【笔记】数据链路层

一、数据链路层的功能

  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，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。

1.为网络层提供服务

  （1）无确认的无连接服务
  适用于实时通信或误码率较低的通信信道，如以太网。
  （2）有确认的无连接服务
  适用于误码率较高的通信信道，如无线通信。
  （3）有确认的面向连接服务
  适用于通信要求较高的场合。

2.链路管理

  数据链路层连接的建立、维持和释放过程就称作链路管理，主要用于面向连接的服务。

3.帧定界、帧同步与透明传输

  两个工作站间传输信息时，必须将网络层的分组封装成帧，以帧的格式进行传送。将一段数据的前后分别添加首部和尾部，就构成了帧。首部和尾部中含有很多控制信息，它们的一个重要作用是确定帧的界限，即帧定界。
   **帧同步：**指的是接收方应当能从接收到的二进制比特流中区分出帧的启示与终止。当检测到帧标识F即认为是帧的开始，然后一旦检测到帧标识F即表示帧的结束。
   **透明传输：**不管所传数据是什么样的比特组合，都应当能在链路上传送。

4.流量控制

   **流量控制：**实际上就是限制发送方的数据流量，使其发送速率不致超过接收方的接受能力。

5.差错控制

   差错控制：用于使发送方确定接收方是否正确收到了由它发送的数据的方法。
  通常这些错误可分为位错和帧错。
  **位错：**指帧中某些位出线了差错。通常采用循环冗余校验法来发现位错，通过自动重传请求方式（ARQ）来重传出错的帧。
  **ARQ法：**让发送方将要发送的数据帧附加一定的CRC冗余检错码一并发送，接收方则根据检错码对数据帧进行错误检测，若发现错误，则丢弃，发送方超时重传该数据帧。ARQ法仅返回很少的控制信息，便可有效地确认所发数据帧是否被正确接受。
  **帧错：**指帧的丢失、重复或失序等错误。在数据链路层引入定时器和编号机制，可以保证每一帧最终都有且仅有一次正确地交付给目的结点。

二、组帧

  组帧主要解决帧定界、帧同步、透明传输等问题。通常有以下四种方法实现组帧。

注：组帧时既要加首部，又要加尾部。

1.字符计数法

  字符计数法是在帧头部使用一个计数字段来标明帧内字符数。当目的结点的数据链路层收到字节计数值时就知道后面跟随的字节数，从而可以确定帧结束的位置。
  该法最大问题在于如果计数字段出错，即失去了帧边界划分的依据，接收方就无法判断所传输帧的结束位和下一帧的开始位，收发双方将失去同步，从而造成灾难性后果。

2.字符填充的首尾界定符法

  字符填充法使用一些特定的字符来定界一帧的开始（DLE STX）与结束（DLE ETX）。
  帧的数据段中出现DLE字符，发送方在每个DLE字符前再插入一个DLE字符，接收方受到数据后会自己删除这个插入的DLE字符，结果仍得到原来的数据。

3.比特填充的首尾标志法

  比特填充法允许数据帧包含任意个数的比特，也允许每个字符的编码包含任意个数的比特。它是一个特定的比特模式，即01111110来标志一帧的开始和结束。
  为了不使信息位中出现的比特流01111110被误判为帧的首尾标志，发送方的数据链路层在信息位中遇到5个连续的“1”时，将自动在其后插入一个“0”；而接收方做该过程的逆操作，即每收到5个连续的“1”时，则自动删除后面紧跟的“0”，以恢复原信息。
  比特填充很容易由硬件来实现，性能优于字符填充法

4.违规编码法

  在物理层比特编码时通常采用违规编码法。可以借用这些违规编码序列来界定帧的起始和终止（如局域网IEEE 802标准）。
  违规编码法不需要采用任何填充技术，便能实现数据传输的透明性，但它只适用于采用冗余编码的特殊编码环境。
  由于字节计数法中计数字段的脆弱性和字符填充法实现上的复杂性与不兼容性，目前较常用的组帧方法是比特填充法和违规编码法。

三、差错控制

1.检错编码

2.纠错编码

四、流量控制与可靠传输机制

1.流量控制、可靠传输与滑动窗口机制

2.单帧滑动窗口与停止-等待协议

3.多帧滑动窗口与后退N帧协议(GBN)

4.多帧滑动窗口与选择重传协议(SR)

五、介质访问控制

1.信道划分介质访问控制

频分多路复用(FDM)

时分多路复用(TDM)

波分多路复用(WDM)

码分多路复用(CDM)

2.随机访问介质访问控制

ALOHA协议

CSMA协议

CSMA/CD协议

CSMA/CA协议

3.轮询访问介质访问控制：令牌传递协议