數(shù)據(jù)鏈路層使用的信道主要有一下兩種類型

1. 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道

   • 這種信道使用一對(duì)一的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信方式。

2. 廣播信道

   • 這種信道主要是用一對(duì)多的廣播通信方式。

3. 從整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)上來(lái)看，局域網(wǎng)中仍然屬于數(shù)據(jù)鏈路層的范圍。

4. 本章最主要的知識(shí)點(diǎn)

   • 熟路鏈路層的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道和廣播信道的特點(diǎn)，以及這兩種信道使用的協(xié)議PPP協(xié)議和CSMA/CD協(xié)議的特點(diǎn)

   • 數(shù)據(jù)鏈路層的三個(gè)基本問(wèn)題

     • 封裝成幀

     • 透明傳輸

     • 差錯(cuò)檢測(cè)

   • 以太網(wǎng)MAC層的硬件地址

   • 適配器，轉(zhuǎn)發(fā)器，集線器，網(wǎng)橋，以太網(wǎng)交換機(jī)的作用以及使用場(chǎng)合。

5. 我們觀察一下兩臺(tái)主機(jī)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行通信時(shí)數(shù)據(jù)鏈路層所處的地位
   

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   圖3-1（a）表示主機(jī)H1通過(guò)電話線上網(wǎng)，中間經(jīng)過(guò)三個(gè)路由器（R1,R2,R3)連接到遠(yuǎn)程主機(jī)H2，所經(jīng)過(guò)的網(wǎng)絡(luò)是多種的，如電話網(wǎng)，局域網(wǎng)，廣域網(wǎng)等。當(dāng)主機(jī)H1向主機(jī)H2發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，從協(xié)議的層次上來(lái)看，數(shù)據(jù)流動(dòng)如圖3-2(b)所示，主機(jī)H1和主機(jī)H2都有完整的五層協(xié)議棧，單路由器在轉(zhuǎn)發(fā)分組時(shí)使用的協(xié)議棧只有下面三層。數(shù)據(jù)進(jìn)入路由器后要先從物理層上到網(wǎng)絡(luò)層，在轉(zhuǎn)發(fā)表中找到下一跳地址后，再下到物理層轉(zhuǎn)發(fā)出去。當(dāng)我們專注于研究數(shù)據(jù)鏈路層的問(wèn)題時(shí)，我們可以這樣研究

   H1的鏈路層->R1的鏈路層->R2的鏈路層->R3的鏈路層->H2的鏈路層。

使用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道的數(shù)據(jù)鏈路層

1. 鏈路指的是從一個(gè)結(jié)點(diǎn)到相鄰結(jié)點(diǎn)的一段物理線路（有線或無(wú)線）

2. 數(shù)據(jù)鏈路：當(dāng)在一條線路上傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，除了必須要有一條物理線路外，還必須要有一些必要的通信協(xié)議來(lái)控制數(shù)據(jù)的傳輸，若把實(shí)現(xiàn)這些協(xié)議的硬件和軟件加到鏈路上。就構(gòu)成了數(shù)據(jù)鏈路?，F(xiàn)在最常用的就是網(wǎng)絡(luò)適配器來(lái)實(shí)現(xiàn)這些協(xié)議。

3. 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議：幀

   • 數(shù)據(jù)鏈路層把把網(wǎng)絡(luò)層交下來(lái)的數(shù)據(jù)構(gòu)成幀發(fā)送到鏈路上，以及把接收到的幀中的數(shù)據(jù)取出并上交給網(wǎng)絡(luò)層。

   • 在網(wǎng)絡(luò)層中，網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議數(shù)據(jù)單元就是IP數(shù)據(jù)報(bào)。

   • 數(shù)據(jù)鏈路層通信圖

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     • 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道的數(shù)據(jù)鏈路層在進(jìn)行通信時(shí)的主要步驟如下

     • 結(jié)點(diǎn)A的數(shù)據(jù)鏈路層把網(wǎng)絡(luò)層交下來(lái)的IP數(shù)據(jù)報(bào)文添加首部和尾部封裝成幀。

     • 結(jié)點(diǎn)A把封裝好的幀發(fā)送給結(jié)點(diǎn)B的數(shù)據(jù)鏈路層

     • 若結(jié)點(diǎn)B的數(shù)據(jù)鏈路層接收到的幀無(wú)差錯(cuò)則從接收到的幀提取出IP數(shù)據(jù)報(bào)上交給網(wǎng)絡(luò)層；否則丟棄這個(gè)幀。

4. 三個(gè)基本問(wèn)題:封裝成幀，透明傳輸，差錯(cuò)檢測(cè)

   • 封裝成幀

     • 封裝成幀是在一段數(shù)據(jù)的前后分別加上首部和尾部，這樣就構(gòu)成了一個(gè)幀。接收端結(jié)接收到物理層上交的比特流后，就能根據(jù)手部和尾部的標(biāo)記，會(huì)從比特流中識(shí)別到幀的開始和幀的結(jié)束。

