【计算机网络】数据链路层的功能

数据链路层的基本功能：

• 封装成帧
• 透明传输
• 差错检测

数据链路层使用的信道主要有两种

• 点对点信道——PPP协议
• 广播信道——CSMA/CD协议(有线局域网)、CSMA/CA协议(无线局域网)

数据链路层所处的地位

从图中可以看出，数据从主机H1送到主机H2需要在路径中的各结点的协议栈向上和向下流动多次。

但当我们学习数据链路层时，通常可以只关心协议栈中平方向的各数据链路层。
于是当主机H1向H2发送数据时，可以想象数据就是在各相关设备的数据链路层之间沿水平方向传送的。
即可通过以下这样的链路:H1的链路层—>R1的链路层—>R2的链路层—>H2的链路层,其中三段不同的数据链路可能采用不同的数据链路层协议。

一些基本概念

1)链路。指从一个结点到相邻结点的一 段物理线路。当进行数据通信时，两台计算机之间的通信路径往往要经过许多段这样的链路。可见链路只是一条路径的组成部分。
2)数据链路。当在一条链路上传送数据时，除了需要链路本身，还需要- -些必要的通信协议来控制这些数据的传输，把实现这些协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路。有时也把上面所说的链路称为物理链路，而把数据链路称为逻辑链路。
3)帧。数据链路层对等实体之间进行逻辑通信的协议数据单元。数据链路层把网络层下交的数据构成帧发送到链路上，并把接收到的帧中的数据取出并上交给网络层。

为网络层提供的服务

1)无确认的无连接服务。源主机发送帧时不需要先建文链路连接，目的主机收到帧时不需要发回确认。数据传输的可靠性由高层负责。适用于误码率较低的信道，如以太网。
2)有确认的无连接服备。源主机发送帧时不需先建立砟路连接，但目的主机收到帧时必须发回确认。源主机在所规定的时间内未收到确定信号时，就重传丢失的帧，以提高传输的可靠性。该服务适用于误码率较高的信道，如无线通信。
3)有确认的面向连接服务。帧传输过程分为三个阶段:建立链路、传输帧、释放链路。目的主机对收到的每-一个帧都要返回确认。该服务适用于可靠性要求较高的场合。

链路管理

数据链路层的建立、维持和释放过程称为链路管理。它主要用于面向连接的服务。
链路两端的结点要进行通信，必须首先确认对方已处于就绪状态，并交换一些必要的信息以对帧序号要返回确认。该服务适用于可靠性要求较高的场合初始化，然后才能建立连接，在传输过程中要能维持连接，而在传输完毕后要释放该连接。

封装成帧与透明传输

封装成帧是指在一段数据的前后分别添加首部和尾部，构成帧，帧是数据链路层的数据传送单元。
帧长等于帧的数据部分长度加上首部和尾部的长度。
首部和尾部中含有很多控制信息（PCI），它们的一个重要作用是确定帧的界限，即帧定界。
接收方能从接收到的二进制比特流中区分出帧的起始与终止，即帧同步。
如在HDLC协议中，用标识位F 11111)来标识帧的开始和结束。在通信过程中，检测到帧标识位F即认为其是帧的开始，然后一旦检测到帧标识位 F即表示帧的结束。HDLC标准帧格式如图所示。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地大于首部和尾部的长度，但随着帧长的增加，传输差错发生的概率也随之提高，发生差错时重传的代价也越大，因此每种链路层协议都规定了帧的数据部分的长度上限，即最大传送单元。

若在数据中恰好出现与帧定界符相同的比特组合(会误认为“传输结束”而丢弃后面的数据)，要采取有效的措施来解决这个问题，即透明传输。更确切地说，透明传输是指不论所传的数据是什么样的比特组合，都能够按原样无差错地在这个数据链路上传输。

流量控制接

因为链路两端结点的工作速率和缓存空间存在差异，所以发送方的发送能力可能大于接收方的接收能力。
此时若不适当限制发送方的发送速率，前面来不及接收的帧将被后面不断发送来的帧“淹没”。诰成帧的丢失而出错。
因此，流量控制实上就是限制发送万的发送速率，使之不超过接收方的接收能力。这个过程需通过某种反馈机制，使发送方知道在什么情况下可以接着发送下一帧，而在什么情况下必须暂停发送，以等待收到某种反馈信息后继续发送。
在OSI体系结构中，数据链路层具有流量控制的功能。而在TCP/P体系结构中，流量控制功能被移到了传输层。它们控制的对象不同。
对数据链路层来说控制的是相邻结点之间的数据链路上的流量，而对传输层来说，控制的则是从源端到目的端之间的流量。

差错检测

因为信道噪声等原因，帧在传输过程中可能会出现错误，这些错误分为位错和帧错。
1)位错:帧中某些位出现差错，通常采用循环冗余检验(CRC)来发现位错。
2)帧错:帧丢失、帧重复或帧失序等错误，它们都属于传输差错。

过去OSI的观点是:必须让数据链路层向上提供可靠传输。因此在CRC检错的基础上，增加了帧编号、确认和重传机制。收到正确的帧就要向发送方发送确认。发送方在一.定期限内若未.收到对方的确认，就认为出现了差错，因此进行重传，直到收到确认为止。
现在，在通信质量较差的无线传输中，数据链路层依然使用确认和重传机制，向上提供可靠的传输服务。对于通信质量良好的有线链路，数据链路层已不再使用确认和重传机制，即不要求向上提供可靠传输的服务，而仅需进行CRC检错，目的是将有差错的帧丢弃，保证上交的帧都是正确的，
而对出错的帧的重传任务则由高层协议(如传输层TCP协议)完成。