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之前我们已经学习了原理体系结构中的物理层，也写了非常详细的博客。如果没有看可以先去学习一下，这样有助于我们对数据链路层的学习。

传送门：【计算机网络】物理层（超多图详析）

接下来我们正式开始学习数据链路层！

之前我们学习的原理体系结构中，一共分为五层。上次学习了第一层物理层，这次来学习一下物理层的直接上层――数据链路层。

（1） 链路：就是从一个结点到相邻结点的一段，而中间没有任何其他交换结点。 （2）数据链路：是指把上，就构成了数据链路。

例如从一台主机传输到另一台主机过程为： 而具体的需要经过： 我们在学习数据链路层的时候，可以把消息传递看作是数据链路层上面的横向传播。如下：

而数据链路层的主要功能就是用于两个设备(同一种数据链路节点)之间进行信息传递。

数据链路层以帧为单位传输和处理数据。

在点对点信道的数据链路层进行传输我们需要考虑以下问题。

封装成帧

之前说过了数据链路层以帧为单位传输和处理数据，那么我们就会牵扯到如何把上层传输过来的数据变成帧呢？

封装成帧：在数据的头部和尾部加上标记（），确定帧的范围。

差错检测

传输过程中可能会产生比特差错: 1可能会变成0而0也可能变成1。

误码率BER(BitErrorRate)：在一段时间内，传输错误的比特占所传输比特总数的。误码率与。

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。

可靠传输

使用差错检错技术，接受方的数据链路层就可以检测出帧在传输过程中是否出现误码。

不可靠传输：，其他的什么也不做。 可靠传输：。

是否是可靠传输这取决于数据链路层向上层提供的服务类型。

一般来说，有线链路的误码率比较低，为了减小开销，并不要求数据链路层向上提供可靠传输服务，即使出现了误码，可靠传输的问题由其上层处理。

无线链路易收到干扰，误码率比较高，因此要求数据链路层必须向上层提供可靠传输。

在使用广播信道的数据链路层和数据链路层的互联设备上我们还要考虑其他的一些问题。

这些就是我们本次要解决的问题，接下来我们进行详细的学习。

封装成帧：是指数据链路层给上层交付的协议数据单元使之成为帧。

如下两种都是常见的两种帧的格式： 要知道帧头和帧尾中包含有重要的控制信息。

数据在经过数据链路层之后，会在经过物理层，物理层再把数据进行传输之前会把数据转换为比特流，如下：

那么接收方的数据链路层如何从物理层交付的比特流中提取出一个一个的帧呢？

其实帧头和帧尾的作用之一就是帧定界。

其实也不是所有的帧都有帧定界符的，比如以太网V2的MAC帧就没有帧定界符，它是通过前导码和帧间间隔来识别一个一个的帧的。

ASCII控制字符表示帧首部开始，表示帧的结束。

我们在传输信息中会遇到这么一个问题： 如果说我们对传输的信息有要求，要求信息中不能存在帧定界符，这其实就是不透明传输。

不透明传输其实没有什么意义的，对于传输的信息内容都有要求的话，那么我们还能传输什么信息呢？

所以我们就要求透明传输。

透明传输：是指数据链路层对上层交付的传输数据，就好像数据链路层不存在一样。

也就是说：数据链路层传送的比特组合必须是不受限制的。

那么我们怎么样才能实现透明传输的问题呢？

（1）面向使用字节填充（或称字符传输）的方法实现透明传输。 （2）面向使用比特填充的方法实现透明填充。

例如使用采用字节填充法解决透明传输的问题

（1）字节填充或字符填充――发送端的数据链路层在数据中出现控制字符“SOH”或“EOT”的前面。 （2）接收端的数据链路层在将数据。 （3）如果。当接收端收到连续的两个转义字符时，就删除其中前面的一个。

