数据链路层

江南才子

3.1、数据链路和帧
链路：一条无源的点到点的物理线路段，中间没有任何其他的交换节点。
数据链路：物理线路+通信协议
除了物理线路之外，还必须有通信协议来控制这些数据的传输。若把实现这些协议的硬软件加到链路上，就构成了数据链路。
现在最常用的方法是使用适配器（即网卡）来实现这些协议的硬软件。一般的适配器都包含了物理层和链路层这两层功能。
数据链路层传输的基本单位是帧。

封装成帧：就是在一段数据的前后分别添加首部和尾部，然后就构成了一个帧。确定了帧的边界。

透明传输：

解决透明传输问题：
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)。
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。
差错检测：
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。 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。
3.2、点对点协议 PPP
现在全世界使用得最多的数据链路层协议就是点对点协议。
用户使用拨号电话线接入因特网时，一般都是使用PPP。
3.2.1、PPP应该满足的需求：
简单（这是首要的要求）封装成帧 透明性 多种网络层协议 多种类型链路 差错检测 检测连接状态 最大传送单元 网络层地址协商 数据压缩协商
PPP协议不需要的功能：
纠错 流量控制 序号 多点线路 半双工或单工链路
3.2.2、PPP协议的组成
一个将IP数据报封装到串行链路的方法。
链路控制协议LCP。
网络控制协议NCP。
3.2.3、PPP 协议的帧格式
标志字段 F = 0x7E （符号“0x”表示后面的字符是用十六进制表示。十六进制的 7E 的二进制表示是 01111110）。
地址字段 A 只置为 0xFF。地址字段实际上并不起作用。
控制字段 C 通常置为 0x03。
PPP 是面向字节的，所有的 PPP 帧的长度都是整数字节。

PPP 有一个 2 个字节的协议字段。
当协议字段为 0x0021 时，PPP 帧的信息字段就是IP 数据报。
若为 0xC021, 则信息字段是 PPP 链路控制数据。
若为 0x8021，则表示这是网络控制数据。
PPP协议透明传输
当PPP用在同步传输链路时，协议规定采用硬件来完成比特填充。当PPP用在异步传输时，就使用一种特定的字符填充法。
字符填充
将信息字段中出现的每一个 0x7E 字节转变成为 2 字节序列(0x7D, 0x5E)。
若信息字段中出现一个 0x7D 的字节, 则将其转变成为 2 字节序列(0x7D, 0x5D)。
若信息字段中出现 ASCII 码的控制字符（即数值小于 0x20 的字符），则在该字符前面要加入一个 0x7D 字节，同时将该字符的编码加以改变。
3.2.4、PPP 协议的工作状态
当用户拨号接入 ISP 时，路由器的调制解调器对拨号做出确认，并建立一条物理连接。
PC 机向路由器发送一系列的 LCP 分组（封装成多个 PPP 帧）。 这些分组及其响应选择一些 PPP 参数，和进行网络层配置，NCP 给新接入的 PC机分配一个临时的 IP 地址，使 PC 机成为因特网上的一个主机。
通信完毕时，NCP 释放网络层连接，收回原来分配出去的 IP 地址。接着，LCP 释放数据链路层连接。最后释放的是物理层的连接。