数据链路层

帧(Frame)
为了实现诸如差错控制、物理寻址和流量控制 等功能，数据链路层首先要使自己所看到的数 据是有意义的：
除了要传送的用户数据外，还要提供关于 寻址、差错控制和流量控制等所必需的控制信 息，而不再是物理层的原始比特流。 为此，数据链路层采用了被称为帧(frame)的 协议数据单元作为该层的数据传送逻辑单元。
01111110 … 1111101 … 1111100 … 01111110
物理层编码违例法
利用物理层信息编码中未用的电信号来作为帧的 边界。 以IEEE802局域网标准为例，其数据编码采用曼 彻斯特编码，在传输之前将数据位“1”编码成 高-低电平对，数据位“0”编码成低-高电平对， 并利用高-高电平对和低-低电平对作为帧边界的 特殊编码。 在实际应用中，数据链路层协议多数使用字符计 数法与其他方法相结合作为帧定界的方法
也就是说，只有物理层的功能是不够的。
数据链路层的功能
数据链路层是为了克服物理层的物理传输质 量不足而存在的。 其目的是为了实现两个相邻节点间的无差错 传输。 从分层的角度，数据链路层利用了物理层提 供的原始比特流传输服务，向网络层提供可 靠的数据传输服务。
何为相邻节点？
相邻节点是指由同一物理链路直接连接的所有 节点。
DLE STX … DLE DLE … DLE ETX
首尾标记法
每一帧使用一个特殊的位模式“01111110”作为开始 和结束标记。 该位模式又称为“flag”。 位模式允许数据帧包含任意个数的比特，也允许每个 字符采用任意比特的编码。
01111110
… Data …
01111110
首尾标记法中的位填充
帧的定界
定界就是标识帧的开始与结束 常用的帧定界方法： 字符计数法 带字符填充的首尾界符法 带位填充的首尾标志法
字符计数法
在帧头中使用一个字段来标明帧内的字符数， 通常该字段称为帧长字段。 如果发生传输错误，则可能更改帧长的值，从 而导致帧的同步出现问题。 该方法通常与下面介绍的其他方法结合使用。
数据链路层要解决的问题
如何识别不同的相邻节点或确定一个接收目标
物理编址与寻址；
如何提供一种机制使得接收方能识别数据流的 开始与结束
成帧
如何实现可靠的数据传输：
如何提供差错检测与控制机制使得有差错的物理 链路对网络层表现为一条无差错的数据链路；
如何提供流量控制机制以保证源和目标之间不会 因发送和接收速率不匹配而引起数据丢失。
DLE STX
… Data …
DLE ETX
首尾界符法中的字符填充
在首尾界符法中，由于数据中可能会出现DLE STX或 DLE ETX，从而干扰帧的正常定界 字符填充法可用于解决上述问题。即发送端在数据中所 遇到的DLE前再插入一个附加的DLE，而接收端则忽略 两个连续DLE的前一个。
Data
DLE STX … DLE … DLE ETX
DTE
DCE
DCE
DCE
DTE
尽管物理层采取了一些必要的措施来减少信号传输过 程中的噪声，但是数据在物理传输过程中仍然可能损 坏或丢失。
由于物理层只关心原始比特流的传送，不考虑也不可 能考虑所传输信号的意义和信息的结构，从而物理层 不可能识别或判断数据在传输过程中是否出现了损坏 或丢失，从而也谈不上采取什么方法进行补救。
帧的地址
帧中的地址属于物理或硬件地址
网卡地址(局域网) 链路标识(广域网)
用于设备或机器的物理寻址
差错控制
差错类型 差错衡量 差错控制
差错类型
要探寻差错控制的机制，首先要了解差 错的产生原因及类型。 在物理层的讨论中，我们已经讨论了物 理信道中所存在的各类噪声，噪声会引 起数据传输中的错误。 根据噪声产生原因的不同，差错分为随 机错和突发错。
在首尾标记法中，由于数据中可能会出现与标记相同的 位串，从而干扰帧的正常定界 位填充法可用于解决上述问题。即发送端在数据中若遇 到5个连续的“1”时，则在其后自动插队入一个“0”。 该技术简称“逢五1插0”；接收端则忽略5个连续的 “1”后面的“0”，简称“逢五1删0” 。
Data
01111110 … 111111 … 111110 … 01111110
热噪声→随机错 冲击噪声（如EMI，RFI）→突发错
差错的衡量
差错由误码率来衡量：
Pe=错误接收的码元数/接收的码元总数
误码率越低，信道的传输质量越高。
差错控制
由于信道中的噪声是客观存在的，不管 信道质量多高，都要进行差错控制。 所谓差错控制就是通过发现传输中的错 误，来采取相应的措施。
Chapter Four
数据链路层
本章教学提要
教学目标：
理解数据链路层的功能与作用； 理解常用的成帧方式； 理解差错控制的作用和原理； 了解流量控制的作用和原理； 了解HDLC协议的工作过程； 了解数据链路层的设备与组件。
教学难点：差错控制，滑动窗口协议 教学时数：4学时
问题的引入：为什么需要数据链 路层？
6ABCDE5UVWX81234458 6ABCDE7UVWX81234458
？？？
三个帧的长度分 别为6字节、5字
节和8字节。
首尾界符法
每一帧以ASCII字符序列DLE STX开始，以DLE ETX 结束。 DLE为“Data Link Escape”的缩写，STX意味着 “Start of Text”， ETX代表“ End of Text”。 其缺点是成帧完全依赖于8位字符，而且若数据部分也 出现了DLE STX或DLE ETX，则接收端就会错误判断 帧边界。
差错控制的核心
差错控制的核心是对传送的数据信息加 上与其满足一定关系的冗余码，形成一 个加强的、符合一定规律的发送序列。 接收端利用相同的规律进行检查从而发 现错误，所加入的冗余码称校验码。 校验码的分类：
不同的数据链路层协议的核心任务就是根据所 要实现的数据链路层功能来规定帧的格式，即 语法和语义。
帧的一般示意图
帧的开Baidu Nhomakorabea 地址 帧类型或长度 数据 帧校验 帧的结束
用于寻址
差错控制
帧的定界
帧中的语法成分被称为域或字段(field)； 上图只是帧的一般组成，不同的数据链路层协议所规定的帧格 式可能会与其存在微小的区别。