lesson19-23计算机网络数据链路层完全指南：从帧封装到滑动窗口协议

第三章 Lesson 19 数据链路层的作用（★★★★★）

考试重要程度：

⭐⭐⭐⭐⭐

• 选择题：★★★★★
• 填空题：★★★★☆
• 简答题：★★★★★

---

第一部分：为什么还要有数据链路层？

很多同学学到这里都会问：

第二章不是已经能传数据了吗？

答案：

不能。

第二章只能做到：

电脑A
   │
电信号
   │
电脑B

也就是说：

物理层只负责把 0 和 1 送出去。

它根本不知道：

• 数据是谁发的？
• 发给谁？
• 有没有出错？
• 一次发送多少？

这些事情：

物理层完全不管。

---

举个现实例子

假设：

你想寄快递。

如果只有物理层。

就相当于：

把快递扔到高速公路上。

能不能到？

不知道。

因为：

没有：

• 地址
• 包装
• 收件人

是不是很危险？

所以：

必须：

先包装。

写地址。

再发。

网络：

也是一样。

---

第二部分：数据链路层到底干什么？

一句话：

负责相邻两个节点之间的数据可靠传输。

★★★★★

这是教材原话。

一定要背。

---

例如：

电脑A
   │
交换机
   │
电脑B

注意。

这里：

数据链路层：

只负责一跳。

例如：

电脑A

↓

交换机

或者：

交换机

↓

电脑B

它：

不负责整个互联网。

这一点以后学习网络层时非常重要。

---

第三部分：什么叫"一跳"？

这是第三章最重要的概念。

例如：

北京快递：

寄到广州。

路线：

北京

↓

天津

↓

济南

↓

南京

↓

广州

是不是：

经过很多站？

数据：

也是一样。

例如：

电脑A

↓

交换机①

↓

交换机②

↓

路由器

↓

服务器

数据链路层：

每次：

只负责：

一段。

例如：

电脑A

↓

交换机①

完成后。

下一段：

重新开始。

所以：

一句口诀：

数据链路层负责一跳，网络层负责全程。

★★★★★★★★★★

这是第三章和第四章最容易混淆的地方。

---

第四部分：数据链路层主要完成哪些工作？

教材一般总结为三个核心任务。

数据链路层

├── 封装成帧
├── 差错检测
└── 流量控制

这三个，就是第三章的主线。

我们后面每节课都围绕它展开。

---

① 封装成帧

例如：

应用层给你：

Hello

不能直接发。

必须：

包装。

变成：

┌────┬────────┬────┐
│头部│ 数据   │尾部│
└────┴────────┴────┘

这个：

就叫：

帧（Frame）

下一课专门讲。

---

② 差错检测

第二章：

学过：

CRC。

第三章：

继续：

放到帧里面。

例如：

头

数据

CRC

发送。

接收端：

检查。

有没有错误。

---

③ 流量控制

什么意思？

举例。

假设：

你：

一分钟：

能读：

100字。

老师：

一分钟：

讲：

10000字。

怎么办？

是不是：

根本来不及？

网络：

也是一样。

发送方：

太快。

接收方：

处理不了。

于是：

需要：

流量控制。

后面：

滑动窗口。

就是：

解决这个问题。

---

第五部分：为什么叫"链路层"？

很多学生：

觉得：

名字奇怪。

其实：

很好理解。

例如：

电脑A ======= 交换机

这一段：

就是：

一条：

链路（Link）

数据链路层：

就是：

管理：

这一条链路。

所以：

叫：

数据链路层。

---

第六部分：数据链路层和物理层有什么区别？

这是考试超级高频。

物理层	数据链路层
传输比特流	传输帧
不关心地址	有地址（MAC）
不关心错误	检测错误
不关心控制	流量控制

★★★★★

一定会比较。

---

第七部分：本章你将学什么？

整个第三章，其实就是围绕一张图展开。

数据

↓

封装成帧

↓

加入MAC地址

↓

加入CRC

↓

发送

↓

交换机转发

↓

接收

↓

CRC检查

↓

拆帧

看到没有？

后面的每一节课，其实都是这张图中的一个步骤。

---

本课总结

一定记住下面这棵知识树：

数据链路层
│
├── 作用
│   └── 相邻节点可靠传输
│
├── 核心任务
│   ├── 封装成帧
│   ├── 差错检测
│   └── 流量控制
│
└── 服务对象
    └── 一跳（Hop）

