（一）功能

1. 数据链路层的功能

1.1. 链路

• 链路：一条无源的，点到点的物理线路，中间无任何交换节点；

• 数据链路的传输单位是帧（Frame）

1.2. 组帧

• 封装：在一段数据的前后分别添加首部和尾部，就构成一个帧；

• 首部和尾部的作用：确定数据帧的界限（定界）

• MTU（Max Transmission Unit）：最大传输单元，数据大于 MTU 长度时，就需要分片；

• 用控制字符 SOH，EOT 定界举例

  

  • 透明传输问题：当数据中出现 SOH，EOT 字符时，可能造成误判，导致帧被分割或部分被丢弃；

  • 解决（字节填充法）：

    • 发送端数据链路层在数据中出现 SOH，EOT 字符时，在前面插入一个转义字符 ESC (Hex: 1B)；

    • 接收端在把数据发往网络层之前，删除对应的转义字符；

    • 若数据中本身含有转义字符，则在前面再加一个，删除时，对于连续的两个转义字符只删一个；

  • 解决（零填充法）

    • 对于一些特殊的控制字段码，可以通过在数据中连续若干个 1 之后填一个 0 来避免出现重复；

    • 例：控制字段为 7E = 0111 1110

      • 注意到中间有 6 个连续的 1，则在数据中每连续 5 个 1 后插入 1 个 0 就可以避免重复；

1.3. 差错控制

• 循环冗余检验 CRC

  • 冗余码

    • 在发送端先将数据分组，假设每组数据长度为 $k$，即 $k$ 个 bit；

    • 在每组数据的后面，添加 $n$ 位的冗余码，作为最终发送的 $k+n$ 位数据；

    • 冗余码的计算：

      • 先将原数据 $M$ 左移$n$ 位，得到 $M_0=2^n+M$；

      • 通信双方事先约定好一个 $n+1$ 位的操作数 $P$，**在模 2 除法意义下，**计算 $M_0\mathrm{mod}P=R$，$R$ 是一个 $n$ 位二进制；

      • $R$ 即是冗余码，也称帧检验序列（FCS），最终发送的数据 $M^{\prime }=2^n\times M+R$；

      • 模 2 除法（⭐）：和普通整数除法相似，但是用异或代替减法，没有进位退位运算；

        • 例：101001000 / 1101 = 110101，余 001

        • 注意不是普通整数除法！

    • 例：$k=6$，$M=(101001{)}_2$，$n=3$，$P=(1101{)}_2$，得到 $R=(001{)}_2$；

  • 接收端检验：若收到的数据 $M^{\prime }$ 模 2 除法意义下，$M^{\prime }\mathrm{mod}R=0$ 则合法，否则不合法，应丢弃；

  • 可以做到无差错接收：通过 CRC 检验的数据帧传输无错的概率非常接近 1；

• 汉明码：是一个错误校验码集合，可以进行 1 位纠错；