数据链路层：相邻两站怎么把货送对
物理层把比特运过去了，但它像个不看单子的搬运工——运丢、运错、撞车一概不负责。链路层给这条裸路装上单据、质检和红绿灯。传输单位从"比特"升级为"帧"。
一、链路层管什么
链路层的舞台是相邻两个节点之间（主机↔交换机、交换机↔路由器），四件事：
| 职责 | 解决什么 |
|---|---|
| 封装成帧 | 给比特流加上"头尾单据"，标出一段数据的边界 |
| 差错控制 | 信号在电线上免不了出错，要能发现（甚至纠正）错误 |
| 可靠传输 | 丢了/错了怎么办：确认 + 重传 |
| 介质访问控制 | 一条线路大家共用，谁先说？（撞车问题） |
二、封装成帧
前后加帧头、帧尾（含定界符），中间是载荷：
| 帧头（目的MAC/源MAC/类型） | 上层数据（载荷） | FCS 校验 |
- 最大传送单元 MTU：以太网载荷上限 1500 字节——网络层要是塞来更大的包，就得分片（IPv4 的伏笔，网络层回收）
- 透明传输：数据里恰好出现和定界符一样的字节怎么办？——转义（字节填充）/比特填充，让"正文里的定界符"骗不过帧解析
三、差错控制：CRC 循环冗余校验
最常用的检错码。思想：把数据当二进制大数，除以约定的生成多项式，把余数附在帧尾；收方用同样的多项式再除一次，余数不为 0 = 出错了。
数据：101001，生成多项式 P = 1101（3 次方 → 先补 3 个 0）
101001000 ÷ 1101 （模 2 除法：不借位不进位，就是异或）
101001000
⊕ 1101
= 011101000
⊕ 1101
= 001000000
⊕ 1101
= 0101100
⊕ 1101
= 0110... → 余数 R = 110
发送：101001 + 110 = 101001110
收方拿 101001110 ÷ 1101，余 0 → 认为没错
🤔 CRC 检错几乎百发百中，但只能发现、不能定位——发现错了就整帧丢弃，交给上层处理。检错和纠错是两件事。
四、可靠传输：三个经典协议（408 重点）
链路层不一定要可靠（以太网和光纤就很稳），但可靠传输的机制是重点，且传输层 TCP 会原样借用这套思想——现在学好，TCP 那章就是复习。
1. 停止-等待协议（Stop-and-Wait）
发一帧 → 停下等确认 → 收到 ACK 再发下一帧。超时没等到就重传。
- 优点：简单。缺点：信道利用率极低——发 1ms 等 9ms，路上 90% 时间在干等
- 超时重传后收方收到重复帧？靠编号识别丢弃（这就是"帧要编号"的根源）
2. 回退 N 帧（GBN，Go-Back-N）
流水线思想：一口气发 N 帧，不用每帧都等。
- 发送窗口 ≤ N：错了之后从出错那帧起，后面全部重发
- 收方窗口 = 1：只按序收，乱序的一律丢弃
发送 1,2,3,4,5 → 3 丢了 → 4、5 到了也没用（不按序）
→ 重发 3,4,5
3. 选择重传（SR，Selective Repeat）
- 收方窗口 > 1：乱序到的先缓存，出错只补缺的那一帧，最后按序上交
- 用"存着等缺件"换重发量——缓存换带宽
| 停止-等待 | 回退 N | 选择重传 | |
|---|---|---|---|
| 发送窗口 | 1 | ≤ 2ⁿ-1 | ≤ 2ⁿ⁻¹ |
| 收方窗口 | 1 | 1 | ≤ 2ⁿ⁻¹ |
| 重发量 | 最少（但效率低） | 大 | 精准 |
| 复杂度 | 低 | 中 | 高（要缓存） |
💡 窗口大小和编号空间有约束（如 GBN 发送窗口 ≤ 2ⁿ-1），防的是"新帧编号恰好撞上旧帧"的歧义——408 计算题常客。
五、介质访问控制：一条马路谁先走
总线式网络里多个节点共用一条线路，同时发 = 碰撞。两类解法：
- 信道划分：静态分（就是物理层的复用，FDM/TDM/CDMA）
- 随机访问：大家抢，抢出问题再补救——CSMA/CD 是主角
CSMA/CD：以太网的交通规则
先听后发、边听边发、碰撞停发、指数退避：
- 发之前先"听"（载波侦听）：线上有信号就等
