数据链路层

物理层
网络层
传输层
应用层

1. 链路层的功能；2. 链路层的两种信道；3. 局域网、广域网；4. 链路层的设备

数据链路层基本概念
结点：主机、路由器
链路：网络中两个结点之间的物理通道，链路的传输介质主要有双绞线、光纤和微波。
数据链路：网络中两个结点之间的逻辑通道，把实现控制数据传输协议的硬件和软件加到链路上就构成数据链路。
帧：链路层的协议数据单元，封装网络层数据报。

数据链路层复制通过一条链路从一个结点向另一个物理链路直接相连的相邻结点传送数据报。

数据链路层功能概述
数据链路层在物理层提供服务的基础上向网络层提供服务，其最基本的服务是将源自网络层来的数据可靠的传输到相邻节点的目标网络层。其主要作用是加强物理层传输原始比特流的功能，将物理层提供的可能出错的物理连接改造成为逻辑上无差错的数据链路，使之对网络层表现为一条无差错的链路。

• 功能一：为网络层提供服务。无确认无连接服务（实时通信），有确认无连接服务（无线通信），有确认面向连接服务。有连接一定有确认
• 功能二：链路管理，即连接的建立、维持、释放
• 功能三：组帧
• 功能四：流量控制
• 功能五：差错控制（帧错/位错）

封装成帧&透明传输

封装成帧就是在一段数据的前后部分添加首部和尾部，这样就构成了一个帧。接收端在收到物理层上交的比特流后就能根据首部和尾部的标记，从收到的比特流中识别帧的开始和结束。
首部和尾部包含了许多的控制信息，一个重要的作用：帧定界。
（将网络层传下来的数据报封装成帧）

Image.png

帧同步：接收方应当能从接收到的二进制比特流中区分出帧的开始和终止。
组帧的四种方法

1. 字符计数法
2. 字符填充法
3. 零比特填充法
4. 违规编码法

透明传输指不管所传输据是什么样的比特组合，都应当能够在链路上传送。

差错控制（检错编码）

差错从何而来？
传输中的差错都是由噪声引起的
全局性差错（随机噪声），通过提高信噪比来减少或避免干扰，局部性噪声是（冲击噪声）是产生差错的主要原因，通常利用编码技术来解决。

差错

• 位错：比特为出错，0变1，1变0
• 帧错：丢失，重复，失序

数据链路层的差错控制

• 位错控制

  • 检错编码：奇偶检验码，CRC循环冗余码
  • 纠错编码：海明码

• 帧错控制

流量控制与可靠传输机制（第一话）

协议、滑动窗口机制

数据链路层的流量控制
较高的发送速度和较低的接受能力的不匹配会造成传输出错，因此流量控制也是数据链路层的一项重要工作。
数据链路层的流量是点对点的，而传输层的流量控制是端到端的。
数据链路层流量控制手段：接收方收不下就不回复确认
传输层流量控制手段：接收端给发送端一个窗口公告。

流量控制的方法

• 停止-等待协议：没法送一个帧就停止发送，等待对方的确认，在收到确认后再发送下一个帧。
• 滑动窗口协议
  • 后退n帧协议
  • 选择重传协议

可靠传输、滑动窗口、流量控制

• 可靠传输：发送端发啥，接收端收啥
• 流量控制：控制发送速率，使接收方有足够的缓冲空间来接受每一个帧
• 滑动窗口解决：
  • 流量控制（收不下就不给确认，想法也发不了）
  • 可靠传输（发送方自动重传）

信道划分介质访问控制

传输数据使用的两种链路

• 点对点链路：两个相邻节点通过一个链路相连，没有第三者。应用：PPP协议，常用于广域网
• 广播式链路：所有主机共享通信介质。应用：早期的总线以太网、无线局域网，常用于局域网。典型拓扑结构：总线型、星型（逻辑总线型）

介质访问控制
介质访问控制的内容就是，采取一定的措施，使得两队节点之间的通信不会发生相互干扰的情况。

• 介质访问控制
  • 静态划分信道：信道划分介质访问控制
    • 频分多路复用 FDM
    • 时分多路复用 TDM
    • 波分多路复用 WDM
    • 码分多路复用 CDM
  • 动态分配信道
    • 轮询访问介质访问控制：令牌传递协议
    • 随机访问介质访问控制
      • ALOHA协议
      • CSMA协议
      • CSMA/CD协议
      • CSMA/CA协议

信道划分介质访问控制
信道划分介质访问控制：将使用介质的每个设备与来自同一信道上的其他设备的通信隔离开，把时域和频域资源合理的分配给网络上的设备。

局域网基本概念和体系结构

局域网
局域网（Local Area Network）：简称LAN，是指在某一区域内由多台计算机互联成的计算机组，使用广播信道。
特点1：覆盖地理范围较小，只在一个相对独立的局部范围内

2. 使用专门铺设的传输介质进行联网，数据传输速率高
3. 通信延迟时间短，误码率低，可靠性较高
4. 各站为平等关系，共享传输信道
5. 多采用分布式控制和广播式通信，能进行广播和组播
   决定局域网的主要要素为：网络拓扑、传输介质与介质访问控制方法

局域网拓扑结构

• 星型拓扑
• 总线型拓扑
• 环形拓扑
• 树形拓扑
  有线局域网与无线局域网

局域网介质访问控制方法

1. CSMA/CD 常用于总线型局域网，也用于树形网络
2. 令牌总线 常用于总线型局域网，用于树形网络
3. 令牌环 用于环形局域网，如令牌环网

局域网的分类

1. 以太网
2. 令牌环网
3. FDDI网
4. ATM网
5. 无线局域网

以太网

以太网（Ethernet）指的是基带总线局域网规范，是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。以太网络使用CSMA/CD技术。

以太网提供无连接、不可靠的服务

无连接：发送方和接受方之间无“握手过程”
不可靠：不对发送方的数据帧编号，接收方不向发送方进行确认，差错帧直接丢弃，差错纠正由高层负责。
以太网只实现无差错接受，不实现可靠传输

广域网

广域网（Wide Area Network）的通信网络主要使用分组交换技术。广域网的通信子网可以利用公用分组交换网、卫星通信网和无线分组交换网，它将分布在不同地区的局域网或计算机系统互连起来，达到资源共享的目的。

PPP协议&HDLC协议

数据链路层设备

• 集线器
• 网桥
• 交换机