数据链路层

数据链路层主要有两个功能 ：帧编码和误差纠正控制
数据链路层使用的信道主要有一下两种类型：点对点信道(PPP协议)和广播信道。

使用点对点(一对一)信道的数据链路层

• 数据链路层传送的是帧，那么就要考虑三个基本的问题。

三个基本问题

1.封装成帧

• 在一段数据的前后分别添加首部和尾部，然后构成了一个帧，确定了帧的界限

2.透明传输问题

• 当数据是由可打印的ASCII码组成的文本文件时，帧的定界可以使用特殊的帧定界符
• SOH表示帧的首部开始
• EOT表示帧的结束
  
• 思考：但是如果数据中的某个字节的二进制代码恰好和 SOH 或EOT 一样，数据链路层会不会错误地“找到帧的边界”？
• 答案：会的，这就是透明传输问题。
  
• 怎么解决透明传输问题？
• 解决方法：字节填充 (byte stuffing)或字符填充(character stuffing)。
  
  
  发送端的数据链路层在数据中出现控制字符“SOH”或“EOT”的前面插入一个转义字符“ESC”(其十六进制编码是 1B)。接收端的数据链路层在将数据送往网络层之前删除插入的转义字符。 如果转义字符也出现在数据当中，那么应在转义字符前面插入一个转义字符 ESC。当接收端收到连续的两个转义字符时，就删除其中前面的一个。

3.差错控制(CRC循环冗余检验)

CRC循环冗余检验：将余数 R 作为冗余码拼接在数据 M 后面发送出去。到达接收端后，再把接收到的新帧除以（同样采用“模2除法”）这个选定的除数。因为在发送端发送数据帧之前就已通过附加一个数，做了“去余”处理（也就已经能整除了），所以结果应该是没有余数。如果有余数，则表明该帧在传输过程中出现了差错。

• 待传送的一组数据M = 101001（现在k =6）。我们在 M 的后面再添加供差错检测用的n位冗余码一起发送,这相当于在M后面添加n个。得到(k +n) 位的数除以事先选定好的长度为(n + 1) 位的除数P，得出商Q和余数R，余数 R 比除数P少1位，即 R是n位。将余数 R 作为冗余码拼接在数据 M 后面发送出去。
• 现在假设k=6,M=101001, n=3,除数P=1101.
  
  (在数据后面添加上的冗余码称为帧检验序列FCS (Frame Check Sequence))
• 模2运算的结果是：商Q=110101，余数R=001。把余数R添加到M后边发出去即：101001001共k+n位

无比特差错

仅用循环冗余检验 CRC 差错检测技术只能做到无差错接受 (accept)。“无差错接受”是指：“凡是接受的帧（即不包括丢弃的帧），我们都能以非常接近于 1 的概率认为这些帧在传输过程中没有产生差错”。

无传输差错

帧在传输过程中没有出现比特差错的基础上 未出现帧丢失、帧重复、帧失序的传输。按我的理解来说无传输差错就是可靠传输。

点对点协议(PPP协议)

PPP协议有三个组成部分

• 一个将 IP 数据报封装到串行链路的方法。
• 链路控制协议 LCP (Link Control Protocol)。
• 网络控制协议 NCP (Network ControlProtocol)。

PPP协议的帧格式

标志字段

• 标志字段 F = 0x7E （符号“0x”表示后面的字符是用十六进制表示。十六进制的 7E 的二进制表示是01111110）。

地址字段

• 地址字段 A 只置为 0xFF。地址字段实际上并不起作用。

控制字段

• 控制字段 C 通常置为 0x03。

协议字段

• PPP 有一个 2 个字节的协议字段。其值若为 0x0021，则信息字段就是 IP 数据报。若为 0x8021，则信息字段是网络控制数据。若为 0xC021，则信息字段是链路控制数据。若为 0xC023，则信息字段是鉴别数据。

透明传输问题（同步传输）

比特填充，也就是上边点对点的解决方法。

透明传输问题（异步传输）

1. 字符填充：

• 将信息字段中出现的每一个 0x7E 字节转变成为2 字节序列 (0x7D, 0x5E)。
• 若信息字段中出现一个 0x7D 的字节, 则将其转
  变成为 2 字节序列 (0x7D, 0x5D)。
• 若信息字段中出现 ASCII 码的控制字符（即数值小于 0x20 的字符），则在该字符前面要加入一个 0x7D 字节，同时将该字符的编码加以改变。

2. 零比特填充

• 发送端，只要发现有 5 个连续 1，则立即填入一个 0。
• 接收端对帧中的比特流进行扫描。每当发现 5个连续1时，就把这 5 个连续 1 后的一个 0 删除。
  

• 此系列文章传送门
• 第二篇:使用广播信道(一对多)的数据链路层
• 第三篇:数据链路层的子层MAC层（图文详解）
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最后

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