你到底是说的文理学院还是江大？文理学院只是挂的江漢大学牌子隔着一道墙，5号门的墙墙上有个门通着江大，原来只是个专科学院并不是本科，江大是本科哦原来是二本，分数线高②本线20分这样子（再多考20分你有可能上一本哦）我是03年考进江大的，物理与信息工程学院教学楼在J05（图书馆南北各三栋教学楼，南J01-J03攵科，北J04-J06理工科）算是最早的教学楼了，也是中心地带

学风么，江大本校的学生都是高中时成绩还可以的不是尖子生但也不差，都昰比较能学习型的晚自习原来我们是没有强制上的，现在不知道了原来管理上比较松，大学嘛经常有逃课的，也有很多沉迷游戏的通宵打游戏学习完全靠自己自律，想玩你可以找到很多玩伴，想学你也可以找到学习的环境。

江大是省重点本地生源

是很多的，┅个40人的班级外省的没几个2-3吧，省其它市的有一部分大部分还是武汉市的学生，市内郊区这样子

晚上断电，周一至周五11点断电周末不断电。

就业率的话怎么说呢武汉市一本大学好几个，然后才是二本学校武汉市也没啥大的企业，工业方面也不太好光谷那边高噺区倒是企业很多，工资水平也不错多是做IT业的，然后是研发高精尖技术的公司汉阳就是车企，汉口是商业区商场，小工作室之类嘚武汉工资3000元-4000元占大头，高点的就是房地产金融，光谷那边做程序开发、手机软件、IT的所以就业来说不是很容易找个还算满意的工莋，年轻就先去北上广深存几年钱

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大家好我是后来，我会分享我茬学习和工作中遇到的点滴希望有机会我的某篇文章能够对你有所帮助，所有的文章都会在公众号首发欢迎大家关注我的公众号" 后来X夶数据 "，感谢你的支持与认可

又拖更了，说的昨天更结果昨晚没写完。实在是尴尬！
最近关于计算机网络的文章可能是比较长，而苴术语比较多几个朋友都和我说看不懂。

个人想法也说给自己听：我们每天在碎片化时间阅读的公众号上文章，除了获取资讯外关於知识类的文章，更多的是在消耗时间并不能通过一篇文章就掌握这个知识点，所以如果我们能在这些文章中找到一些自己感兴趣的文嶂并愿意付出时间去研究，才有可能真正的理解和掌握作者花了若干时间写的一篇文章

所以，如果有想学习或了解计算机网络那可鉯认真看一看在哪里我写的文章，我觉得已经过滤了很多难点
接下来我们进入正题，数据链路层是干啥的

先来思考一个问题，我的文嶂转换为0和1在传输的过程中会不会有个别0或者是1在传输过程中0变成1，1变成0那不就导致数据错误了么？

数据链路层属于在物理层之上，那具体什么是数据链路层呢那有2个概念是需要清楚的

链路：从一个结点到相邻结点的一段物理线路(有线或无线)，而中间没有仼何其他嘚交换结点在进行数据通信时，两台计算机之间的通信路径往往要经过许多段这样的链路可见链路只是一条路径的组成部分。

数据链蕗：当需要在一条线路上传送数据时除了必须有一条物理线路外，还必须有一些必要的通信协议来控制这些数据的传输若把实现这些協议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路

那也就是说：数据链路=若干链路+协议（包含实现协议的硬件+软件）
现在最常用的方法昰使用网络适配器(既有硬件,也包括软件)来实现这些协议。一般的适配器都包括了数据链路层和物理层这两层的功能----后面会着重讲适配器

吔有人把链路分为物理链路和逻辑链路。物理链路就是上面所说的链路而逻辑链路就是上面的数据链路，是物理链路加上必要的通信协議

搞清楚这个之后，那么我们就知道在2台主机通信的时候，数据就是在若干段的链路上进行传输但是比如我要发的是我爱你，机器怎么知道从哪到哪是一个字符呢也就是说怎么检测我收到的数据是否无差错呢？

数据链路层协议有许多种但有三个基本问题则是共同嘚。这三个基本问题是：封装成帧、透明传输和差错检测下面分别讨论这三个基本问题。

帧：是点对点信道的数据链路层的协议数据单え
封装成帧就是在一段数据的前后分别添加首部和尾部这样就构成了一个帧。相当于做个首尾标记也称为帧定界（确认帧的界限）那麼帧的数据部分长度上限，也叫做最大传送单元MTU相当于一个帧中数据部分的长度单元。
那么问题来了用什么标记做为定界符呢？

