计算机网络：数据链路层

0 本节主要内容

问题描述

解决思路

数据链路层主要面临四个问题：

怎么知道数据从哪里开始？到哪里结束？

生活中类似的例子：文件有表示文件开头的标识，还有标识文件结尾的标识。

这个问题是子问题1带来的，由于要解决子问题1，会引入一些特殊字符，在实际传输的数据中，如果出现了这些特殊字符又怎么办？

如何知道数据在传输过程中出现了错误？

这个问题又存在若干个子问题：

封装成帧 (framing)：在一段数据的前后分别添加首部和尾部，构成一个帧。

首部和尾部的一个重要作用就是进行帧定界（即确定帧的界限）。

控制字符 SOH (Start Of Header) 放在一帧的最前面，表示帧的首部开始。

控制字符 EOT (End Of Transmission) 放在一帧的末尾，表示帧的结束。

问题：如果数据中的某个字节的二进制代码恰好和 SOH 或 EOT 一样，数据链路层就会错误地"找到帧的边界"，导致错误。

用"字节填充"或"字符填充"法解决透明传输的问题：

问题：在传输过程中可能会产生比特差错， 1 → 0 1 \rightarrow 0 1→0， 0 → 1 0 \rightarrow 1 0→1。

在发送端，先把数据划分为组。假定每组 k k k 个比特。 CRC 运算在每组 M M M 后面再添加供差错检测用的 n n n 位冗余码，然后构成一个帧发送出去。一共发送 ( k + n ) (k + n) (k+n) 位。

CRC 冗余码的计算：

CRC 冗余码的计算举例：

问题：多个站点同时发送时，会产生发送碰撞或冲突，导致发送失败。

A 需要单程传播时延的 2 倍的时间，才能检测到与 B 的发送产生了冲突。

CSMA/CD 协议工作流程：

碰撞后重传的时机：采用截断二进制指数退避 (truncated binary exponential backoff) 确定。

发生碰撞的站停止发送数据后，要退避一个随机时间后再发送数据。

基本退避时间 = 2 τ 2 \tau 2τ
从整数集合 { 0 , 1 , ... , ( 2 k − 1 ) } \{0, 1, \dots , (2k - 1)\} {0,1,...,(2k−1)}中随机地取出一个数，记为 r r r。
重传所需的时延 = r × 基本退避时间 r \times 基本退避时间 r×基本退避时间。
参数 k = min ⁡ { 重传次数 , 10 } k = \min\{重传次数, 10\} k=min{重传次数,10}
当重传达 16 次仍不能成功时即丢弃该帧，并向高层报告。

举例：

第 1 次冲突重传时：
k = 1 k = 1 k=1， r r r 为 { 0 ， 1 } \{0，1\} {0，1} 集合中的任何一个数。
第 2 次冲突重传时：
k = 2 k = 2 k=2， r r r 为 { 0 ， 1 ， 2 ， 3 } \{0，1，2，3\} {0，1，2，3} 集合中的任何一个数。
第 3 次冲突重传时：
k = 3 k = 3 k=3， r r r 为 { 0 ， 1 ， 2 ， 3 ， 4 ， 5 ， 6 ， 7 } \{0，1，2，3，4，5，6，7\} {0，1，2，3，4，5，6，7} 集合中的任何一个数。

若连续多次发生冲突，表明可能有较多的站参与争用信道。

上述退避算法可使重传需要推迟的平均时间随重传次数而增大（称为动态退避），因而减小发生碰撞的概率，有利于整个系统的稳定。