第三章 数据链路层

Posted 2020-10-10 石涛涛

　　　　　　序言

　　　　　　　　我是一只菜鸟，又来了。开始今天数据链路层的学习吧。

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一、数据链路层基本概念及基本问题

　　　　　　基本概念  和 三个基本问题 的讲解

 

　　　　　1、基本概念

　　　　　　　　先来看一张图，理解一下：数据链路层之间的运输、数据链路层之间的信道。 说的是什么意思？

　　　　　　　　　　　　看图中的注释，我们应该注意的就是这里说的数据链路层之间的信道等语句，是不考虑物理层中运输的问题。直接考虑链路层这一层。要注意这个事情，不然

　　　　　　　　　　　　　　　　

　　　　　　　　　　　　　　

 

　　　　　　　　链路：一条点到点的物理线路段，中间没有任何其他的交换结点，通俗的将，就是一根线，其中不经过任何东西，这样的就是链路，一条链路只是一条通路的一个组成部分

　　　　　　　　数据链路：除了物理线路外，还必须有通信协议来控制这些数据的传输。若把实现这些协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路。 通俗讲，就是经过了一些交换机呀，什么的，最终到达目的地，所有路段就是数据链路，而数据链路中就包含了多段链路。  

　　　　　　　　适配器：也就是网卡，就是用来实现数据链路上一些协议。

　　　　　　　　帧：数据链路层上传送的就是帧，

　　　　　　　　　　　　

　　　　2、三个基本问题　　　　

　　　　　　　封装成帧、透明传输、差错控制

　　　　　　　　讲解如何封装帧，封装完后帧的传输问题、传输到达目的地，如何检验该段帧是否完整， 就是这三个问题。

　　　　　　1、封装成帧

　　　　　　　　看图就理解了。数据链路层就是在ip数据报的前面后末尾加了一个首部和尾部来代表ip数据包的开始和结束，首部和尾部都市由8位二进制数表示的，可以一样也可以不一样

　　　　　　　　　　　　

　　　　　　2、透明传输

　　　　　　　　　就是为了解决一个问题， 在ip数据包中如果有一个跟帧尾部一样的8位二进制数，则会提前结束接受数据包，这样数据就被破坏了。出现了如下图这样的问题

　　　　　　　　　　　　　　

　　　　　　　　　解决办法：

　　　　　　　　　　　　　　看图：通过在特殊字符前面增加一个转义字符 ESC， 就可以解决上面所遇到的问题，在接收端，将数据包中所有ESC的字符删除，遇到两个ESC的，就删除第一个，这样一开始传输的时候有ESC转义字符，接受完就没了，所以说的是透明传输

　　　　　　　　　　　　　　　

　　　　　　　　　　

　　　　　　3、差错检测

　　　　　　　　　　问题：

　　　　　　　　　　　　传输过程中可能会产生比特差错：1 可能会变成 0 而 0 也可能变成 1。在一段时间内，传输错误的比特占所传输比特总数的比率称为误码率 BER (Bit Error Rate)。

　　　　　　　　　　　　为了检测传送的帧中ip数据包是否完整，是否没有被损坏，所以需要差错检测

　　　　　　　　　　解决：循环冗余检测CRC，截个图，把概念性的文字截下来，看到这个人都晕了，其实很简单，

　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　　　　　　　　　　　按照下图中的7步走，理解一下，然后再看上面的文字，就理解了。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　　　　　　　　　　　　　　　检测：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　若得出的余数 R = 0，则判定这个帧没有差错，就接受(accept)。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　若余数 R ≠ 0，则判定这个帧有差错，就丢弃。

 

　　　　　　　　　　　生成多项式：也很简单，例如上面的除数1101  就用P(X)=X3+X2+1　(X3是x的三次方的意思)  最高位是2的三次方，就是x的三次方这样算，例如，101101 P(X)=X5+X3+X2+1　　　　　

　　　　　　

　　　　　　　　　　　这种冗余差错校验的特点：

　　　　　　　　　　　　　　　　1这种检测方法并不能确定究竟是哪一个或哪几个比特出现了差错

　　　　　　　　　　　　　　　　2只要经过严格的挑选，并使用位数足够多的除数 P，那么出现检测不到的差错的概率就很小很小。

　　　　　　　　　　　　　　　　3只能是无差错接受：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”。也就是说：“凡是接收端数据链路层接受的帧都没有传输差错”（有差错的帧就丢弃而不接受）

　　　　　　　　　　　　　　　　4这是”不可靠“的，是无比特差错，而不是无传输差错的检测机制，要做到可靠的 还要加上确认和重传机制。即考虑帧重复、帧丢失、帧乱序的情况

　　　　　　　　　　　　　　　　

 

3、可靠传输

　　　　　　在有些情况下，我们需要数据链路层向上的网络层提供“可靠传输”的服务，就是发送端发送什么，在对应的接收端就收到什么， 前面的CRC只能检测出位数的差错，不能正确的检测出更精准的错误。

　　　　　　1、停止等待协议

　　　　　　　　　　停止等待就是每发送完一个分组就停止发送，等待对方的确认。在收到确认后再发送下一个分组，详细的可以看书上的文字性描述，很简单，　　　　　　　　

　　　　　　　　超时重传：解决上面如果数据分组或确认分组丢失时，发送方将会一直等待接收方的确认分组的问题，设置一个超时计时器，弱到了超时计时器所设置的重传时间，而发送方仍收不到接收方的任何确认分组，则会重传原来的分组。

　　　　　　　　重复分组：如果只使用超时重传来解决，不用发送确认分组，那么会出现重复分组的问题，就是当接收方收到分组后，发回确认分组时，确认分组丢失，那么会触发超时重传，则接收方会收到两个重复的分组，这里需要注意的是，是确认分组丢失。第一次发送的分组已经正确接收了。

 

　　　　　2、停止等待协议的算法

　　　　　　　　　　因为手写实在太麻烦，所以截图过来看一下这个算法的具体步骤

　　　　　　　　

　　　　　　　　　　

　　　　　　　　通过画图分析了一下正确的过程，其他依葫芦画瓢

　　　　　　

 

　　　　

　　　　　3、回退N步协议

　　　　　　　　　其实跟停止等待协议差不多，只是使用的是流水线传输方式，发送方不间断的发送分组，每次发送的分组大小有限制，如果不限制，可能会使接收方或网络来不及处理这些分组，导致分组的丢失，所以每次发送的分组大小可能是5，6或者更多。这种限制就是回退N步协议。

　　　　　　　　　回退N步协议：利用发送窗口来限制发送方连续发送分组的个数。要是发送窗口为1就是我们上面所讨论的停止等待协议。

　　　　　　分析如何工作的

　　　　　　　　　　

　　　　　　　　这个就是回退N步协议，根据这个原理图，也能看出，为什么叫回退N步协议了，在哪里出错了，就必须回退到哪里全部重传，为了解决这个，又有了选择重传协议

 

　　　　

　　　　　　4、选择重传协议

　　　　　　　　　也就是改进回退N布协议，  方式都是一样， 在接受方必须逐一确认， 但是出现错误，只需要重传出现错误的那一个分组，不用全部重传，这里的全部，指的是在出现错误的分组之后的所有分组，前提是在同一个发送窗口中。

 

　　　　　　5、总结可靠传输

　　　　　　　　　　不可靠的链路上，通过各种协议，就能达到可靠传输，来保证数据的准确性。