【网络基础】数据链路层实现的三大功能

数据链路层实现的三大功能分别为：

(1) 封装成帧

(2) 透明传输

(3) 差错控制

1、封装成帧

封装成帧就是在一段数据前后分别加入首部和尾部，构成了一个帧。

接收端在收到物理层上交的比特流后。能依据首部跟尾部的标记。从收到的比特流识别帧的開始和结束。

此外，首部跟尾部还包含很多必要的控制信息。

在发送帧时，是从帧首部開始发送。各种数据链路层协议都要对帧首尾部格式有明白的规定。每一种协议都限定了帧的数据部分长度上限-----最大传输单元MTU。

附：最大传输单元MTU(笔者腾讯一面亲历)

一个UDP报文能传输的最大数据为多大？

以太网的数据链路层规定了最大传输单元MTU=1500（字节），那么实际上一个IP数据报最长也就是1500 字节，而IP数据报又是由UDP报文或TCP流封装得到的，那么一个UDP报文最大长度为1500-20=1480.20为IP数 据报的首部长度。

而在运输层。UDP也有自己的首部（8字节），所以在应用层一个UDP报文能传递的最大数据 为1500-20-8=1472（字节）

2、透明传输

什么是透明传输，为什么须要透明传输？看下图：

解决透明传输的方法：

1、发送端的数据链路层在数据中出现控制字符“SOH”或“EOT”的前面插入一个转义字符“ESC”(其十六进制编码是 1B)。

2、字节填充或字符填充——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。
3、假设转义字符也出现数据其中。那么应在转义字符前面插入一个转义字符。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。 

实现方法见下图：

3、差错检測

在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。
为了保证数据传输的可靠性，在计算机网络数据传输时。必须採用各种差错检測措施。 

CRC循环冗余检測

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。

发送端运行的操作：

在发送端，先把数据划分为组。假定每组 k 个比特。

 
如果待传送的一组数据 M = 101001（如今 k = 6）。

我们在 M 的后面再加入供差错检測用的 n 位冗余码一起发送。  

冗余码计算实例：

如今 k = 6, M = 101001。
设 n = 3, 除数 P = 1101，（除数P是我们自己约定的。n的取值是 P的位数减1）
被除数是 (2^n)M = 101001000。

(对M从后開始补0，一共补n位)
模 2 运算的结果是：商 Q = 110101，（计算结果见下图）
            余数 R = 001。
把余数 R 作为冗余码加入在数据 M 的后面发送出去。发送的数据是：101001001。共 (k + n) 位。 

CRC 是一种经常使用的检错方法，而 FCS 是加入在数据后面的冗余码。

接收端运行的操作：

从发送端接收到数据M：101001001（包括冗余码FCS）
发送端、接收端约定的除数 P = 1101
M%P 运算结果若为0。表示无比特差错
M%P 运算结果不为0，表示比特差错，丢弃该帧

仅用循环冗余检验 CRC 差错检測技术仅仅能做到无差错接受。“无差错接受”是指：“凡是接受的帧（即不包含丢弃的帧）。我们都能以很接近于 1 的概率觉得这些帧在传输过程中没有产生差错”。

也就是说：“凡是接收端数据链路层接受的帧都没有传输差错”（有差错的帧就丢弃而不接受）。要做到“可靠传输”（即发送什么就收到什么）就必须再加上确认和重传机制。

 

本文由Cout_Sev 搜集整理并改动

自谢希仁老前辈《计算机网络第5版》

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