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Data Link Layer

通常包括操作系统中的设备驱动程序和计算机中对应的网络接口卡。它们一起处理与电缆（或其他任何传输媒介）的物理接口细节。

在两个网络实体之间提供数据链路通路的建立，维持和释放，提供物理地址寻址，数据成帧，流量控制，数据检错，重发等功能。

目前主要有两种链路

  • 点对点链路:链路一端只有一个发送方,另一端只有一个接收方

  • 广播链路/广播信道:能够让多个发送和接收节点,都连接到相同的 统一的 共享的广播信道上

三个基本问题: 封装成帧，透明传输，差错检测

  • 封装成帧 : 在一段数据的前后分别添加首部SOH 帧开始符和尾部EOT 帧结束符，这样就构成了一个帧。

  • 透明传输 : 在传输二进制文件时，数据有EOT帧结束符一样的编码，如何在接收端不解释为尾部呢？答案是在前面插入ESC字符，在接收端接收完数据后，再将ESC去除掉，这叫字节填充

  • 差错检测 : 比特在传输过程中，1可能变成0, 0也可能变成1，使用循环冗余检验CRC或者帧检验序列方法可以检测出来

在通信质量比较差的无线传输链路，数据连接层协议使用了帧编号，确认和重传机制，向上层提供可靠传输的服务，而在通信质量好的有线链路，则没有这些机制，而是交给上层 TCP 完成确认和重传

广播信道

IEEE 802.2 封装格式: 目的地址 6 + 源地址 6 + 长度 2 + DSAP 1 + SSAP 1 + cntl + org code + 类型 + 数据 + CRC

以太网的封装格式: 目的地址 6 + 源地址 6 + 类型 2 + 数据 + CRC

点对点信道

标志 1 + 地址 1 + 控制 1 + 协议 2 + 信息 + CRC + 标志

如何解决在共用物理媒介上的多设备同时发消息的问题（多路访问）

CSMA/CD是实际中使用的协议：具体思想是：在发送之前先监听信道。如果介质空闲，则马上传输。如果介质正在忙，则一直监听到信道空闲，立刻传输。如果检测到冲突，那么立刻停止传输，等待一个随机的时间，之后再重复上面的步骤。

如何检测到冲突？

消息发送的过程中主机进行监听，如果发现信道上面的电平值和自己发送端的电平值不相同，那么它就认为自己发送的时候有别人进行发送，也就是说信道发生了冲突。

在信道空闲时发送一条消息后，我监听多长时间后没有监听到冲突，就认为我的消息成功发送了呢？

我们假设AB是两个局域网中相距最远的节点，并且从一端传递到另一端所需要的时间为τ。我们考虑极端的情况：假设A发送到B的消息，在马上就到达B的时候，B突然发送了消息发生冲突。那么这个冲突信号再传递给A，这个过程应该持续2τ。也就是说，在消息最后一比特监听时间持续了2τ之后，还没有检测到冲突，那么认为消息应该已经无冲突的到达。

CSMA/CD

以太网采用附加冲突检测的载波帧听多路访问（CSMA/CD）机制，以太网中所有节点都可以看到在网络中发送的所有信息。因此，以太网是一种广播网络。它需要判断计算机何时可以把数据发送到访问介质。通过使用CSMA/CD，所有计算机都可以监视传输介质的状态，在传输之前等待线路空闲。如果两台计算机尝试同时发送数据，就会发生冲突，计算机会停止发送，等待一个随机的时间间隔，然后再次尝试发送。

（1）监听信道上是否有信号在传输。如果有，表示信道处于忙状态，则继续帧听，直到信道空闲为止。

（2）若没有监听到任何信号，就传输数据。

（3）传输数据的时候继续监听。如果发现冲突，则执行退避算法。随机等待一段时间后，重新执行步骤（1）。

当冲突发生时，涉及冲突的计算机会返回监听信道状态。若未发现冲突，则表示发送成功。

如何控制传输过程中，数据发生错误的问题

利用 CRC循环冗余校验 。通过 XOR 异或的算法，来计算整个包是否在发送的过程中出现了错误。

https://www.cnblogs.com/Mayfly-nymph/p/11100021.html#N6FTYAKr

要注意的是，CRC循环冗余校验是硬件完成的，对于上层软件或用户来说是感觉不到的。因此，发送端对出错的数据帧进行重传是自动进行的，这种差错控制体质常简称为ARQ（自动重传请求/自动请求重传）

最大传输单元 MTU

  • PPP : 296 字节

  • 以太网: 1500 字节

  • FDDI : 4352 字节

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以太帧结构

以太帧起始部分由前同步码和帧开始定界符组成。后面紧跟着一个以太网报头，以MAC地址说明目的地址和源地址。帧的中部是该帧负载的包含其他协议报头的数据包，如IP协议。

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  • 前同步码：用来使接收端的适配器在接收MAC帧时能够迅速调整时钟频率，使它和发送端的频率相同。前同步码为7个字节，1和0交替。

  • 帧开始定界符：帧的起始符，为1个字节。前6位1和0交替，最后的两个连续的1表示告诉接收端适配器：“帧信息要来了，准备接收”。

  • 目的地址：接收帧的网络适配器的物理地址（MAC地址），为6个字节（48比特）。作用是当网卡接收到一个数据帧时，首先会检查该帧的目的地址，是否与当前适配器的物理地址相同，如果相同，就会进一步处理；如果不同，则直接丢弃。

  • 源地址：发送帧的网络适配器的物理地址（MAC地址），为6个字节（48比特）。

  • 是“粉丝”，是因为有一些人，扛着教 ...展开类型：上层协议的类型。由于上层协议众多，所以在处理数据的时候必须设置该字段，标识数据交付哪个协议处理。例如，字段为0x0800时，表示将数据交付给IP协议。

  • 数据：也称为效载荷，表示交付给上层的数据。以太网帧数据长度最小为46字节，最大为1500字节。如果不足46字节时，会填充到最小长度。最大值也叫最大传输单元（MTU）。在Linux中，使用ifconfig命令可以查看该值，通常为1500。

  • 帧检验序列FCS：检测该帧是否出现差错，占4个字节（32比特）。发送方计算帧的循环冗余码校验（CRC）值，把这个值写到帧里。接收方计算机重新计算CRC，与FCS字段的值进行比较。如果两个值不相同，则表示传输过程中发生了数据丢失或改变。这时，就需要重新传输这一帧。