计算机网络重要知识清单：数据链路层（一）

数据链路层基本概念

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

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结点传送数据报

数据链路层功能概述

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主机网络层。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。

物理层很傻，很容易出现问题，数据链路层提前把可能发生的差错预知好进行一定的差错控制！！

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（有链接一定有确认）

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

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，他们的一个重要作用：帧定界（确认帧的界限）

帧同步：接收方应当能从接收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

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，链路层就像“看不见”有什么妨碍数据传输的东西。

当所传数据中的比特组合恰巧与某一个控制信息完全一样时，就必须采取适当的措施，使接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。

组帧的方法1：字符技术法

痛点：很容易出错，不常用！

组帧的方法2：字符填充法

 

组帧的方法3：零比特填充法

组帧的方法4：违规编码法

差错控制

差错的来源：传输中的差错都是由于噪声引起的

1.全局性差错：

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）

2.局部性差错：

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。

链路层为网络层提供服务：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

数据链路层的差错控制主要针对比特错！！！

检错编码---奇偶校验码

检错编码---CRC循环冗余码

当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收的帧，我们都可以非常接近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接收到了，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是那么，接收端就收到什么。

链路层使用CRC检验，能狗实现无比特差错的传输，但这还不是可靠传输。

纠错编码---海明码（很巧妙的思想呀！）

发现双比特错，纠正单比特错。

1.确认校验码位数r

2.确认效验码和数据的位置

3.求出校验码的值

4.检错并纠错

 

数据链路层的流量控制

较高的发送速度和较低的接受能力的不匹配，会造成传输出错，因此流量控制也是数据链路层的一项重要工作。

数据链路层和传输层流量控制的区别：

1.数据链路层的流量控制是点对点的，而传输层的流量控制是端到端的。

2.1数据链路层的流量控制手段：接收方收不下就不回复确认

2.2传输层的流量控制手段：接收端给发送端一个窗口公告

流量控制的方法：

停止-等待协议：(发送窗口大小=1，接收窗口大小=1)

每发送完一个帧就停止发送，等待对方的确认，在接收确认后再发送下一个帧。

滑动窗口协议：

后退N帧协议（GBN）:发送窗口大小>1,接收窗口大小=1

选择重传协议（SR）：发送窗口大小>1,接收窗口大小>1

对比一下可靠传输、滑动窗口、流量控制三者的关系

可靠传输：发送端发啥，接收端就收啥。

流量控制:控制发送速率，使接收方有足够的缓冲空间来接收每一个帧

滑动窗口解决：1.流量控制（收不下就不给确认，想发也发不了） 2.可靠传输（发送方自动重传）

停止-等待协议

历史带来的问题：很多书上停止-等待协议是在传输层中，而又有一些书籍中停止-等待协议放在了数据链路层中？

计算机网络发展的前期，通信链路质量不是很好，所以链路层就要担负起可靠传输的职责，所以当时链路层要使用停止-等待协议、后退N帧协议、选择重传协议等等。随着技术的发展，通信链路的质量越来越好，出现差错的可能性不像以前那么大，因此链路层就可以暂时抛弃掉可靠传输的这个职责，把这个职责交给传输层来实现，链路层自己只负责差错的控制。

几个基本的问题：

1.为什么要有停止-等待协议？

除了比特出差错，底层信道还会出现丢包问题。为了实现流量控制。

丢包：物理线路故障、设备故障、病毒攻击、路由信息错误等原因，会导致数据包的丢失。

2.研究停止-等待协议的前提？

虽然现在常用全双工通信方式，但为了讨论问题方便，仅考虑一方发送数据（发送方），一方接收数据（接收方）

因为是在讨论可靠传输的原理，所以并不考虑数据是在哪一个层次上传送的。

”停止-等待“就是每发送完一个分组就停止发送，等待对方确认，在收到确认后再发送下一个分组。

3.停止-等待协议有几种应用情景？

无差错&有差错

 

停止-等待协议：无差错情景

停止-等待协议：有差错情景

停止-等待协议性能分析

优点：简单

缺点：信道利用率太低

信道利用率

发送方在一个发送周期内，有效的发送数据所需要的时间占整个发送周期的比率。