【網(wǎng)絡(luò)原理】第四章 數(shù)據(jù)鏈路層（一）

一、數(shù)據(jù)鏈路層的定義與其主要完成的功能

   1、為什么要設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)鏈路層？

         有了物理層進(jìn)行二進(jìn)制位流的透明傳輸，為什么還要設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)鏈路層呢？在物理層進(jìn)行二進(jìn)制傳輸       時，有些問題是其難以解決的。比如，在傳輸過程中由于信號干擾，必然會導(dǎo)致二進(jìn)制位流出現(xiàn)差錯     （有一定的誤碼率）。物理層也沒有辦法恢復(fù)這些差錯，所以，需要一個機(jī)制來加強(qiáng)物理層的功能，       來保證物理層可以向上層呈現(xiàn)一條無差錯的、滿足一定服務(wù)要求的點(diǎn)到點(diǎn)傳輸，為接下來的層次提供       更可靠的保證。對于上層（比如網(wǎng)絡(luò)層來說），數(shù)據(jù)鏈路層可以解決點(diǎn)到點(diǎn)傳輸?shù)闹T多問題，比如差       錯檢測、尋址、對物理鏈路的訪問控制問題（在廣播式通訊中，如何解決信道使用權(quán)的問題）。

        簡單來說，數(shù)據(jù)鏈路層是為了發(fā)現(xiàn)并解決物理層中數(shù)據(jù)差錯的問題，在有差錯的鏈路上保證   無差     錯的傳輸。

  2、數(shù)據(jù)鏈路層如何保證數(shù)據(jù)能夠無差錯的傳輸？

        數(shù)據(jù)鏈路層為了保證數(shù)據(jù)能夠無差錯的傳輸，其基本工作就是增加額外的信息（協(xié)議控制信息）

  3、數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議制定的內(nèi)容是什么？

         為了無差錯的傳輸而制定的控制方式的本質(zhì)就是數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議（在早期，其也叫做數(shù)據(jù)鏈路控        制規(guī)程）。

           協(xié)議提供的最基本的功能為：

       （1）數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)鏈路上的正常傳輸（建立、維護(hù)和釋放）

       （2）尋址：一個節(jié)點(diǎn)要知道數(shù)據(jù)是否發(fā)送給自己。

       （3）流量控制：發(fā)送方按照接受方的處理能力來發(fā)送數(shù)據(jù)

       （4）幀定界（幀同步）

       （5）差錯控制

              由于前兩個問題在不同的數(shù)據(jù)鏈路層中其實(shí)現(xiàn)方式不同，所以不做重點(diǎn)介紹。

   4、實(shí)際網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流向（通信節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的過程）

          對于任何一個路由器來說，每一個端口都對應(yīng)的時物理層與數(shù)據(jù)鏈路層.

              通信節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的過程：

              （1） A端口接收到一組二進(jìn)制位流

              （2）將二進(jìn)制位流送到數(shù)據(jù)鏈路層的實(shí)體（軟件的進(jìn)程或者物理的硬件單元）

              （3）幀的同步（劃分幀的邊界，以幀為單位處理。劃分了幀就知道了，目的地址，決定是發(fā)                                         送這個幀還是丟棄這個幀）

              （4） 差錯檢測（出錯則丟棄，沒出錯則繼續(xù)傳輸）

              （5） 從幀中提取有效數(shù)據(jù)（分組）并送到網(wǎng)絡(luò)層的進(jìn)程

              （6）根據(jù)分組所攜帶的ip地址進(jìn)行路由選擇（確定數(shù)據(jù)的出口）

    5、數(shù)據(jù)鏈路層給高層提供的服務(wù)

               任何一層給其高層提供的服務(wù)有面向連接的和無連接的兩種服務(wù)方式。

       ·無連接服務(wù)：

   （1）無確認(rèn)無連接服務(wù)：在數(shù)據(jù)發(fā)送之前不需要建立連接，且發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)后，接收方不需要回應(yīng)。這種方式由于不需應(yīng)答，其傳輸效率高，但是可靠性差。適用于誤碼率比較低、實(shí)時性高的場合，如大部分有線局域網(wǎng)。

   （2）有確認(rèn)無連接服務(wù)：在數(shù)據(jù)發(fā)送之前不需要建立連接，但是發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)后，接收方需要確認(rèn)數(shù)據(jù)已經(jīng)正確接收并回應(yīng)，在接收方確認(rèn)數(shù)據(jù)正確接收之前，這個過程不會停止。其傳輸效率較低，適用于可靠性不高的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，比如無線局域網(wǎng)

·面向連接服務(wù)：

    在發(fā)送前需要建立連接，保證數(shù)據(jù)能夠正常傳輸（依然需要確認(rèn)），適用于對連接質(zhì)量要求高的   場合，如廣域網(wǎng)。

6、確認(rèn)（應(yīng)答）機(jī)制是如何工作的？

      在有確認(rèn)無連接服務(wù)和面向連接的服務(wù)中，數(shù)據(jù)的接收都需要確認(rèn)，他們是如何實(shí)現(xiàn)的呢？在  數(shù)據(jù)發(fā)送的過程中，會出現(xiàn)數(shù)據(jù)正確到達(dá)、數(shù)據(jù)錯誤到達(dá)，數(shù)據(jù)沒有到達(dá)三種情況，對于發(fā)送方 而言，一旦確認(rèn)數(shù)據(jù)正確送達(dá)，則數(shù)據(jù)發(fā)送過程停止，若數(shù)據(jù)沒有正確送達(dá)，    則需要重發(fā)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的應(yīng)答方式有三種：

      正向應(yīng)答：只應(yīng)答正確的信息

      負(fù)向應(yīng)答：只應(yīng)答錯誤的信息（郵件系統(tǒng)收到退信）

      雙向應(yīng)答：正確錯誤的信息都應(yīng)答

  思考：在數(shù)據(jù)鏈路層中，最常采用的是哪種應(yīng)答方式？

小知識：

              Iso（開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型）關(guān)于數(shù)據(jù)鏈路層的定義：數(shù)據(jù)鏈路層的目的是為了提供功能上和                                                       規(guī)程上的方法，以便建立、維護(hù)和釋放網(wǎng)絡(luò)實(shí)體之間的數(shù)據(jù)鏈路。

              數(shù)據(jù)鏈路：從數(shù)據(jù)發(fā)送點(diǎn)到數(shù)據(jù)接受點(diǎn)（點(diǎn)到點(diǎn)point to point）所經(jīng)過的傳輸途徑。

參考資料：  [1]韓立剛，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理創(chuàng)新教程[M],水利水電出版社，2017.1

                      [2]陳妍，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理[M].西安交通大學(xué)，2012.6