第三层 数据链路层

1. 数据链路层在网络体系结构中的地位

• 主机H1给主机H2发送数据
• 中间要经过三个路由器, 和电话网, 局域网,以及广域网,等多种网络

从五层协议原理体系结构的角度来看

主机应具有体系结构中的各个层次

而路由器 只需具有体系结构中的网络层,链路层,物理层.

数据流动过程:

1. 当主机H1向H2发送数据时
2. 主机H1将待发送的数据逐层封装后
3. 通过物理层将构成数据包的各比特转换为电信号发送到传输媒体
4. 数据包进入路由器后
5. 由下往上逐层解封到网络层.
6. 路由器根据数据包的目的网络地址和自身转发表,确定数据包的转发端口
7. 然后从网络层向下逐层封装数据包
8. 并通过物理层 将数据包发送到传输媒体
9. 数据包最终到达主界H2时,还要由下往上逐层解封,最终解封出主机H1所发送的数据

2. 概述

• 链路就是从一个结点到相邻结点的一段物理线路，而中间没有任何其他的交换节点
• 数据链路是指把实现通信协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路
• 数据链路层以帧为单位传输和处理数据

三个问题：封装成帧、差错检测、可靠传输

3.封装成帧

帧头和帧尾的作用之一就是帧定界

引自GPT 3.5

在 OSI 网络模型中，数据链路层是第二层，它负责将网络层（第三层）传递过来的数据包（也称为分组）封装成帧，以便在物理层（第一层）进行传输。

封装成帧的过程包括以下几个步骤：

1. 帧起始标记：数据链路层在传输数据之前，需要在每个数据帧的开头添加一个特定的起始标记，用于标识帧的开始。起始标记通常是一个固定的比特模式，例如 01111110。
2. 帧首部：在起始标记之后，帧首部包含了一些必要的控制信息，如帧的地址、控制字段等。这些信息用于识别和控制帧的传输和处理。
3. 数据字段：帧首部之后是数据字段，也称为数据负载。数据字段是网络层传递过来的数据包，它包含了要传输的实际数据。
4. 帧尾部：帧尾部包含了一些错误检测和校验的字段，用于保证数据的完整性和准确性。常见的错误检测方法包括循环冗余检验（CRC）和帧检验序列（FCS）。
5. 帧结束标记：在帧尾部之后，数据链路层添加一个帧结束标记，用于标识帧的结束。帧结束标记与起始标记相同，通常是 01111110。

通过封装成帧，数据链路层将网络层传递的数据包转换为一系列的帧，每个帧都包含了起始标记、帧首部、数据字段、帧尾部和帧结束标记。这样，数据链路层就能够将数据传输到物理层，并通过物理介质进行实际的传输。

封装成帧的过程使得数据链路层能够在物理层上可靠地传输数据，并提供了错误检测和校验的机制，以确保数据的完整性和准确性。这种封装成帧的方式是在不同的网络技术和协议中广泛使用的基础。

我们将数据链路层给网络层交付的协议数据单元添加针头和 针尾的操作称为封装成针

添加针头和针尾的目的 都是为了在链路上 以针为单元来传送数据 也就是为了实现数据链路层本身的功能

为了提高帧的传输效率,应当使帧的数据部分的长度尽可能大一些

如图所示 帧的数据部分的长度应远大于 帧头和帧尾的长度 这样才能提高针的传输效率.

因为仅从数据链路层来看 帧的数据部分才是真正要传输的数据

帧头和帧尾 是为了实现数据链路层功能而额外添加的

当然了考虑到差错控制等多种因素, 每一种数据链路层协议, 都规定了针的数据部分的长度上限, 称为最大传送单元MTU

4. 差错检测

实际的通信链路都不是理想的，毕竟在传输过程中可能会产生差错。1与0互变，这称为比特差错

使用差错检测码来检测数据在传输过程中是否产生了比特差错，是数据链路层所要解决的重要问题之一

奇偶校验(漏检率比较高)

• 在待发送的数据后面添加1位奇偶检验位，使整个数据中“1”的个数为奇数(奇校验) 或 偶数(偶校验)
• 如果有奇数个位发生误码，则奇偶性发生变化，可以检查出误码
• 如果有偶数个位发生误码，则奇偶性不发生误码，不能检查出误码（漏检）

循环冗余校验CRC(广泛运用)

• 收发双方约定好一个生成多项式G(x)
• 发送方基于待发送的数据和生成多项式计算出检错码(冗余码)，将其添加到待传输数据的后面一起传输
• 接收方通过生成多项式来计算收到的数据是否产生了误码
• 计算方式：摸2取余
  • 构造被除数：待发送信息后加上多项式最高次数个0
  • 构造除数：生成多项式各项系数构成的比特串
  • 做除法，检查余数，不够补零