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一、数据链路层功能概述
数据链路层基本概念
结点：主机、路由器
链路：网络中两个结点之间的物理通道，链路的传输介质主要有双绞线、光纤和微波。分为有线链路、无线链路。
数据链路：网络中两个结点之间的逻辑通道，把实现控制传输协议的硬件和软件加到链路上就构成数据链路。
帧：链路层的协议数据单元，封装网络层数据报。
注：数据链路层负责通过一条链路从一个结点向另一个物理链路直接相连的相邻结点传送数据报
数据链路层功能概述
数据链路层在物理层提供服务的基础上向网络层提供服务，其最基本的服务是将源自网络层来的数据可靠的传输到相邻节点的目标机网络层。其主要作用是加强物理层传输原始比特流的功能，将物理层提供的可能出错的物理连接改造成逻辑上无差错的数据链路，使之对网络层表现为一条无差错的链路。
功能（1）为网络层提供服务：无确认无连接服务（通常用于实时通信，或者误码率比较低的信道，源主机不用事先建立连接，目的主机收到后也不用返回确认，帧丢失数据链路层也不负责重发，而交给上一层来处理）、有确认无连接服务（目的主机收到后必须发回确认，若规定时间没收到就重发，提高了可靠性。适合误码率较高的通信，比如无线通信）、有确认面向连接服务。
（2）链路管理，即连接的建立、维持释放（用于面向连接的服务）
（3）组帧
（4）流量控制。（限制发送方）
（5）差错控制（帧错/位错）
二、组装成帧和透明传输
注：透明传输：是指不管所传数据是什么样的比特组合，都应当能够在链路上传送。因此，链路层就看不见有什么妨碍数据传输的东西。
当所传数据中的比特组合恰巧于某一个控制信息完全一样时，就必须采取适当的措施，使收方不会讲这样的数据认为是某种控制信息。这样才能保证数据链路层的传输是透明的。
组帧方法:
(1)字符计数法
帧首部使用一个计数字段（第一个字节，八位）来表明帧内字符数
痛点:如果一个发生错误，下面的都发生错误。
（2)字符填充法
首先，我们想通过开始字节和结束字节来标明一个帧：
当传送的帧是由文本文件组成时（文本文件的字符都是从键盘上输入的，都是ASCII码）不管从键盘上输入什么字符都可以放在帧里传过去，即透明传输。
当传送的帧是由非ASCII码的文本文件组成时（二进制代码的程序或图像等）会出现一种错误找到帧的边界的情况，就要采用字符填充方法实现透明传输。
字符填充过程：
实际上就是在控制信息字符前面加上一个转义字符（一个字节的比特组合）
（3）零比特填充法
由首部标识符、尾部标识符和装在帧中的数据部分组成。和字节填充法的区别是，他首部和尾部的标识符是一样的都是011111110.
1.在发送端只要遇见连续的5个1就在后面添0
2.在接收端收到一个帧时，先找到标志字段都额定边界，再用硬件对比特流进行扫描，发现连续5个1时，九八后面的0删除
注：零比特填充法保证了透明传输：在传送的比特流中可以传送任意比特组合，而不会引起对帧边界的判断错误。
（4）违规编码法
举曼彻斯特编码的例子，曼彻斯特编码分别用高低和低高代表0和1.那么我们就可以用高高和低低这两个“违规”的编码来界定帧的起始和终止。
注：由于字节计数法中count字段的脆弱性（其值若有差错将导致灾难性的后果）及字符填充是线上的复杂性和不兼容性，目前较普遍使用的帧同步法是比特填充和违规编码法。
三、差错控制（检错编码）
差错从何而来
概括的来说，传输的差错都是由于噪声引起的
噪声分为：
（1）全局性噪声：由于线路本身电气特性所产生的随机噪声（热噪声），是信道固有的，随即存在的。解决办法：提高信噪比来减少或避免干扰。（对传感器下手）
（2）局部性噪声：外界特定的短暂原因所造成的冲击噪声，是产生差错的主要原因。解决办法：通常利用编码技术来解决。
差错又分为：
（1）位错：比特位出错
（2）帧错：1.帧丢失2.帧重复3.帧失序
数据链路层的差错控制
主要针对的是比特错：
（1）检错编码1.奇偶校验码2.循环冗余码CRC
（2）纠错编码 海明码
注：数据链路层码编码和物理层的数据编码与调制不同。物理层编码针对的是单个比特。解决传输过程中比特的同步等问题，如曼彻斯特编码。而数据链路层的编码针对的是一组比特，它通过冗余码的技术实现一组二进制比特串在传输过程中是否出现了差错
注：冗余编码：在数据发生之前，先按某种关系附加上一定的冗余位，构成一个符合某一规则的码字后再发送。当要发送的有效数据发生变化的时候，相应的冗余位也随之发生变化，使码字遵从不变的原则。接收端根据收到码字是否仍符合原规则，从而判断书否出错。
检错编码——奇偶校验码
奇偶校验码（n-1位信息元，1位校验元）（1）奇校验码 “1”的个数为奇数
（2）偶校验码 1的个数为偶数
注：说白了，就是检验收到的1的个数，如果采用奇校验，在加上校验元后，发送前1的个数应该是奇数个，那么收到的时候1也应该是奇数个，不是奇数个就检出错了。
注：奇偶校验只能检查出奇数个比特错误，检错能力为50%
检错编码——CRC循环冗余码
（1）发送端计算应当发送数据
先算FCS帧检验序列/冗余码
1.先判断生成多项式的阶数，阶数为r，则在发送数据的后面加r个0
2.然后将加过0的数据除以生成多项式（模2除法，也就是异或，相同是0，不同是1），得出余数.所得的余数就是FCS帧检验序列，也就是冗余码
3.最终应当发送的数据就是要发送的数据+FCS帧检验序列，也就是冗余码
（2）接收端检错过程
把收到的每一个帧都除以相同的除数（及生成多项式），然后检查得到的余数R
1.余数为0，判定这个帧没有差错，接受
2.余数不为0，则判定这个帧有差错（但是无法确定到位）丢弃
FCS的生成以及接收端CRC检验都是由硬件实现，处理很迅速，因此不会延误数据的传输。
注：在数据链路层仅仅使用循环冗余检验CRC差错检测奇数，只能做到对帧的无差错接收，即“凡是接收端数据链路层接受的帧”，我们都能以非常接近于1的概率认为这些帧在传输过程中没有产生差错。接收端丢弃的帧虽然曾收到了，但是最终还是因为有差错被丢弃。凡是接收端数据链路层接受的帧均无差错。
所以链路层使用CRC检验，能够实现无比特差错的传输，但还不是可靠传输。
四、差错控制——海明码
可以发现双比特错，纠正单比特错。
工作原理：牵一发而动全身
工作流程：确定校验码位数r->确定校验码和数据的位置->求出校验码的值->检错并纠错
（1）确定校验码位数r
海明不等式：2^r≥k+r+1（r为冗余信息位，k为信息位）
例：要发送的数据：D=101101
数据的位数k=6，那么满足不等式的最小r为4，也就是D=101101的海明码应该有6+4=10位，其中原数据6位，校验码4位
（2）确定校验码和数据的位置
若D=101101，校验码P1,P2,P3,P4放在2的几次方的位置，数据则从左到右为D1,D2,D3……D按序把空填，将数据实际值按顺序填上
（3）求校验码的值
（4）检错并纠错
令所有要校验的位异或运算
