数据链路层的基本概念
结点：主机、路由器
链路：网络中两个结点之间的物理通道，链路的传输介质主要有双绞线、光纤和微波。分为有线链路、无线链路。
数据链路：网络中两个结点之间的逻辑通道，把实现控制数据传输协议的硬件和软件加到链路上就构成数据链路。
帧：链路层的协议数据单元，封装网络层数据报。
数据链路层负责通过一条链路从一个结点向另一个物理链路直接相连的相邻结点传送数据报。
（把网络层交付给它的数据报安全、无差错地传给相邻结点）
数据链路层的功能概述
数据链路层在物理层提供服务的基础上向网络层提供服务，其最基本的服务是将源自网络层来的数据可靠地传输到相邻结点的目标网络层。其主要作用是加强物理层传输原始比特流的功能，将物理层提供的可能出错的物理连接改造成为逻辑上无差错的数据链路，使之对网络层标表现为一条无差错的链路。
功能一：为网络层提供服务。无确认无连接服务，有确认无连接服务，有确认面向连接服务。
功能二：链路管理，即连接的建立、维持、释放（用于面对连接的服务）。
功能三：组帧。
功能四：流量控制（限制发送方）。
功能五：差错控制（帧错/位错）。
封装成帧
封装成帧就是在一段数据的前后部分添加首部和尾部，这样就构成了一个帧。接收端在收到物理层上交的比特流后，就能根据首部和尾部的标记，从收到的比特流中识别帧的开始和结束。
首部和尾部包含许多的控制信息，她们的一个重要作用：帧定界（确定帧的界限）
帧同步：接收方应当能从接收到的二进制比特流中区分出帧的起始和终止。
组帧的四种方式：1、字符计数法 2、字符（节）填充法 3、零比特填充法 4、违规编码法
1、字符计数法
帧首部使用一个计数字段（第一个字节，八位）来标明帧内字符数。
目的结点的数据链路层收到字节计数值时，就知道后面跟随的字节数，从而确定帧结束位置。
问题：如果计数字段出错，即失去了帧边界划分的依据。
2、字符填充的首尾定界符法
用特定字符来定界一帧的开始与结束。
控制字符EOH（Start of header）放在帧的最前面，表示帧的首部开始，控制字符EOT（End of transmission）表示帧的结束。为了使信息位中出现的特殊字符不被误判为帧的首尾定界符，可在特殊字符前面填充一个转义字符（ESC）来加以区分，以实现数据的透明传输。
3、零比特填充的首尾标志法
零比特填充法使用一个特定的比特模式，即01111110来标志一帧的开始和结束。
为了不使信息位出现的比特流01111110被误判为帧的首尾标志，发送方的数据链路层在信息位中遇到5个连续的”1“时，将自动在其后插入一个”0“；
而接收方做该过程的逆操作，即每收到5个连续的”1“时，自动删除后面紧跟的”0“，以恢复原信息。
4、违规编码法
在物理层进行比特编码时，通常采用违规编码法。
曼彻斯特编码将数据比特”1“编码成”高-低“电平对，将数据比特”0“编码成”低-高“电平对，而”高-高“电平对和”低-低“电平对在数据比特中是违规的。可以借用这些违规编码序列来定界帧的起始和终止。
目前普遍使用的帧同步法是比特填充和违规编码法。
透明传输
透明传输是指不管所传数据是什么样的比特组合，都应当能够在链路上传送。
差错控制
传输中的差错都是噪声引起的。
全局性：由于线路本身电气特性所产生的随机噪声（热噪声），是信道固有的，随机存在的。
解决方法：提高信噪比来减少或避免干扰。
局部性：外界特定的短暂原因所造成的冲击噪声，是产生差错的主要原因。
解决方法：通常利用编码技术来解决。
