个人理解的 首先数据链路层的作用是：物理层比特流在介质上传输肯定有错误，因此依靠链路层通过 CRC等方法进行差错检验，然后配合滑窗的方法（这个TCP中也有）进行错误重传和流量控制等，向网络层提高高质量的数据传输服务。从应用场景上看，每个主机ISP过独立网线连接，这就是点对点通信，通常使用PPP协议控制。
局域网属于典型的广播通信，所有的节点都在同一个广播信道上发送数据，因此需要有专门的控制方法进行协调，避免发生冲突（冲突也叫碰撞）。主要有两种控制方法进行协调，一个是使用信道复用技术，一是使用 CSMA/CD 协议。
点对点通信： 一条网线独立连接
PPP协议
广播通信：总线接入，存在碰撞问题
- 分时/分频/波分/码分复用，这种规则很死，对带宽利用率低（比如时分复用就规定了某个主机只能在特定时间片使用宽带，那我不想用呢？不久浪费了）
CSMA.CD协议控制：通过碰撞检测的协议规则来控制，比较灵活，宽带利用率高。
链路层的意义
物理层的线路有传输介质与通信设备组成，比特流在传输介质上传输时肯定会存在误差的。这样就引入了数据链路层在物理层之上，采用差错检测、差错控制和流量控制等方法，向网络层提供高质量的数据传输服务。对于网络层，由于链路层的存在，而不需要关心物理层具体采用了那种传输介质和通信设备。
- 链路管理，帧同步
- 流量控制，差错控制
- 数据和控制信息分开
- 透明传输和寻址
基本问题
封装成帧
就是将网络层传下来的分组添加 首部和尾部 用于标记帧的开始和结束 如下图 首部 SOH尾部 EOT。
透明传输
透明表示一个实际存在的事物看起来好像不存在一样 。帧使用首部和尾部进行定界，如果帧的数据部分含有和首部尾部相同的内容，那么帧的开始和结束位置就会被错误的判定。需要在数据部分出现首部尾部相同的内容前面插入转义字符。如果数据部分出现转义字符，那么就在转义字符前面再加个转义字符。在接收端进行处理之后可以还原出原始数据。这个过程透明传输的内容是转义字符，用户察觉不到转义字符的存在。
差错检测
差错是不可避免的。而且不同的传输介质的差错程度也是不同的。链路层的任务就是分析差错产生的原因，检查差错，然后纠正差错。 目前数据链路层广泛使用了循环冗余检验（CRC）来检查比特差错。使用滑窗协议来解决出现差错（有两种），大概是发一帧，受到之后CRC校验没问题应带ACK 再发下一帧，否则重发这一帧….
信道分类
广播信道
一对多通信，一个节点发送的数据能够被广播信道上所有的节点接收到。 所有的节点都在同一个广播信道上发送数据，因此需要有专门的控制方法进行协调，避免发生冲突（冲突也叫碰撞）。主要有两种控制方法进行协调，一个是使用信道复用技术，一是使用 CSMA/CD 协议。
点对点信道
一对一通信。因为不会发生碰撞，因此也比较简单，使用 PPP 协议进行控制。
信道复用技术
使用频分复用和时分复用进行通信，在通信的过程中主机会一直占用一部分信道资源。但是由于计算机数据的突发性质，通信过程没必要一直占用信道资源而不让出给其它用户使用，因此这两种方式对信道的利用率都不高。
频分复用 ：频分复用的所有主机在相同的时间占用不同的频率带宽资源
时分复用 ： 时分复用的所有主机在不同的时间占用相同的频率带宽资源。
统计时分复用：是对时分复用的一种改进，不固定每个用户在时分复用帧中的位置，只要有数据就集中起来组成统计时分复用帧然后发送
波分复用：光的频分复用。在同一根光纤中同时传输两个或众多不同波长光信号的技术，称为波分复用
码分复用：为每个用户分配 m bit 的码片，并且所有的码片正交，对于任意两个码片\(\vec{S}\) 和 $ $ 有 \(\frac{1}{m} \vec{S} \cdot \vec{T}=0\) 为了讨论方便，取 m=8，设码片 \(\vec{S}\) 为 0 0011011。在拥有该码片的用户发送比特 1 时就发送该码片，发送比特 0 时就发送该码片的反码 11100100
