学习笔记之《计算机网络》- 数据链路层(上)
haoteby 2024-12-26 13:27 13 浏览
1.数据链路层概述
链路：从一个结点到另一个结点的一段物理线路，中间没有任何其他交换结点。
数据链路：把实现通信协议的硬件和软件加到链路上，构成数据链路。
数据链路层以帧为单位传输和处理数据。
数据链路层面对的三个问题：封装成帧，差错校验，可靠传输
封装成帧
数据链路层给上层交付的协议数据单元添加帧头和帧尾使之成为帧。
帧头和帧尾中包含有重要的控制信息，帧头和帧尾的作用之一就是帧定界，确定帧的开始与结束位置。
透明传输是指数据链路层对上层交付的数据单元没有任何限制，即上层交付的数据是透明的，数据链路层不用考虑其内容。
如果上层交付的数据中包含帧定界符，则帧就无法正确的确定帧的开始与结束位置，使得接收的帧错误。
为屏蔽帧中上层交付的数据中的帧定界符采用以下两种方法：
- 面向字节的物理链路使用字节填充（或称字符填充）。帧的数据部分中出现帧定界符时，在帧定界符后添加一个转义符，如果帧的数据部分中出现转义符时，同样在转义符后添加1个转义符。
- 面向比特的物理链路使用比特填充。帧的数据部分中每连续出现五个比特1（11111），则在其后边填充一个比特0。
为提高帧的传输效率，应使帧的数据部分尽量大些，但考虑到差错控制等多种因素，每一种数据链路层协议都规定了帧的数据部分的长度上限，即最大传输单元MTU，不超过1500。
差错校验
实际的通信链路都不是理想的，比特在传输过程中可能产生差错：1可能变成0，0可能变成1，称为比特差错（也称误码）。
误码率：在一段时间内，传输错误的比特数占所传输比特总数的比率。
差错检验码，位于帧尾部，FCS，用来检测数据在传输过程中是否产生了比特差错，方法：
- 奇偶校验：出现奇数位差错时，可以检错；出现偶数位差错时，无法检错。
- 循环冗余校验（CRC）：检错能力好，漏检率非常低，易于硬件实现，广泛应用于数据链路层。
检验码只能检测出帧在传输过程中出现了差错，不能定位错误，无法纠正错误。
要想纠正传输中的差错，可以使用冗余信息更多的纠错码进行向前纠错，纠错码开销大，在计算机网络中较少使用，通常采用检错重传方式来纠正传输中的差错或者仅仅是丢弃检测到差错的帧，这取决于数据链路层向其上层提供的是可靠传输服务，还是不可靠传输服务。
可靠传输
- 不可靠传输服务：仅仅是丢弃有误码的帧。
- 可靠传输服务：想办法实现发送端发送什么，接收端就收到什么。
有线链路的误码率比较低，为减少开销，不要求数据链路层向上层提供可靠传输服务。出现误码时，可靠传输的问题由其上层处理。
无线链路易受干扰，误码率比较高，要求数据链路层必须向上层提供可靠传输服务。
从计算机网络体系结构来看，传输差错包括
- 比特差错
- 分组丢失
- 分组失序
- 分组重复
可靠传输不仅仅局限于数据链路层，其他各层均可选择实现可靠传输，可靠传输的实现比较复杂、开销大，是否使用可靠传输取决于应用需求，如：
- 以太网不要求数据链路层实现可靠传输
- 802.11无线局域网要求数据链路层实现可靠传输
- IP向上层提供无连接、不可靠传输服务
- TCP向上层提供面向连接的可靠传输服务
- UDP向上层提供无连接、不可靠传输服务
可靠传输的实现机制：
- 停止-等待协议
- 回退N帧协议
- 选择重传协议
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