位错：比特位出错，1变成0，0变成1
帧错：丢失、重复、失序
为什么要在数据链路层进行差错控制？
因为错误可以尽早发现，不会让一个错误的数据报发送了很长时间到达目的地之后才被发现，从而导致网络资源的浪费。
检错编码
检错编码都采用冗余编码技术，其核心思想是在有效数据（信息位）被发送前，
奇偶校验码
奇偶校验码是奇校验码和偶校验码的统称，是一种最基本的校验码。
它由n-1位信息元和1位校验码组成。
如果是奇校验码，那么在附加一个校验元后，码长位n的码字中”1“的个数为奇数。
如果是偶校验码，那么在附加一个校验元后，码长位n的码字中”1“的个数为偶数。
它只能检测奇数位的出错情况，但并不知道哪些位错了，也不能发现偶数位的出错情况。
CRC循环冗余码
给定 m bit的帧或报文，发送器生成一个 r bit的序列，成为帧检验序列（FCS）。这样所形成的帧由 m + r 比特组成。发送方和接收方事先商定一个多项式 G(x)，使这个带检验码的帧刚好能被预先确定的多项式 G(x) 整除。接收方用相同的多项式取除收到的帧，如果无余数，那么认为无差错。
假设一个帧有 m 位，其对应的多项式为 M(x)，则计算冗余码的步骤如下：
1）加 0。假设 G(x) 的阶数为 r（多项式 r+1 位，阶为 r），在帧的低位端加上 r 个0。
2）模 2 除。利用模 2 除法（异或操作），用 G(x) 对应的数据串去除 1）中计算出的数据串，得到的余数即为冗余码（共 r 位）。
纠错编码
海明码
发现双比特错，纠正单比特错。
以数据码 101101为例
1）确定校验码位数 r
海明不等式：
r 为冗余信息位，k 为信息位。
数据的位数 k = 6，满足不等式的最小 r 为 4。
也就是 D = 101101 的海明码应该有 6 + 4 = 10 位，
其中原数据 6 位，校验码 4 位。
2）确定校验码和数据的位置
假设这 4 位校验码分别为 P1，P2，P3，P4（放在2的几次方的位置）；数据从左到右为 D1，D2，……，D6（按序把空填满）。
3）求出校验码的值
P1⊕D1⊕D2⊕D4⊕D5 = 0 => P1 =0
P2⊕D1⊕D3⊕D4⊕D6 = 0 => P2 = 0
P3⊕D2⊕D3⊕D4 = 0 => P3 = 0
P4⊕D5⊕D6 = 0 => P4 = 1
故101101的海明码为 0010011101
4）检错并纠错
假设第五位出错，因此接收到的数据位是 0010111101。
令所有要校验的位异或运算。
P1⊕D1⊕D2⊕D4⊕D5 = 1
P2⊕D1⊕D3⊕D4⊕D6 = 0
P3⊕D2⊕D3⊕D4 = 1
P4⊕D5⊕D6 = 0
从P4往P1写：
二进制序列位0101，恰好对应十进制5，这样就找到了出错的位置，即出错位是第5位。
流量控制
较高的发送速度和较低的接收能力的不匹配，会造成传输出错，因此需要流量控制。
数据链路层的流量控制是点对点的，而传输层的流量控制是端到端的。
数据链路层流量控制手段：接收方收不下就不回复确认。
传输层流量控制手段：接收方给发送方一个窗口公告。
流量控制的方法：
- 停止等待协议：发送窗口大小 = 1，接收窗口大小 = 1
- 后退 N 帧协议（GBN）：发送窗口大小 > 1，接收窗口大小 = 1
- 选择重传协议（SR）：发送窗口大小 > 1，接收窗口大小 > 1
为什么要有停等协议？
因为在链路上出了比特出差错外，底层的信道还会出现丢包问题。
