1. 基本概念
1.1 数据层的作用及与网络层的分界
数据链路层主要研究链路上如何通信以及信道的通信方式。
而网络层主要研究多个网络互连的问题。
(交换机工作在数据链路层，路由器工作在网络层）
1.2 术语
- 链路 ： 结点和相邻结点间的一段物理线路（有线或无线）。
- 数据链路 = 通讯协议（规程）（网卡实现） + 物理链路
- 帧：帧就是链路层协议数据单元。
1.3 通信的主要步骤
- 将网络层的数据包封装成帧。
- 将帧发送到链路上。
- 接受帧并取出其中的数据报交给网络层。
2. 三个基本问题
2.1 如何将数据封装成帧？
首部：SOH （start of header）
尾部：EOT （end of transmission）
最大传送单元：MTU（Maximum Transfer Unit）注意：仅仅指帧的数据部分，不包含SOH和EOT。
首部和尾部一般作用是定界符，但不仅限于此。
而ETU则一般出于效率和占用链路的时间考虑，原则上，出于传输效率上考虑，数据报部分应该尽可能大于首部加尾部的长度。
定界符的几种常见方式与选择：
| 方案 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|
| SOH | 需要转义、包含字符少 | 1.SOH字符转义，2.无法做校验 |
| SOH+length | 1. 可做校验 2. 需要转义字符少 | 1.SOH字符需要转义 2. length的占用的字节不确定 |
| SOH+EOT | 1. 可做校验 2. 占用字节稳定 | 1.SOH、EOT字符需要转义 |
2.2 透明传输？
1. 传输就传输，为啥要讲透明传输，那什么是不透明传输？
因为首部或者尾部的数据可能会出现重合，那么就不可以传输这些特殊字符，这就是不透明传输，比如出现了EOT相同的字符，链路层就会错误的找到边界。
2. 如何解决不透明传输
我们可以类比java处理字符串中引号问题，在java中，我们加入了转义字符 \ ，来处理字符串中的特殊字符，那么在解决透明传输上，我们也可以参考这种办法。
字符填充法：
我们装帧的数据部分里面的 "SOT"、"EOT"前面加上"ESC"作为转义符，我们取帧时，去掉"ESC"字符。
这里可能数据部分里面也有"ESC"字符，我们可以在"ESC"字符前再加上"ESC"字符。
2.3 差错校验
现实的链路并不理想，在比特传输过程中可能由1变成0，也可能有0变成1，这种差错叫比特差错。目前在物理链路层，广泛采用循环冗余校验（CRC）的校验技术。
//TODO 专门写一章讲CRC，主要在于理解CRC的意义。
3. 可靠运输和不可靠运输
3.1 比特差错与传输差错。
传输常见差错可分为：比特差错、传输差错。
比特差错：接受的帧和原发送帧的数据不一致。
传输差错：
帧丢失、帧重复、帧失序
1）帧丢失：[#1]，[#3]
2）帧重复：[#1]，[#2]，[#2]，[#3]
3）帧失序：[#1]，[#3]，[#2]
所谓的无比特差错运输就是指传输中干掉了比特差错，目前我们通过CRC仅能做到对帧无比特差错接受，即凡是接受端数据链路层接受到的帧，我们都认为这些帧在传输过程中无差错，但是这并不代表可靠运输
3.2 什么是可靠传输，如何做到以及优缺点和场景
介绍：
简单的说，可靠传输就是干掉比特差错和传输差错。
如何做到：
即在无比特差错传输的基础上加上"帧编号","确认","重传机制"，来确保可靠传输。
优缺:
但是我们可以看出，多加了3种机制，可以保证帧的传输不出差错的同时，意味着通讯效率的降低。
场景:
可以看出：
1.可靠运输的场景适用于通讯质量较差线路，容易出现帧丢失、帧重复、帧失序等问题。
2.不可靠运输的场景适用于通讯质量较好的线路
3.3 互联网的普遍的传输
