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【笔记】计算机网络——数据链路层

article 2026/3/3 17:34:55

概述

链路是从一个结点到相邻结点的物理路线，数据链路则是在链路的基础上增加了一些必要的硬件和软件实现

数据链路层位于物理层和网络层之间，它的核心任务是在直接相连的节点（如相邻的交换机，路由器）之间提供可靠且高效的数据传输

数据的流动

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帧的流动

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一、数据链路层的主要功能：

1.封装成帧

将网络层传递下来的数据包（IP数据报）封装成帧，添加头部和尾部信息

结构：| 帧头 | 数据（Payload） | 帧尾 |；

帧头：包含物理地址（MAC地址），控制信息（如帧类型）；帧尾：包含错误检测码，头和尾的一个重要作用就是进行帧定界

帧定界（确定帧的边界，以便接收端能够正确地识别和处理数据）的方法：比特填充，字节填充，特殊字符

比特填充：比特填充是一种在帧中插入特定比特模式以实现帧定界的方法，在HDLC（高级数据链路控制）协议中，使用了标志字段来标识帧的开始和结束。标志字段的比特模式为01111110。为了防止数据中出现与标志字段相同的比特模式，当数据中连续出现5个1时，发送方会自动插入一个0，这一过程称为比特填充。接收方在收到数据时会检查比特序列，如果发现连续5个1后跟一个0，则将该0删除，以恢复原始数据。

字节填充：字节填充是在帧中插入特定的字节以实现帧定界的方法。在PPP（点对点协议）中，使用了标志字段(flag)来标识帧的开始和结束，通常为0xC0（十六进制）。为了确保数据中不会出现与标志字段相同的字节，当数据中出现与标志字段相同的字节时，发送方会插入一个转义字符（通常为0xDB），然后将该字节的值转换为另一个值。接收方在收到数据时会检查字节序列，如果发现转义字符，则将后续字节转换回原始值，并删除转义字符。

特殊字符：以太网使用前导码作为帧的开始标志。前导码是一个特定的比特模式，通常为10101010，用于同步发送方和接收方的时钟。前导码之后是帧的起始定界符（SFD，Start Frame Delimiter），其比特模式为10101011，用于明确标识帧的开始。以太网帧的结束则通过物理层的信号来标识，例如检测到信号的结束或超时机制

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2.透明传输

透明传输是指在数据传输过程中，确保数据能够被准确地传输和接收，而不受数据内容本身的影响。换句话说，无论数据中包含什么样的比特模式或字节序列，都能够被正确地传输和处理。

方法：面向字节的数据链路使用字节填充，面向字符的数据链路使用比特填充

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3.差错控制

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循环冗余校验（CRC）

工作过程

发送端：
- 将要发送的数据视为一个二进制多项式M(x)。
- 将M(x)左移n位（n是生成多项式的次数）。
- 用左移后的M(x)除以生成多项式G(x)，得到余数R(x)。
- 将R(x)附加到原始数据的末尾，形成最终的传输数据T(x)。
接收端：
- 接收到数据后，将其视为一个二进制多项式T'(x)。
- 用T'(x)除以生成多项式G(x)，检查余数是否为零。
- 如果余数为零，认为数据无错误；否则，认为数据传输过程中出现了错误。