数据链路层

功能：通过一些数据链路层的协议，在不太可靠的物理链路上实现可靠的数据传输。

相关基本概念：

1、结点（node）：网络中的主机（host）和路由器（router）。

2、链路（link）：通信路径上连接相邻结点的通信信道，中间没有任何其他的交换结点。一条链路只是一条通路的一个组成部分。

3、数据链路(data link):要在一根线路上传送数据，除了要有一条物理线路外，还要有一些必要的规程来控制这些数据的传输。将实现这些规程的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路。

4、规程:早期的数据通信协议曾叫作通信规程。因此在数据链路层，规程和协议是同义语。

5、数据链路层协议:定义了一条链路的两个结点间交换的数据单元格式，以及结点发送和接收数据单元的动作。

6、点到点（point to point）通信：在相邻结点间的一条链路上的通信。（数据链路层）

7、端到端（end to end）通信：从源结点（source node）到目的结点（destination node）通信。通信路径（path）可能由多个链路组成.（传输层）

数据链路层为网络层提供三种合理的服务

1、无确认无连接服务。

      （1）误码率很低的线路，错误恢复留给高层。

      （2）实时业务。

      （3） 大部分局域网。

2、有确认无连接服务。

       （1）适用于不可靠的信道，如无线网。

3、有确认有连接服务。

一、成帧方法

成帧的目的：提高传输效率、差错控制。

帧同步：以帧为单位进行传送，指出哪里是帧的开始和结束。

1、字符计数法

方法：在帧头中用一个域来表示整个帧的字符个数。

可能产生的错误：一个帧出错了，本帧及后面的帧都会产生影响，都有可能出错。

2、带字符填充的首尾字符定界法

方法：1、由标志字节分隔的帧。

           2、填充前后字节序列的四个示例。

缺点：局限于8位字符和ASCII字符传送。

3、带位填充的首尾标记定界法

方法：帧的起始和结束都用一个特殊的位串“01111110”，称为标记(flag), 即 ‘01111110’.

可能存在问题及解决办法：存在01111110的帧，我们规定连续5个1后一定要有一个0，在接收之后去掉即可。

二、差错控制

差错产生的原因：噪声。

可能产生的错误：数据帧出错、数据帧丢失。

目的:使DL（数据链路层）能够向上层提供无差错的服务(链路有干扰)。

基本原理:接收端向发送端发送确认信息(ACK,NAK)。

 

噪声类型：

1、白噪声: 随机错误，某一码元与前后码元无关的错误，单个出现。

2、冲击噪声:突发错误，某一码元与前后码元有关的错误，成串密集出现。

如何进行差错的检测和纠正呢？

方法：数据之外加冗余编码，分别叫做检错码和纠错码。

检错码: 通过编码检查能自动发现差错

纠错码: 除了能知道出错，还能知道错误发生的位置

检错码：奇偶校验码、CRC编码。

1、CRC编码

码多项式：将码元序列中的每一位看成是一个多项式的系数，则一个码元序列对应一个多项式，这个多项式被称为该码元序列的多项式。

例子：码元序列：10110

  1   0    1    1   0   

 1x4+0x3+1x2+1x1+0x0   = x4+x2+x1

使用方法：

模2运算

   加法不进位，减法不借位，除法中的减法仍然采用模2运算，可以理解为一种亦或运算，相同为0，不同为1。

例子：加法                          减法

         10011011                     11110000

    ＋ 11001010                    -10100110

         01010001                     01010110

CRC码基本实现原理：

       在要传输的码元序列（帧）后加上校验和（checksum），使带校验和的帧的多项式能被G(x)除尽；收方接收时，用G(x)去除它，若有余数，则传输出错（此处就是检错的原理）。

帧的尾部的校验和的得到方法：

        设G(x)为 r 阶，在帧的末尾加 r 个0，使帧为m + r位，相应多项式为xrM(x)；

        按模2除法用对应于G(x)的位串去除对应于xrM(x)的位串；

具体实现步骤：

1、将要传送的数据位后面加上r个0， xr M(x)。

2、用xr M(x)除以G(x),得到的余数r(x)。

3、用xr M(x)减去余数r(x) ,构成要传输的n位数据T(x)。

感觉文字看比较难理解，例子可以比较直接：

 

三、流量控制

为什么要进行流量控制？

发送者发送数据的能力高于接收者的接收能力，可能导致数据未接收就丢失了。

如何解决流量控制问题，有两个方法：

       1. 基于反馈的流量控制。

       2. 基于速率的流量控制。

四、基本的数据链路层协议

1、无限制的单工协议

待

2、单工停等协议

待

3、带噪声的单工协议

待