网络故障诊断与实训第4章数据链路层的故障分析与排除

来源：网络收集时间：2026-09-15

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第四章数据链路层的维护

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本章要点目录

数据链路层的功能数据链路层的组成以太帧的捕获与分析数据链路层的故障判断与排除

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第一节数据链路层的功能

数据链路层完成了网络上的差错控制与流量控制等很多的功能。事实上，如果用户的数据只在一个“广播域”内传递，用户只需用数据链路层和物理层就可构建一个可用的网络。

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1.1 OSI模型中的数据链路层的功能模型中的数据链路层的功能数据链路层位于OSI模型中的第二层 .

应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层

物理层

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数据链路层的功能主要有： 1)链路连接的建立和分离。 2)帧定界和帧同步。 3)对“比特流”的差错检测与恢复。 4)帧的有序传输和基于帧的网络流量控制机制，

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1.2 基于数据链路层通信的物理寻址功能目录

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为了让数据从源计算机传输到目的计算机,两端的计算机上都需要有物理地址。在以太网中,物理地址是一个48比特,以十六进制表达表示的。该物理地址被嵌入NIC(网卡)的芯片中,一般不能修改。这个地址被称为物理地址或MAC地址。虽然许多 NIC允许嵌入的MAC地址被软件任务所取代,但是这种做法并不受推崇,因为这样可能导致MAC地址重复,从而在网络上造成灾难性的后果。 MAC地址由两个字段组成:OUI(厂商唯一标识符)和ID序列号, 其中OUI为3比特或25比特,而序列号为24比特。OUI标识了NIC的制造厂商,而MAC地址的序列号部分则唯一地标识了NIC网卡。这两部分联合在一起就确保了在网络中不存在重复的MAC地址。如果某家厂商想要生产以太网卡，他们就必须从IEEE组织购买一个24比特的ID。

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第二节数据链路层的组成目录物理层设备没有校验信息的功能，用于接收和校验直接来自物理层的信息的任何设备都包含数据链路层的功能。由数据链路层设备校验的信息是称为“帧”的字节包。在以下的几个小节中，我们将分析帧、网络接口卡、交换机和网桥。在介绍这些设备的过程中，读者能够掌握数据链路层的组成和各个组成设备的工作模式。

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4.2.1 数据链路层的传输对象数据链路层的传输对象——“帧” 帧目录帧(Frame)是对数据的一种包装或封装，之后这些数据被分割成一个一个比特后在物理层上传输。这种数据包被称为 “帧”有一个非常简单的理由：当网络层向下发送一个数据包到数据链路层时，这个数据包被“帧”化，即在数据包的头部和尾部加上一些字节作为帧头和帧尾

。如图4-3所示。帧头数据帧尾

图4-3 带有帧头和帧尾的帧结构

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由于帧是数据链路层进行信息操作的单元，因而读者需要了解“帧”格式化的各种方式，这样才能在查找问题时有所目标。我们首先介绍最常见的“以太帧”的4种格式，以太帧长度范围为最小的64字节到最大的1518字节( 64B≤ (L)≤1518B )。比这个范围还短或还长(即不在这个长度范围)的帧是无效帧。因而，如果在需要发送小于64个字节的情况下，数据域会填充进一些特定的字符，通常为0,以达到64个字节的要求。

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数据链路层中封装帧的设备—NIC网卡 4 2.2 数据链路层中封装帧的设备网卡

目录NIC(网络接口卡)用于物理层和数据链路层。在数据链路层，NIC包含设备的物理地址用于执行特定网络系统结构所要求的数据格式化操作和介质接入操作的组件。作为操作系统和NIC之间接口的设备驱动器也是数据链路层的一部分。观念上,网络接口卡在网络中发挥着不显眼的作用。接口卡和工作站连在一起,用户只需将接口卡插上,而不用过多地考虑接口卡的用途和工作原理。这是大多数网络管理人员所采取的方法,也是一种合理的方法。然而,要记住在选择和配置NIC的工作模式,以便用户在挑选NIC的过程中有个明确的概念。

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数据链路层中封装帧的设备—NIC网卡 4 2.2 数据链路层中封装帧的设备网卡

1.网卡与网络类型的匹配首先,用户必须保证NIC的类型和您所使用的网络类型相匹配。

2. 网卡驱动程序驱动程序是连接操作系统和硬件设备的一套软件系统。

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3. 网卡工作模式 NIC通常能够兼容的工作模式由如下几种: 10M bps半双工 10M bps全双工 100M bps半双工 100M bps全双工

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4.2.3 数据链路层上接收和转发帧的设备交换机数据链路层上接收和转发帧的设备—交换机目录交换机用于接收和转发帧，并且基于物理地址决定是过滤掉还是发送帧。因为一个交换机在功能上相当于多端口网桥，又由于交换机比网桥更普遍，因而本书只讨论交换机。需要记住，涉及到交换机的大部分章节的内容同样适用于网桥。计算机工业的发展进程表明，设备价格不断下降，运行速度越来越快，一些更快速的网桥被生产出来，而且能够提供更多的端口，价格也更便宜。计算机工业需要提供性能更好的，更便宜的，速率更高的网桥进行重新命名，这就是以太网交换机。其实在本书中所提到的交换机实际上都是网桥。

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4.2.3 数据链路层上接收和转发帧的设备交换机数据链路层上接收和转发帧的设备—

交换机目录

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1.交换机的功能所有交换机的基本功能都是相同的：接收帧，寻找通向目的的地址的端口，发送帧。交换机保存一个MAC地址表和端口数对。当产换机刚启动时，地址表是空的。当工作站发出一个帧时，交换机读出帧的源地址和目的地址，记下收到该帧的端口。源地址和端口数用于建立交换表，存在CAM(按内容寻址的存储器)中。如果交换机在地址表中已经保存了源MAC地址，则它只对计时器作简单地更新。计时器记录在源端机发送出帧以后，该源地址在地址表中所存储的时间。该帧的目的地址和表中的地址进行核对，然后从选定的相应端口输出。以太网中的交换机能够完成各种各样的功能。它可以作为网络的高速中枢，通过这个中枢，成百上千的业务数据通过，大量的工作站和服务器相连。

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4.2.3 数据链路层上接收和转发帧的设备交换机数据链路层上接收和转发帧的设备—交换机目录2.交换机的工作方式一些交换机在发送帧前，可以帮肋网络检查更多的帧信息，而不仅仅是检查“源”和“目的”地址。正是基于这些区别，交换机有四种工作方式： 1)直通交换 2)无碎片帧交换 3)存储转发交换 4)自适应交换 3.交换机和集线器的比较回溯到前面章节，我们进过集线器能够从一个端口提取比特信号，整理信号，放大信号，然后从其他端口发送出去。集线器并不知道信号所代表的数据的内容。相反，交换机则对它所收到的帧进行处理，检查核对目地地址，确定到达目地帧所 …… 此处隐藏：2970字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……

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