數(shù)據(jù)鏈路層主要有什么功能

這篇文章主要講解了“數(shù)據(jù)鏈路層主要有什么功能”，文中的講解內(nèi)容簡(jiǎn)單清晰，易于學(xué)習(xí)與理解，下面請(qǐng)大家跟著小編的思路慢慢深入，一起來(lái)研究和學(xué)習(xí)“數(shù)據(jù)鏈路層主要有什么功能”吧！

數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能：1、將數(shù)據(jù)組合成數(shù)據(jù)塊，封裝成幀；2、差錯(cuò)控制；3、流量控制；4、鏈路控制；5、MAC尋址；6、區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)和控制信息；7、透明傳輸。

本教程操作環(huán)境：windows10系統(tǒng)、Dell G3電腦。

數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能

1. 成幀(幀同步)---將數(shù)據(jù)組合成數(shù)據(jù)塊，封裝成幀

為了向網(wǎng)絡(luò)層提供服務(wù)，數(shù)據(jù)鏈路層必須使用物理層提供的服務(wù)。而物理層是以比特流進(jìn)行傳輸?shù)?，這種比特流并不保證在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中沒(méi)有錯(cuò)誤，接收到的位數(shù)量可能少于、等于或者多于發(fā)送的位數(shù)量。而且它們還可能有不同的值，這時(shí)數(shù)據(jù)鏈路層為了能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)有效的差錯(cuò)控制，就采用了一種”幀”的數(shù)據(jù)塊進(jìn)行傳輸。而要采幀格式傳輸，就必須有相應(yīng)的幀同步技術(shù)，這就是數(shù)據(jù)鏈路層的”成幀”（也稱(chēng)為”幀同步”）功能。

采用幀傳輸方式的好處是：在發(fā)現(xiàn)有數(shù)據(jù)傳送錯(cuò)誤時(shí)，只需將有差錯(cuò)的幀再次傳送，而不需要將全部數(shù)據(jù)的比特流進(jìn)行重傳，這就在傳送效率上將大大提高。

采用幀傳輸方式的好處是帶來(lái)了兩方面的問(wèn)題：

(1)如何識(shí)別幀的開(kāi)始與結(jié)束；

(2)在夾雜著重傳的數(shù)據(jù)幀中，接收方在接收到重傳的數(shù)據(jù)幀時(shí)是識(shí)別成新的數(shù)據(jù)幀，還是識(shí)別成重傳幀呢？這就要靠數(shù)據(jù)鏈路層的各種”幀同步”技術(shù)來(lái)識(shí)別了?！睅健奔夹g(shù)既可使接收方能從并不是完全有序的比特流中準(zhǔn)確地區(qū)分出每一幀的開(kāi)始和結(jié)束，同時(shí)還可識(shí)別重傳幀。

2. 差錯(cuò)控制

• 在數(shù)據(jù)通信過(guò)程中可能會(huì)因物理鏈路性能和網(wǎng)絡(luò)通信環(huán)境等因素，難免會(huì)出現(xiàn)一些傳送錯(cuò)誤，但為了確保數(shù)據(jù)通信的準(zhǔn)確，又必須使得這些錯(cuò)誤發(fā)生的幾率盡可能低。這一功能也是在數(shù)據(jù)鏈路層實(shí)現(xiàn)的，就是它的”差錯(cuò)控制”功能。

• 在數(shù)字或數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，通常利用抗干擾編碼進(jìn)行差錯(cuò)控制。一般分為4類(lèi)：前向糾錯(cuò)（FEC）、反饋檢測(cè)（ARQ）、混合糾錯(cuò)（HEC）和信息反饋（IRQ）。

• FEC方式是在信息碼序列中，以特定結(jié)構(gòu)加入足夠的冗余位–稱(chēng)為”監(jiān)督元”（或”校驗(yàn)元”）。接收端解碼器可以按照雙方約定的這種特定的監(jiān)督規(guī)則，自動(dòng)識(shí)別出少量差錯(cuò)，并能予以糾正。FEC最適合于實(shí)時(shí)的高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r。

