC地址的帧

组播MAC地址和单播MAC地址是通过第一字节中的第8个比特区分的。组播MAC地址的第8个比特为1,而单播MAC地址的第8个比特为0

当需要网络上的一组主机(而不是全部主机)接收相同信息,并且其他主机不受影响的情况下,通常会使用组播方式

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