利用上面的式子我们知道，当接收端使用码片 \(\vec{S}\) 对接收到的数据进行内积运算时，结果为 0 的是其它用户发送的数据，结果为 1 的是用户发送的比特 1，结果为 -1 的是用户发送的比特 0。码分复用需要发送的数据量为原先的 m 倍。 例如 A 的 码片是 1 1 -1 -1
B 的码片是 -1 1 -1 1 那么 A B 的内积为 0 ；如果要发送A的0bit 就发送 A码片否则发送A的反码。从这里看出，如果要两个码片正交，那么码片的位数一定得是偶数位，并且对应位乘积后，正负1对半开，这样就正交了，这个和数学上的正交坐标系思想一样但是实现方式不太一样，主要是数学上一下子就容易想到 （0, 1, 0） (1,0,0)这种正交，但是这种没法用两种状态来表示，至少需要 0 1 -1
CSMA/CD 协议
CSMA/CD 表示载波监听多点接入 / 碰撞检测
- 多点接入 ：说明这是总线型网络，许多主机以多点的方式连接到总线上。
- 载波监听 ：每个主机都必须不停地监听信道。在发送前，如果监听到信道正在使用，就必须等待。
- 碰撞检测 ：在发送中，如果监听到信道已有其它主机正在发送数据，就表示发生了碰撞。虽然每个主机在发送数据之前都已经监听到信道为空闲，但是由于电磁波的传播时延的存在，还是有可能会发生碰撞。
记端到端的传播时延为 τ，最先发送的站点最多经过 2τ 就可以知道是否发生了碰撞，称 2τ 为 争用期 。只有经过争用期之后还没有检测到碰撞，才能肯定这次发送不会发生碰撞。当发生碰撞时，站点要停止发送，等待一段时间再发送。这个时间采用 截断二进制指数退避算法 来确定。从离散的整数集合 {0, 1, .., (2k-1)} 中随机取出一个数，记作 r，然后取 r 倍的争用期作为重传等待时间。
PPP协议
互联网用户通常需要连接到某个 ISP 之后才能接入到互联网，PPP 协议是用户计算机和 ISP 进行通信时所使用的数据链路层协议
PPP 的帧格式：
- F 字段为帧的定界符
- A 和 C 字段暂时没有意义
- FCS 字段是使用 CRC 的检验序列
- 信息部分的长度不超过 1500
MAC地址
MAC 地址是链路层地址，长度为 6 字节（48 位），用于唯一标识网络适配器（网卡）。一台主机拥有多少个网络适配器就有多少个 MAC 地址。例如笔记本电脑普遍存在无线网络适配器和有线网络适配器，因此就有两个 MAC 地址。
局域网
局域网是一种典型的广播信道，主要特点是网络为一个单位所拥有，且地理范围和站点数目均有限。主要有以太网、令牌环网、FDDI 和 ATM 等局域网技术，目前以太网占领着有线局域网市场。
以太网
是一种局域网
以太网是一种星型拓扑结构局域网。目前以太网使用交换机替代了集线器，交换机是一种链路层设备，它不会发生碰撞，能根据 MAC 地址进行存储转发。以太网帧格式：
- 类型 ：标记上层使用的协议；
- 数据 ：长度在 46-1500 之间，如果太小则需要填充；
- FCS ：帧检验序列，使用的是 CRC 检验方法；
交换机
交换机具有自学习能力，学习的是交换表的内容，交换表中存储着 MAC 地址到接口的映射。正是由于这种自学习能力，因此交换机是一种即插即用设备，不需要网络管理员手动配置交换表内容。
下图中，交换机有 4 个接口，主机 A 向主机 B 发送数据帧时，交换机把主机 A 到接口 1 的映射写入交换表中。为了发送数据帧到 B，先查交换表，此时没有主机 B 的表项，那么主机 A 就发送广播帧，主机 C 和主机 D 会丢弃该帧，主机 B 回应该帧向主机 A 发送数据包时，交换机查找交换表得到主机 A 映射的接口为 1，就发送数据帧到接口 1，同时交换机添加主机 B 到接口 2 的映射。
虚拟局域网
虚拟局域网可以建立与物理位置无关的逻辑组，只有在同一个虚拟局域网中的成员才会收到链路层广播信息。例如下图中 (A1, A2, A3, A4) 属于一个虚拟局域网，A1 发送的广播会被 A2、A3、A4 收到，而其它站点收不到。例如下图中 (A1, A2, A3, A4) 属于一个虚拟局域网，A1 发送的广播会被 A2、A3、A4 收到，而其它站点收不到。