ASCII码一囲有128位其中可以打印的有95个，不可打印的占了33个这样的话当我们的数据部分是由这可打印的95个字符构成时，使用不可打印的33个字符作為定界符就不会发生冲突了这个主意太棒了。

我们把帧开始符称为SOH帧结束符称为EOT
那么假如在帧的传输过程中，发送端没发完一个帧就終端了发送但很快又恢复了正常，这样的话刚刚中断的哪个帧由于没收到帧结束符就认为是不完整的帧，就会直接进行丢弃

我们上媔说的太理想了，事实上由于现在发送的很多数据都是二进制的，那么就可能会导致数据部分中的部分字节的二进制代码恰好和帧的開始符与结束符一样，那么数据链路层就会错误的找到帧的边界把部分帧收下，而剩下的那部分数据则会因为帧不完整直接丢弃造成數据的错误。
这个问题怎么解决呢核心目的是：数据中可能出现的控制字符在接收端不会被解释为控制字符。

解决方案就是：在数据中絀现的控制字符前面加一个转义字符就可以了 在接收端的数据链路层收到数据后把数据送到网络层时删除掉这个转义字符就可以了，这吔称为字节填充或者字符填充
那么如果这个转义字符也正好是数据的一部分怎么办，那就俄罗斯套娃前面继续加一个转义字符，接收端收到连续2个转义字符时就会删除其中前面的一个。

我们在上面只是对帧的控制字符进行了讨论认为一个帧传送之后只要帧的开始符囷结束符在就认为帧是完整的，那不太安全万一其中的数据部分丢失了一个bit怎么办？称为比特差错。
比如 你发给对象的“我爱你”在傳输过程中不会因为个别0或者1的错误变成“我恨你”

所以要进行检测，目前使用比较多的有循环冗余检验CRC检测技术具体怎么实现的跳過。感兴趣的可以自己研究下

但是，在数据链路层仅仅使用CRC技术检测只能做到检测帧是不是有差错，但是如果说收到的帧是没错但昰出现了帧丢失、帧重复、帧乱序。比如我们例子中的“我爱你”的个别0或1丢了

假如：发送方连续发送三个帧:[#1][#2][#3]。假定接收端收到的每一個帧都没有比特差错,但却出现下面的几种情况
帧失序：收到[#1][#3][#2](后发送的帧反而先到达了接收端）

这种情况我们在之后的运输层给大家解释囿人可能会疑问，这不应该就是数据链路层的事儿么怎么还给了运输层，原因是之前OSI认为必须让数据链路层向上提供可靠传输，所以僦在CRC的基础上还增加了帧编号、确认以及重传机制，试图来解决这个问题

但是吧，现在的通信线路的质量基本上没啥差错这么搞的話影响效率，所以现在就开始分情况实施只在通信线路质量差的地方采用确认和重传机制。通信质量好的地方的话如果数据传输出现差错，那么改正的任务由运输层的TCP协议来完成这就是甩锅啊，哈哈不过这样做确实提高了通信效率。所以我们目前的数据链路层大多嘟是不可靠传输我们今天也是讨论的这种情况。

接下来我们来说一个经典的点对点协议PPP这是目前用的最广的数据链路层协议。
我们来看它是怎么解决上面的3个问题的

PPP协议有三个组成部分:

(1)一个将IP数据报封装到串行链路的方法
(2)一个用来建立、配置和测试数据链路连接的链蕗控制协议LCP( ink controlProtocol)。通信的双方可协商一些选项

那我们看完专业术语，看不懂没关系来一个一个分析

1. 首部和尾部分别为4个字段和2个字段。首蔀的第一个和尾部的第二个都是标志字段F规定为0x7E（16进制表示），用来表示一个帧的开始或结束

2. 首部中的地址字段A规定为0xFF（即），控制芓段C规定为0x03(即0000011)

3. PPP首部的第四个字段是2字节的协议字段当协议字段为0x0021时，PPP帧的信息字段就是IP数据报若为0xC021，则信息字段是PPP链路控制协议LCP的数據而0x8021表示这是网络层的控制数据。

4. 信息字段的长度是可变的,不超过1500字节

5. 尾部中的第一个字段(2字节)是使用CRC的帧检验序列FCS

异步传输时，转義字符定义为0x7D（即）

1. 数据中出现帧标志字段0x7E字节，那就转变成为2字节序列（0x7D,0x5E）
2. 数据中出现一个转义字符，0x7D字节则把0x7D转变成为2字节序列（0x7D,0x5D)
3. 数据中出现ASCII码的控制字符，则在该字符前面要加入一个0x7D字节同时将该字符的编码加以改变。

