六.链路层和局域网

6.1 链路层概述

6.1.1 链路层可能提供的服务

成帧、链路接入、可靠交付、差错检测和纠正

6.1.2 链路层在何处实现

下图是一个典型的主机体系结构，链路层的主体部分是在网络适配器实现的，部分链路层是在运行于主机CPU上的软件实现的。网络适配器有时也称为网络接口卡。位于网络适配器核心的是链路层控制器，该控制器通常是一个实现了许多链路层服务（成帧、链路接入、差错检测等）的专用芯片。因此，链路层控制器的许多功能是用硬件实现的。

链路层是硬件和软件的结合体，即此处是协议栈中软件与硬件交接的地方。

6.2 差错检测和纠正技术

奇偶校验
检验和方法
循环冗余检测

6.3 多路访问链路和协议

点对点链路：由链路一端的单个发送方和链路另一端的单个接收方组成。许多链路层协议都是为点对点链路设计的，如点对点协议（point - to - point protocol，PPP）、高级数据链路控制（high-level data link conltrol，HDLG）就是两种这样的协议。

广播链路：它能够让多个发送和接收节点都连接到相同的、单一的、共享的广播信道上。以太网和无线局域网是广播链路层技术的例子。

多路访问问题：如何协调多个发送和接收节点对一个共享广播信道的访问，这就是多路访问问题。

注意

广播信道通常位于局域网中，局域网是一个地理位置上集中在一座建筑物中的网络。如一个公司、一所大学。
多路访问链路应该就是广播链路

这些年来，在大量的链路层技术中已经实现了几十种多路访问协议。尽管如此，我们能够将任何多路访问协议划分为 3 种类型之一：信道划分协议，随机接入协议，轮流协议。

6.3.1 信道划分协议

6.3.2 随机接入协议

6.3.3 轮流协议

6.3.4 DOCSIS：用于电缆因特网接入的链路层协议

6.4 交换局域网

6.4.1 链路层寻址和ARP

1.MAC地址

每个主机和路由器的适配器（网络接口）都具有链路层地址，而链路层交换机并不具有链路层地址。这个链路层地址有许多称呼，一般将它称之为MAC地址。

MAC地址长度为6字节，这六个字节地址通常用十六进制表示法，地址的每个字节被表示为一对十六进制数。

注意

没有任何二块适配器具有相同地MAC地址。
发送适配器想要广播帧时，只需要在该帧的目的地址字段插入一个特殊的MAC广播地址，广播地址的十六进制表示法为FF-FF-FF-FF-FF-FF。

2.地址解析协议

因为存在网络层地址（例如，因特网的 IP 地址）和链路层地址（即 MAC 地址），所以需要在它们之间进行转换。对于因特网而言、这是地址解析协议的任务。

ARP协议：ARP协议是一个地址解析协议，它能够为同一个子网中上的主机和路由器接口解析IP地址。

ARP协议解析目的IP地址的步骤

如下图所示，每台主机或路由器在其内存中具有一个ARP表，这张表包含IP地址到MAC地址的映射关系。该ARP表也包含了一个寿命值，它指示了从表中删除每个映射的时间。

现在，发送主机需要获得给定 IP 地址的目的主机的 MAC 地址

第一步：如果发送方 ARP 表具有该目的节点的表项，则直接可以获取到

第二步：如果ARP表不存在此表项，发送方用 ARP 协议来解析这个地址。首先，发送方构造一个称为 ARP 分组的特殊分组。一个ARP 分组有几个字段，包括发送和接收 IP 地址及 MAC 地址。 ARP 查询分组和响应分组都具有相同的格式。ARP 查询分组的目的是询问子网上所有其他主机和路由器，以确定对应于要解析的 IP 地址的那个 MAC 地址。

第三步：适配器其在链路层帧中封装这个ARP分组，用广播地址作为帧的目的地址，并将该帧传输进子网中。

第四步：包含该ARP查询的帧能被子网上的所有其他适配器接收到，并且每个适配器都把该帧中的ARP分组向上传递给ARP模块。这些 ARP 模块中的每个都检查它的 IP 地址是否与 ARP 分组中的目的 IP 相匹配。与之相匹配的一个给查询主机发送回一个带有所希望映射的响应 ARP 分组。然后查询主机 222 222.222.220 能够更新它的 ARP 表，并发送它的 IP 数据报，该数据报封装在一个链路层帧中，并且该帧的目的 MAC 就是对先前 ARP 请求进行响应的主机或路由器 MAC 地址。