     • 如圖就是一個(gè)添加幀首和幀尾封裝成幀

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     • 我們知道，分組交換的的一個(gè)重要概念就是：所有在互聯(lián)網(wǎng)上傳送的數(shù)據(jù)都是以IP數(shù)據(jù)報(bào)文為傳送單位，網(wǎng)絡(luò)層的IP數(shù)據(jù)報(bào)傳送到數(shù)據(jù)鏈路層就成為了幀的數(shù)據(jù)部分。在幀的數(shù)據(jù)部分的前部和后部分別加上首部和尾部，就構(gòu)成了一個(gè)完整的幀。這樣的幀就是數(shù)據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù)傳送單元。

     • 一個(gè)幀的長(zhǎng)度等于數(shù)據(jù)部分的長(zhǎng)度+幀首+幀尾的長(zhǎng)度，首部和尾部的重要作用就是幀定界（確定幀的界限）。

     • 在發(fā)送幀的時(shí)候，是從幀的首部開始送的。各種數(shù)量居鏈路層協(xié)議都要對(duì)幀首部和幀尾部的格式都有明確的規(guī)定。為了提高幀的傳輸效率，應(yīng)該使幀的數(shù)據(jù)部分盡可能的大于幀的首部和尾部的長(zhǎng)度。但是呢，每一種數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議都規(guī)定了所能傳送的幀的數(shù)據(jù)部分長(zhǎng)度上限------最大傳輸單元MTU。如圖給出了MTU與幀的數(shù)據(jù)部分和幀的首部和尾部的關(guān)系。

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     • 幀首部使用SOH（start of head）十六進(jìn)制編碼01作為幀的開始控制字符，幀尾部使用EOT（end of transmission）十六進(jìn)制編碼04作為幀的結(jié)束控制字符。

   • 透明傳輸

     • 由于幀的開始和結(jié)束標(biāo)記會(huì)用專門的控制字符，因此，所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)中的任何8比特組合一定不允許使用作為幀定界的控制字符比特編碼一樣，否則會(huì)出現(xiàn)幀定界錯(cuò)誤。

     • 當(dāng)我們不管在鍵盤上輸入什么字符都可以放單幀上傳輸，因此這樣的傳輸就是透明傳輸。

     • 但是當(dāng)數(shù)據(jù)并不是鍵盤上普通的ASCII碼時(shí)候，而是例如像二進(jìn)制代碼或者圖像，音樂(lè)等數(shù)據(jù)流時(shí)，情況就有可能變得不一樣，如果數(shù)據(jù)中的某個(gè)字節(jié)的二進(jìn)制比特剛好和幀定界符的控制字符SOH(01)或者EOS（04）重合，如圖數(shù)據(jù)鏈路層可能會(huì)錯(cuò)誤的找到幀界定符。這樣的錯(cuò)誤傳輸情況顯然并不是透明傳輸。

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     • 為了解決透明傳輸問(wèn)題，就必須設(shè)法使數(shù)據(jù)中可能出現(xiàn)的控制字符SOH，EOT在接收端不被解釋為控制字符，具體的方法是：發(fā)送端的數(shù)據(jù)鏈路層如果在數(shù)據(jù)傳輸中出現(xiàn)SOH或者EOT，就在前面插入一個(gè)轉(zhuǎn)義字符ESC（十六進(jìn)制編碼為1B），而且在接收端刪除這個(gè)轉(zhuǎn)義字符，這樣的方法稱之為字節(jié)填充或者是字符填充。如圖所示

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• 差錯(cuò)檢測(cè)
  * 現(xiàn)實(shí)中的通信鏈路都是不理想的。也就是說(shuō)，比特在傳輸?shù)倪^(guò)程當(dāng)中，可能1會(huì)變成0,0或者變成1，這就叫做比特差錯(cuò)
  * 在一段時(shí)間內(nèi)，傳輸錯(cuò)誤的比特總數(shù)占傳輸所有比特總數(shù)的比值，稱之為誤碼率
  * 因此呢，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)候，必須采用各種校驗(yàn)，在數(shù)據(jù)鏈路層廣泛的采用了CRC循環(huán)冗余檢驗(yàn)技術(shù)。
  * 在接收端對(duì)收到的每一幀經(jīng)過(guò)CRC檢驗(yàn)后，會(huì)有以下兩種情況
  * 若得出余數(shù)為0，就判定這個(gè)幀沒(méi)有出現(xiàn)差錯(cuò)，接受
  * 若得到余數(shù)不為0，則判斷這個(gè)幀有差錯(cuò)（但是并不知道哪里錯(cuò)了），丟棄
  * 在數(shù)據(jù)鏈路層，發(fā)送端幀檢測(cè)序列FCS的生成和接收端的CRC檢驗(yàn)都是硬件完成的，因此處理速度很快并不會(huì)影響數(shù)據(jù)的傳輸。
  * 數(shù)據(jù)鏈路層不使用確認(rèn)和重傳機(jī)制，也就是不要求數(shù)據(jù)鏈路層向上冊(cè)提供可靠服務(wù)，如果在數(shù)據(jù)鏈路層傳輸數(shù)據(jù)出現(xiàn)了錯(cuò)誤，那么交給上層去解決，數(shù)據(jù)鏈路層都是不可靠的傳輸協(xié)議