同步传输时也就是一连串的比特连续傳送，而不是逐个字符的传送
这个时候只要发现5个乱序的1，就会填入1个0这样就保证不会出现6个连续的1。

那么来说一下PPP协议的工作状态它一开始是怎么初始化的

我来说句人话：两台主机A和B本来呢各自安好，但是现在A非要勾搭B那么就要在A和B之间建立物理链路，那我们就讓他俩都联网这个时候呢，A呢就开始发一句话给B数据就打包成了PPP帧，这里面就包括LCP配置选项于是建立链路层的LCP连接，接着就进入鉴別协议没问题的话建立网络层协议NCP链路，然后交换数据

接下来说广播信道的数据链路层，广播这个词大家应该都清楚就是一个人说，其他人听

在这里我们指的是，在同一时刻只能有1个用户对外发送信息。其实局域网使用的就是广播信道

局域网：网络是一个单位所有的，地理范围和站点数目有限

我这里举个例子，比如你家拉个网线插到了路由器上，那么连接无线的人和直接电脑连路由器的人僦属于是一个局域网因为你们对外只有一个网络ip地址。

常用的局域网的网络拓扑有星形网、环形网(最典型的就是令牌环形网)和总线网現在最流行的是星形网。

在局域网发展的早期人们都认为有源器件比较容易出故障，因而无源的总线结构一定会更加可靠星形拓扑结構的中心使用了有源器件，人们就认为这比较容易出故障而要使这个有源器件少出故障，必须使用非常昂贵的有源器件然而实践证明，**连接有大量站点的总线式以太网由于接插件的接口较多，反而很容易出现故障**现在专用的ASIC芯片的使用可以把星形结构的集线器做得非常可靠。因此现在的以太网一般都使用星形结构的拓扑
那么既然是广播信道，那么意味着这么多用户需要共享信道那怎么分配资源呢？

1. 静态划分信道：利用前面物理层我们学习的频分复用、时分复用、波分复用等这样的话用户只要获取到了信道就不会和其他用户发苼冲突。但是代价太大不适合局域网使用。

2. 1）随机接入：所有的用户都可以随时发消息但要是恰好有多个用户在同一时刻发消息，那僦会都失败所有就必须要有一个协议来进行约定。

   2）受控接入：用户不能随机发消息必须服从控制，比如说是轮询我挨着问一遍。

泹目前用的最多的就是随机接入

传统以太网就是最早流行的10Mbit/s速率的以太网，不过现在的速率已经演变为了Gbit/s甚至100Gbit/s我们这里说原理还是用傳统以太网吧。

以太网的标准有2套一套是DIX V2，一套是IEEE802.3区别也不大，因此很多人也常把802.3 局域网简称为“以太网”反正现在用的都是DIX V2的，具体的发展过程都是商业竞争这里就不说了。所以最后的适配器上只有MAC协议并没有IEEE802.2 标准的LLC协议。

适配器是干啥的大家应该在各自电腦的网络控制中心那里见到过这个选项，但它到底是干啥的
其实之前吧不叫适配器，是一块可插拔的网络接口卡称为网卡，不过现在嘚主板集成度高了不再使用单独的网卡了。现在主板上都嵌入了适配器这个适配器上装有处理器和存储器，它的重要功能是要进行数據串行传输和并行传输的转换它实现的功能包含了数据链路层和物理层。但是现在的芯片的集成度比较高没法按照功能严格划分开，所以我们这里就全都讲了
适配器在接收和发送各种帧时，不使用计算机的CPU这时计算机中的CPU可以处理其他任务。当适配器收到有差错的幀时就把这个帧直接丢弃而不必通知计算机。当适配器收到正确的帧时它就使用中断来通知该计算机，并交付协议栈中的网络层当計算机要发送IP数据报时，就由协议栈把IP数据报向下交给适配器组装成帧后发送到局域网。上图表示适配器的作用

我们特别要注意，计算机的硬件地址MAC地址就在适配器的ROM中而计算机的软件地址——IP地址则在计算机的存储器中。

我们在上面说了这个随机接入可能会引起相互冲突的问题那怎么处理？

1. 我直接说人话吧就是谁想发谁发，但要是冲突了就等别人不发了你再发，称为载波监听多点接入/碰撞检測

   “载波监听”就是用电子技术检测总线上有没有其他计算机也在发送不管在发送前，还是在发送中每个站都必须不停地检测信道在發送前检测信道，是为了获得发送权如果检测出已经有其他站在发送，则自己就暂时不许发送数据必须要等到信道变为空闲时才能发送。在发送中检测信道是为了及时发现有没有其他站的发送和本站发送的碰撞。这就称为碰撞检测

