[计算机网络基础]数据链路层（第一部分）

Posted 2020-10-13

一：数据链路层的组帧：

 组帧：网络层的IP数据报向下传送至数据链路层，成为数据链路层的数据单元，给数据单元加上首部和尾部，就组成数据链路层的一个帧。如图所示：

其中规定数据链路层帧的数据单元所能传送的最大数据长度（Max Transfer Unit）,j加首部和尾部的最重要的作用就是帧定界。

特别的当帧的数据部分完全是由ASCII码编码形成的文本文件时，帧的首部和尾部可以使用特殊的帧界定符。即：

 

 

 

在ASCII码中规定SOH(start of headline)为标题首部，在数据链路层规定为帧的首部，EOT (end of transmission)为传输结束，在数据链路层规定为帧的尾部，其中SOH的十六进制为01，EOT的十六进制为04。当帧的数据部分不是完全由ASCII码编码的文本文件时我们则不可以使用这种方法来规定首部和尾部。

 

二：数据链路层的组帧上的透明传输：

由上面如果我们传送的帧数据部分完全是由ASCII码编码的文本文件时，使用SOT和EOT作为帧的首部和尾部是非常适合接收端识别每一个帧，和每一个帧里面包含的数据部分。当时当我们帧的数据部分不在完全是由ASCII码编码的文本文件时，数据部分传送的是图片和二进制计算机程序时，我们很难保证每一帧的数据部分没有和SOT和EOT一样的十六进制编码，如果数据部分出项十六进制的04,接收端在收到数据时，会错误的判断改帧一结束。

 

 

 这种情况不是我们希望看见的。所以我们引入了一些方法来，最大程度上支持数据链路层的透明传输特性。

方法一：字符填充法

字符填充法和我们再写代码时的转义字符一样。比如再上图中，帧的数据部分爷出现了SOH,我们在其前加一个转义字符ESC。 数据链路层的发送发在发送帧时，会查看帧的数据部分，如出现SOH和EOT就在其前面加一个转义字符ESC,接收方在收到帧时，查看帧中的数据部分，如果“看见”ESC和SOH或EOT在一起，就删除EOT.如果发送方的帧的数据存在ESC，那么我们可以在ESC前面在加一个ESC(这是我臆造的想法，不同的协议再做透明传输控制时都会根据实际情况做的很灵活，比如共享以太网根本就不存在帧的首部和尾部，他通过每发送一个帧后都等待一段时间才发送下一个帧。而PPP协议的帧虽然也是用字符填充的方法，但和这里讲的思路一致，但做得很灵活)

方法二：零比特填充法

零比特填充法，它使用一个特殊的比特模式，如帧首和帧尾为01111100，在数据部分，每出现5个1,就在其后加一个0，接受方做其逆操作。

方法三：字符计数法

字符计数法，在帧首使用一个计数字段，记录帧的数据部分有多少的字符。

 方法四：违规编码法

在物理层比特编码通常采用违规编码。例如，曼彻斯特编码将数据比特“1”编码为“高-低”电平，数据比特“0”编码为“低-高”电平，而“高-高”，“低-低”电平在编码中是违规的，可以依次检查接收到的帧的正确性。

 

三：数据链路层的差错检验

数据在通信信道中传输不可能是理想的，如在传输过程中，1可能变成0，0变成1。这种错误我们称为比特差错。下面所有的差错检验都是针对比特差错的。

在理解数据链路层的差错检验技术的原理，需要一些前置知识。

前置知识：

 

 

 

方法一：奇偶校验码。（只能检错

原理：它是由n-1位信息元和1位校验元组成，可以表示成为（n，n-1）。如果是奇校验码，在附加上一个校验元以后，码长为n的码字中“1”的个数为奇数个；如果是偶校验码，在附加上一个校验元以后，码长为n的码字中“1”的个数为偶数个。

 

方法二：循环冗余校验码 （只能检错）

原理：在K位信息码后再拼接R位的校验码，整个编码长度为N位，因此，这种编码也叫（N，K）码。对于一个给定的（N，K）码，可以证明存在一个最高次幂为N-K=R的多项式G(x)。根据G(x)可以生成K位信息的校验码，而G(x)叫做这个CRC码的生成多项式。 校验码的具体生成过程为：假设发送信息用信息多项式C(X)表示，将C(x)左移R位，则可表示成C(x)*x的R次方，这样C(x)的右边就会空出R位，这就是校验码的位置。通过C(x)*2的R次方除以生成多项式G(x)得到的余数就是校验码。

 

方法三：海明码校验（CRC）（检错和纠错