---

第三章 Lesson 20 封装成帧（★★★★★）

考试重要程度：

⭐⭐⭐⭐⭐

---

第一部分：什么是帧（Frame）？

先不要看定义。

我们先举一个生活中的例子。

假设：

你要寄一本书。

如果直接这样寄：

计算机网络教程

快递员知道：

不知道。

所以必须包装。

例如：

寄件人：张三

收件人：李四

内容：计算机网络教程

是不是信息完整了？

网络中的数据也是一样。

应用层交给数据链路层的只是：

Hello

不能直接发送。

必须包装。

于是变成：

┌────┬────────┬────┐
│头部│ 数据   │尾部│
└────┴────────┴────┘

这个整体：

就叫：

帧（Frame）

---

第二部分：什么叫封装成帧？

一句话：

给数据加上头部和尾部。

教材定义：

数据链路层在数据前后分别添加控制信息，形成帧。

★★★★★

这是考试喜欢考的定义。

---

来看变化过程。

应用层：

Hello

↓

数据链路层：

头部 + Hello + 尾部

↓

形成：

Frame

是不是很简单？

---

第三部分：为什么要加头和尾？

很多同学都会问：

为什么不能直接发送数据？

原因有三个。

---

原因一：告诉别人发给谁

例如：

快递：

必须有地址。

网络：

也是。

头部：

以后会放：

MAC地址

例如：

发送方：

00-11-22

接收方：

AA-BB-CC

交换机：

就是：

看这个地址。

决定：

往哪转发。

---

原因二：判断哪里开始哪里结束

假设：

连续发送：

HelloWorldPythonJava

接收端：

怎么看？

不知道。

于是：

加：

开始。

结束。

例如：

<Hello>

<World>

<Python>

<Java>

是不是：

立刻：

分开了？

这就是：

帧边界。

---

原因三：检查有没有出错

尾部：

以后会放：

CRC

例如：

┌────┬────────┬────┐
│头部│ 数据   │ CRC│
└────┴────────┴────┘

收到后：

计算CRC。

一致。

说明：

没错。

---

第四部分：帧的一般格式（★★★★★）

考试经常画图。

记住：

┌────────┬────────────┬────────┐
│ 首部   │ 数据(Data) │ 尾部   │
└────────┴────────────┴────────┘