- 一边发一边继续听：若检测到碰撞，立刻停发
- 碰撞后各自随机等一段时间再试（二进制指数退避：第 i 次碰撞，从 0~2ⁱ-1 里随机挑个等待数）
最小帧长 64 字节的账：碰撞信号传回来最快要 2τ（去一趟 + 回一趟）。要保证"发完之前能听到碰撞"，就必须满足：
数据率 × 2τ ≤ 帧长 → 帧太短，发完了碰撞才回来，等于没监听
64 字节 × (10Mb/s) 对应争用期 51.2μs —— 不满 64B 的帧按"碎帧"丢弃
🤔 WiFi 为什么不用 CSMA/CD？无线环境里自己"边发边听"基本听不到别人的信号（自己的发射功率盖住一切），碰撞检测失效——所以 WiFi 用 CSMA/CA（避免碰撞：预约 + 确认），不是检测而是尽量避免。
六、MAC 地址
- 48 位，全球唯一，烧在网卡里；前 3 字节厂商标识（OUI），后 3 字节厂内序号
- 写法：
a4:83:e7:xx:xx:xx - MAC 和 IP 的分工（先埋个伏笔）：MAC 像身份证号（出厂就定、终身不变、只在"本地小区"内有效）；IP 像现居地址（跟着位置变、全国可达）。寄快递既要地址（IP 找人）也要收件人身份（MAC 交付）——网络层 的 ARP 就是把两者对上的翻译官
七、以太网与 PPP
以太网帧（V2）结构：
| 目的MAC 6B | 源MAC 6B | 类型 2B | 数据 46~1500B | FCS 4B |
类型字段标注载荷是谁（0x0800=IPv4、0x0806=ARP）——分层交接的接口。
PPP 协议：点对点拨号链路用（如宽带连接），两端点对点不需要 MAC 寻址，带协议字段和校验，还能协商网络层参数。
八、设备进化：集线器 → 交换机 → 路由器
| 集线器 Hub | 交换机 Switch | 路由器 Router | |
|---|---|---|---|
| 工作层 | 物理层 | 链路层 | 网络层 |
| 转发方式 | 无脑广播 | 查 MAC 表精确转发 | 查路由表跨网络转发 |
| 冲突域 | 全体共用一个 | 每端口一个 | 每端口一个 |
| 广播域 | 一个 | 一个 | 每个接口隔开一个 |
交换机的聪明之处：收到帧后记下"源 MAC 来自哪个端口"（自学习），下次直接从对应端口发出——把集线器的"大声吼"变成了"点对点耳语"。
💡 VLAN 一句：一台交换机用软件切成几台"虚拟交换机"，广播只在小圈子里传——公司里财务部和开发部同网线不同广播域，就是这么切的。
九、盲点自测
- 帧定界和透明传输是什么关系？ ——定界符标出帧边界；数据里出现同款字节就用填充转义，保证"正文里的定界符"不被误认。
- CRC 能纠错吗？ ——不能，只检错；发现错误整帧丢弃，纠错交给上层或重传。
- GBN 和 SR 的核心区别？ ——收方窗口：GBN 只按序收（乱序丢），SR 缓存乱序帧只补缺；重发量 GBN 大、SR 精准。
- 为什么以太网最小帧 64 字节？ ——必须保证发完之前能听到最远端传回的碰撞信号（2τ 争用期），帧太短监听形同虚设。
- MAC 和 IP 分工？ ——MAC=身份证（本地交付、终身不变），IP=现居地址（全局路由、随位置变）；ARP 负责把 IP 翻译成 MAC。
- 交换机比集线器强在哪？ ——自学习建 MAC 表，按端口精确转发：冲突域从 1 个变每端口 1 个，带宽不再共享。
- 路由器和交换机隔的是什么？ ——交换机隔冲突域不隔广播域；路由器（网络层）隔广播域。
十、动手玩一把
# macOS / Linux：看网卡 MAC 与状态
ifconfig | grep -A1 en0 # ether 后面就是 MAC 地址
ip link # Linux 更现代的写法
# 看"IP→MAC 翻译官"的缓存（ARP，网络层的主角在这提前露脸）
arp -a
相邻两站送对了，但快递要跨几十个网络、几千公里——找路的大问题来了 → 04-网络层
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