丢包：物理线路故障，设备故障，病毒攻击，路由信息错误等原因，会导致数据包的丢失。
这里的数据包就是一个数据，在不同层次有不同的名字；在链路层是帧，在网络层是数据报/分组，在传输层是报文段。
无差错接收与可靠传输的区别
无差错接收是指–凡是接收的帧（不包括丢弃的帧），我们都能以非常接近于1的概率认为这些帧在传输过程中没有产生差错–。也就是说：凡是接收端数据链路层接受的帧都没有传输差错（有差错的帧就丢弃而不接受）。
要做到可靠传输（即发送什么就收到什么）就必须加上确认和重传机制。
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停止-等待协议
每发送完一个帧就停止发送，等待对方的确认，在收到确认后再发送下一个帧。
每次只允许发送一帧，然后就陷入等待接收方确认信息的过程中，因而传输效率很低。
1）无差错情况
2.1）数据帧丢失或检测到帧出错
2.2）ACK丢失
2.3）ACK迟到
停等协议发送方每发送一个帧就处于等待状态，等到接收方回复一个确认帧，发送方才会发送新的帧。因此大部分时间都是在等待，真正发送数据的时间很少，极大地浪费了资源。
为了解决这个问题，可以采用流水线技术，一次发送多个帧，但同时在其他方面需要改进：
必须增加序号范围；发送方需要缓存多个分组，为帧丢失重传备用。
针对这种解决方案，就推出了GBN和SR。
后退N帧协议（GBN）
发送窗口：发送方维持一组连续的允许发送的帧的序号。
接收窗口：接收方维持一组连续的允许接收帧的序号。
发送方必须响应的三件事
1、上层的调用
上层要发送数据时，发送方先检查发送窗口是否已满，如果未满，则产生一个帧并将其发送；如果窗口已满，发送方只需将数据返回给上层，暗示上层窗口已满。上层等一会再发送。
2、收到了一个ACK
GBN协议中，对n号帧的确认采用累积确认的方式，标明接收方已经收到n号帧和它之前的全部帧。
3、超时事件
如果出现超时，发送方重传所有已发送但未被确认的帧。
接收方要做的事
如果正确收到n号帧，并且按序，那么接收方为n帧发送一个ACK，并将该帧中的数据部分交付给上层。
其余情况都丢弃帧，并为最近按序接收的帧重新发送ACK。接收方无需缓存任何失序帧，只需要维护一个信息：expectedseqnum（下一个按序接收的帧序号）。
滑动窗口长度
若采用n个比特对帧编号，那么发送窗口的尺寸Wt应满足：
因为发送窗口尺寸过大，就会使得接收方无法区分新帧和旧帧。
选择重传协议（SR）
发送方必须响应的三件事
1、上层的调用
从上层收到数据后，SR发送方检查下一个可用于该帧的序号，如果序号位于发送窗口内，则发送数据帧；否则就像GBN一样，要么将数据缓存，要么返回给上层之后再传输。
2、收到了一个ACK
如果收到ACK，假如该帧序号在窗口内，则SR发送方将那个被确认的帧标记为已接收。如果该帧序号是窗口的下界（最左边第一个窗口对应的序号），则窗口向前移动到具有最小序号的未确认帧处。如果窗口移动了并且有序号在窗口内的未发送帧，则发送这些帧。
3、超时事件
每个帧都有自己的定时器，一个超时事件发生后只重传一个帧。
发送方必须响应的三件事
SR接收方将确认一个正确接收的帧而不管其是否按序。失序的帧将被缓存，并返回给发送方一个该帧的确认帧【收谁确认谁】，直到所有帧（即序号更小的帧）皆被收到为止，这时才可以将一批帧按序交付给上层，然后向前移动滑动窗口。
滑动窗口长度
发送窗口最好等于接收窗口。（大了会溢出，小了没意义）
imp.
