数据链路层与交换机基本原理
1、数据链路层的功能
- 数据链路的建立、维护与拆除
- 帧包装、帧传输、帧同步
- 帧的差错恢复
- 流量控制
2、以太网帧格式
2.1 以太网的发展史
- 1973年，Xerox公司的X-Wire，运行速率2.94Mb/s。
- 1979年，DEC-Intel-Xerox(DIX)的以太网，运行速率10Mb/s。
- 1983年，IEEE的802.3标准。
- 1991-1992年，快速以太网和千兆以太网，运行速率100/1000Mb/s。
2.2 以太网MAC地址
每块网卡生产出来后，除了具有基本的功能外，都有一个全球唯一的编号来标识自己，这个地址就是MAC地址，即网卡的物理地址。MAC地址用来识别一个以太网上的某个单独的设备或物理设备。
MAC地址由48位二进制数组成，通常分成六段，用十六进制表示，如08-00-5a-e3-93-6c。其中前24位是生产厂商向IEEE申请的厂商编号，后24位是网络借口卡序列号。
MAC地址的第8位为0时，表示该MAC地址为单播地址；为1时，表示该MAC地址为组播地址。一块物理网卡的地址一定是一个单播地址，也就是第8位一定为0，组播地址是一个逻辑地址，用来表示一组接收者，而不是一个接收者。
2.3 以太网帧格式
Ethernet II 帧格式，包含六个域：
- 前导码（Preamble）包含八字节。前七字节的值为0xAA，最后一个字节的值为0xAB。在DIX以太网中，前导码被认为是物理层封装的一部分，而不是数据链路层的封装。
- 目的地址（DA）包含六字节。DA标识了帧的目的站点的MAC地址。DA可以是单播地址（单个目的地）、组播地址（组目的地）或广播地址。
- 源地址（SA）包含六字节。SA标识了发送帧的站点的MAC地址。SA一定是单播地址（即第8位是0）。
- 类型域包含两字节，用来标识上层协议的类型，如0800H标识IP协议。
- 数据域包含46~1500字节。数据域封装了通过以太网传输的高层协议信息。高层协议要确保这个域至少包含46字节，如果实际数据不足46字节，则高层协议必须执行某些（未指定）填充算法。数据域长度的上限是任意的，但已经被设置为1500字节。
- 帧校验序列（FCS）包含四字节。FCS是从DA开始到数据域结束这部分的校验和。校验和的算法是32位的循环冗余校验法（CRC）。
3、交换机
3.1 交换机的工作原理
假设主机A要和主机B通信，交换机转发数据帧的过程如下：
（1）MAC地址的学习和记录
A主机发送数据帧（源MAC地址为00-00-00-11-11-11，目标MAC地址为00-00-00-22-22-22）到交换机的1号接口，交换机首先查询MAC地址表中1号接口对应的源MAC地址条目。如果查询不到，交换机就会将这个帧的源地址和1号口对应起来。
（2）广播未知数据帧
如果交换机在MAC地址表中没有找到数据帧目的地址，就会选用广播的方式，除了1号口之外的所有接口都将转发这个数据帧。于是网络中的各台主机都会收到这个数据帧，并判断MAC地址是否是自己的，是则响应，不是则丢弃数据。
（3）接收方回应信息
数据帧目的地址主机B会响应这个广播，并回应一个数据帧，交换机会将此帧的源MAC地址和接口编号（2号口）对应起来，添加到MAC地址表中。
（4）交换机实现单播通信
现在，主机A和主机B之间的通信不用再借助广播了，因为MAC地址表中已经有它们的条目，当主机A发送数据帧的目标地址为00-00-00-22-22-22时，交换机会发现这个地址对应的是2号接口，只向2号口转发数据帧。
交换机所学习到的条目并不会永远保存在MAC地址表中，默认的老化时间是300s。
3.2 交换机接口的双工模式
单工、半双工与全双工：
（1）单工
单工数据传输是指两个数据站之间只能沿单一方向传输数据。
例如，信息从麦克风传递到扬声器，而反方向传输是不可能实现的。
多模光纤一般采用单工的传输模式。通信设备之间通过两根光线连接，一根负责发送数据，另一根负责接收数据。一般来说，单工光线较双工光线传输距离更远，抗干扰能力更强。
（2）半双工
半双工数据传输使两个数据站之间可以实现双向数据传输，但不能同时进行。
例如，手持对讲机的两个人都可以讲话，单只能一个说一个听，不能同时进行。
半双工传输模式通信效率低，且有可能产生冲突。由于目前绝大多数网络都为交换网络，因此这种传输模式很少见。
（3）全双工
全双工数据传输是在两个数据站之间可双向且可同时进行数据传输的模式。
例如，打电话的双方可以同时发言，不必像对讲机那样等待对方停止发言，自己才能说话。
在交换网络中，通信双方大多采用全双工传输模式。一般来说，各厂商的设备接口默认的双工模式都为自适应，当实现物理连接后，接口自动协商为全双工。但如果一端为半双工、一端为全双工，就会导致双工不匹配，可能出现丢包的现象。
3.3 交换机的常用命令
用户视图模式<Huawei>切换至系统视图模式[Huawei] <Huawei>system-view <Huawei>sys 退回用户视图 ctrl+z [Huawei] quit 1、历史命令查询 [Huawei] display history-command 2、配置主机名 <Huawei> system-view [Huawei] sysname Router1 3、状态信息查询 <Huawei>display version ####查看VRP版本 <Huawei>display users ####查看用户终端信息 4、进入接口模式并查看信息 <Huawei>sys [Huawei]int e0/0/1 [Huawei-GigabitEthernet0/0/1]dis this ####查看当前视图下的配置信息 5、配置文件管理命令 [Huawei]display saved-configuration ###查看设备保存的信息 [Huawei]display current-configuration ###查看设备当前配置的信息 <SW1>save ###保存配置 <Huawei>reset saved-configuration ###擦除存储设备中的配置文件(初始化) <Huawei>compare configuration ###比较当前配置信息与存储设备中的保存文件是否一致 6、关闭华为的信息提示中心 [Huawei]undo info-center enable 或者 <Huawei>undo terminal monitor 7、永不超时 [Huawei]user-interface console 0 [Huawei-ui-console0]idle-timeout 0 0 8、配置双工及速率命令 <Huawei>sys [Huawei]int g0/0/1 [SW1-Ethernet0/0/1]undo negotiation auto ###关闭自动协商 [SW1-Ethernet0/0/1]speed 100 ###调至速率100M [SW1-Ethernet0/0/1]duplex full ###调至全双工模式， 解释：full：Full-Duplex（全双工模式） half：Half-Duplex（半双工模式） 9、保存配置 <Huawei>save 10、设置远程登录密码 [Huawei]user-interface vty 0 4 #0是初始值，4是结束值。表示可同时打开5个会话进入交换机去配置命令 [Huawei-ui-vty0-4]authentication-mode password [Huawei-ui-vty0-4]set authentication password simple 222 [Huawei-ui-vty0-4]user privilege level 3 [Huawei-ui-vty0-4]dis this
