数据链路层

OSI参考模型第二层，位于物理层和网络层之间。在局域网，由于可能存在介质争用，它还可以细分为介质访问控制（MAC）子层和逻辑链路控制（LLC）子层。
局域网和广域网都属于第一二层。

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功能：将不可靠的物理链路转变为可靠的数据链路。（端到端数据传输）

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三个基本问题

• 封装成帧
• 差错控制
• 流量控制

封装成帧：在IP分组的前后添加首部和尾部，构成一个帧

• 字符计数法
• 字符填充分界符法
• 零比特填充分界符法
• 物理层编码违例法

字符计数法：

• 发送方利用帧首部一个字段作为帧长字段，按字符计数
• 帧长字段：帧包含的字符数+1
• 接收方利用帧长字段进行接受收

字符填充分界符法：

• 每一帧用两个不同的特殊字符作为开始和结束的标志
• 透明传输问题：发送方在标志字符之前插入‘ESC’，接收方删除转义字符

零比特填充分界符法：

• 面向位流的同步传输：数据块包含任意长度和组合的比特位
• 每一帧开始和结束都有一个特殊的位模式01111110
• 发送方逢5插0，接收方逢5删0

物理层编码违例法

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差错控制

首先明确一个问题，数据链路层可能出现哪些传输差错？

常用差错检测方法：

• 奇偶校验码
• CRC循环冗余校验码

奇偶校验码：增加一比特位校验位使得数据+校验位中'1'的个数为奇数（奇校验）或者偶数（偶校验）。

循环冗余校验CRC：假设校验码为n比特位

• 发送方：选择要发送的数据为被除数（左移n位），选择一个预定的二进制数（n+1位)作为除数(生成多项式)，进行二进制模2除法运算，计算得到一个余数，作为CRC校验码（FCS），随数据帧发送给接收方。
• 接收方：以发送方发送的数据+CRC校验码为被除数，选同样的二进制数作为除数，如果余数为0，则表明没有差错(接近概率1),否则证明发生差错。
  举例：
• 要发送的二进制序列为1010001，选定的生成多项式为10111
• 被除数多项式为10100010000 ----左移四位
• 多项式除法后得到的余数为1101，所以相应的数据发送序列为10100011101

差错纠正：

• 反馈重发纠错法ARQ(automatic request for repeat) ：接收方检测错误，丢弃出错帧，发送方对出错帧进行重传。
• 向前纠错法FEC(forward error correction)：接收方利用纠错码(海明威码)不仅可以检测差错，而且知道错误的位置，从而改正错误。

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流量控制

目的：为了解决发送方发送速率和接收方交付速率匹配问题。

常用技术：

• 停止—等待协议
• 后退N帧协议
• 选择重发协议

停止—等待协议

每发送完一个分组就停止发送，等待对方的确认。在收到确认后再发送下一个分组。

arq

改进：数据帧发送完之后启动重发定时器，如果超时还未收到ack确认帧则重发数据帧。
定时器时间设置：选略大于从发送完数据帧到接收确认帧所需的平均时间RTT。
出现重复报文的原因：

• 定时器设定时间过短
• 数据帧丢失、差错或延迟时间长
• 确认帧丢失、差错或延迟时间长

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后退N帧协议

• 发送方在发送完一个数据帧后，不是等待ACK确认帧，而是可以再连续发送若干个数据帧，同时启动重发定时器。
• 如果发送方某数据帧重发定时器超时之前收到ACK确认帧，则滑动发送窗口，继续接着发送后面的数据帧。
• 如果发送方某数据帧重发定时器超时，则从该帧开始的后继帧全部重发。

• 累计确认，ACKn表示确认n-1号前所有帧，并期望下次收到n号帧

  
  
  arq

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选择重发协议

发送窗口的工作过程和后退N帧协议一样，但接受窗口的大小大于1.
后退N帧协议发送窗口最大为2^n - 1,而选择重发协议发送窗口最大为2^n-1.
为什么选择重发协议发送窗口小于等于序号空间大小的一半：

我们可以不将序号空间分开看看到底会发生什么假设n取3,2的三次方为8,序号空间即0~7
S:sender R:receiver

1. S 发送了0,1,2,3,4,5,6 号帧
2. R 接受上述帧并且捎带发送 ACK6,但是丢失了.
3. S的0号帧首先超时，S 重发发送0号帧
4. R收到0号帧，但是因为之前它已经接受0~6,发送了ACK of 6，它会认为0号帧是一个新的帧，而在0号帧之前的一个7号帧丢失。因为是选择重传协议，R会接受0号帧( the old)作为新帧(暂时放在缓存区)，并通过发送NAK7通知S重发7号帧。
5. S 发送7号帧
6. R接受了7和0号帧，并且发送ACK of 0
   这就出现了问题：1、R接受错误的0号帧作为新的帧 2、S在发送完7号帧之后收到了ACK of 0，而不是ACK of 7，此时对于S而言，它的0号帧早已在ACK of 6中确认。
   出现这个问题的主要原因是我们不能区别新旧帧，现在我们将序号空间一分为二，首先发送0~3，继续走上面的步骤。走到步骤4.的时候R不会接受0作为新帧，因为R知道新的帧是4而不是0。这样就避免了上面的问题。仅仅避免这个问题其实怎么分是都是可以的，我们可以将序号空间三等分，四等分...但是为了尽可能利用资源，均分为两个部分最佳。