计算机网络协议系列 - 从物理层到链路层
- 1 min计算机网络协议系列（三）
在计算机网络中，物理层负责将光电信号转化为 0、1 比特流用来表示信息，数据链路层把这些信息集合为一个叫做「帧」的块，再进行传输。
TCP/IP 未对数据链路层及以下部分（物理层）做定义，因为 TCP/IP 以这两层的功能是透明的为前提，但是，数据链路层的知识对于深入理解 TCP/IP 与网络起着至关重要的作用，所以这一篇我们重点来介绍数据链路层，物理层主要是物理介质，比如光缆、电缆、双绞线等，更多的是硬件结构，不在我们重点论述范围。
MAC地址
介绍数据链路层，离不开 MAC 地址，MAC 地址用于识别数据链路中互连的节点，在使用网卡的情况下，MAC 地址一般在出厂的时候就被烧到 ROM 中，不可更改，而且全球唯一。
我们见到的 MAC 地址都是通过十六进制树来表示：
在计算机内部，则是通过 48 位二进制数来表示，对应结构及区间含义如下：
MAC 地址的全局唯一性通过厂商识别码和产品识别码（厂商内识别码）共同保证，就好比咱们 PHP 通过 Composer 安装的扩展包也是通过厂商名/产品名确定全局唯一一样。
在同一个数据链路里（比如同一个局域网），互连的主机之间通过 MAC 地址即可实现相互通信。
以太网
在数据链路中最著名，使用最广泛的莫过于以太网（Ethernet），现在我们的计算机联网基本都是借助以太网来实现的，如果你在命令行通过运行 ifconfig（Windows下是ipconfig）查看网卡信息，即可窥见端倪：
以 en 开头的都是基于以太网的网卡，是 Ethernet 的简写。如果是在 Windows 下则更加直白：
早期，以太网通过同一根同轴电缆将多台终端设备连接起来，这种共享介质的连接方式有一个显著的缺点，就是发送和接收信号不能同时进行，只能实现半双工通信，并且多台设备也不能同时通信，需要争夺对通信介质的控制，如果同时通信，容易出现信道冲突。
为了提高通信效率和速度，随着技术的不断发展，现在的以太网一般都采用终端与交换机直连独占电缆的方式，实现了全双工通信，并且不同终端也可以同时发送信息，因为通信介质都是独占的，不存在控制权和冲突问题：
以太网根据线缆介质的不同，分为多种类型，对应的带宽也不同，所有这些不同类型的以太网都是遵循 IEEE802.3 标准：
这些不同类型的以太网前面的数字代表带宽（传输速度），比如10代表10Mbps（比特每秒），1000代表1000Mbps等，后面的5、T、TX等代表传输介质。传输速度相同传输介质不同的以太网需要通过中继器或集线器连接，传输速度不同的以太网需要通过网桥、交换集线器或路由器进行连接。通过这种连接，最终构成了大大小小的计算机网络。
数据帧格式
以以太网为例，在数据链路层中，传输的数据帧主体格式如下：
其中，有6个字节的目标MAC地址，6个字节的源MAC地址，2个字节的上层协议类型，剩下的是传输数据，对以太网来说，数据大小是1500字节，还有最后4位是帧检验序列（FCS），用于检测帧是否损坏。
无线通信
无线通信不需要借助任何可见的线缆和网线，一般通过电磁波、红外线、激光进行数据传播，无线通信标准由 IEEE802.11 定义，常见的种类如下：
关于无线通信的细节在前面网络协议不定期分享之 WiFi 的由来中已经介绍过了，这里就不再赘述了。
小结
以上就是数据链路层常见实现所使用到的技术基础知识，单单靠物理层与数据链路层还是无法实现网络通信的，因为在互联网中，还需要 IP 地址才能实现主机节点之间的通信，而 IP 地址归属于 IP 协议，IP 协议则是网络层的协议，下一篇就来给大家介绍网络层的相关技术。