1、对数据帧逐一确认，收一个确认一个
2、只重传出错帧
3、接收方有缓存
介质访问控制
采取一定的措施，使得两对节点之间的通信不会发生互相干扰的情况。
- 静态划分信道 ----- 信道划分介质访问控制
- 频分多路复用
- 时分多路复用
- 波分多路复用
- 码分多路复用
- 动态分配信道
- 轮询访问介质访问控制：令牌传递协议
- 随机访问介质访问控制
- ALOHA协议
- CSMA协议
- CSMA/CD协议
- CSMA/CA协议
信道划分介质访问控制
将使用介质的每个设备与来自同一信道上的其他设备的通信隔离开，把时域和频域合理地分配给网络上的设备。
信道划分的实质就是通过分时、分频、分码等方法把原来的一条广播信道，逻辑上分为几条用于两个结点之间通信的互不干扰的子信道，实际上就是把广播信道转变为点对点信道。
多路复用技术：把多个信号组合在一条物理信道上进行传输，使得多个计算机或终端设备共享信道资源，提高信道利用率。
采用多路复用技术可以把多个输入通道的信息整合到一个复用通道中，在接收端把收到的信息分离出来并传送到对应的输出通道。
频分多路复用FDM
用户在分配到一定的频带后，在通信过程中自始至终都占用这个频带。频分复用的所有用户在同样的时间占用不同带宽（频率带宽）资源。
时分多路复用TDM
将时间划分为一段段等长的时分复用帧（TDM帧）。每一个时分复用的用户在每一个TDM帧中占用固定序号的时隙，所有用户轮流占用信道。
波分多路复用WDM
利用光的频分多路复用，在一根光纤中传输多种不同波长的光信号，由于波长（频率）不同，所以各路光信号互不干扰，最后再用波长分解复用器将各路波长分解出来。
码分多路复用CDM
码分多址（CDMA）[Code Division Multiple Access] 是码分复用的一种方式。
1个比特分为多个码片/芯片（chip），每个站点被指定一个唯一的 m 位的芯片序列。
发送1时站点发送芯片序列，发送0时发送芯片序列反码（通常把0写成1）。
如何不打架：多个站点同时发送数据的时候，要求各个站点的芯片序列相互正交。
如何合并：各路数据在信道中被线性相加。
如何分离：合并的数据和源站规格化内积。
随机访问介质访问控制
所有用户能根据自己的意愿随机地发送信息，占用信道全部速率。
ALOHA协议
1、纯ALOHA协议
协议思想：当网络中的任何一个站点需要发送数据时，可以不监听信道，不按时间槽发送，随机重发。想发就发。
如果在一段时间内未收到确认，那么该站点就认为传输过程中发生了冲突。
发送站点需要随机等待一段时间后再发送数据，直至发送成功。
2、时隙ALOHA协议
协议思想：把时间分成若干个相同的时间片，所有用户在时间片开始时刻同步接入网络信道，若发生冲突，则必须等到下一个时间片开始时刻再发送。控制想发就发的随意性。
CSMA协议
载波监听多路访问协议CSMA（carrier sense multiple access）
CS：载波监听，每个站在发送数据之前要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据。
MA：多点接入，表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。
协议思想：发送帧之前，监听信道。
1、1-坚持CSMA
坚持指的是对于监听信道 忙之后的坚持。
思想：如果一个主机要发送信息，那么它先监听信道。
空闲则直接传输，不必等待。
忙则一直监听，直到空闲马上传输。
如果有冲突，则等待一个随机长的时间再监听，重复上述过程。
优点：只要媒体空闲，站点就马上发送，避免了媒体利用率的损失。
缺点：假如有两个或两个以上的站点有数据要发送，冲突就不可避免。
2、非坚持CSMA
非坚持指的是对于监听信道 忙之后就不继续监听。
思想：如果一个主机要发送信息，那么它先监听信道。
空闲则直接传输，不必等待。
忙则等待一个随机的时间之后再监听
优点：采用随机的重发延迟时间可以减少冲突发生的可能性。
缺点：可能存在大家都在延迟等待过程中，使得媒体仍可能处于空闲状态，媒体使用率低。
