计算机网络——数据链路层-数据链路层概述（介绍、三个重要问题、使用广播信道的数据链路层、其他问题）
目录
介绍
三个重要问题
封装成帧
差错检测
可靠传输
使用广播信道的数据链路层
其他问题
介绍
本篇对数据链路层进行概述，我们首先来看看数据链路层在网络体系结构中的地位：
主机H1给主机H2发送数据，中间要经过三个路由器和电话网、局域网以及广域网等多种网络。
从五层协议原理体系结构的角度来看，主机应具有体系结构中的各个层次，而路由器只需具有体系结构中的下面三层。
各设备通过物理层下面的传输媒体进行互连，当主机H1向H2发送数据时，数据的流动如上图所示。主机H1将待发送的数据逐层封装后，通过物理层将构成数据包的各比特转换为电信号发送到传输媒体；数据包进入路由器后，由下往上逐层解封到网络层，路由器根据数据包的目的网络地址和自身转发表确定数据包的转发端口，然后从网络层向下逐层封装数据包；并通过物理层将数据包发送到传输媒体，数据包最终到达主机H2时，还要由下往上逐层解封，最终解封出主机H1所发送的数据。
当我们专门研究数据链路层的问题时，在大多数情况下，我们可以只关心数据链路层，而不考虑网络体系结构的其他各层。换句话说，我们可以想象：数据包只在数据链路层从左向右沿水平方向传送。
从数据链路层来看，主机H1到H2的通信可以看成是在四段不同的链路上的通信组成的。
所谓链路，就是从一个节点到相邻节点的一段物理线路，中间没有任何其他的交换节点要在链路上传输数据；
仅有链路还不够，还需要一些通信协议来控制这些数据的传输，若把实现这些协议的硬件和软件
加到链路上，就构成了数据链路；
在数据链路层上传输的数据包，又称为帧，也就是说，数据链路层以帧为单位传输和处理数据。
三个重要问题
接下来介绍数据链路层的三个重要问题，它们是封装成帧、差错检测和可靠传输。
封装成帧
首先来看封装成帧，如下图所示，两台主机通过一段链路互连。两台主机都会对所发送或接收的数据包进行5个层次的封装或解封。
其中，数据链路层给网络层协议数据单元添加一个数据链路层协议首部，简称为帧头，还要给其添加一个帧尾。
我们将数据链路层给网络层交付的协议数据单元添加帧头和帧尾的操作，称为封装成帧。
添加帧头和帧尾的目的，都是为了在链路上以帧为单元来传送数据；也就是为了实现数据链路层本身的功能。
例如这是以太网版本2的MAC帧格式：
差错检测
再来看差错检测，发送方将封装好的帧，通过物理层发送到传输媒体；帧在传输过程中遭遇干扰后
可能会出现误码，也就是比特0可能变成了比特1，反之亦然。
那么，接收方主机如何判断帧在传输过程中是否出现了误码呢？
这可以通过检错码来发现，发送方在发送帧之前，基于待发送的数据和检错算法，计算出检错码，并将其封装在帧尾。
例如以太网版本2的Mac帧的帧尾，就是4字节的帧检验序列FCS字段，要写入该字段的内容就是我们所说的检错码。
接收方主机收到帧后，通过检错码和检错算法就可以判断出帧在传输过程中是否出现了误码。
可靠传输
再来看可靠传输，接收方主机收到有误码的帧后，是不会接受该帧的，会将其丢弃。
如果数据链路层向其上层提供的是不可靠服务，那么丢弃就丢弃了，不会再有更多措施；
如果数据链路层向其上层提供的是可靠服务，那么就还需要其他措施来确保接收方主机还可以重新收到被丢弃的这个帧的正确副本。
换句话说，尽管误码是不能完全避免的，但若能实现发送方发送什么，接收方最终都能收到什么，就称为可靠传输。
封装成帧、差错检测和可靠传输是数据链路层中最基本最重要的问题，我们在后面的文章中还会详细介绍。
需要说明的是，我们在介绍这三个问题的时候，使用的是点对点信道的数据链路层来举例的；对于使用广播信号的数据链路层，除了包含这三个问题外，还有一些其他需要解决的问题。
使用广播信道的数据链路层
如下图所示，主机A、B、C、D、E通过一根总线进行互连，主机A要给主机C发送帧；
代表帧的信号会通过总线传输到总线上的其他各主机，那么主机BDE如何知道所收到的帧不是发送给他们的，而主机C又如何知道所收到的帧恰恰是发送给自己的呢？
相信大家能够想到地址，或者说编址的问题；也就是将帧的目的地址添加在帧中一起传输 。
例如这是以太网版本2的MAC帧格式：
除了编址问题外，再来看下面这个问题：
当总线上多台主机同时使用总线来传输时，传输信号就会产生碰撞。
这是采用广播信道的共享式局域网不可避免的。
以太网采用的协调方法是使用一种特殊的协议CSMA/CD，也就是载波监听多点接入/碰撞检测。
其他问题
随着技术的发展，交换技术的成熟和成本的降低，具有更高性能的使用点对点链路和链路层交换机的交换式局域网在有线（局域网）领域已完全取代了共享式局域网。
那么，网络中的交换机又是如何转发帧的呢？
另外，由于无线信道的广播天性，无线局域网仍然使用的是共享信道技术。
例如 802.11局域网采用的媒体接入控制协议是CSMA/CA，也就是载波监听多点接入碰撞避免，它的工作原理又是怎样的呢？
上述这些内容，都是数据链路层中比较重要的问题，我们将在后面的文章中逐个进行介绍。
END
学习自：湖科大——计算机网络微课堂