数据链路层

链路: 从1个节点到相邻节点的一段物理线路（有线或无线）,中间没有其他交换节点。

例如下面这张图:

• 计算机0 - 路由器0 是一条链路。 使用CSMA/CD协议
• 路由器0 - 路由器1 是一条链路， 路由器1 - 路由器2 是一条链路。 使用 PPP 协议
• 路由器2 - 交换机0 是一条链路。 使用 以太网帧的格式 进行传递数据
• 交换机0 - 计算机1 是一条链路。 路由器到交换机 和 交换机到计算机之间虽然是不同的链路，但是传输的数据是一样的。

在一条数据链路传输数据时，需要有对应的通信协议来控制数据的传输，不同类型的数据链路，使用的通信协议可能是不同的，比如路由器和路由器之间使用的是 PPP 协议, 计算机0 到 路由器0 之间使用的是CSMA/CD协议

• 广播信道：CSMA/CD协议（比如同轴电缆、集线器等组成的网络）
• 点对点信道：PPP协议（比如2个路由器之间的信道）

数据链路层的3个问题: 封装成帧、透明传输、差错检验。不管是什么数据链路，只要在数据链路层，都会有这三个问题。

封装成帧

数据链路层将网络层传过来的IP数据包作为自己的数据部分，在数据部分前后增加帧的首部和帧的尾部。这样就封装成一个完整的帧。

帧的首部和帧的尾部有帧开始符和帧结束符，在 以太网帧V2的版本，使用曼彻斯特编码，不再需要帧开始符和结束符，只要发现没有信号跳变，就认为帧结束。

最大传输单元MTU（Maximum Transfer Unit）,每一种数据链路层协议都规定了所能够传送的帧的数据长度上限,以太网的MTU为1500个字节.也就是说IP数据包不能超过1500字节

透明传输

透明传输:不管传的是什么，所采用的设备只是起一个通道作用，把要传输的内容完好的传到对方。

在链路上传输数据时肯定是一连串的帧，怎么才能知道每个帧的具体长度呢，这个时候就要有帧开始符和帧结束符。SOH（Start Of Header）表示帧开始符,EOT （End Of Transmission） 表示帧结束符 但是在实际数据传递中，传输数据里很可能就包含帧开始符 和 帧结束符对应的字节，为了防止在这种情况不能识别，只要在数据中发现 帧开始符 和 帧结束符 就在其前面使用ESC进行填充。如下图: 网卡接收到数据之后，会对数据进行过滤，去掉填充的数据，还原成原来的数据，这个过程就是透明传输。

以太网帧V2的版本，如果使用曼彻斯特编码，只要发现没有信号跳变，就认为帧结束

差错检验

为什么要有差错检验？在信道传输的过程中，如果受到干扰很可能会造成失真，差错检验主要为确定数据是准确的。 差错检验的方法: 使用帧的数据部分和数据链路层首部计算出 FCS，网卡拿到数据之后，会再对数据进行计算，如果FCS一致，网卡会继续往上传，如果不一致，网卡会将这个数据丢弃。

CSMA/CD 协议

CSMA（英语：Carrier Sense Multiple Access）载波侦听多路访问/冲突检测是一种介质访问控制（MAC）的协议。

• 载波侦听（英语：Carrier Sense）指任何连接到介质的设备在欲发送帧前，必须对介质进行侦听，当确认其空闲时，才可以发送。
• 多路访问（英语：Multiple Access）指多个设备可以同时访问介质，一个设备发送的帧也可以被多个设备接收。
• 碰撞检测 比如多个设备同时发送信号，碰撞之后发生回弹，计算机要有能力检测信号是碰撞返回的数据还是正常的数据。

使用了CSMA/CD的网络可以称为是以太网（Ethernet），它传输的是以太网帧。以太网帧的格式有：Ethernet V2标准、IEEE的802.3标准, 使用最多的是：Ethernet V2标准。为了能够检测正在发送的帧是否产生了冲突，以太网的帧至少要64字节。 用交换机组建的网络，已经支持全双工通信，不需要再使用CSMA/CD，但它传输的帧依然是以太网帧，所以，用交换机组建的网络，依然可以叫做以太网。

以太网帧格式

Ethernet V2标准 的以太网帧使用曼彻斯特编码，只要发现没有信号跳变，就认为帧结束。帧的首部和尾部不再需要帧开始符和帧结束符。但是在物理层会插入8个字节，包含前同步码和帧开始界定符。

Ethernet V2标准下的以太网帧:

• 帧首部: 目标MAC + 源MAC + 网络类型(IPv4还是IPv6)
• 以太网帧: 首部 + 数据 + FCS
• 数据的长度至少是 64 - 6 - 6 - 2 - 4 = 46字节。IP数据包的大小为46 ~ 1500字节。

当数据部分的长度小于46字节时,数据链路层会在数据的后面加入一些字节填充。接收端接收到数据后会将添加的字节去掉。

总结: 以太网帧的数据长度是46~1500字节,以太网帧的长度是 64~1518字节（目标MAC +源MAC + 网络类型 + 数据 + FCS）。

PPP 协议

点对点协议（Point-to-Point Protocol,缩写PPP）工作在数据链路层。它通常用在两节点间创建直接的连接，意思是这条线路一定是从A到B，点对点数据链路不需要源MAC地址和目标MAC地址。并可以提供连接认证、传输加密以及压缩。被用在许多类型的物理网络中，包括串口线、电话线、中继链接、移动电话、特殊无线电链路以及光纤链路（如SONET）

在下面这张图中,两个路由器之间使用的就是点对点协议。数据在不同的链路中传输时，网络层的数据是不变的。根据不同的数据链路类型，帧的首部和尾部会发生变化。

PPP协议的格式:

• Address字段：图中的值是0xFF，形同虚设，点到点信道不需要源MAC、目标MAC地址
• Control字段：图中的值是0x03，目前没有什么作用
• Protocol字段：PPP协议内部用到的协议类型
• 帧开始符、帧结束符：0x7E

在 PPP协议中, 帧开始符和帧结束符是0X7E，如果数据中含有0x7E替换成0x7D5E,如果有0X7D替换成0X7D5D。

网卡

网卡工作在数据链层和物理层。当网卡接收到一个帧，首先会进行差错校验，如果校验通过则往上传，否则丢弃。

• Wireshark抓到的帧没有FCS ，因为它抓到的是差错校验通过的帧（帧尾的FCS会被硬件去掉）
• Wireshark抓不到差错校验失败的帧, 校验失败的帧已经被网卡丢弃了 也推荐观看CPU：网卡老哥，你到底怎么工作的？,写的挺不错的。