3、p-坚持CSMA
p-坚持指的是对于监听信道空闲的处理。
p-坚持CSMA思想：如果一个主机要发送消息，那么它先监听信道。
空闲则以p概率直接传输，不必等待；概率1-p等待到下一个时间槽再传输。
忙则等待一个随机的时间之后再进行监听。
优点：既能像非坚持算法那样减少冲突，又能像1-坚持算法那样减少媒体空闲时间。
缺点：发生冲突后还是要坚持把数据帧发送完，造成了浪费。
CSMA/CD协议
载波监听多路访问/碰撞检测 CSMA/CD（carrier sense multiple access with collision detection）
CS：载波监听，每个站在发送数据之前以及发送数据时要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据。
MA：多点接入，表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。 总线型网络。
CD：碰撞检测（冲突检测）：“边发送边监听”，适配器边发送数据边检测信道上信号电压的变化情况，以便判断自己在发送数据时其他站是否也在发送数据。
最迟多久才能直到自己发送的数据没和别人碰撞 ？
最多时两倍的总线端到端的传播时延 2τ（争用期/冲突窗口/碰撞窗口）
只要经过 2τ 时间还没有检测到碰撞，就能肯定这次发送不会发生碰撞。
如何确定碰撞后的重传时机 ？
截断二进制指数规避算法
1、确定基本退避（推迟）时间为争用期2τ。
2、定义参数k，它等于重传次数，但k不超过10，即k=min[重传次数，10]。当重传次数不超过10时，k等于重传次数；当重传次数大于10时，k就不再增大而一直等于10。
3、从离散的整数集合[0, 1, 2^k - 1]中随机取出一个数r，重传所需要退避的时间是r倍的基本退避时间，即2rτ。
4、当重传达16次仍不能成功，说明网络太拥挤，认为此帧永远无法正确发出，抛弃此帧并向高层报告出错。
for example
若连续多次发生冲突，就表明可能有较多的站参与争用信道。使用此算法可使重传需要推迟的平均时间随重传次数的增大而增大，因而减小发生碰撞的概率，有利于整个系统的稳定。
最小帧长问题
如果发送了一个很小的帧发生了碰撞，但是由于帧太短，帧发送完毕之后才能检测到发生了碰撞，已经没有办法停止发送。因此定义了最小帧长，希望在检测到碰撞的时候，帧还没发送结束。
帧的传输时延至少要两倍于信号在总线中的传播时延。
最小帧长=总线传播时延 x 数据传输速率 x 2
以太网规定最短帧长为64B，凡是长度小于64B的都是由于冲突而异常终止的无效帧。
CSMA/CA协议
载波监听多路访问/碰撞避免 CSMA/CA （carrier sense multiple access with collision avoidance）
无线局域网。
工作原理：发送数据前，先检测信道是否空闲。
空闲则发出 RTS（request to send），RTS 包括发射端的地址、接收端的地址、下一份数据将持续发送的时间等信息；信道忙则等待。
接收端收到 RTS 后，将响应 CTS（clear to send）。
发送端收到 CTS 后，开始发送数据帧（同时预约信道：发送方告知其他站点自己要传多久数据）。
接收端收到数据帧后，将用 CRC 来检验数据是否正确，正确则响应 ACK 帧。
发送方收到 ACK 就可以进行下一个数据帧的发送，若没有则一直重传至规定重发次数为止（采用二进制指数规避算法来确定随机的推迟时间）。
CSMA/CD 与 CSMA/CA
相同点：
CSMA/CD 与 CSMA/CA 机制都从属于 CSMA的思路，其核心是 先听再说，接入信道之前必须要进行监听。当发现信道空闲时，才能进行接入。
不同点：
1、传输介质不同：CSMA/CD 用于总线式以太网【有线】，而CSMA/CA 用于无线局域网【无线】。
2、载波检测方式不同：因传输介质不同，CSMA/CD 与 CSMA/CA 的检测方式也不同。CSMA/CD通过电缆中电压的变化来检测，当数据发生碰撞时，电缆中的电压就会随着发生变化；而CSMA/CA 采用能量检测（ED）、载波检测（CS）和能量载波混合检测三种检测信道空闲的方式。
