计算机网络-数据链路层

Posted 2021-06-12 多看，多写，多应用。

数据链路层

信道，逻辑上的通信通道。
链路(Link）,指一个节点到相邻节点的物理线路，中间无其他交换节点。
数据链路（Date Link）,物理线路外还有其他必要实现的通行协议的软、硬件加到链路上，构成数据链路。
帧，数据链路层将网络层交下来的数据封装，在物理层变成数字信号在链路上传输。

数据链路层三个基本问题以及任务

数据链路层的任务：物理层提供的可能出错的物理连接改造成为逻辑上无差错的数据链路，使网络层表现为一无差错的线路。

1. 封装成帧，网络层IP数据报的前后分别添加首部、尾部，构成了一个帧。
   首部、尾部有帧开始与结束符，称为界定帧符，其用途接收端接收物理层传过来的数字信号读取帧开始符一直到帧结束符，则认为接受到一个完整的帧。最大传输单元MTU为1500个字符（数据部分，不含帧头帧尾）

2. 透明传输，帧定界符编码前加入转义字符，来避免数据误判被丢帧，在必要位置插入转义字符、接收端接受后再去掉转义字符得到原始数据，这个过程称为透明传输。

3. 差错检验，比特在传输中也会产生误差，比特差错。目前数据链路层中广泛采用了循环冗余检验在数据后添加n为冗余检错码，错误即丢弃数据包。需要注意的是，在经过不同链路，链路之间协议不同，需要重新计算帧校验码，在数据链路层中，检验通过硬件完成，不影响数据传输。
   
   

点到点的通信的数据协议

点到点链路（区别下文的点到点信道）是指一条链路上就一个发送端和接受端的信道。PPP协议代替HDLC协议成为了如今最广泛的数据链路层协议常应用于广域网。

PPP协议构成

1. 网络控制协议，支持不同的网络层协议。
2. 链路控制协议，建立、配置、测试数据链路连接，通信双方可商议选项。
3. 高级数据链路控制协议，IP数据包封装到串行链路。（串行链路是链路状态路由选择协议，又称为最短路径优先协议）

PPP协议特点

1. 简单，进行CRC验证，正确收下，错误则丢。
2. 封装成帧
3. 透明传输
4. 差错检验
5. 支持多种网络层协议，IP数据包、IPv6数据包都可以封装成PPP帧中传输。
6. 多种类型链路，并行、串行、同步、异步、高速、低速，都支持。
7. 检查连接状态，定时检查链路是否正常工作。
8. 最大传输单元，设置最大MTU长度。
9. 网络层地址协商通过协商知道、配置彼此的网络层地址。
10. 数据压缩协商

同步传输与异步传输

同步传输，为保证信号完整性和精准性，要求接收端与发送端的始终保持同步频率，通过界定符前加入同步码，而后就是一个完整的帧。面向比特传输。

异步传输，通过开始与停止位，通知接收方，以完成同步。每8个比特要多2个比特，常用于低速设备。面向字符传输。

广播信道的数据链路

点到点信道更多应用于广域网通信，广播信道更多应用于局域网通信。

最初局域网中，使用总线型结构，当两台计算机通信时，通信介质会将信息发送到所有的计算机，故此要在广播信道里实现点对点通信，必须添加源地址、目的地址，以及每一台计算机网卡的唯一物理地址（MAC地址）。

发送时，各个信道里的计算机发送机会均等，因为信号叠加产生干扰，链路上不能同时传送多个计算机发送的信号，同时还要判断其他正在链路上的数字信号发生冲突。如发生冲突，就需要随机等待一段时间再次发送，这种机制就是CSMAD/CD（冲突检测的载波帧听多路访问），也正是广播信道在数据链路层的协议。

CSMA/CD协议

载波侦听，计算机传输是先侦听总线是否有信号，只有检测到没有信号，才能开始发送数据。而在开始传输时，也可能与迎面而来的信号发生碰撞。冲突检测，碰撞时信号互相叠加，总线上电压变化幅度增加，发送方检测到电压变换超过一定的门限值时，则认为发生冲突，避免网络资源浪费，发生碰撞则停止发送。为了检测出碰撞信号，则必须计算出最短帧大小，（时延冲突检测时间）带宽，即可算出最小帧。同时发生碰撞之后，需要等待一个时间重新发送，以太网使用截断二进制指数退避算法。以太帧格式：Ethernet V2标准、IEEE的802.3标准，使用最多的时V2的MAC帧格式

主要参考韩立刚老师老师的《计算机网络原理创新教程》

以上