• 在非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸中，常用ARQ差錯(cuò)控制方式。解碼器對(duì)接收碼組逐一按編碼規(guī)則檢測(cè)其錯(cuò)誤。如果無(wú)誤，向發(fā)送端反饋”確認(rèn)”ACK信息；如果有錯(cuò)，則反饋回ANK信息，以表示請(qǐng)求發(fā)送端重復(fù)發(fā)送剛剛發(fā)送過(guò)的這一信息。ARQ方式的優(yōu)點(diǎn)在于編碼冗余位較少，可以有較強(qiáng)的檢錯(cuò)能力，同時(shí)編解碼簡(jiǎn)單。由于檢錯(cuò)與信道特征關(guān)系不大，在非實(shí)時(shí)通信中具有普遍應(yīng)用價(jià)值。

• HEC方式是上述兩種方式的有機(jī)結(jié)合，即在糾錯(cuò)能力內(nèi)，實(shí)行自動(dòng)糾錯(cuò)；而當(dāng)超出糾錯(cuò)能力的錯(cuò)誤位數(shù)時(shí)，可以通過(guò)檢測(cè)而發(fā)現(xiàn)錯(cuò)碼，不論錯(cuò)碼多少都可以利用ARQ方式進(jìn)行糾錯(cuò)。

• IRQ方式是一種全回執(zhí)式最簡(jiǎn)單差錯(cuò)控制方式。在該檢錯(cuò)方式中，接收端將收到的信碼原樣轉(zhuǎn)發(fā)回發(fā)送端，并與原發(fā)送信碼相比較，若發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，則發(fā)送端再進(jìn)行重發(fā)。只適于低速非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信，是一種較原始的做法。

3. 流量控制

在雙方的數(shù)據(jù)通信中，如何控制數(shù)據(jù)通信的流量同樣非常重要。它既可以確保數(shù)據(jù)通信的有序進(jìn)行，還可避免通信過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)因?yàn)榻邮辗絹?lái)不及接收而造成的數(shù)據(jù)丟失。這就是數(shù)據(jù)鏈路層的”流量控制”功能。

數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收必須遵循一定的傳送速率規(guī)則，可以使得接收方能及時(shí)地接收發(fā)送方發(fā)送的數(shù)據(jù)。并且當(dāng)接收方來(lái)不及接收時(shí)，就必須及時(shí)控制發(fā)送方數(shù)據(jù)的發(fā)送速率，使兩方面的速率基本匹配。

4. 鏈路控制

數(shù)據(jù)鏈路層的”鏈路管理”功能包括數(shù)據(jù)鏈路的建立、維持和釋放三個(gè)主要方面。

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)要進(jìn)行通信時(shí)，數(shù)據(jù)的發(fā)送方必須確知接收方是否已處在準(zhǔn)備接收的狀態(tài)。為此通信雙方必須先要交換一些必要的信息，以建立一條基本的數(shù)據(jù)鏈路。在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)要維持?jǐn)?shù)據(jù)鏈路，而在通信完畢時(shí)要釋放數(shù)據(jù)鏈路。

5. MAC尋址

這是數(shù)據(jù)鏈路層中的MAC子層主要功能。這里所說(shuō)的”尋址”與下一章將要介紹的”IP地址尋址”是完全不一樣的，因?yàn)榇颂幩鶎ふ业牡刂肥怯?jì)算機(jī)網(wǎng)卡的MAC地址，也稱(chēng)”物理地址”、”硬件地址”，而不是IP地址。

在以太網(wǎng)中，采用媒體訪(fǎng)問(wèn)控制（Media Access Control, MAC）地址進(jìn)行尋址，MAC地址被燒入每個(gè)以太網(wǎng)網(wǎng)卡中。這在多點(diǎn)連接的情況下非常必需，因?yàn)樵谶@種多點(diǎn)連接的網(wǎng)絡(luò)通信中，必須保證每一幀都能準(zhǔn)確地送到正確的地址，接收方也應(yīng)當(dāng)知道發(fā)送方是哪一個(gè)站。

