计算机网络-数据链路层

概述

物理层为数据链路层提供服务。物理层：位流（bits），数据链路层：帧（frame）。

链路：一条无源的、点到点的物理线路段，中间没有任何其他的交换节点。

数据链路：物理线路+链路控制规则形成的数据管道。

数据链路层的三个基本功能：

1.封装成帧

在一段数据的前后分别添加首部和尾部，就构成了一个帧，首部和尾部的一个重要作用是进行帧定界。

MTU：最大传输单元。

帧=帧头+载荷+帧尾

2.透明传输

转义字符

3.差错控制

在传输过程中可能会产生比特差错。在数据链路层传送的帧中，广泛使用了循环冗余校验CRC的检错技术

循环冗余校验的原理：在发送端，先把数据划分为组，假定每组k个比特。假设M为要发送的比特，将M后面加n个0，与一个n+1位的除数P进行模二除法运算，得到n位的余数R，R即冗余码，需要加在M的后面。在数据后面添加的冗余码被称为帧检验序列（FCS）。除数P可以采用生成多项式来表示。

接收端对收到的每一帧进行CRC校验，若得出的余数R为0，则没有差错。

仅用循环冗余校验CRC差错检测技术只能做到无差错接受。无差错接受 ≠ 可靠传输。

---

数据链路层的可靠传输

停-等协议

基本原理：

数据帧出错，检验：CRC检验，否认帧：NAK。差错重传

数据帧丢失，超时计时器，超时重传

应答帧丢失，重复帧-序号。

自动重传请求（ARQ）：停止等待协议的优点是简单、易实现，缺点是信道利用率太低。

连续ARQ协议：流水线传输。发送方发送一个数据帧之后，不用等待确认帧，而是可以连续再发送若干个数据帧。边发送边接收确认，由于连续发送，需要连续编号，确认帧也需要编号。接收端出现差错后的处理：向发送端发送否认帧或者不响应。接收端只按序接收（Go-back-N 回退N）。接收端采用累积确认方式。

滑动窗口机制

在发送方和接收方分别设置的可以移动的发送窗口和移动窗口。只有在窗口内的帧才能被连续发送出去。

---

PPP协议

需求：简单，封装成帧，透明性，多种网络层协议，多种类型链路（串并行、低高速、同异步），差错检测，检测连接状态，最大传输单元（MTU），网络层地址协商，数据压缩协商。（只支持全双工链路）

PPP协议的组成：一个将IP数据报封装到串行链路的方法；链路控制协议（LCP）；网络控制协议（NCP）。

PPP协议的帧格式：有一个2个字节的协议字段（当协议字段为0x0021时，PPP帧的信息字段就是IP数据报，若为0xC021时，则信息字段是PPP链路控制数据，若为0x8021时，则表示这是是网络控制数据）。

透明传输问题：当PPP采用异步传输时，使用一种特殊的字符填充法（将信息字段中出现的每一个0x7E字节转变为2字节序列（0x7D,0x5E），若信息字段中出现一个0x7D字节，则将其转变成2字节序列（0x7D,0x5D），若信息字段中出现ASCII码的控制字符，即数值小于0x20的字符，则在该字符前面要加入一个0x7D字节，同时将该字符的编码加以改变），当采用同步传输链路时，协议规定采用硬件来完成零比特填充（信息字段中出现了和标志字段完全相同的比特组合，发送端在5个连续1之后填入0比特再发送出去）。

PPP协议的工作过程：

PPP协议状态图