2.1 物理层干什么
物理层不关心数据是什么，只负责把 0 和 1 变成能在介质上跑的信号。
物理层的任务：在传输介质上透明地传输比特流——"透明"的意思是它不管比特代表什么， 只管把一船 0/1 原样送到对岸。为此它规定了四类特性：
- 机械特性——接口形状、引脚数量（比如网线水晶头长什么样）；
- 电气特性——电压范围、阻抗（什么电压代表 1、什么代表 0）；
- 功能特性——某条线是干什么的（发数据？收数据？）；
- 规程特性——信号的时序、先后顺序。
物理层的设备只有两类
- 中继器（Repeater）——信号跑远了会衰减，它把信号放大再生再转发。
- 集线器（Hub）——本质是多端口的中继器：收到什么就从其它所有端口原样发出去。
易错
- 集线器不识别 MAC 地址——它只是广播转发，属于物理层。
- 集线器所有端口在同一个冲突域：多台机器同时发数据会撞车。交换机每个端口是独立冲突域。
2.2 传输介质
考试就考"哪种介质有什么特点"，背表即可。
| 介质 | 特点 | 典型场景 |
|---|---|---|
| 双绞线（UTP 非屏蔽 / STP 屏蔽） | 便宜、易布设；抗干扰一般；有效距离约 100 米 | 局域网首选，网线就是它 |
| 同轴电缆 | 抗干扰好于双绞线；已逐渐淘汰 | 老式有线电视网 |
| 光纤（单模 / 多模） | 带宽大、抗电磁干扰、传输距离远；成本高 | 骨干网、长距离、楼间 |
| 无线（无线电波、微波、红外） | 免布线；易受环境和障碍物影响 | Wi-Fi、移动通信 |
单模 vs 多模光纤
- 单模——芯径细，光只走一条模式，传输距离远（几十公里），用激光光源。
- 多模——芯径粗，光走多条模式，距离近（几百米到几公里），成本低。
双绞线里真正传数据的是 4 对 8 根芯线里的部分线对；接头（水晶头）标准是 RJ-45。
2.3 数据链路层：成帧、查错、找 MAC
从这一层开始，"数据"有了单位名字——帧。
数据链路层的三大任务，每个都是考点：
- 成帧——在网络层交下来的"包"前后加上帧头帧尾，划出"一个数据块从哪开始到哪结束"。
- 差错控制——帧尾附上校验码（如 CRC），接收方算一遍对不上就丢弃/要求重传。
- 寻址——用 MAC 地址标识同一链路上的发送方和接收方。
一个以太网帧的骨架（不用背字段细节，知道有"头 + 数据 + 尾"即可）： [ 目的MAC | 源MAC | 类型 | 数据(网络层交来) | 校验码FCS ] ↑ 帧头（含地址与控制信息） ↑ 帧尾（查错用）
2.4 CRC 校验：怎么发现传输错了
CRC（循环冗余校验）的原理题会问"能不能纠错/检错"，计算题给简单例子要会套。
CRC 的思路：发送方把数据除以一个约定的"生成多项式"（二进制除法，用异或代替减法）， 得到的余数就是校验码，附在数据后面一起发出。接收方拿收到的全部数据除以同一个多项式： 余数为 0 → 正确；余数非 0 → 出错。
发送方：数据 101001 后面补 0（补几个 0 取决于生成式位数），做二进制除法
取余数 001，把余数替换到补 0 的位置 → 发出 101001001
接收方：把收到的 101001001 再除以同一个生成式
余数 = 0 → 传输无错 余数 ≠ 0 → 视为出错
（二进制除法里没有借位：1-1=0, 0-0=0, 1-0=1, 0-1=1 —— 就是异或）
必背结论
- CRC 只能检错，不能纠错；检错能力很强但不是 100%。
- 校验码放在帧尾（FCS 字段），不在帧头。
易错
- "CRC 能纠正传输错误"——错，纠正要靠重传。
- 把校验和检验码放的位置混淆：以太网帧的校验码在尾部。
课堂练习（2 题）
- CRC 校验的作用是什么？能纠错吗？ 答：用于发现传输中的比特错误（检错）；不能纠错，发现错误后靠重传恢复。
- 二进制除法的核心运算是什么？ 答：异或（逐位比较，相同得 0、不同得 1）。
2.5 以太网与 MAC 地址
局域网的事实标准。考点集中在 MAC 地址的格式和以太网标准号。
- 以太网标准是 IEEE 802.3（对照记忆：无线局域网是 802.11）。
- MAC 地址 48 位（6 字节），写成 12 位十六进制、用连字符或冒号分隔，例如
00-1A-2B-3C-4D-5E。全球唯一，烧录在网卡上。 - MAC 地址只在本链路上有意义——出了这个交换机网段，就要靠 IP 地址了。
三种帧的目的地址
- 单播——目的 MAC 是某一台机器，只有它处理。
- 广播——全 F 地址
FF-FF-FF-FF-FF-FF，同一广播域所有机器都处理。 - 组播——一组机器加入某个组才处理。
常见以太网标准命名（会读即可）
10BASE-T：10 Mbps、基带传输、T 表示双绞线。100BASE-TX：100 Mbps 双绞线；1000BASE-T：千兆双绞线。- 前缀数字 = 速率，BASE = 基带，尾字母 = 介质类型（T 双绞线，FX 光纤）。
2.6 交换机、网桥：聪明的转发者
会和集线器、路由器放在一起对比考，这张对比表必须背下来。
交换机（多端口的网桥）靠一张 MAC 地址表工作，这张表是它"自学"来的： 收到一个帧，先记下"源 MAC 来自哪个端口"；再查目的 MAC——表里有就从对应端口精确转发， 没有就把帧从其它所有端口泛洪出去。这就是自学习+转发/泛洪。
| 设备 | 工作层次 | 转发依据 | 冲突域 | 广播域 |
|---|---|---|---|---|
| 集线器 | 物理层 | 不懂地址，无脑广播 | 所有端口共享一个 | 一个 |
| 交换机 | 数据链路层 | MAC 地址表 | 每个端口一个（隔离冲突域） | 整个交换机组一个（不隔离广播） |
| 路由器 | 网络层 | 路由表（IP） | 每个端口一个 | 每个端口一个（隔离广播域） |
一句话背法
- 交换机隔离冲突域、不隔离广播域；路由器既隔离冲突域、又隔离广播域。
- 扩展开关知识：交换机相比集线器"独享带宽"——因为每个端口独立通信，不再全员抢一条总线。
课堂练习（3 题）
- 交换机根据什么转发帧？怎么知道这个对应关系？ 答：根据 MAC 地址表；表项靠自学习——记录"源 MAC 与收到该帧的端口"的对应关系。
- 路由器能隔离广播域吗？交换机呢？ 答：路由器能隔离广播域（每个接口一个）；交换机不能隔离广播域，只隔离冲突域。
- MAC 地址是多少位？用什么进制表示？ 答：48 位（6 字节），通常用 12 位十六进制表示。
2.7 PPP 与 HDLC：点到点链路协议
认识名字、知道用途即可，考试多为选择题。
| 协议 | 定位 | 特点 |
|---|---|---|
| PPP（点对点协议） | 拨号上网、专线到 ISP 的经典协议 | 简单、不纠错、可承载多种网络层协议；能带用户名密码认证（PPP 认证） |
| HDLC（高级数据链路控制） | 早期广域网链路 | 面向比特、可靠性高、带序号与确认机制 |
记忆点
- 名字里带"点到点"的是 PPP；带"控制协议"的老牌协议是 HDLC。
- 两者都工作在数据链路层。