数据链路层到底做了什么事？

数据链路层的作用

• 封装成帧
• 透明传输
• 差错监测

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1. 封装成帧

• 帧是数据链路层的最小传输单位

• 发送端在一段数据开头和末尾加上特定字段，形成帧后传输

• 接收端根据前后特定标记识别出帧

  
  帧的结构

• 如上图所示，数据链路层将把IP层传输过来的IP数据包加上首部和尾部，形成一个帧结构。之后它将帧传送到物理层，形成类似[010000011...]的比特流。

• SOH是帧头部的特定比特流，EOT是帧尾部的特定比特流。

如果IP数据包中也恰好也有SOH、EOT怎么办？

答：那就需要用到差错检测了。

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2. 透明传输

• 即使控制字符在帧数据中，但是要当做不存在去处理。

  
  转译字符
• 当IP数据报中也出现了特殊的比特流，比如EOT，我们需要在EOT的前面加上一个转译字符ESC，这样就不会把EOT当成结束的特殊字符而导致传输错误。
• 当IP数据报里面出现了转义字符ESC，只需要在ESC前面再加一个ESC即可。

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3. 差错检测

• 物理层只负责传输比特流，但可能由于闪电，宇宙射线等其他原因导致比特流发生错误。
• 链路层则负责进行差错检测。
• 常用的差错检测方法有：奇偶校验码，CRC。

3.1 奇偶校验码

通过对前面数据所有位的相加，判断最后相加结果的奇偶来添加一位检验位，如果相加结果是奇数，则添加1，否则添加0。

奇偶校验码

• 局限性：如果出现偶数位的差错，则检测不到错误。

3.2 循环冗余校验码CRC

• 一种根据传输或保存的数据而产生【固定位数校验码】的方法
• 【检测】数据传输或保存后可能出现的错误
• 生成的数字计算出来并【附加到数据后面】

3.2.1 模2除法

• 模2除法是二进制下的除法

• 与算术除法类似，但除法不借位，实际上是“异或”操作

  
  模“2”除法

3.2.2 CRC的生成步骤

• 选定一个用于校验的多项式【G（x）】,并在尾部添加【r】个0，【r】是二进制多项式的最高阶数。
  

  第一步

• 将添加r个0后的数据，使用【模2除法】除以【多项式的位串】
  

  第二步

• 【得到的余数填】充在【原数据r个0的位置】得到可校验的位串
  

  第二步

3.3接收端进行检测

• 接收端用接收到的数据除G(x)的位串，如果余数为0，则没有问题。

  
  检测

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4 以太网协议

数据链路层

MAC地址

• MAC地址又称为物理地址，每一台设备（电脑、手机）全世界都只有唯一的一个MAC地址，可以理解为设备的身份证。
• MAC地址有48位，使用十六进制表示。(30-B4-9E-ED-85-CA)

以太网协议

• 以太网协议是一种广泛使用的局域网技术，也是一种应用于数据链路层的协议
• 使用以太网可以完成【相邻设备】的数据帧传输

数据格式

以太网协议数据格式

路由转发过程

• 路由器通过路由表来寻找MAC地址对应的接口

  
  数据转发

• 当路由表中没有对应MAC地址，他会向所有接口广播，广播后会收到回应并记录地址

  
  路由表找不到地址

跨设备传输数据

• 由于E只知道A、D、F的MAC地址，所以如果A想传输数据给B、C则需要跨越多个路由器，这时就需要用到网络层。

  
  跨设备传输