chapter5-链路层

本章接着前一章学习的网络层，更加深入来到下一层数据链路层。

链路层概述

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首先来一张数据报传输过程的例子，帮助理解数据报是如何从发送端到达目的端的，中间发生了怎样的过程，来看下面这张图：

 

 

公司网络

如上图所示的公司网络中，思考从无线主机向服务器发送一个数据报，该数据报将实际通过6段链路：

1. 发送主机与WIFI接入点之间的Wifi链路；
2. 接入点与链路层交换机之间的以太网链路；
3. 链路层交换机与路由器之间的链路；
4. 两台路由器之间的链路；
5. 路由器和服务器链路层交换机之间的链路；
6. 交换机和服务器之间的以太网链路；

在通过特定链路时，传输结点将数据报封装在链路层帧中，并将该帧传送到链路中。

链路层提供的服务

1. 成帧
2. 链路接入
3. 可靠交付，链路层的可靠交付通过是通过确认和重传取得，这里应该联想传输层的TCP协议提供的可靠传输服务。
4. 差错检测和纠正

链路层在何处实现

链路层的主体部分是在网络适配器中实现的，也就是我们说的网卡，它实现的服务有：成帧、链路接入、差错检测等。

差错校验和纠技术

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链路层接到上层的应用数据后，加上自己的首部组成链路层数据报，放在链路中进行传播。传播中可能发生错误，因此需要有差错检测机制来发现链路层首部和应用数据的错误。差错检测可能并不能找到所有的错误，因此链路层可能向上层交付一个有差错的数据报，但是这种事情的发生概率比较低

差错检测常用的 3 种技术分别是：奇偶校验、检验和方法、循环冗余检测

1. 奇偶校验 方法是其中最简单的一种。如果要发送 d 比特的数据，在这些数据的最后附加一个比特，共 d+1 比特，附加的比特使得所有的比特位中的 1 的个数是偶数。这样，当接收方收到数据后，只需要检查 d+1 比特的数据中的 1 的个数是不是偶数，如果不是则必定在传输过程中发生了错误；但是如果是，也并不意味着一定没有发生错误，因为有可能在两个地方发生了比特翻转使得 1 的个数仍为偶数，当然这样的事情发生的概率是比较低的

上面这样的奇偶校验方法是一维奇偶校验，后来还出现了 二维奇偶校验 方法。将所有的数据分为 i 行 j 列，对每一行附加一个比特，对每一列也附加一个比特，这样总共就附加了 i+j+1 比特。每一行和每一列的附加比特都让行和列的数字 1 的数量是偶数。当某一个比特数据发生错误后，我们发现在第 n 行和第 m 列的数字 1 的个数不是偶数，那么发生错误的数据就是 n 行 m 列的数据，这样我们就能把该比特数据翻转到另一个值，我们就纠正了数据错误，这种能力叫做 前向纠错。二维奇偶校验同样能发现多于一个比特的数据错误，但这种情况下就不能纠正错误了

1. 英特网检验和（Internet checksum） 是另一种差错监测方法。从它的英文名称就可以看出，它是把二进制数据当做整数进行求和来检测差错的。比如，将数据按 16 比特分为多个整数，将所有整数求和，把和取反码就得到了检验和。把检验和附加在报文中。接收方收到数据和检验和后，同样按照 16 比特的分组把所有整数求和并取反码，如果得到的数全是 1 说明数据传输没有发生错误；而如果有一位是 0 就说明错误发生了

之前学习运输层时我们知道运输层的协议多是用检验和法，而链路层协议通常会用下面介绍的 CRC 方法。检验和方法相对于 CRC 来说偏弱一些，而因为运输层协议通常是由软件实现，因此运输层选择了偏弱但是计算更加快速的检验和方法。而链路层因为更加贴近底层硬件，而硬件专门对 CRC 提供支持，因此链路层选用了更强的 CRC

1. 循环冗余检测（Cyclic redundancy Check, CRC） 是链路层使用的差错检测技术。这个方法国语复杂，我也并没有看懂，这里就不详细记录了

多路访问链路和协议

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多路访问问题 研究如何协调多个发送和接受节点对同一个共享广播信道的访问。当两个或多个节点在信道上同时发送数据时，他们