第4章 数据链路层_三个基本问题

Posted 2020-09-21

1. 数据链路层的三个基本问题

1.1 数据链路和帧

（1）链路（Link）：指从一个节点到相邻节点的一段物理线路（有线或无线），而中间没有任何其他交换节点。

 

　　①注意：集线器不是交换节点，因此计算机A和路由器1之间是一条链路。

　　②交换机是一个交换节点，因此，计算机B和路由器3之间的链路有链路4和链路5两条。

（2）数据链路（Data Link）：物理线路+通信协议。数据链路层的协议数据单元被称为帧。

 

　　①数据链路层把网络层交下来的数据（被称为IP数据报、数据报、分组或包）添加首部和尾部封装成帧发送到链路上，以及把接收到的帧中的数据取出来并上交给网络层。

　　②数据链路层封装的帧，在物理层变成数字信号在链路上传输。如果不考虑物理层的传输细节，就可以认为数据帧通过数据链路由从节点A发送到节点B（如上图虚线所示）

1.2 3个基本问题

（1）封装成帧

 

　　①数据链路层将IP的数据报的前后分别添加首部和尾部，构成一个帧。但因该层的协议很多，不同协议的帧的首部和尾部信息所有不同。

　　②帧的首部和尾部有帧开始符和结束符，被称为帧定界符。

　　③每一种数据链路层协议都规定了所能传送帧的数据部分的长度上限——最大传输单元（MTU），以太网的MTU为1500个字节。注意，MTU指的是数据部分长度。

（2）透明传输

　　①帧定界符：可以选用ASCII码表中的SOH(0x01)作为帧开始定界符，EOT(0x04)为帧结束定界符。

　　②如果数据部分出现“EOT”或“SOH”时要进行字节填充。（具体方法：发送端的数据链路层在数据中出现控制字符“EOT”、“SOH”以及“ESC”，则在前面插入一个转义字符“ESC”的编码。接收端的数据链路层在收到删除这个插入的转义字符。这样用字节填充法解决透明传输的问题）。

 

（3）差错检测

　　①现实的通信链路都不会是理想的，在传输过程中可能会产生差错。为了保证数据传输的可靠性，必须采用各种差错检验技术（如循环冗余检验，CRC）。

　　②要让接收端能够判断帧在传输过程中是否有差，需要在帧中包含用于检测错误的信息，这部分信息称为“帧校验序列（FCS）”

 

　　③以CRC技术为例计算FCS。假设要检测的数据为M=101001（注意，不仅包含帧的数据部分，还包含了数据链路层的首部），要想得到n位FCS。则计算过程如下：

　　　　A.要得到n位的FCS，则必须先在M后面添加n位（这里假设n为3）的0，得到被除数101001 000。再除以收发双方事先商定好的n+1位除数P（设为1101），得到商Q，余数R（n位，比除数少一位），这个R（001）就是要计算的FCS。

 

　　　　B.接收方收到后，会使用M和FCS合成一个二进制数（即101001001），再除以P（1101），如果余数为0，表示该帧没有差错。否则表示传输有差错，就会丢弃从而出现丢包现象（这个得由传输层的TCP协议通过丢包重传来实现可靠传输）

　　④帧检验序列FCS包含了帧的数据部分（来自网络层）和数据链路层的首部。这意味着，如果通信经过多条链路时，IP数据报的源和目标地址会被修改或者经过路由器时网络层首部的TTL（生存时间减1），这些会造成IP数据报的变化。而当通信由一条链路到下一条链路时由于协议不同，会造成数据链路层首部格式不同，帧开始和结束符也不同，这都需要将帧进行重新封装，重新计算FCS。幸运的是，这些都是由硬件完成的，处理速度很快，不会延误数据的传输。