事实上当前互联网对不同线路采用区别对待。
即：
- 对于通信质量良好的链路，我们不做确认和重传，即做无比特差错传输，将可靠性传输的任务交给传输层来做(如TCP),
- 对于通讯质量差的链路，采用确认和重传，向上提供可靠传输服务。
4 点对点协议 PPP
- PPP是目前使用最广泛的数据链路层协议，不管是低速的拨号猫连接还是高速的光纤链路，都适用PPP协议。
- 因特网用户通常都要连接到某个ISP 才能接入到因特网。 PPP协议就是用户计算机和ISP进行通信时所使用的数据链路层协议。 ISP使用PPP协议为计算机分配一些网络参数（如IP地址、域名等）。
3.5.1 特点
- 简单：
对数据链路层的帧不需要确认、重传、序号，提供不可靠数据服务。（由传输层如TCP来做可靠校验）
为什么PPP协议简单？
由于不管是核心部分还是边缘部分，都会解析链路层协议，所以尽可能的将链路层协议写简单，这样解析快。可以将复杂的部分放入传输层协议(如TCP)来处理。
大致流程：
接收方接受到一个帧，对帧进行CRC校验，如果校验通过就收下这个帧，反之丢弃。
- 支持多种网络协议
如IP、IPX。（向上兼容） - 支持类型链路
串行、并行、同步、异步、光信号、电信号（向下兼容） - 检查连接状态
隔几分钟就发心跳包。
主要用于那些出现故障，隔了一段时间又恢复的链路。 - 网络层地址协商
//TODO - 数据压缩协商（不做强制规定，未进入标准化）
如出现连续出现80个1，我们就压缩这个80个1，用过标志符表示80个1， 反正有很多压缩方法。
7.PPP协议仅支持点对点链路通信，不支持多点线路（一个主站轮流和多个从站通信）
8.PPP协议仅支持全双工链路。
3.5.2 协议组成
3.5.3 帧组成字段
- 字段F ：为标识首部或尾部
- 字段A：地址字段，OXFF(无用，在PPP协议中可以去掉)
- 字段C：控制字段，OxO3(无用，在PPP协议中可以去掉)
- 字段协议：协议字段，占2个字节，相当于一个Type，标识PPP帧信息部分类型，其中 0x0021标识PPP帧就是IP数据报，若为0xC021标识PPP帧信息部分为链路控制协议LCP的数据，而0x8021标识标识PPP帧信息部分为网络控制协议NCP数据。
- 信息部分：可以是ip数据包，也可以是LCP或NCP的控制协议，最大为MTU。
- FCS：2个字节，推测为CRC16的校验码
3.5.4 异步传输和同步传输
https://www.jianshu.com/p/b0c5810a79ef
可以看出，异步传输是面向字符，而同步传输面向帧。
3.5.5 字节填充
当采取异步传输时，PPP协议选取字节填充。
- 将每一个0x7e转换成0x7d,0x5e
- 将每一个0x7d转换成0x7d,0x5d
- 将每一个小于0x23的字符前面加上0x7d
3.5.6 比特填充
当采取同步传输时，PPP协议采取比特填充。
对帧的数据部分中，每5个连续的1，后面添加一个0，这么做主要是，防止0x7e出现。
然后在接受端，每5个连续的1后面减少一个0。
3.5.7 PPP协议的工作方式
PPP链路的初始化：
- 用户拨号，建立一条从个人主机到ISP的物理链路。
- 个人主机向ISP发送链路控制协议LCP分组，建立LCP连接。（这些分组和响应决定了将要使用的一些PPP参数，如 是否使用PPP协议的地址和控制字段）
- 待成功建立LCP连接后，接着进行网络层配置，NCP协议给个人主机分配一个临时IP，此时用户个人电脑就成为互联网上一个有IP地址的主机了。
3.6 习题
-
LCP包括哪些功能？
封装成帧、透明传输、差错校验、连接状态检测。
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