计算机网络链路层

数据链路

链路是从一个节点到相邻节点之间的物理线路（有线或无线） 数据链路是指把实现协议的软件和硬件加到对应链路上。帧是点对点信道的数据链路层的协议数据单元。

点对点信道

通信的主要步骤：

1. 节点a的数据链路层将网络层交下来的包添加首尾分装成帧。
2. 节点a将封好的帧发送给节点b的数据链路层。
3. 若节点b收到的帧无差错则从收到的帧中提取出数据，否则将该帧丢弃。

广播信道

局域网的优点：

• 具有广播功能。
• 便于系统的扩展和演变。
• 提高了系统的可靠性、可用性、生存性。

 静态划分信道、动态媒体接入控制。

以太网的两个主要标准。

三个基本问题

封装成帧

封装成帧就是在一段数据的前后分别加上首部和尾部。首部和尾部的一个重要作用就是帧定界。每一种链路协议都规定了所传输的帧的数据部分的最大长度——最大传输单元MTU。

透明传输

透明传送数据：不管什么样的比特组合的数据，都能按照原样没有差错的通过数据链路层。

“透明”表示某个存在的事物看起来好像不存在一样。

当传输文件为非ASCII的文本文件时如果数据中的某个字节的二级制代码恰好为控制字符，数据链路层就会错误的把部分帧收下。 

解决透明传输的问题是：发送端数据链路层在数据中出现控制字符“SOC”和"EOT"时在SOC和EOT前插入一个转义字符“ESC”，接收端的数据链路层把数据送往网络层之前删除这个转义字符，这叫字符填充或字节填充。

差错检测

在传输过程中可能产生比特差错，即0变成1，1变成0 。传输错误的比特占所有传输的比特总数的比率称之为误码率BER。误码率与信噪比有很大关系。

循环冗余检验CRC

生成步骤

(1)、将x的最高次幂为R的生成多项式G(x)转换成对应的R+1位二进制数。
(2)、将信息码左移R位，相当于对应的信息多项式C(x)*x的R次方。
(3)、用生成多项式（二进制数）对信息码做除，得到R位的余数即冗余码。
(4)、将余数拼到信息码左移后空出的位置，得到完整的CRC码。

循环冗余检验CRC和帧检验序列FCS并不是同一概念。CRC是检错方法，FCS是冗余码。

接收方：冗余码除以除数，余数不为零则该帧有差错丢弃该帧，余数为零可能出错但出错概率小。

缺点：这一种检测方法不知道哪个比特出错。

无比特差错与无传输差错

• 比特差错：帧内部比特位出现错误，可以通过帧的FCS（方法：CRC检验）序列保证无比特差错。
• 传输差错：帧丢失、帧重复、帧失序。
• 在数据链路层使用CRC检验，能够实现无比特差错的传输，但这还不是可靠传输。（来自CSDN)

点对点协议PPP

特点:

1. 简单
2. 封装成帧
3. 透明性
4. 多种网络层协议
5. 多种类型链路
6. 差错检测
7. 检测连接状态
8. 最大传送单元
9. 网络层地址协商
10. 数据压缩协商

不需要的功能

1. 纠错
2. 序号
3. 流量控制

多点线路：只支持点对点链路通信

半双工或单工链路：只支持全双工链路

三个组成部分：

• 一个将IP数据报封装到串行链路的方法。
• 一个链路控制协议。
• 一套网络控制协议。

帧格式

首部和尾部分别为4个字段和两个字段。

首部：

首部中的标志字段F(Flag)，规定为0x7E(符号0x表示它后面的字符是用十六进制表示的。十六进制的7E的二进制表示是01111110)，标志字段表示一个帧的开始。
首部中的地址字段A规定为0xFF(即11111111)。
首部中的控制字段C规定为0x03(即00000011)。
尾部：
尾部中的第一个字段(2个字节)是使用CRC的帧检验序列FCS。
尾部中的标志字段F(Flag)，规定为0x7E(符号0x表示它后面的字符是用十六进制表示的。十六进制的7E的二进制表示是01111110)，标志字段表示一个帧的结束。
注：标志字段就是PPP帧的定界符。连续两帧之间只需要用一个标志字段。如果连续出现两个标志字段，就表示这是一个空帧，应当丢弃。（来自CSDN)

为点对点信道的透明传输提供的解决方案

异步传输

当PPP使用异步传输时，它把转移符定义为0x7D，并使用字节填充。
RFC1662规定了如下填充方法：

1. 把信息字段中出现的每一个0x7E字节转变为2字节序列(0x7D，0x5E)。
2. 若信息字段中出现一个0x7D的字节(即出现了和转义字符一样的比特组合)，则把转义字符0x7D转变为2字节序列(0x7D，0x5D)。
3. 若信息字段中出现ASCII码的控制字符(即数值小于0x20的字符)，则在该字符前面要加入一个0x7D字节，同时将该字符的编码加以改变。例如，出现0x03(在控制字符中是“传输结束”ETX)就要把它转变为2字节序列的(0x7D，0x31)。

由于在发送端进行了字节填充，因此在链路上传送的信息字节数就超过了原来的信息字节数。但接收端在接收到数据后再进行与发送端字节填充相反的变换，就可以正确地恢复出原来的信息。

同步传输

当PPP使用同步传输时，使用零比特填充。
零比特填充的具体方法：

1. 在发送端先扫描整个信息字段(通常使用硬件实现，但也可以用软件实现，但是会慢一些)。
2. 只要发现有5个连续的1，则立即填入一个0。
3. 接收端在收到一个帧时，先找到标志字段F以确定帧的边界，接着再用硬件对其中的比特流进行扫描，每当发现5个连续1时，就把5个连续1后的一个0删除，以还原成原来的信息比特流。

因此通过这种零比特填充后的数据，就可以保证在信息字段中不会出现连续6个1。

 （来自CSDN)