以后：

不同协议：

首部内容：

不同。

尾部内容：

不同。

但是：

都有头部和数据。

很多协议还会有尾部。

---

第五部分：帧定界（★★★★★）

这是考试重点。

什么叫：

帧定界？

一句话：

告诉接收方，一帧从哪里开始，到哪里结束。

例如：

火车。

每节车厢：

都有：

连接处。

网络：

也是。

例如：

FLAG

数据

FLAG

FLAG：

就是：

标志。

例如：

01111110

★★★★★

PPP协议：

就是：

这个。

下一课：

详细讲。

---

第六部分：透明传输（★★★★★）

这是第三章最容易考的名词。

也是很多学生第一次看不懂的。

我们慢慢来。

---

假设：

FLAG：

规定：

01111110

但是：

你的数据：

刚好也是：

01111110

怎么办？

接收端：

会不会误认为：

数据结束了？

当然会。

例如：

FLAG

111

01111110

222

FLAG

接收端：

看到：

中间那个：

01111110

就会误认为：

结束了。

是不是：

出错了？

---

怎么办？

答案：

字节填充（字符填充）或比特填充。

也叫：

透明传输。

一句话：

让数据中出现的特殊标志不会被误认为帧边界。

---

第七部分：比特填充（★★★★★）

这是教材重点。

规则：

连续出现5个1，就自动插入一个0。

★★★★★

一定要记。

例如：

原始数据：

01111110

发送前：

变成：

011111010

注意：

连续5个1后：

插入：

一个：

0。

接收端：

看到：

5个1后面的0。

就知道：

这是：

填进去的。

于是：

删掉。

恢复：

原数据。

---

口诀：

五个1，插个0。

★★★★★

---

第八部分：为什么叫"透明"？

因为：

对于用户来说：

数据：

没有改变。

用户：

发送：

Hello

收到：

还是：

Hello

至于：

中间：

插没插0。

用户：

不知道。

所以：

叫：

透明。

---

第九部分：本课知识串起来

整个过程：

应用层数据

↓

Hello

↓

数据链路层

↓

加首部

↓

加尾部

↓

形成帧

↓

比特填充

↓

发送

↓

接收

↓

是不是整个流程已经很清楚了？

---

第十部分：本课总结

封装成帧
│
├── 首部
│
├── 数据
│
└── 尾部
      │
      └── CRC

封装成帧的作用：

• 标识一帧的开始和结束；
• 携带控制信息（如地址）；
• 便于进行差错检测。

---

第十二部分：与后续课程的联系

从今天开始，你要把后面的知识都放进这个框架里理解：

┌────────────────────────────────────┐
│ 首部 │ 数据 │ CRC │
└────────────────────────────────────┘

后面我们学的内容其实都是在回答这些问题：

• Lesson 21（CRC） ：CRC 放在哪里？怎么检查？
• Lesson 22（PPP） ：PPP 帧长什么样？
• Lesson 24（MAC 地址） ：MAC 地址放在首部哪里？
• Lesson 25（以太网） ：以太网帧格式是什么？
• Lesson 27（交换机） ：交换机为什么只看帧首部就能转发？

所以， 帧就是第三章的主角 。

第三章 Lesson 21 CRC（数据链路层中的应用）

第一部分：回顾一下CRC

上一章我们学过：

CRC：

循环冗余校验（Cyclic Redundancy Check）

它的作用：

检测数据有没有发生错误。

注意：

CRC只能检错。

不能：

自动纠错。

★★★★★

考试：

经常考。

---

第二部分：CRC为什么属于数据链路层？

很多同学：

第一次都会疑惑。

上一章：

CRC不是：

物理层吗？

其实：

不是。

准确来说：

CRC：

是一种检错技术。

物理层介绍了：

它是什么。

数据链路层：

真正：

使用它。

例如：

发送：

Hello

数据链路层：

先：

封装成帧。

┌──────┬────────┬──────┐
│ 首部 │ Hello  │ CRC  │
└──────┴────────┴──────┘

注意。

CRC：

放在：

尾部。

这里：

有一个专门名字。

叫：

FCS（Frame Check Sequence，帧校验序列）

★★★★★

考试：

很喜欢考。

---

第三部分：什么是FCS？

一句话。

FCS就是帧尾部保存的CRC校验值。

很多教材：

直接画：

┌────────┬──────────┬────────┐
│ 首部   │ 数据     │  FCS   │
└────────┴──────────┴────────┘

