数据链路层

一、数据链路层的概述

数据链路层的任务：提供两个相邻的网络节点，或者主机和它相邻的网络节点之间的可靠通信。从网络层接受数据后，加上比特位形成报文的头部和尾部来携带地址和其他控制信息，一个含有这样附加信息的数据单元成为帧。数据链路层传送的信息单位是帧。

使用的两种信道：点对点信道和广播信道。

简单模型：

 

二、使用点对点信道的数据链路层

1.数据链路和帧：

链路和数据链路是两个不同的概念，链路是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结点。它只是一条通路的一个组成部分。而数据链路则是链路加上通信协议，数据链路需要这些协议来控制这些数据的传输。

2.三个基本问题：

（1）封装成帧

链路层的数据传输单元是帧，协议不同，帧的长短和界面也有差别。封装成帧的目的就是对帧进行帧定界，在数据前后插入首部和尾部。

帧开始符和帧结束符分别为SOH 和EOT

（2）透明传输

不管所传的数据如何比特组合，帧数据中与某一个控制信息完全一样时，数据链路层的传输是透明的。

有时候帧数据部分也有可能出现帧结束符EOT，接收端会误以为这里是帧的结束，导致后面部分被当做无效帧丢弃。对此，就要使用填充来解决透明传输问题——帧发送在数据中出现控制字符“SOH-01H”和“EOT-04H”时，就在前面插入一个转义字符ESC-1B。这种方法叫字节填充或是字符填充。在接收端接受到连续的两个转义字符时，就删除其中前面的一个。

（3）差错检测

一段时间内，传输错误的比特占所传输比特总数的比率称为误码率，误码率和信噪比有很大关系。在传输过程中，都是会产生比特差错的，必须采用差错检测措施——如循环冗余检验CRC来保证数据的可靠性。

循环冗余检验就是将一段n位的冗余码添加在数据的后面一起发送。接下来则是如何求得这n为的冗余码：根据事先选好长度的n+1位的除数p，决定在被除数后添加n个零，得出的商是Q，余数则是R，余数R比除数P少一位，R是n位，发送的数据就是被除数后面添上余数。

 

 接收端会对收到的第一帧除以同样的除数P，然后检查所得到的余数，如果余数为0，则没有差错，否则丢弃。

 常见的差错有三种类型：帧丢失，帧重复，帧失序

 无比特差错和无传输差错是两码事。

 

三、点对点协议PPP

１.PPP协议有三个组成部分：

（１）一个将ｉｐ数据报封装到串行链路的方法

（２）链路控制协议ＬＣＰ，用来建立，配置和测试数据链路的链路

（３）一组网络控制协议ＮＣＰ，支持不同的网络层协议，如ｉｐ，ｏｓｉ的网络层等

２.ＰＰＰ协议的帧格式：

标志字段（ｆｌａｇ）：就是ＰＰＰ帧的定界符。Ｆ＝０Ｘ７Ｅ（符号“０ｘ”－－十六进制。７E的二进制表示是01111110）

地址：值为FFF（11111111），表示网中所有的站都接收该帧，对点对点链路此项不起作用。

控制：值为“03”，表示PPP帧不使用编号

协议字段：2个字节，若为0X0021，则为ip数据报，0XC021，则信息字段是PPP链路控制数据（LCP），若为0X8021，则表示这是网络控制数据（NCP）。

 3.透明传输问题：

数据链路层协议基本分为两类：面向字符型的和面向比特型的

PPP协议用在同步链路时，使用零比特填充的方法来实现透明传输，在发送端，当一串比特流数据中有5个连续1时，就立即填入一个0.在接受帧时，先找到F字段以确定帧的边界，接着再对比特流进行扫描，发现连续的五个一时，将后面的0删除，进行还原。异步链路的字符填充法省略。

*两帧之间只用一个标志字段，如果连续出现两个F字段则代表这是一个空帧。

 

4.PPP协议的工作状态：

（1）建立一条用户和ISP的物理连接

（2）PC向路由器发送一系列的LCP分组，这些分组请求一些PPP参数

（3）NCP给新接入的PC机分配一个临时的IP地址，使ＰＣ机成为因特网上的一个主机

（４）释放网络层连接，收回ＩＰ地址

 

四、使用广播信道的数据链路层