数据链路层的三个基本问题

封装成帧
透明控制
差错控制

一、数据链路层的功能

1. 为什么要设置数据链路层

物理层的线路有传输介质与通信设备组成，比特流在传输介质上传输时一定会存在误差，而设置数据链路层目的就是为了在存在差错的物理层的基础上，采用差错检测，差错控制和流量控制等方法，将有差错的物理线路改进为无差错的数据链路，向网络层提供高质量的数据传输服务。
对于网络层，由于数据链路层的存在，网络层不需要知道物理层具体采用了哪种传输介质与通信设备的，是采用模拟通信方法，还是采用数字通信方法。只要接口关系与功能不变，物理层所采用的传输介质与通信设备的变化对网络层不会产生影响。

2. 数据链路的主要功能

封装成帧(framing):

将上层(网络层)交下来的数据包按照所采用协议分别添加首部和尾部协议控制信息，构成了一个帧。帧首部+帧的数据部分(IP数据报)+帧尾部

帧同步

数据链路层的传输数据单位是帧，物理层的比特流封装在帧中进行传输，
帧同步指的是：接收端能从收到的比特流中正确的判断一帧的开始位和结束位

流量控制

发送端发送数据超过物理线路的传输能力或者超出接收端的帧接受能力时，就会发生链路阻塞。流量控制就是为了防止出现链路阻塞

差错控制

将有差错的物理线路改进为无差错的数据链路，向网络层提供高质量的数据传输服务

透明传输

不管传输数据的比特是什么样的组合，都应当能在链路上传送——有字节填充、位填充

寻址

多点连接时，为了保证每一帧都能传送到正确的接收端，因此数据链路层必须有寻址的能力

封装成帧

Framing Methods

透明传输

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符“ESC”(其十六进制编码是 1B)。
字节填充(byte stuffing)或字符填充(character stuffing) ——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。
如果转义字符也出现数据当中，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。

差错控制

——错误检测和纠正 Error Detection and Correct

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。 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。

1、 求海明码（Hamming codes）

海明校验码放置位置 是放在2的幂次位上的，即第“1,2,4,8,16,32······”位上

第一步： 求r的值（即校验位数）
k个数据位，r个校验位

海明码的位数是K+r

第二步： 校验位和信息位对号入座
校验位的位置是放在2的幂次位上的，即第“1,2,4, 8,16, 32 ······”位上
注意： 信息位的位置分配是从高位到低位依次存放

第三步： 确定校验位的值
校验原则：被校验的海明码的下标等于所有参与校验该位的校验位的下标之和

(1) 将校验码校验的信息位的位置记录下来：
(2)校验——做对应信息位的值异或运算

异或运算

a XOR b
异或的运算法则为：
0⊕0=0，1⊕0=1，0⊕1=1，1⊕1=0（同为0，异为1）

2、检错码 Error detecting code

奇偶校验

奇偶位的选择原则： 使得码字中比特1的数目是偶数或奇数
例子：发送1011010（4个1）
偶校验： 1011010**0**（凑成偶数个1）

奇校验： 10110101（凑成奇数个1）

循环冗余校验（CRCs,Cyclic Redundancy Checks ）

——也称为多项式编码（polynomial code）
多项式编码基本思想：
将位串(二进制数)看成系数为0或1的多项式，
一个k位帧看做是k-1次多项式的系数列表

校验的基本思想：
在帧的尾部附加一个校验和，
附加之后的帧所对应的多项式能够被G(x)整除。
当接收方收到了带校验和的帧后，
试着用G(x)去除，如有余数则有错误

计算CRC的算法：
（1）G(x)的阶为r，设一帧有m位，在帧的低位加上r个0位，则该帧包含m+r位
(2) 利用模二除法，用G(x)的位串去除m+r位帧的位串
(3) 利用模二减法，从m+r位串减去余数，结果就是将被传输的带校验和的帧（结果能被G(x)整除）

模2减法是一种不考虑借位的减法,其定义如下：
0-0=0 1-1=0 1-0=1 0-1=1