计算机网络(4.1)——数据链路层的功能概述、封装成帧和透明传输

基本概念

结点:主机、路由器

链路:网络中两个结点之间的物理通道，链路的传输介质主要有双绞线、光纤和微波。分为有线链路、无线链路。

数据链路:网络中两个结点之间的逻辑通道，把实现控制数据传输协议的硬件和软件加到链路上就构成数据链路。

帧:链路层的协议数据单元，封装网络层数据报。

功能：数据链路层负责通过一条链路从一个结点向另一个物理链路直接相连的相邻节点传输数据报。

数据链路层在物理层提供服务的基础上向网络层提供服务，其最基本的服务是将源自网络层来的数据可靠地传输到相邻节点的目标机网络层。其主要作用是加强物理层传输原始比特流的功能，将物理层提供的可能出错的物理连接改造成为逻辑上无差错的数据链路，使之对网络层表现为一条 无差错的链路。

也是就数据链路层是对网络层提供服务，为了防止物理层传输错误而多的一层屏障。

功能一:为网络层提供服务。无确认无连接服务，有确认无连接服务，有确认面向连接服务。有连接一 定 有确认!

功能二:链路管理，即连接的建立、维持、释放(用于面向连接的服务)。

功能三:组帧。

功能四:流量控制。

功能五:差错控制(帧错/位错)。

封装成帧和透明传输

封装成帧就是在一段数据的前后部分添加首部和尾部，这样就构成了一个帧。接收端在收到物理层上交的比特流后，就能根据首部和尾部的标记，从收到的比特流中识别帧的开始和结束。

首部和尾部包含许多的控制信息，他们的一一个重要作用:帧定界(确定帧的界限)。

一帧多大呢？MTU就是帧的数据部分的最大长度，也就是IP数据报的最大长度。

帧同步:接收方应当能从接收到的二进制比特流中区分出帧的起始和终止。

组帧的四种方法: 1.字符计数法，2.字符(节)填充法，3.零比特填充法，4.违规编码法。

会根据不同的协议有不同的长度。

透明传输

透明传输是指不管所传数据是什么样的比特组合，都应当能够在链路上传送。因此，链路层就“看不见”有什么妨碍数据传输的东西。

数据链路层对于数据来说像是透明的。为了使传输的数据不会被认为是帧头部或者帧尾部，就需要以下措施来保证数据传输的透明性。

当所传数据中的比特组合恰巧与某一一个控制信息完全一样时，就必须采取适当的措施，使收方不会将这样的数据误认为是某种控制信息。这样才能保证数据链路层的传输是透明的。

字符计数法

帧首部使用一个数字来代表长度，来表明帧内字符数。缺点就是，如果帧首部的字符出错，之后的帧都会出错。很少用。

字符填充法

 

当传送的帧是由文本文件组成时(文本文件的字符都是从键盘上输入的，都是ASCIl码) 。不管从键盘上输入什么字符都可以放在帧里传过去，即透明传输。

当传送的帧是由非ASCII码的文本文件组成时(二进制代码的程序或图像等)。就要采用字符填充方法实现透明传输。

总之，就是利用传输信息中不可能出现的信息来当作首部和尾部。如果还是很出现了一样的，如上图，就可以用转义字符来表示这不是首部和尾部，如下图。

零比特填充法

违规编码法

 

差错控制

当数据信号从发送端发送到物理线路时，由于物理线路存在噪声，因此数据信号经过物理线路的噪声，到达接收端时，已经是数据+噪声的叠加。这就是差错的来源。

全局性1. 由于线路本身电气特性所产生的随机噪声(热噪声)，是信道固有的，随机存在的。

解决办法:提高信噪比来减少或避免干扰。(对传感器下手)

局部性2.外界特定的短暂原因所造成的冲击噪声，是产生差错的主要原因。

解决办法:通常利用编码技术来解决。

无确认无连接的错误交给传输层。

链路层有差错检测是防止传输错误的帧，代价大。

物理层主要是对单个比特进行编码，数据链路层是对传输的一组比特进行编码。

冗余编码

奇偶校验码

只能检查出奇数个比特错误，检错能力为50%。一个、三个、五个错误可以检查出来，但是要是两个位发生变化，0变1，1变0，检查不出来。

CRC循环冗余码

CRC只能保证不出现比特差错，但是不能保证不出现帧差错，所以他也不是可靠的传输。

就是把被除数和除数相加 在除以除数，看是否余数为0.

 

在数据链路层仅仅使用循环冗余检验CRC差错检测技术，只能做到对帧的无差错接收，即“凡是接收端数据链路层接受的帧，我们都能以非常接近于1的概率认为这些帧在传输过程中没有产生差错”。接收端丢弃的帧虽然曾收到了，但是最终还是因为有差错被丢弃。“凡是接收端数据链路层接收的帧均无差错”。

“可靠传输”:数据链路层发送端发送什么，接收端就收到什么。

链路层使用CRC检验，能够实现无比特差错的传输，但这还不是可靠传输。因为还是有丢弃的帧。

纠错编码——海明码

这个在计组也有涉猎。但是过程有点复杂，可以参考https://www.cnblogs.com/godoforange/p/12003676.html