6. 區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)和控制信息

由于數(shù)據(jù)和控制信息都是在同一信道中傳輸，在許多情況下，數(shù)據(jù)和控制信息處于同一幀中，因此一定要有相應(yīng)的措施使接收方能夠?qū)⑺鼈儏^(qū)分開(kāi)來(lái)，以便向上傳送僅是真正需要的數(shù)據(jù)信息。

7. 透明傳輸

這里所說(shuō)的”透明傳輸”是指可以讓無(wú)論是哪種比特組合的數(shù)據(jù)，都可以在數(shù)據(jù)鏈路上進(jìn)行有效傳輸。這就需要在所傳數(shù)據(jù)中的比特組合恰巧與某一個(gè)控制信息完全一樣時(shí)，能采取相應(yīng)的技術(shù)措施，使接收方不會(huì)將這樣的數(shù)據(jù)誤認(rèn)為是某種控制信息。只有這樣，才能保證數(shù)據(jù)鏈路層的傳輸是透明的。

注：在以上七大鏈路層功能中，主要的還是前面的五項(xiàng)，后面兩項(xiàng)功能是在前五項(xiàng)功能中附帶實(shí)現(xiàn)的，無(wú)需另外的技術(shù)，所以在此僅介紹前面五項(xiàng)功能。

鏈路層向網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù)

數(shù)據(jù)鏈路層的設(shè)計(jì)目標(biāo)就是為網(wǎng)絡(luò)層提供各種需要的服務(wù)。實(shí)際的服務(wù)隨系統(tǒng)的不同而不同，但是一般情況下，數(shù)據(jù)鏈路層會(huì)向網(wǎng)絡(luò)層提供以下三種類(lèi)型的服務(wù)：

1. 無(wú)確認(rèn)的無(wú)連接服務(wù)

“無(wú)確認(rèn)的無(wú)連接服務(wù)”是指源計(jì)算機(jī)向目標(biāo)計(jì)算機(jī)發(fā)送獨(dú)立的幀，目標(biāo)計(jì)算機(jī)并不對(duì)這些幀進(jìn)行確認(rèn)。這種服務(wù)，事先無(wú)需建立邏輯連接，事后也不用解釋邏輯連接。正因如此，如果由于線(xiàn)路上的原因造成某一幀的數(shù)據(jù)丟失，則數(shù)據(jù)鏈路層并不會(huì)檢測(cè)到這樣的丟失幀，也不會(huì)恢復(fù)這些幀。出現(xiàn)這種情況的后果是可想而知的，當(dāng)然在錯(cuò)誤率很低，或者對(duì)數(shù)據(jù)的完整性要求不高的情況下（如話(huà)音數(shù)據(jù)），這樣的服務(wù)還是非常有用的，因?yàn)檫@樣簡(jiǎn)單的錯(cuò)誤可以交給OSI上面的各層來(lái)恢復(fù)。如大多數(shù)局域網(wǎng)在數(shù)據(jù)鏈路層所采用的服務(wù)也是無(wú)確認(rèn)的無(wú)連接服務(wù)。

2. 有確認(rèn)的無(wú)連接服務(wù)

為了解決以上“無(wú)確認(rèn)的無(wú)連接服務(wù)”的不足，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，引入了“有確認(rèn)的無(wú)連接服務(wù)”。在這種連接服務(wù)中，源主機(jī)數(shù)據(jù)鏈路層必須對(duì)每個(gè)發(fā)送的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行編號(hào)，目的主機(jī)數(shù)據(jù)鏈路層也必須對(duì)每個(gè)接收的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行確認(rèn)。如果源主機(jī)數(shù)據(jù)鏈路層在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)未接收到所發(fā)送的數(shù)據(jù)幀的確認(rèn)，那么它需要重發(fā)該幀。 這樣發(fā)送方知道每一幀是否正確地到達(dá)對(duì)方。這類(lèi)服務(wù)主要用于不可靠信道，如無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)。它與下面將要介紹的“有確認(rèn)的面向連接服務(wù)”的不同之處在于它不需要在幀傳輸之前建立數(shù)據(jù)鏈路，也不要在在幀傳輸結(jié)束后釋放數(shù)據(jù)鏈路。