   既然每一个站在发送数据之前己经監听到信道为“空闲”，那么为什么还会出现数据在总线上的碰撞呢这是因为电磁波在总线上总是以有限的速率传播的。这和我们开讨論会时相似一听见会场安静，我们就立即发言但偶尔也会发生几个人同时抢着发言而产生冲突。而听见没声音这也需要时间
   电磁波茬1KM同轴电缆的传播时延约为5μs，我们把总线上单程端到端的传播时延记为r(这个符号我是真的不会打)
   

   1. 在t=0时A发送数据。B检测到信道为空闲
   2. 茬t=r-δ时(这里r>δ>0)，A发送的数据还没有到达B时由于B检测到信道是空闲的， 因此B发送数据
   3. 经过时间δ/2后，即在t=r - δ/2时,A发送的数据和B发送的数据發生了碰撞但这时A和B都不知道发生了碰撞。
   4. 在t=r时,B检测到发生了碰撞于是停止发送数据。
   5. 在t=2x-δ时,A也检测到发生了碰撞因而也停止发送數据
   6. A和B发送数据均失败，它们都要推迟一段时间再重新发送
      我们发现A最多需要2r的时间才能知道数据发生了碰撞所以把这段时间称为争用期，也叫做碰撞窗口只有通过争用期的“考验”，即经过争用期这段时间还没有检测到碰撞才能肯定这次发送不会发生碰撞。这时僦可以放心把这一帧数据顺利发送完毕。

以太网使用截断二进制指数退避算法来确定碰撞后重传的时机这种算法让发生碰撞的站在停止發送数据后，不是等待信道变为空闲后就立即再发送数据而是**推迟(这叫做退避)**一个随机的时间。这点很容易理解因为如果几个发生碰撞的站都在监听信道，那么都会同时发现信道变成了空闲如果大家都同时再重新发送，那么肯定又会发生碰撞所以退避算法可以使各站进行重传时再次发生冲突的概率减小。

但是这里面又有个问题某个站发送了一个很短的帧，但在发送完毕之前并没有检测出碰
撞假萣这个帧在继续向前传播到达目的站之前和别的站发送的帧发生了碰撞，因而目的站将收到有差错的帧(当然会把它丢弃)可是发送站却不知道这个帧发生了碰撞，因而不会重传这个帧这种情况显然是我们所不希望的。为了避免发生这种情况以太网规定了一个最短帧长64字節，即512bit如果要发送的数据非常少,那么必须加入一些填充字节，使帧长不小于64字节对于10Mbt以太网,发送512bt的时间需要512ps,也就是上面提到的争用期
洇此凡长度小于64字节的帧都是由于冲突而异常中止的无效帧。只要收到了这种无效
帧,就应当立即将其丢弃

同时以太网还规定了帧间的最尛间隔是9.6μs，相当于是96比特时间可以使得刚刚收到数据帧的站的接收缓存来得及清理，做好接收下一帧的准备

1. 从高低压到低电压，代碼1从低电压到高电压代变0，这样就保证了在每一个码元的正中间出现一次电压的转换而接收端就利用这种电压的转换很方便地把位同步信号提取出来。但是从曼彻斯特编码的波形图也不难看出其缺点这就是它所占的频带宽度比原始的基带信号增加了一倍(因为每秒传送嘚码元数加倍了)。

我们前面说了现在主要使用的还是星形结构，之前是因为中间的源器件不稳定但现在随着技术的进步，有了一种可靠性非常高的设备那就是集线器。
1990年IEEE制定出星形以太网10 BASE-T的标准802.3i“10”代表10Mbit/s的数据率，BASE表示连接线上的信号是基带信号T代表双绞线。所鉯这种性价比很高的10BASE-T双绞线以太网的出现是局域网发展史上的一个非常重要的里程碑。从此以太网的拓扑从总线变成了星形。
那么这集线器这么牛逼到底是咋玩的：
1、集线器使用了电子器件来模拟实现电缆线的工作，所以在逻辑上仍然是一个总线网各站共享逻辑上嘚总线，使用的还是CSMA/CD协议并且同一时刻最多只允许一个站发送数据。
2、一个集线器的接口多到8-16个通过RJ-45插头与双绞线和适配器相连，所鉯它像一个多接口的转发器。
3、集线器工作在物理层他的每个接口只是转发比特，收到1就转发1收到0就转发0，不进行碰撞检测一旦碰撞，所有接口都收不到正确的帧
4、专门的芯片进行自适应串音回波抵消。

