數(shù)據(jù)鏈路層基本概念

路由器是網(wǎng)絡層設備

數(shù)據(jù)鏈路層：數(shù)據(jù)管道，傳輸?shù)氖菙?shù)據(jù)包加上發(fā)送地址，接收地址，校驗的數(shù)據(jù)幀

數(shù)據(jù)鏈路層的信道類型：

• 點到點信道：使用一對一的點到點通信方式（兩個設備之間直接使用網(wǎng)線相連）
• 廣播信道：使用一對多的廣播信道方式，因此過程比較復雜。廣播信道上連接的主機很多，因此必須使用專用的共享信道協(xié)議來協(xié)調(diào)這些主機的數(shù)據(jù)發(fā)送

鏈路：一條點到點的物理線路段，中間沒有其他交換節(jié)點。一條鏈路只是一條通路的一個組成部分。
數(shù)據(jù)鏈路：除了物理線路外，還必須有通信協(xié)議來控制這些數(shù)據(jù)的傳輸。若把實現(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。

• 現(xiàn)在最常用的方法是使用適配器（網(wǎng)卡）來實現(xiàn)這些協(xié)議的硬件和軟件。
• 一般的適配器都包括了數(shù)據(jù)鏈路層和物理層這兩層的功能。

數(shù)據(jù)幀

數(shù)據(jù)幀=數(shù)據(jù)包+幀頭+幀尾+物理層地址+校驗值

數(shù)據(jù)鏈路層解決的問題

封裝成幀

透明傳輸

• 字節(jié)填充解決透明傳輸
  發(fā)送端的數(shù)據(jù)鏈路層在數(shù)據(jù)中出現(xiàn)控制字符SOH或EOT的前面插入一個轉(zhuǎn)義字符ESC(0x1B)
  接收端的數(shù)據(jù)鏈路在將數(shù)據(jù)發(fā)送給上一層的網(wǎng)絡層的時候會刪除前面的轉(zhuǎn)義字符
  如果轉(zhuǎn)義字符也出現(xiàn)在數(shù)據(jù)當中，那么應該在轉(zhuǎn)義字符前插入一個轉(zhuǎn)義字符。當接收端收到兩個連續(xù)的轉(zhuǎn)義字符的時候就刪除其中前面那個
  
  因此只有如果接收數(shù)據(jù)中含有一個ESC那么一定是數(shù)據(jù)中開始字符或者結(jié)束字符。

差錯控制

誤碼率(BER)：傳輸錯誤的比特占所傳輸比特總數(shù)的比率。誤碼率和信噪比有很大的關系。
如果傳送過程中出現(xiàn)錯誤，路由器發(fā)現(xiàn)錯誤后會直接丟掉這個幀。可靠傳輸由傳輸層實現(xiàn)。

• 循環(huán)冗余檢驗(CRC)
  
  運算過程為加上x個0以后，用x+1位數(shù)作為除數(shù)（隨便選一個）。每次進行異或操作。要確保每次會至少減少一位，意思是如果某次的余數(shù)的最高位位0，則商為0，如果最高位為1，則商為1.
  幀檢驗序列FCS為運算的余數(shù)，可以通過多種方法得到，不一定是CRC
  最后傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是數(shù)據(jù)加上FCS，如果余數(shù)不為0，則丟棄

特點：

• 這種檢測方法不能確定究竟是哪一個或哪幾個比特出現(xiàn)了差錯
• 如果除數(shù)選擇的足夠好（位數(shù)足夠長），那么檢錯能力就很強

使用循環(huán)冗余檢驗(CRC)差錯檢測技術只能做到無差錯接受。
無差錯接收：凡是接收的幀我們幾乎都能認為是沒有差錯的。

要做到可靠傳輸（發(fā)送什么接收什么）就必須加上確認和重傳機制

CRC是一種無比特差錯，而不是無傳輸差錯的檢測機制。雖然數(shù)據(jù)鏈路層要求做成無傳輸差錯的，但是目前沒有做到。

兩種情況下的數(shù)據(jù)鏈路層

點對點通信

使用PPP協(xié)議，用于點到點通信。全世界用的最多的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議。