注意。

以后：

看到：

FCS。

马上想到：

CRC校验码。

★★★★★

---

第四部分：发送端如何工作？

这是考试最喜欢画流程图。

一步一步来看。

---

第一步：

应用层：

给数据。

Hello

---

第二步：

数据链路层：

计算CRC。

例如：

算出来：

1011

（这里是假设。）

---

第三步：

放到帧尾。

变成：

┌──────┬────────┬──────┐
│ 首部 │ Hello  │1011 │
└──────┴────────┴──────┘

然后：

发送。

---

一句话：

发送端负责计算CRC，并把结果放到FCS。

★★★★★

---

第五部分：接收端如何工作？

收到：

┌──────┬────────┬──────┐
│ 首部 │ Hello  │1011 │
└──────┴────────┴──────┘

第一步。

重新：

计算CRC。

假设：

也是：

1011

第二步。

比较。

收到：

1011

计算：

1011

一致。

说明：

没有错误。

交给：

上层。

---

如果：

计算出来：

1000

而收到：

1011

不同。

说明：

出错。

直接：

丢弃。

★★★★★

注意。

很多教材：

都是：

直接丢弃。

不是：

修改。

不是：

自动恢复。

---

第六部分：为什么CRC不能纠错？

举例。

老师：

批改试卷。

看到：

第五题：

错。

知道：

错了。

但是：

不知道：

正确答案。

CRC：

也是。

它：

只能说：

有错。

不能说：

错在哪里。

更不能：

改回来。

所以：

需要：

重发。

---

第七部分：为什么把CRC放尾部？

很多学生：

都会问。

为什么：

不是：

放前面？

其实：

很好理解。

CRC：

必须：

根据：

整个数据：

计算。

例如：

数据：

10110010

CRC：

是：

根据：

这一串：

算出来。

所以：

必须：

最后：

才能放进去。

是不是：

很合理？

---

第八部分：整个发送过程（★★★★★）

一定会画。

应用层数据

↓

数据链路层

↓

封装成帧

↓

计算CRC

↓

加入FCS

↓

发送

---

接收：

收到帧

↓

重新计算CRC

↓

比较FCS

↓

正确？

↓

是

↓

交给网络层

↓

否

↓

丢弃

★★★★★

这张流程图：

考试：

经常画。

---

第九部分：CRC和ARQ的关系

上一章：

我们：

学过：

ARQ。

自动重传请求。

现在：

终于：

联系起来。

例如：

CRC：

发现：

错误。

数据链路层：

丢弃。

然后：

由上层协议（如PPP、TCP等）决定是否请求重传。

所以：

很多教材：

写：

CRC

↓

发现错误

↓

重传

不要理解成：

CRC：

自己：

重传。

CRC：

只是：

发现。

★★★★★

---

第十部分：本课总结（★★★★★）

CRC（循环冗余校验）

        │
        ▼
   发送端计算CRC
        │
        ▼
 放入FCS（帧尾）
        │
        ▼
      发送帧
        │
        ▼
   接收端重新计算
        │
        ▼
   与FCS比较
        │
   ┌────┴────┐
   │         │
 一致      不一致
   │         │
 接收      丢弃

---

第十二部分：考试必背

一定记住这四句话：

✅ CRC 是 检错技术 。

✅ FCS 位于 帧尾部 。

✅ 接收端会 重新计算 CRC 并与 FCS 比较 。

✅ CRC 不能纠错 ，发现错误后通常 丢弃该帧 ，后续是否重传由相应协议决定。

---

第三章 Lesson 22 PPP协议（★★★★★）

---

第一部分：为什么需要 PPP？

先举个生活中的例子。

假设：

只有两台电脑。

电脑A  ───────── 电脑B

它们之间：

只有一根线。

是不是：

特别简单？

那：

需要交换机吗？

不用。

需要路由器吗？

不用。

只需要：

让这两台电脑：

正常通信。

于是：

就有了：

PPP（Point-to-Point Protocol）

中文：

点对点协议。

★★★★★

考试：

经常考全称。

---

第二部分：什么叫点对点？

就是：

一条链路：

只有：

两个节点。

例如：

电脑A ─────── 电脑B

或者：

路由器A ─────── 路由器B

注意。

没有：

第三个人。

所以：

PPP：

只适用于：

点对点通信。

---

PPP 不适用于什么？

例如：

局域网。

A
         │
B ──交换机── C
         │
         D

这里：

很多设备。

不是：

点对点。

PPP：

不能用。

以后：

会用：

以太网协议。

---

第三部分：PPP 的特点（★★★★★）

教材总结四个特点。

我们一个一个理解。

---

① 简单

PPP：

没有：

复杂的寻址。

因为：

只有：

两台设备。

例如：

打电话。

只有：

你。

和：

对方。

不需要：

问：

"你是谁？"

