数据链路层是计算机网络体系结构（如OSI模型或TCP/IP模型）中的第二层，位于物理层之上、网络层之下。它主要负责在相邻节点（通常指同一物理链路直接相连的两个设备，如主机与交换机、交换机与路由器之间）之间提供可靠、高效的数据帧传输服务。本节笔记基于湖南科技大学《计算机网络技术》微课堂内容，梳理数据链路层的核心功能、关键技术与常见协议。
一、数据链路层的基本功能
数据链路层的主要任务是将物理层提供的可能出错的原始比特流，转变为逻辑上无差错的数据链路。其核心功能包括：
- 封装成帧（Framing）：将网络层下发的IP数据报（Packet）添加首部和尾部，组装成“帧”（Frame）。帧是数据链路层传输的基本单元。首部和尾部包含重要的控制信息，如地址信息、帧定界符（标识帧的开始和结束）和差错检验码。
- 透明传输：确保无论网络层下发的数据是什么比特组合（即使与控制字符相同），都能在链路上正确传输。常用技术是“字节填充”或“比特填充”。
- 差错控制：检测和纠正数据在传输过程中可能出现的比特差错。主要采用循环冗余检验（CRC） 等技术在帧尾部添加检错码，接收方通过计算判断帧是否出错。数据链路层通常只负责检错，纠错一般通过重传机制（如ARQ）实现。
- 流量控制：协调发送方和接收方的数据处理速度，防止因接收方缓冲区不足而导致的数据丢失。典型的协议是停止-等待协议和滑动窗口协议。
- 链路管理：对于面向连接的服务（如PPP协议），数据链路层需要负责链路的建立、维持和释放。
二、数据链路层的关键技术
- 媒体访问控制（MAC）：当多个设备共享同一传输介质（如以太网、Wi-Fi）时，需要MAC协议来协调设备对信道的访问，避免冲突。主要方法包括：
- 信道划分：如频分复用（FDM）、时分复用（TDM）。
- 随机接入：如以太网的CSMA/CD协议（带冲突检测的载波监听多路访问）、无线局域网的CSMA/CA协议（带冲突避免的载波监听多路访问）。
- 轮询：由中心节点控制访问顺序。
- 寻址：数据链路层使用MAC地址（或称物理地址、硬件地址）来标识网络中的每个网络接口。MAC地址是全球唯一的48位标识符，固化在网卡中。在局域网（LAN）内，数据帧通过MAC地址进行寻址和转发。
三、典型的数据链路层协议与场景
- 点对点链路协议：用于两个节点直接相连的链路，如广域网（WAN）中路由器之间的连接。典型协议是PPP（点对点协议），广泛应用于家庭拨号上网和宽带接入（如PPPoE）。它简单、提供差错检测，但不支持寻址和流量控制（由上层完成）。
- 广播信道/共享介质协议：用于局域网（LAN）。最典型的是以太网（Ethernet） 系列协议（如IEEE 802.3标准）。以太网采用CSMA/CD介质访问控制方式（传统半双工），帧结构包含源MAC地址和目的MAC地址。现代交换式以太网（全双工）已基本不再需要CSMA/CD。
- 无线局域网协议：主要是Wi-Fi（IEEE 802.11系列标准），它使用CSMA/CA协议解决隐藏终端和暴露终端问题，并在数据链路层包含了复杂的认证和加密机制。
四、数据链路层设备
- 网桥（Bridge）：早期用于连接两个局域网段，基于MAC地址进行过滤和转发，可隔离冲突域。
- 交换机（Switch）：本质是多端口网桥，是现代局域网的核心设备。它通过学习建立MAC地址表，实现数据帧在端口间的高速、精确转发，能有效隔离冲突域并提高网络性能。
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数据链路层是网络通信的“本地配送员”，确保数据在直接相连的节点间可靠、有序地传输。它通过封装成帧、差错控制、流量控制等手段，为上层服务提供了一个相对可靠的逻辑链路。理解MAC地址、以太网帧结构、交换机工作原理等，是掌握局域网组建与故障排查的基础。在后续的网络层学习中，我们将看到数据链路层的本地寻址（MAC地址）如何与网络层的全局寻址（IP地址）协同工作，完成端到端的通信。