PPP協(xié)議特點：

• 簡單
• 封裝成幀
• 透明傳輸
• 差錯檢驗
• 多種網(wǎng)絡層協(xié)議：可以在PPP協(xié)議種封裝TCP/IP協(xié)議，可以封裝IPX,SPx協(xié)議
• 多種數(shù)據(jù)鏈路
• 檢測連接狀態(tài)
• 最大傳送單元
• 網(wǎng)絡層地址協(xié)商
• 數(shù)據(jù)壓縮協(xié)商
  缺點：
• 不能糾錯
• 不能流量控制
• 不能得到序號
• 不支持多點線路
• 不支持半雙工或單工鏈路

PPP協(xié)議的組成

• 數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議可以用于異步串行或者同步串行介質(zhì)
• 使用LCP(鏈路控制協(xié)議)建立并維護數(shù)據(jù)鏈路連接
  ADSL撥號上網(wǎng)賬號密碼正確、有網(wǎng)費數(shù)據(jù)鏈路層才會通。即LCP有身份驗證和計費功能
• 網(wǎng)絡控制協(xié)議（NCP)允許點到點連接上使用多種網(wǎng)絡層協(xié)議

PPP協(xié)議幀格式

A段是地址，因為是點對點傳輸，所以是固定的FF,沒有起什么作用
C段是控制字段，但是沒有使用，一般是03
協(xié)議中的兩個字節(jié)表示數(shù)據(jù)包中是什么內(nèi)容
標志字段F=0x7E
PPP是面向字節(jié)的，所有PPP幀的長度都是整數(shù)字節(jié)

• 字節(jié)填充實現(xiàn)透明傳輸
  將信息字段中出現(xiàn)的每個0x7E(01111111)字節(jié)轉(zhuǎn)換成0x7D 0x5E(0111111001011111)
  如果信息字段中出現(xiàn)0x7D(01111110)的字節(jié)，則將其轉(zhuǎn)換為2字節(jié)序列（0x7D,0x5D(0111111001011110)）
  如果信息字段中出現(xiàn)ASCLL碼的控制字符（數(shù)值小于0x20）則在前面加入一個0x7D
  最后接收的時候再轉(zhuǎn)換為原來的信息

• 零比特填充方法實現(xiàn)透明傳輸
  如果信息字段發(fā)送的不是字節(jié)，而是二進制流，則在發(fā)送端，只要發(fā)現(xiàn)5個連續(xù)的1就在其中填入一個0。在接收的時候每接收5個1就刪除一個0。

• 不使用序號和確認機制
  在數(shù)據(jù)鏈路層出現(xiàn)差錯概率不大時，使用比較簡單的PPP協(xié)議比較合理
  在因特網(wǎng)環(huán)境下，PPP的信息字段放入的數(shù)據(jù)是IP數(shù)據(jù)報。數(shù)據(jù)鏈路層的可靠傳輸并不能夠保證網(wǎng)絡層的傳輸也是可靠的
  幀檢驗序列FCS字段可保證無差錯接受

PPP協(xié)議的工作狀態(tài)（撥號上網(wǎng)的過程）：當用戶撥號撥入ISP時，路由器的調(diào)制解調(diào)器對撥號做出確認，并建立一條物理連接。PC機向路由器發(fā)送一系列的LCP分組（封裝成多個PPP幀）。這些分組及其響應選擇一些PPP參數(shù)，進行網(wǎng)絡層配置，NCP給新接入的PC機分配一個臨時的IP地址，時PC機成為因特網(wǎng)上的一個主機。
通信完畢時，NCP釋放網(wǎng)絡層鏈接，收回原來分配出去的IP地址。接著，LCP釋放數(shù)據(jù)鏈路層連接，最后釋放物理層鏈接。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的计算机网络【四】数据链路层基本概念+点到点通信(PPP协议）的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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