计算机网络学习【入门】——（三）数据链路层

第三章 数据链路层
一、数据链路层的基本概念
     数据发送模型（数据链路层的简单模型）
 
图 1数据链路层的简单模型
     数据链路层的任务：判断一个信号的数据帧的开头和结尾是否正确，如果判断正确则进行两个链路层之间的发送和接收
 1.数据链路层的信道类型
    点对点信道--这种信道使用一对一的点对点通信方式
    广播信道--这种信道使用一对多的广播通信方式，因此过程比较复杂。广播信道上连接的主机很多，因此必须使用专用的共享信道协议来协调这些主机的数据发送。
 2.链路--是一条点到点的物理线路段，中间没有任何其他的交换机。
    一条链路知识一条通路的一个组成部分
 3.数据链路--除了物理线路外，还必须有通信协议来控制这些数据的传输。若把实现这些协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路。
    现在最常用的方法就是使用适配器（网卡）来实现这些协议的硬件和软件
    一般的适配器都包括了数据链路层和物理层这两层的功能。
 4.帧  数据链路层传送的是帧（网络层的信息+帧头+帧尾+物理层地址+校验值）
二、数据链路层的三个基本问题
     封装成帧、透明传输、差错控制（差错检测）
1.封装成帧 -- 在一段数据的前后分别添加首部和尾部，然后就构成了一个帧。确定帧的界限。
   网络上的数据包到了数据链路层就成了帧
2.透明传输 
   （1）思考：帧还未发送完，发送端出了问题，只能重发该帧。接收端却收到了前面的“半截子帧”，它会抛弃吗？为什么？
   若传输的数据是ASCII码中“可打印字符(共95个)”集时，一切正常。
   若传输的数据不是仅由“可打印字符”组成时，就会出问题，如下图2。
     
图 2封装时出错示意图
 （2）用字节填充法解决透明传输：发送端的数据链路层在数据中出现控制字符“SOH”或“EOT”的前面插入一个转义字符“ESC”(其十六进制编码是 1B)。如下图3。
 
图 3字节填充法示意图
a.什么是字节填充或字符填充？--接收端的数据链路层在将数据送往网络层之前删除插入的转义字符。
b.如果转义字符也出现数据当中，那么应在转义字符前插入一个转义字符。当接收端收到连续的两个转义字符时，就删除其中前面的一个。
3.差错控制（差错检测问题）
   传输过程中可能会产生比特差错：1 可能会变成 0 而 0 也可能变成 1。在一段时间内，传输错误的比特占所传输比特总数的比率称为误码率 BER (Bit Error Rate)。误码率与信噪比有很大的关系。为了保证数据传输的可靠性，在计算机网络传输数据时，必须采用各种差错检测措施。
 （1）循环冗余检验CRC
      在数据链路层传送的帧中，广泛使用了循环冗余检验 CRC 的检错技术。
      冗余码的计算
    用二进制的模 2 运算进行 2n 乘 M 的运算，这相当于在 M 后面添加 n 个 0。
    得到的 (k + n) 位的数除以事先选定好的长度为 (n + 1) 位的除数 P，得出商是 Q 而余数是 R，余数 R 比除数 P 少1 位，即 R 是 n 位。
      在发送端，先把数据划分为组。假定每组 k 个比特。假设待传送的一组数据 M = 101001（现在 k = 6）。我们在 M 的后面再添加供差错检测用的 n 位冗余码一起发送。
    如下列计算过程所示。
 
    现在 k = 6, M = 101001。
    设 n = 3, 除数 P = 1101，
    被除数是 2nM = 101001000。 
    模 2 运算的结果是：商 Q = 110101，
           余数 R = 001。
    把余数 R 作为冗余码添加在数据 M 的后面发送出去。发送的数据是：2nM + R 
       即：101001001，共 (k + n) 位。
   注：可以用生成多项式来表示循环冗余的除数，例P(X)=X3+X2+1可以表示1101这个除数。
 （2）帧检验序列FCS
      在数据后面添加上的冗余码称为帧检验序列 FCS (Frame Check Sequence)。循环冗余检验 CRC 和帧检验序列 FCS并不等同。
    CRC 是一种常用的检错方法，而 FCS 是添加在数据后面的冗余码。
    FCS 可以用 CRC 这种方法得出，但 CRC 并非用来获得 FCS 的唯一方法。
  在检验余数R时：
    a.若得出的余数 R = 0，则判定这个帧没有差错，就接受(accept)。
    b.若余数 R 不等于 0，则判定这个帧有差错，就丢弃。
  特点：
    a.但这种检测方法并不能确定究竟是哪一个或哪几个比特出现了差错。
    b.只要经过严格的挑选，并使用位数足够多的除数 P，那么出现检测不到的差错的概率就很小很小。
三、点到点通信数据链路层协议（PPP协议）--用于广