3. 有確認(rèn)的面向連接服務(wù)

大多數(shù)數(shù)據(jù)鏈路層都采用向網(wǎng)絡(luò)層提供面向連接確認(rèn)服務(wù)。利用這種服務(wù)，源計(jì)算機(jī)和目標(biāo)計(jì)算機(jī)在傳輸數(shù)據(jù)之前需要先建立一個(gè)連接，該連接上發(fā)送的每一幀也都被編號(hào)，數(shù)據(jù)鏈路層保證每一幀都會(huì)被接收到。而且它還保證每一幀只被按正常順序接收一次。這也正是面向連接服務(wù)與前面介紹的“有確認(rèn)無(wú)連接服務(wù)”的區(qū)別，在無(wú)連接有確認(rèn)的服務(wù)中，在沒(méi)有檢測(cè)到確認(rèn)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)認(rèn)為對(duì)方?jīng)]收到，于是會(huì)重發(fā)數(shù)據(jù)，而由于是無(wú)連接的，所以這樣的數(shù)據(jù)可能會(huì)復(fù)發(fā)多次，對(duì)方也可能接收多次，造成數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。這種服務(wù)類(lèi)型存在3個(gè)階段，即：數(shù)據(jù)鏈路建立、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)鏈路釋放階段。每個(gè)被傳輸?shù)膸急痪幪?hào)，以確保幀傳輸?shù)膬?nèi)容與順序的正確性。大多數(shù)廣域網(wǎng)的通信子網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層采用面向連接確認(rèn)服務(wù)。

以太網(wǎng)采用無(wú)連接的工作方式，讀發(fā)送的數(shù)據(jù)幀不進(jìn)行編號(hào)，也不要求對(duì)方發(fā)回確認(rèn)。目的站收到有差錯(cuò)的幀就把他丟棄，不采取其他行為。

其他知識(shí)點(diǎn)

• 局域網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)：具有廣播功能，從一個(gè)站點(diǎn)可以很方便的訪(fǎng)問(wèn)全網(wǎng)；便于系統(tǒng)的擴(kuò)展和逐漸演變；提高了系統(tǒng)的可靠性、可用性和生存性。

• 以太網(wǎng)采用的協(xié)議是具有沖突檢測(cè)的載波監(jiān)聽(tīng)多點(diǎn)接入CMSA/CD。協(xié)議的要點(diǎn)是：發(fā)送前先監(jiān)聽(tīng)，便發(fā)送邊監(jiān)聽(tīng)，一旦發(fā)現(xiàn)總線(xiàn)上出現(xiàn)了碰撞，就立即停止發(fā)送。然后按照退避算法等待一段隨機(jī)時(shí)間后再次發(fā)送。因此，每一個(gè)站在自己發(fā)送數(shù)據(jù)之后的一小段時(shí)間內(nèi)，存在著遭遇碰撞的可能性。以太網(wǎng)上各站點(diǎn)都平等的爭(zhēng)用以太網(wǎng)信道。

感謝各位的閱讀，以上就是“數(shù)據(jù)鏈路層主要有什么功能”的內(nèi)容了，經(jīng)過(guò)本文的學(xué)習(xí)后，相信大家對(duì)數(shù)據(jù)鏈路層主要有什么功能這一問(wèn)題有了更深刻的體會(huì)，具體使用情況還需要大家實(shí)踐驗(yàn)證。這里是億速云，小編將為大家推送更多相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的文章，歡迎關(guān)注！