为了提高帧的传输效率，我们应当。

又考虑到差错控制等多种因素，每一种数据链路层协议都规定了帧的数据部分的上限长度，即：。

实际的通信链路都不是理想的，比特在传输过程中可能会产生差错：

误码率BER(BitErrorRate)：在一段时间内，传输错误的比特占所传输比特总数的。误码率与。

使用来检测数据在传输过程中是否产生了比特差错，是数据链路层索要解决的重要问题之一。

奇偶校验：在待发送的，使得整个数据（位在内）中的“1”的个数为奇数（奇校验）或偶数（偶校验）。

，则奇偶性发生变化，；

，则奇偶性不发生变化，； 可见漏检率比较高所以一般不使用这种检测方法。

循环冗余校验CRC

（1）收发双方约定好一个. （2）发送方基于待发送的数据生成多项式计算出，将其添加到带传输数据的后面。 （3）接收方收到的数据。

接下来看个例题来理解一下这个过程。

发送方： 接收方：

检错码只能检测出真在传输中是否出现了差错，并不能定位错误，因此无法纠正错误。

要想纠正传输中的差错，可以使用冗余信息更多的纠错码进行前向纠错。但纠错码的开销比较大，在计算机网络中较少使用。

循环冗余校验CRC有很好的交错能力（漏检率非常低），虽然计算比较复杂，但非常易于用硬件实现，因此被广泛应用于数据链路层。

使用差错检错技术，接受方的数据链路层就可以检测出帧在传输过程中是否出现误码。

不可靠传输：，其他的什么也不做。 可靠传输：。

是否是可靠传输这取决于数据链路层向上层提供的服务类型。

一般来说，，为了减小开销，，即使出现了误码，可靠传输的问题由其上层处理。

，误码率比较高，因此要求数据。

。从整个计算机网络体系结构老看，传输差错还包括，以及等。

，以及这些传输差错，一般不会出现在数据链路层，而会出现在其上层。

同时可靠传输服务也并不局限于数据链路层，其他各层均可选择实现可靠传输。

可靠传输的实现比较复杂，开销也比较大，是否使用可靠传输取决于应用需求。

接下来我们来介绍三种可靠传输的实现机制分别是：，，

同样他们也并不局限于数据链路层，可以应用到计算机网络体系结构的各层协议中。

（1）首先，每次发送方都，接收方对数据分组进行差错检测，。

1. 如果没有误码，那么给发送方；
2. 如果有误码，则丢弃分组，并给发送方； （2）但其实，数据分组在传输过程中并不会那么一帆风顺，数据分组有可能在半路上遇到一个已经满了的路由器等情况，此时路由器会毫不犹豫地丢失该分组，如此便会产生数据分组被丢失，。 所以，我们需要给每次的数据分组的传输，若到了超时计时器所设置的重传时间，而发送方仍收不到接收方的ACK或NAK，则。 （3）在传输的过程中。这样就会导致发送方误判重新传一个，而接受方也无法判断这个数据是不是接受过。或者来了一个不能判断这个ACK是哪个消息的。 所以我们需要给发送方发送的消息和接受方发送的ACK来避免这些问题的发生。

在停止等待协议中我们还要注意：

1. 一般可将重传时间选为略大于“从发送方到接收方的平均往返时间”。
2. 在数据链路层点对点的往返时间比较确定，重传时间比较好设定。
3. 但是在运输层，由于端到端往返时间非常不确定，设置合适的重传时间有时并不容易。

停止等待协议的信道利用率

在传输过程如下： 所以由上图，信道利用率U为： 由公式我们可以知道：

（1）当（例如使用卫星链路），信道。 （2）如果，对于传送有用的数据信息来说，。

所以为了解决信道利用率低的问题，就产生了另外的两种协议。

停止等待协议的信道利用率比较低，那么我们该如何去解决这个问题呢？

停止等待协议在传输中都是单个信息进行传输的，其实我们可以一次传输多条信息，这样就可以解决信道利用率低的问题了。接下来我们学习回退N帧协议。

我们在发送方和接收方分别定义设置一个发送窗口与接收窗口。

（1）采用比特给数组编序号，即序号0~7； （2）发送窗口的； （3）接收窗口的；

我们这里设置发送窗口的尺寸为5。

我们这里发送的消息就是一串编号从0到7的信息，一直0~7循环。 每次我们容许传输的就是在发送窗口有内的数据。我们将这些数据一次传输到接收方去。 而接收窗口的大小为1，所以接受窗口会一个一个进行差错检测，是否出错。 到检查完发送过来的分组之后，接收窗口就会在等待发送窗口发送消息过来。 同时在接收窗口检查完没有出错之后，发送窗口就会进行前移。

接收方不一定要对收到的数据分组逐个发送确认，可以等到收到几个数据分组后对按序到达的最后一个分组发送确认。

对于发送方：

（1）发送窗口尺寸的取值范围是： 11<T<=2n?1 其中是构成分组序号的（种类数）。 当W=1时就是停止等待协议 当 T>2n?1T >2^n-1T>2n?1接收方。 （2）发送方可在未收到接收方确认分组的情况下，将序号落在发送窗口内的多个数据分组全部发送出去； （3）发送方对确认时发送窗口才能向前相应滑动； （4）发送方时，重传计时器，由具体实现决定。 （5）发送方发送窗口内，，这就是回退N帧协议。

对于接收方：

（1）接收方的的，因此接收方。 （2）接收方只接受序号的数据分组，并且，为此同时给发送方发回相应的确认分组，为了减少开销接收方不一定要对收到的数据分组逐个发送确认。

1. 而是可以在连续收到好几个按序到达且无误码的数据分组后，在针对最后一个数据分组发回确认分组，这也称为。
2. 或者可以在自己有数据分组发送时才对之前按序接收且无误码的数据分组进行。

（3）接收方，除丢弃外，还。

在协议工作中发送窗口与接收窗口不断向前滑动，因此这类协议又称为。

由于回退N帧协议的特性，当通信线路质量不好时，其信道利用率并不比停止等待协议高。

回退N帧协议的接收窗口尺寸R，因此。

一个数据分组的误码就会导致其后续多个数据分组不能被接收方按序接收而丢弃（尽管他们无乱序和误码）。这势必会造成发送方对这些数据分组的超时重传，显然这是对通信资源的极大浪费。

为了进一步提高性能，可以设法只重传出现误码的数据分组。因此，接收窗口的尺寸，以便，等到所缺分组收起在，这就是选择重传协议。

注意：选择重传协议为了使发送方仅重传出现差错的分组，接收方不能再使用累计确认，而需要对每一个正确接收到的数据分组进行逐一确认。

（1）采用比特给数组编序号，即序号0~7； （2）发送窗口的尺寸的取值：T=1~7（2的三次方减一）； （3）接收窗口的尺寸的取值：R=T；

对于发送方：

（1）发送窗口尺寸的取值范围是： 11<T<=2n?1 其中是构成分组序号的（种类数）。 当W=1时就是停止等待协议 当 T>2n?1T >2^n-1T>2n?1接收方。 （2）发送方可在未收到接收方确认分组的情况下，将序号落在发送窗口内的多个数据分组全部发送出去； （3）发送方，发送窗口；若，，以防止其相应数据分组的超时重发，但发送窗口；

对于接收方：

（1）接收窗口尺寸R的取值范围是1

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