3、CSMA/CD 检测冲突，CSMA/CA 避免冲突，二者出现冲突后都会进行有上限的重传。
轮询访问介质访问控制
轮询协议
主节点轮流 “邀请” 从属结点发送数据。
优点：不会发生冲突，每次只能允许一台主机发送数据，该主机占用全部带宽。
缺点：询问的过程就是发送一个较短的数据帧，如果从属结点较多，就会多次轮询，产生较大的开销，对于靠后的主机，会有等待延迟，等待前面的主机轮询结束；
令牌传递协议
主要用在令牌环局域网中。
在令牌传递协议中，一个令牌在各结点间以某个固定次序交换。令牌是由一组特殊的比特组合而成的帧。当环上的一个站希望传送帧时，必须等待令牌。一旦收到令牌，站点便可启动发送帧。
当计算机都不需要发送数据时，令牌就在环形网上游荡，而需要发送数据的计算机只有在拿到该令牌后才能发送数据帧，因此不会发生冲突。
常用于负载较重、通信量较大的网络中。
局域网
局域网 （Local Area Network）：简称LAN，是指在某一区域内多台计算机互联成的计算机组，使用广播信道。
特点1：覆盖的地理范围较小，只在一个相对独立的局部范围内联，如一座或集中的建筑群内。
特点2：使用专门铺设的传输介质（双绞线、同轴电缆）进行联网，数据传输速率高（10Mb/s~10Gb/s）。
特点3：通信延迟时间短，误码率低，可靠性较高。
特点4：各站为平等关系，共享传输信道。
特点5：多采用分布式控制和广播式通信，能进行广播和组播。
决定局域网的主要要素为：网络拓扑，传输介质与介质访问控制方法。
拓扑结构
介质访问控制方法
1、CSMA/CD：常用于总线型局域网，也用于树型网络
2、令牌总线：常用于总线型局域网，也用于树型网络
它是把总线型或树型网络中的各个工作站按一定顺序如按接口地址大小排列形成一个逻辑环。只有令牌持有者才能控制总线，才有发送信息的权力。
3、令牌环：用于环形局域网，如令牌环网。
局域网的分类
IEEE 802标准
MAC子层和LLC子层
IEEE 802标准所描述的局域网参考模型只对应OSI参考模型的数据链路层与物理层，它将数据链路层划分为逻辑链路层LLC子层和介质访问控制MAC子层。
以太网
以太网（Ethernet）指的是由Xerox公司创建并由Xerox、Intel和DEC公司联合开发的基带总线局域网规范，是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。以太网络使用CSMA/CD（载波监听多点接入/冲突检测技术。
以太网在局域网各种技术中占统治性地位：
1、造价低廉（以太网网卡不到100块）；
2、是应用最广泛的局域网技术；
3、比令牌网、ATM网便宜，简单；
4、满足网络速率要求：10Mb/s~10Gb/s。
以太网两个标准
-
DIX Ethernet V2：第一个局域网产品（以太网）规约。
-
IEEE 802.3：IEEE 802委员会802.3工作组指定的第一个IEEE的以太网标准（帧格式有一丢丢改动）
以太网提供无连接、不可靠的服务
-
无连接：发送方和接收方之间无 ”握手过程“ 。
-
不可靠：不对发送方的数据帧编号，接收方不向发送方进行确认，差错帧直接丢弃，差错纠正由高层负责。
以太网只实现无差错接收，不实现可靠传输。
以太网传输介质与拓扑结构的发展
物理拓扑 
使用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网，各站共享逻辑上的总线，使用的还是CSMA/CD协议。
以太网拓扑：逻辑上总线型，物理上星型。
10BASE-T以太网
10BASE-T是传送基带信号的双绞线以太网，T表示采用双绞线，现10BASE-T采用的是无屏蔽双绞线（UTP），传输速率是10Mb/s。
物理上采用星型拓扑，逻辑上总线型，每段双绞线最长为100m。
采用曼彻斯特编码。
采用CSMA/CD介质访问控制。
适配器与MAC地址
计算机与外界有局域网的连接是通过通信适配器的。
通信适配器：
网络接口板
