计算机网络之数据链路层

1 位置：在OSI模型中的第二层

2 功能
1）为网络层提供服务，良好的服务接口
2）保证数据传输的有效、可靠：a)处理传输错误：差错检测和控制;b)流量控制的两种方法:基于速率,基于反馈（更常用）

3 成帧
帧=帧头+载荷+帧尾；帧头主要是地址和标记信息；载荷是网络层传输下来的分组或包；帧尾是校验信息。
数据链路层使用物理层提供的服务，物理层处理的是位流，数据链路层处理的是帧（数据链路层的PDU）。
将原始的位流分散到离散的帧中，叫成帧，成帧的方法有四种：字符计数法；带字节/字符填充的标志字节法；比特填充的比特标志法；物理层编码违例法。其中使用最广泛的是中间两种。
1）字符计数法：在帧头的第一个字段，标记帧的长度。
优点：简单
缺点：一旦除错，无法恢复，即无法再同步。因此很少使用

2）带字节/字符填充的标志字节法：让每一帧都用一些特殊的字节作为开始和结束。帧头帧尾有字符flag标记，为了便于区分，在flag前添加转义字符ESC。案例如下：

缺点：容易造成帧界混淆（解决方法：增加转义字节）；只能在8位字符的情况下使用。
3）比特填充的标志比特法

• 这是一种面向二进制位的帧格式，把所有需传输的数据以比特位一字排开，并以特殊的位模式01111110作为帧标志，即一个帧的开始（同时标志前一个帧的结束）
• 当帧内容中出现一个与帧标志相同的位串01111110，则在5个1后插入一个0，即变成01111101，接收方将自动删除第5 个1后的0。这称为位填充法（零比特填充法），也称为透明传输。
• 如果由于干扰，一个帧没有正确接收，则可扫描接收串，一旦扫描到01111110，即新的一帧从此开始。即可以再同步
  优点：可以传输任意比特的帧；传输效率更高
  
  
  案例：5个1后就插入1个0
  
  4）物理层编码违例法：将冗余编码作为帧界
  在曼切斯特编码中，连续高电平或连续低电平可用作帧边界；高-高电平对和低-低电平对没有使用，可用作帧边界。

5.差错处理
类型：1）单个错误：分散在各块中；2）突发错误：集中在某个块中，整个块都是错误
差错处理包括纠错和检错。纠错需要较多的冗余位，纠错的开销比较大，在有线网络中很少用，主要用于无线网络。局域网中通常采用检错码。
码距的计算：

6.检错码
1）为什么要用检错码：纠错需要较多的冗余位，信道利用率不高
2）局域网中，主要使用的是检错码
3）检错码类型：奇偶校验码（海明距离为2，检1位错）；互联网校验和；循环冗余校验码
下面分三类检错码来介绍：
a)奇偶校验码

b)互联网校验和

c)循环冗余校验码

举一个十进制的例子：

做模二运算：

两道例题：



7.六个基本数据链路协议
概念：单工指数据的传输在某时是单向的；
最简单的三个协议：无限制的单工协议；单工停—等协议；有噪声信道的单工协议
协议的假设：

1）协议一：无限制的单工协议

2）协议二：单工的停—等协议

3）协议三：有错误信道的单工协议
有噪声就会产生差错，有差错就可能会引起以下这些问题：
a)对正确帧的确认；b)定时器超期：重传;c)重传定时器可防止死锁的产生
有可能收到重复帧，如何解决？
a)给每个帧一个独一无二的序列号;b) 序号也用来重组排序
基本工作机制:
1)发送方每发出一个帧，启动一个重传定时器
2)超时前，如果收到收方的确认，拆除定时器
3)由于数据帧丢失或错误或确认帧丢失，超时还未收到确认，重传，重置定时器

过渡：如何提高数据的传输效率：
1） 全双工；2）捎带确认（可以减少确认帧）；3）批量发送数据（实例如下图：）

滑窗技术(协议4~协议6)
4）协议四：n=1的窗口滑动
窗口滑动的条件：


信道利用率情况：

例题：




求合适的w值：

例题：2014年考研题


5）回退n帧：适合出错率较少的高速信道


6）选择重传：适合出错率高的传输环境
接收方的接收策略选择：丢弃错帧，缓存后续正确接收帧；
发送方的重传策略选择：只重发出错帧。
举例：

否定确认重传NAK：收到错误帧后，给发送方发一个收到了错误的信号，那么在发送方的定时器到时前就可以重新发错误的帧。
新老窗口不能重合，否则会带来问题：

不重合时，就不会带来问题：

协议4-6的窗口大小情况如下图所示：