思维导图:
一、 数据链路层概述
保证数据传输的有效、可靠
- 差错检测和控制
- 流量控制
- 基于速率
- 基于反馈
帧（frame） = 帧头（head）+ 载荷 （payload field）+ 帧尾（Trailer）
- head中有物理地址，trailer中有校验
成帧
- 将原始的位流分散到离散的帧中
四种成帧的方法
1. 字符统计法
- 在每个帧中第一个字段，标识长度。缺点：一旦出错，无法恢复
2. 字节填充的标志字节法
- 考虑了重新同步问题，每一帧采用一个特殊字节做帧界
- 标志/标记字节（flag byte）
- 传输数据中有特殊字节时，可以在前面加上转义符
3. 比特填充的标志比特法
- 位填充法（零比特填充法/透明传输）
- 以01111110作为帧界，如果数据中出现该子段，在第五个1后面加上一个0即可
4. 物理层编码违例法
- 使用冗余信号，作为帧界
- 如：4B/5B编码，32个模式只用了16个，剩下的作帧界
二 、差错处理概述
错误类型
- 单个错误
- 突发错误
处理类型
- 纠错：能够恢复正确，主要用于无限网络
- 检错：仅仅检测出错误，不恢复，通常伴随重传，主要用于以太网
码字
- 包含数据位和校验位的n位单元（模式）
海明距离
- 两个码字之间不同位的数目，可用异或计算
- 全部码字海明距离，取最小值
- 海明距离为d+1的编码能检测出d位差错，如奇偶校验码，海明距离为2，可检测1位数字
- 海明距离为2d+1的编码，能纠正d位差错。如：海明距离为5，可纠正2位的数字
- 接受方与合法码字校验，取海明距离最小的那个合法码字
三、纠一位错的海明码
纠一位错需要的冗余位跟数据位的关系
，
从而得到：
其中，r:冗余位，m：传输数据数目
校验位：凡是编号为2的乘幂的位
- 校验位：1、2、4、8、16、32
- 数据位：3、5、6、7、9、10、11
校验位可以设置，依据为包括自身在内的一些位的集合的奇偶值
- 将某一位数据位的编号展开成2的乘幂的和，那么每一项所对应的位即为该数据位的校验位（收方使用），反过来，校验位的校验集合也包括这个数据位
- 如：11 = 1 + 2 +8 ，29 = 1+ 4 + 8 +16
- 校验位1的校验集合为所有奇数位；校验位为2的校验集合：2、3、6、7、10、11
具体流程
- 发送方：根据校验集合填充校验位；数据直接填入数据位
- 接受方：根据校验集合判定校验位是否出错，出错的位编号累加到计数器中。计数器为0，就没出错，否则相应的位数出错。
可以用其解决一些突发性错误
- 如，在k行，m+r列，按照列发送数据。纠正的突发性错误的个数小于等于发送矩阵的行数k
-
四、检错码
常见的检错码
- 奇偶校验和
- 奇偶取值等同于对数据位进行模2和运算
- 互联网校验和
- 校验和：进行模2加运算
- 追加到报文尾部
- 16位互联网校验和
- 循环冗余校验和
循环冗余检错码CRC
- 工作原理：K位的帧 = K-1 次的多项式
- 如1011001，
（6阶7项多项式） - 生成多项式：G(x)，G(x)为r阶
- m位帧的多项式：m > r , M(x) > G(x)
发送方：发送的码字就是被除数减去模2除法的余数
发送方：判定余数是否为零，为零就无错误
模2运算，等同于异或运算
生成多项式国际标准，通常采用CRC32标准：
五、基本数据链路协议
协议一（无限制的单工协议）
- 数据单项传递
- 收发双方的网络层都处于就绪状态（随时待命）
- 处理的时间可以忽略不记（瞬间完成）
- 可用的缓存空间无穷大（无限空间）
- 信道不损坏、不丢帧（完美通道）
协议二（半双工）
- 取消接受方无限量允许发送
- 接受方能够接收，就向发送方发送哑帧
协议三（肯定确定重传）PAR(Positive Acknowledgement with Retransmission)
也可叫做自动重传请求，ARQ（Automatic Repeat ReQuest）
- 取消完美信道——有噪声
- 接收方采用对正确帧的确认
- 发送方启动一个定时器，过时就重传
- 每个帧具有一个独一无二的序号，可以用来重排、重组和防止重复接收
以下途径可提高效率：
- 使用全双工（双方既可以是发送方，又是接收方）
- 捎带确定——确认帧搭上外发的数据帧，启动一个捎带确认的定时器
- 批发数据，也叫管道化的数据
六、滑动窗口协议 ——协议四
发送窗口：已经发送，未被确认
接收窗口：期待被接收的帧的序列号
- 发送窗口在规定时间内，没收到确认，导致重复发送，可以工作，但是浪费信道
- 协议四，有了一个假设：忽略接收方处理到达帧的时间，RTT（Round Trip Time）来回时间，发送方，发出帧后，等待确定的这段时间，被阻塞
提高带宽的利用率——批量发送
- 信道容量：一帧从发出到目的期间，信道上能够容纳的帧数量
- 带宽延迟积：B*D
- 窗口值：W = 2*BD + 1，实际情况W比计算出来的值小
出错处理策略
- 丢弃出错帧和后续帧——协议五
- 重传出错的帧——协议六
小结
七、回退n帧——协议五
适合出错率较少的高速信道
- 有一个隐含的接收窗口
- 定义序列号seq的取值范围和滑动窗口W
- 发送方连续发送至发送窗口满
- 接收窗口为1，对出错帧不确认（引发超时）
- 发送方超时重传，从未被确认帧开始
发送方和接收方
注意：
- 采用统计确认，发送方一直保存着未被确认的帧
- 滑动窗口长度（发送窗口）: W <= MAX_SEQ，防止确认帧的情况混淆
八、 选择性重传——协议六
工作原理
否定确认NAK：接收方发送帧要求重传出错帧
回退n帧和选择性重传的比较
窗口选择
- 发送窗口： W = (MAX_SEQ + 1) / 2
- 发送窗口通常小于接收窗口
三个协议窗口大小比较