线路：

已经固定。

---

② 提供差错检测

PPP：

使用：

什么？

答案：

CRC。

★★★★★

是不是：

和上一课：

连起来了？

PPP：

发送：

帧

↓

CRC

↓

FCS

↓

发送

---

③ 不提供纠错

注意。

PPP：

发现：

错误。

怎么办？

答案：

直接：

丢弃。

不负责：

重发。

★★★★★

考试：

特别喜欢。

---

④ 支持多种网络层协议

什么意思？

PPP：

不仅：

可以传：

IP。

还可以：

传：

其他协议。

所以：

兼容性：

很好。

了解即可。

---

第四部分：PPP 帧格式（★★★★★）

终于来了。

教材：

就是：

这一张图。

先别怕。

我们慢慢拆。

+------+------+----------+------+------+
|Flag |地址 | 控制 | 数据 | FCS | Flag |
+------+------+----------+------+------+

是不是：

很多东西？

其实：

考试：

重点：

只有几个。

---

第一部分：Flag

也叫：

标志字段。

值：

固定：

01111110

★★★★★

这是：

考试：

必考。

作用：

告诉：

接收端：

这里开始

这里结束

例如：

01111110

数据

01111110

是不是：

边界：

非常清楚？

---

第二部分：Address（地址）

很多学生：

会问。

PPP：

不是：

只有：

两台机器？

为什么：

还有地址？

其实：

PPP：

地址字段：

固定：

11111111

★★★★★

不用记二进制含义，只要记住：

PPP 地址字段固定值。

教材考试一般考：

PPP 地址字段是否真正用于寻址？

答案：

不是。

因为：

只有两台设备。

---

第三部分：Control（控制）

控制字段：

固定：

00000011

也是：

固定值。

考试：

知道：

存在即可。

---

第四部分：Data（数据）

这里：

才是真正的数据。

例如：

Hello

或者：

IP数据包。

---

第五部分：FCS

是不是：

上一课：

学过？

这里：

就是：

CRC校验值。

放在：

尾部。

---

第五部分：PPP 帧完整结构（★★★★★）

一定会画。

┌────┬────┬────┬────────┬────┬────┐
│Flag│Addr│Ctrl│ Data   │FCS │Flag│
└────┴────┴────┴────────┴────┴────┘

考试：

可能：

让你：

填空。

---

第六部分：为什么 Flag 会冲突？

假设：

规定：

Flag：

01111110

但是：

数据：

刚好：

也是：

01111110

例如：

Flag

数据

Flag

01111110

01111110

01111110

接收端：

还能分清吗？

不能。

---

怎么办？

答案：

比特填充。

是不是：

上一课：

学过？

终于：

串起来了。

---

第七部分：PPP 比特填充（★★★★★）

规则：

★★★★★

连续出现5个1，就自动插入1个0。

例如：

数据：

01111110

发送：

变成：

011111010

接收：

删除：

那个：

0。

恢复。

原数据。

口诀：

五个1，插个0。

---

第八部分：PPP 工作流程

来看整个过程。

应用层数据

↓

网络层数据包（IP数据报）

↓

PPP封装

↓

加入Flag

↓

加入FCS

↓

比特填充

↓

发送

↓

接收

↓

去填充

↓

是不是：

整个过程：

已经非常完整？

---

第九部分：PPP 为什么应用广？

以前：

家庭宽带：

拨号上网。

ADSL。

很多：

都是：

PPP。

后来：

又出现：

PPPoE。

（PPP over Ethernet）

就是：

PPP：

跑在：

以太网上。

考试：

了解即可。

---

第十部分：PPP 总结（★★★★★）

PPP协议
│
├── 点对点协议
│
├── Flag = 01111110
│
├── CRC（FCS）
│
├── 比特填充
│      └── 五个1插个0
│
└── 差错检测，不负责纠错

加粗样式

第三章 Lesson 23 滑动窗口协议（★★★★★）

考试重要程度：

⭐⭐⭐⭐⭐

---

第一部分：为什么需要滑动窗口？

先举个例子。

假设：

老师发试卷。

有100张。

老师有两种发法。

---

第一种：一张一张发

老师 → 第1张

学生：

收到。

↓

老师：

发第2张。

↓

学生：

收到。

↓

老师：

发第3张......