网络接口卡NIC（network interface card）
现在，不再使用单独网卡。
适配器上装有处理器和存储器（包括RAM和ROM）。
ROM上有计算机硬件地址MAC地址。
在局域网中，硬件地址又称为物理地址，或MAC地址。
MAC地址：每个适配器有一个全球唯一的48位二进制地址，前24位代表厂家（由IEEE规定），后24位厂家自己指定。常用6个十六进制数表示。
以太网MAC帧
最常用的MAC帧是以太网V2的格式。(具体内容不敲了 书上都有)
高速以太网
速率>=100Mb/s的以太网称为高速以太网。
1、100BASE-T以太网
在双绞线上传送100Mb/s基带信号的星型拓扑以太网，仍使用IEEE802.3的CSMA/CD协议。
支持全双工和半双工，可在全双工方式下工作而无冲突。
2、吉比特以太网
在光纤或双绞线上传送1Gb/s信号。
支持全双工和半双工，可在全双工方式下工作而冲突。
3、10吉比特
10吉比特以太网在光纤上传送10Gb/s信号。
无线局域网
IEEE 802.11 是无线局域网通用的标准，它是由IEEE所定义的无线网络通信的标准。
和WIFI的区别 ？
无线局域网的覆盖范围比WIFI大得多；
WIFI是802.11b和802.11g所定义的标准，满足这两个标准属于WIFI。
802.11的MAC帧头格式
无线局域网的分类
- 有固定基础设施无线局域网
- 无固定基础设施无线局域网的自组织网络
广域网
广域网（WAN，Wide Area Network），通常跨越很大的物理范围，所覆盖的范围从几十公里到几千公里，它能连接多个城市或国家，或横跨几个洲并能提供远距离通信，形成国际性的远程网络。
广域网的通信子网主要使用分组交换技术。广域网的通信子网可以利用公用分组交换网、卫星通信网和无线分组交换网，它将分布在不同地区的局域网计算机系统互连起来，达到资源共享的目的。如因特网（Internet）是世界上范围最大的广域网。
- 广域网覆盖物理层、链路层一直到网络层，而局域网只覆盖物理层和链路层。
- 局域网通常采用多点接入技术，而广域网采用点对点连接。
- 广域网强调资源共享，而局域网强调数据传输。
- 广域网的传输速率比局域网高，但是传播延迟更长。
PPP协议
点对点协议PPP（Point-to-Point Protocol）是使用串行线路通信的面向字节的协议，该协议应用在直接连接两个结点的链路上。设计的目的主要是用来通过拨号或专线方式建立点对点连接发送数据，使其成为各种主机、网桥和路由器之间简单连接的一种共同的解决方案。是目前使用最广泛的数据链路层协议。
只支持全双工链路。
imp.
1）PPP提供差错检测但不提供纠错功能，只保证无差错接收（通过硬件进行CRC校验）。它是不可靠的传输协议，因此也不使用序号和确认机制。
2）它仅支持点对点的链路通信，不支持多点线路。
3）PPP的两端可以运行不同的网络层协议，但仍然可以使用同一个PPP进行通信。
5）PPP是面向字节的，当信息字段出现和标志字段一致的比特组合时，PPP有两种不同的处理方法：若用在异步线路（默认），则采用字节填充法；若用在同步线路，则采用比特填充法。
PPP协议的三个组成部分
1、链路控制协议（LCP）：一种扩展链路控制协议，用于建立、配置、测试和管理数据链路。
2、网络控制协议（NCP）：PPP协议允许同时采用多种网络层协议，每个不同的网络层协议要用一个相应的NCP来配置，为网络层协议建立和配置逻辑连接。
3、一个将IP数据报封装到串行链路的方法：IP数据报在PPP帧中就是其信息部分，这个信息部分的长度受最大传送单元（MTU）的限制。
PPP协议的帧格式
HDLC协议
高级数据链路控制（HDLC，High-Level Data Link Control），是一个在同步网上传输数据、面向比特的数据链路层协议，它是由国际标准化组织（ISO）根据IBM公司的SDLC（Synchronous Data Link Control）协议扩展开发而成的。
特点：
- 数据报文可透明传输，通过零比特填充法实现。
- PPP还可以实现字节填充，HDLC只能实现零比特填充。
