数据链路层功能及成帧

链路(link)是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结点。

一条链路只是一条通路的一个组成部分。

数据链路(data link) 除了物理线路外，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件和软件加到链路上，就构成了数据链路。

使用网卡来实现这些协议的硬件和软件。

网卡包括了数据链路层和物理层的功能。

• 成帧是将数据组合成数据块（帧）；

• 差错控制是控制帧在物理信道上的传输，包括如何处理传输差错；

• 流量控制是调节发送速率使之与接收方相匹配；

• 链路管理是在两个网路实体之间提供数据链路通路的建立、维持和释放管理。 

注意：物理层的传输单位是二进制位（bit），而数据链路层是以帧（Frame）为传输单位，而且是在LAN内节点之间的传输。（如果传输数据时经过中间节点，那就是广域网，存在路由选择问题，这是网络层考虑的问题）。

封装成帧

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。确定帧的界限。

（1）一旦数据在传输时出错，只需重传或纠正有错的帧，而不必重发全部数据，从而提高效率；

（2）报文不分割整个传输，出错概率较大；分成若干帧后，较小的帧出错概率也小；

（3）检查一个短帧的错误要比检查一个大的报文传输错误要容易，算法也要简单。

帧同步

帧同步是指为了能让接收方收到的比特流中明确区分出一帧，发送方必须要建立和区分出帧的边界（起始和终止），方法是在帧的开始和结束位置增加一些特殊的位组合来实现。

常用的帧同步方法有下面几种：

透明传输

透明传输：不管从键盘上输入什么字符都可以放在帧中传输过去。

字符填充法

控制字符“SOH”或“EOT”前面插入一个转义字符“ESC”(1B)。

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。

零比特填充

差错控制编码

循环冗余校验码

基本思路：收发双方约定好，使用同一个生成多项式G（x）的系数做除法运算，得出的余数作为冗余位，然后将冗余位作为附加位放在二进制序列后传输，实现差错检查的目的。

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。  

循环冗余校验码（CRC）是一种最常用的检错码。它通过在信息位的后面附加一串冗余比特实现。方法是将要发送的二进制比特序列当作一个多项式F(x)的系数，发送端用双方预先约定的G(x) 生成多项式对应的比特序列去除，（F(x)对应的比特序列后要加上n个0，n是一个比G(x) 生成多项式对应的比特序列的位数减1的数），求得一个余数多项式，它就是循环冗余校验码，然后将它附加在放在信息位的后面组成CRC码进行传输。在接收端，用同样的G(x)去除接收到的比特序列，若能被其整除，表示传输正确，否则表示有错。

运算时需要注意以下两点：

（1）运算都是模2运算，即“异或”运算

　　　　（00=0；11=0；01=1；10=1）。

（2）多项式F(x)比特序列后加了4个0，所以冗余位也要是4位。如果余数为“10”，那么冗余位是“0010”。

本例余数为1010，它就是冗余码。因此，发送方传输前需要将冗余码“1010”附加到信息“1011001”之后，因此实际传输的CRC码为“10110011010”。

(1) 若得出的余数 R = 0，则判定这个帧没有差错，就接受。

(2) 若余数 R  0，则判定这个帧有差错，就丢弃。

但这种检测方法并不能确定究竟是哪一个或哪几个比特出现了差错。

只要经过严格的挑选，并使用位数足够多的除数 P，那么出现检测不到的差错的概率就很小很小。

帧检验序列 FCS 

在数据后面添加上的冗余码称为帧检验序列 FCS 。

循环冗余检验 CRC 和帧检验序列 FCS并不等同。

CRC 是一种常用的检错方法，而 FCS 是添加在数据后面的冗余码。

FCS 可以用 CRC 这种方法得出，但 CRC 并非用来获得 FCS 的唯一方法。

应当注意

• 仅用循环冗余检验 CRC 差错检测技术只能做到无差错接受。

• 凡是接受的帧（即不包括丢弃的帧），都能以非常接近于 1 的概率认为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。