有没有问题？

当然有。

效率太低。

因为：

老师一直在等。

---

网络也是一样。

假设：

电脑A发送数据。

A

↓

发送1

↓

等待

↓

收到确认

↓

发送2

↓

等待......

这样：

线路大部分时间都在等待。

速度非常慢。

---

所以：

科学家想出了一个办法。

一次发送很多个数据。

例如：

1

2

3

4

一起发。

是不是快很多？

这就是：

滑动窗口。

---

第二部分：什么是滑动窗口？

一句话：

允许发送方连续发送多个数据，而不用每发送一个就等待确认。

★★★★★

这是考试最喜欢考的定义。

---

例如：

窗口大小：

4。

那么：

发送方：

可以：

①

②

③

④

连续发送。

不用等。

---

第三部分：窗口是什么？

很多学生：

第一次听：

窗口。

其实：

它不是：

电脑里的窗口。

而是：

一个：

允许发送的数据范围。

例如：

窗口大小：

4。

可以发送：

1

2

3

4

不能发送：

5

因为：

5：

还没进入窗口。

---

可以画成：

序号：

1 2 3 4 5 6 7 8

窗口：

[1 2 3 4]

★★★★★

---

第四部分：什么叫"滑动"？

这是最重要的地方。

假设：

发送：

1

2

3

4

接收方：

确认：

ACK1

说明：

1：

已经收到。

于是：

窗口：

向前移动。

变成：

2 3 4 5

是不是：

像滑过去一样？

所以：

叫：

滑动窗口。

---

动画理解：

开始：

[1 2 3 4] 5 6 7 8

收到1确认：

1 [2 3 4 5] 6 7 8

收到2确认：

1 2 [3 4 5 6] 7 8

★★★★★

这张图：

考试：

经常画。

---

第五部分：ACK（确认）

什么叫：

ACK？

英文：

Acknowledgement（确认）

意思：

我收到了。

例如：

电脑A：

发送：

数据1

电脑B：

收到。

回复：

ACK1

意思：

第1个数据已经收到。

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第六部分：为什么效率提高？

我们比较一下。

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停止等待协议

发送

↓

等待

↓

确认

↓

发送

↓

等待

效率：

低。

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滑动窗口

1234

一起发

↓

收到确认

↓

5678

继续发

是不是：

一直：

都有数据：

在线路上？

所以：

效率：

高很多。

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第七部分：窗口大小（★★★★★）

考试：

喜欢问。

例如：

窗口：

大小：

4。

表示：

什么？

答案：

最多可以连续发送4个未确认的数据。

★★★★★

注意：

这里说的是：

未确认。

不是：

发送总数。

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例如：

窗口：

4。

发送：

1

2

3

4

还没收到确认。

不能发送：

5

必须：

等：

至少一个ACK。

---

第八部分：举一个完整例子

窗口：

4。

开始：

窗口：

[1 2 3 4]

发送：

1

2

3

4

收到：

ACK1。

窗口：

变：

[2 3 4 5]

发送：

5

收到：

ACK2。

窗口：

变：

[3 4 5 6]

发送：

6

整个过程：

一直：

滑动。

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第九部分：累计确认（★★★★★）

这一点：

很多学校：

会考。

例如：

收到：

1

2

3

接收方：

回复：

ACK4

什么意思？

不是：

收到4。

而是：

1、2、3都已经收到，下一次请发送4。

★★★★★

一定不要理解错。

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第十部分：滑动窗口的作用

总结：

三个。

提高线路利用率

提高发送效率

实现流量控制

★★★★★

全部：

考试：

高频。

---

第十一部分：停止等待 VS 滑动窗口

停止等待	滑动窗口
一次发1个	一次发多个
效率低	效率高
简单	稍复杂

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第十二部分：本课总结（★★★★★）

滑动窗口
│
├── 连续发送多个数据
│
├── ACK确认
│
├── 窗口不断前移
│
├── 提高效率
│
└── 实现流量控制