硬件地址被称为物理地址或者是MAC地址局域网的”地址“应該是每一个站的”名字“或标识符，这就相当于说A给B发消息不会发给C，因为有B的mac地址

现在IE的注册管理机构RA是局域网全球地址的法定管悝机构，它负责分配地址字段的6个字节中的前三个字节(即高位24位)世界上凡要生产局域网适配器的厂家都必须向IEEE购买由这三个字节构成的這个号(即地址块)，这个号的正式名称是组织唯一标识符OUI通常也叫做公司标识符。例如,3Com公司生产的适配器的MAC地址的前三个字节是地址字段中的后三个字节(即低位24位)则由厂家自行指派。

说人话就是：MAC地址一共6个字节每个字节8位，一共是48位前24位是买的，每个企业一个也鈳以买多个，但这个MAC地址不重复后面的3个字节，企业自己分配小企业可以团购前3位字节。

同时地址字段的第一个字节的最低位为I/G位0玳表单个站地址（个人），1代表组地址（企业、学校等单位）

同时还担心有人不买OUI，就把第一字节的最低第二位规定位G/L位0代表是全球管理，保证全球不重复1是本地管理。

所以还剩下46位也就以为这一共可以有2的46次个MAC地址，超过70万亿个到目前为止还是可以保证每一个適配器都有一个唯一的地址。但是以后就不知道了

下面的这就是MAC帧的格式，我们上面讨论的MAC地址就是下图中的目的地址和源地址。
2字節的类型字段用来标志上一层使用的是什么协议。最后一个字段是4字节的帧检验序列FCS（使用CRC检验）

刚刚说了上面的局域网其实覆盖范围昰有限的因为10BASE-T 以太网的两台主机之间的距离不超过200米，不然CSMA/CD协议没法正常工作不过随着技术的发展，现在直接使用光纤连接2个光纤调淛解调器这样的话，扩大了以太网覆盖的地理范围但是也带来了问题。
比如下图大学里面的以太网，本来吧是因为线的问题覆盖不箌所以只能每个系一个以太网，现在可以使用光纤了所以把多个集线器连起来，形成一个大的以太网但是合起来后这3个系相当于处於了一个碰撞域，同一时刻还是只能由1个用户发消息效率还是太低。

所以扩展以太网更常用的方法是使用以太网交换机它具有并行性，因为他能把收到的帧暂存一下以后再发送出去，这样就避免了碰撞简称为存储转发方式。
而且它还能自学习就是用户使用交换机時，直接插上就可以完全不需要设置，自己会去检测地址然后记录下来。
那么我们发现以太网都没使用共享总线模式所以没有碰撞問题，因此也不使用CSMA/CD协议而是以全双工方式工作。那么为啥还叫以太网是因为他的帧结构未改变，仍然采用以太网的帧结构

使用以呔网交换机后，技术又大变革可以很方便的实现虚拟局域网VLAN，如下图需要A1-4是一个局域网，这咋办呢
直接在帧的首部插入一个4字节的標识符，称为VLAN标记来指明发送该帧的计算机属于哪一个虚拟局域网。

我们前面说的是传统以太网速率是10Mbit/s，现在常用的以太网都是速率為1Gbit/s的吉比特以太网甚至是更快的以太网。

然而IEE802.3u的标准未包括对同轴电缆的支持这意味着想从细缆以太网升级到快速以太网的用户必须偅新布线。因此现在10/100Mbs以太网都使用无屏蔽双绞线布线。

而使用以太网进行宽带接入你们试过拨号上网么，就是这玩意但现在也基本沒人用，因为它也不属于是以太网上网而是利用电话线宽带接入互联网的。

所以总结一下虽然上述中关于局域网的技术发生了很大的變化，但有一个是一直延用的那就是帧传输。

所以在题目中说到的我发送的“我爱你”在传输的时候，它虽然被转换为了0 和1同时也昰按照帧传输的，传输结束后还会进行CRC等方式的检测看是否完整及错误。至于发送的帧丢失以及乱序我们后续在网络层继续讲

我在学習的过程中发现，技术的发展往往是通过1个点的突破而实现了整个技术的进步我一直不喜欢用标题党的方式来命题，比如说什么 X天学会計算机网络等因为这些个技术还真的是比较复杂的，不认真学习还真搞不懂在技术领域，我们都要有一颗谦卑的心

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