- 所有帧采用CRC检测，对信息帧进行顺序编号，可防止漏收或重复，传输可靠性高。
HDLC的站
主站、从站、复合站
1、主站的主要功能是发送命令（包括数据信息）帧、接收响应帧、并负责对整个链路的控制系统的初启、流程的控制、差错检测或恢复等。
2、从站的主要功能是接收由主站发来的命令帧，向主站发送响应帧，并且配合主站参与差错恢复链路控制。
3、复合站的主要功能是既能发送，又能接收命令帧和响应帧，并且负责整个链路的控制。
三种数据操作方式：
1、正常响应方式
2、异步平衡方式
3、异步相应方式
HDLC的帧格式
1）信息帧第一位为 0，用来传输数据信息，或使用捎带技术对数据进行确认 。
2）监督帧 10，用于流量控制和差错控制，执行对信息帧的确认、请求重发和请求暂停发送等功能。
3）无编号帧 11，用于提供对链路的建立、拆除等多种控制功能。
链路层设备
网桥
两个或多个以太网通过网桥连接后，就成为一个覆盖范围更大的以太网，而原来的每个以太网就称为一个网段。网桥工作在链路层的MAC子层，可以使以太网各网段成为隔离开的碰撞域。
网段：一般指一个计算机网络中使用同一物理层设备（传输介质、中继器、集线器等）能够直接通讯的那一部分。
如果把网桥换成工作在物理层的转发器，那么就没有这种过滤通信量的功能。
由于各网段相对独立，因此一个网段的故障不会影响到另一个网段的运行。
imp.
网桥处理数据的对象是帧，所以它是工作在 数据链路层的设备。
中继器、放大器处理数据的对象是信号，所以它是工作在 物理层的设备。
网桥根据MAC帧的目的地址对帧进行转发和过滤。当网桥收到一个帧时，并不向所有接口转发此帧，而是先检查此帧的目的MAC地址，然后再确定将该帧转发到哪一个接口，或者把它丢弃（即过滤）。
网桥优点：
1、过滤通信量，增大吞吐量。
2、扩大了物理范围。
3、提高了可靠性。
4、可互连不同物理层、不同MAC子层和不同速率的以太网。
透明网桥
”透明“ 指以太网上的站点并不知道所发送的帧将经过哪几个网桥，是一种即插即用设备 —— 自学习。
通过自学习来构建转发表。每一个通过网桥的数据包都会被记录下网桥收到数据时数据对应的地址和网桥自己的接口，通过许许多多的数据包构造的缓存，网桥就可以知道哪个数据包在哪个接口，以后如果要穿数据包就知道要往哪个接口发送数据包了。
源路由网桥
在发送帧时，把详细的最佳路由信息（路由最少/时间最短）放在帧的首部中。
选择的是最佳路由。
方法：源站以广播方式向欲通信的目的站发送一个发现帧。
通过广播方式向目标地址发送广播，此时可能会经过不同路由产生不同的路径，目标地址收到后再将每一条路径都发一个响应帧给网桥，网桥经过对比就知道哪个接口最快。
以太网交换机
以太网交换机本质上是一个多端口的网桥，它工作在数据链路层。交换机能经济地将网络分成小的冲突域，为每个工作站提供更高的带宽。
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交换机通常有十几个端口，每个端口都可以直接连接主机或者连接集线器。
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交换机同网桥一样，每个端口引出的区域都是一个冲突域。
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交换机可以独占传输媒体带宽，交换机端口连接的集线器/主机都是独占媒体带宽，不同于集线器带宽被平分。
以太网交换机的两种方式：
- 直通式交换机：查完目的地址就立刻转发。
- 延迟小，可靠性低，无法支持具有不同速率的端口的交换。
- 存储转发式交换机：将帧放入高速缓存，并检查是否正确，正确则转发，错误则丢弃。
- 延迟大，可靠性高，可以支持具有不同速率的端口的交换。
广播域 & 冲突域
冲突域：在同一个冲突域中的每一个结点都能收到所有被发送的帧。简单的说就是同一时间内只能有一台设备发送信息的范围。
广播域：网络中能接收任一设备发出的广播帧的所有设备的集合。简单的说如果站点发出一个广播信号，所有能接收到这个信号的设备的范围称为一个广播域。
