封装成帧#

封装成帧（framing）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。

首部和尾部的一个重要作用就是进行帧定界。

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透明传输#

若传输的数据是ASCll码中“可打印字符(共95个)“集时，就正常。

若传输的数据不是仅由“可打印字符”组成时，就会出问题。

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用字节填充法解决透明传输的问题

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再插入一个转义字符。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。

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差错控制#

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。

循环冗余检验CRC(Cyclic Redundancy Check)
在发送端，先把数据划分为组。假定每组k个比特。

假设待传送的一组数据M=101001（现在k=6）。我们在M的后面再添加供差错检测用的n位冗余码一起发送。

冗余码的计算
用二进制的模2运算进行20乘M的运算，这相当于在M后面添加n个0。

得到的（k+n）位的数除以事先选定好的长度为（n+1）位的除数 P，得出商是Q而余数是R，余数R比除数P少1位，即R是n位。

计算过程

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10100是要传输的数据，则在后面添加n个0，再除以n+1位数，这里是添加3个0，所以除以1101四位数(不一定是1101，自定义)

高位是1则够除，商1

高位是0不够除，商0

减的时候，上下相同为0，上下不同为1

然后把得到的余数001添加到原数据后面，就是101001001，传输完后，再用这个数除以之前的1101，如果得到0就说明传输过程中没有差错

帧检验序列FCS

刚才最后得到的余数，就是在数据后面添加上的冗余码，称为帧检验序列FCS(Frame Check Sequence)
循环冗余检验CRC和帧检验序列FCS并不等同。
CRC(Cyclic Redundancy Check)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(Frame Check Sequence)可以用CRC这种方法得出，但CRC并非用来获得FCS唯一方法。

小结：CRC差错检测技术#

仅用循环冗余检验CRC差错检测技术只能做到无差错接受(accept)
“无差错接受”是指：“凡是接受的帧（即不包括丢弃的帧），我们以非常接近于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
考虑：帧重复、帧丢失、帧乱序的情况

可以说CRC是一种无比特差错，而不是无传输差错的检测机制
0Sl/RM模型的观点：数据链路层要做成无传输差错的！但这种理念目前不被接受！

在网络层加上IP地址，在数据链路层加上帧头和帧尾，校验值，和mac地址。

数据链路层的三个基本问题

封装成帧

透明传输

用控制字符进行帧定界



造成的问题：当在数据部分出现和帧尾相同的码时，被接受端误以为是一个帧，后面的都被当做无效帧丢弃。



解决方法：


差错控制



数据链路层只确保接收正确数据不负责纠错，纠错在传输层实现。

需要在传输的数据上加上帧检验序列来进行差错检测，通常使用循环冗余检验（CRC）。



在原来的数上加几个0，除数是一个随机n数，位数永远比被除数加的0多1。

除的每一位之间做异或运算，最后算出一个余数，作为帧检验序列加到传输的数据后面。

接收端将守到的数据做除法来除除数，如果余数为0则没差错，反之亦然，并不接受数据。

1、封装成帧
封装成帧就是在一段数据的前后分别添加首部、尾部和帧检验序列 ，然后就构成了一个帧。

注：首部和尾部的一个重要作用就是帧定界。
2、透明传输
发送数据帧时，加上转义字符“ESC”，以及接收数据帧时，去掉转义字符，得到真实数据，这就叫做透明传输。

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）。
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。

注意：如果转义字符“ESC”也出现在数据当中，那么应当在转义字符前插入一个转义字符。


3、差错检测
传输过程中可能会产生比特差错：1可能会变成0，0可能会变成1，为了检查传输是否正确，需要在原始数据后加上一个帧检验序列（FCS）。
循环冗余检验（CRC）是常用的帧检验算法
1）原始数据添加帧检验序列：
假设传输数据为101001，我们在该序列后加几位零，变成101001000，再除以一个四位数（序列后加0个数+1），例如1101。除法最后的余数（001）作为帧检验序列（FCS），所以最后传输序列变成101001001。
注意：除法的余数为被除数和除数做不进位加法的结果。


2）接收端校验数据：
用接收端收到的序列除以同一个除数1101，如果最后余数为0，则传输的数据正确，接收端接收；否则传输的数据出错，接收端会丢弃该数据。

如果接收到101001001，我们做计算101001001/1101（同样用不进位加法），最后余数为零，所以传输数据正确。
3）循环冗余检验的特点：

这种检测方法并不能确定究竟是哪一个或哪几个比特出错。
只要经过严格的挑选，并使用位数足够多的除数P，那么出现检测不到差错的概率就很小。

数据链路层
数据链路层的主要问题


封装成帧
在网络层的IP数据报前面和后面分别添加上首部和尾部，就构成了一个帧。首部和尾部的一个重要作用就是帧定界。
每一种数据链路层协议都规定了所能传送的帧的数据部分长度上限-最大传送单元MTU。


透明传输
发送端的数据链路层在数据中出现控制字符的前面插入一个转义字符，而在接收端的数据链路层把数据送往网络层之前删除这个插入的转义字符。


差错检测
数据链路层目前广泛使用循环冗余检验CRC（Cyclic Redundancy Check)的检错技术。

CRC：
在要传送的数据M(k位比特)后添加n位冗余码，然后构成一个帧发送出去，一共发送(k+n)位。
收发双方事先约定长度为（n+1)的除数P.
发送方：

用二进制的模二运算（加减法不进位）计算M乘以2的n次方，即在M后面添加n个0.
得到的(k+n)位的数除以长度为(n+1)为的除数P，得到余数R(n位)
余数R就作为冗余码拼接在M后面发送出去。

接收方：

把收到的每一帧都除以除数P（模二运算）
检查余数，若余数R=0，则帧无差错。


在数据链路层，发送端冗余码的生成和接收端的检验都是通过硬件完成的。


对于通信质量良好的有线传输链路，数据链路层不使用确认和重传机制，由上层协议完成。


对于通信质量较差的无线传输链路，数据链路层使用确认和重传机制。