一、数据链路层简单模型

数据链路层简单模型

二、数据链路

• 链路是一条无源的点到点的物理线路段，中间没有任何其他的交换结点。一条链路只是一条通路的一个组成部分。
• 数据链路 除了物理线路外，还必须有通信协议来控制这些数据的传输。若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。

三、数据帧

数据链路层传送的是帧。其主要解决的三大问题：封装成帧，透明传输和差错控制。

1. 封装成帧
封装成帧就是在一段数据的前后分别添加首部和尾部，然后就构成了一个帧，确定帧的界限。

数据帧
首部和尾部的一个重要作用就是进行帧定界。
用控制字符进行帧界定

2. 透明传输

透明传输问题
为了解决透明传输问题，可以在发送端的数据部分中出现控制字符SOH或EOT的前面插入一个转义字符ESC。接收端的数据链路层在将数据送往网络层之前删除插入的转义字符。
字节填充以解决透明传输问题

3. 差错控制
在传输过程中可能会产生比特差错：1 可能会变成 0 ，0 也可能变成 1。在一段时间内，传输错误的比特占所传输比特总数的比率称为误码率BER (Bit Error Rate)。误码率与信噪比有很大的关系。为了保证数据传输的可靠性，在计算机网络传输数据时，必须采用各种差错检测措施。
在数据链路层传送的帧中，广泛使用了循环冗余检验 CRC 的检错技术：

  - 在发送端，先把用户数据划分为若干组，假定每组 k 个比特。 
  - 假设待传送的一组数据 M = 101001（k = 6），且事先选定一个长度为（n + 1）位的除数 P = 1101（n = 3）。
  - 把计算 2^n * M / P 得到的余数 R（共 n 位）作为冗余码添加到数据 M 的后面一起发送，其中在数据 M 后面添加上的冗余码称为帧检验序列 `FCS (Frame Check Sequence)`。发送的数据为 2^n * M + R，共（k + n）位。

接收端对收到的每一帧进行 CRC 检验，若得出的余数为0，则判定这个帧没有差错，否则判定这个帧有差错，就丢弃。但这种检测方法并不能确定究竟是哪一个或哪几个比特出现了差错。只要经过严格的挑选，并使用位数足够多的除数 P，那么出现检测不到的差错的概率就很小很小。

四、点对点协议

现在全世界使用得最多的数据链路层协议是点对点协议PPP (Point-to-Point Protocol)。

PPP协议的帧格式
PPP协议的协议字段有2个字节，协议字段内容不同，后面的信息字段类型就不同，如：

• 0x0021：信息字段是IP数据报
• 0xC021：信息字段是链路控制数据LCP
• 0x8021：信息字段是网络控制数据NCP
• 0xC023：信息字段是安全性认证PAP
• 0xC025：信息字段是LQR
• 0xC223：信息字段是安全性认证CHAP

1. PPP协议解决透明传输问题

• 当 PPP 用在同步传输链路时，协议规定采用零比特填充法。

在发送端，只要发现有 5 个连续 1，则立即填入一个 0。接收端对帧中的比特流进行扫描。每当发现 5 个连续1时，就把这 5 个连续 1 后的一个 0 删除。

• 当 PPP 用在异步传输链路时，就使用一种特殊的字符填充法。

若信息字段中出现0x7E字节，则将其转变成为字节序列0x7D 0x5E。
若信息字段中出现0x7D字节, 则将其转变成为字节序列0x7D 0x5D。
若信息字段中出现 ASCII 码的控制字符（即数值小于 0x20 的字符），则在该字符前面要加入一个0x7D字节。

2. PPP协议的工作状态

• 当用户拨号接入 ISP 时，路由器的调制解调器对拨号做出确认，并建立一条物理连接。
• 主机向路由器发送一系列的 LCP 分组（封装成多个 PPP 帧）。
• 这些分组及其响应选择一些 PPP 参数，和进行网络层配置，NCP 给新接入的主机分配一个临时的 IP 地址，使主机成为因特网上的一个主机。
• 通信完毕时，NCP 释放网络层连接，收回原来分配出去的 IP 地址。接着，LCP 释放数据链路层连接。最后释放的是物理层的连接。