數(shù)據(jù)鏈路層的內(nèi)容不學(xué)不知道，一學(xué)真的是嚇一跳哦，內(nèi)容真的挺多的，但是大家不要害怕，總會(huì)學(xué)完的。

還有由于數(shù)據(jù)鏈路層的內(nèi)容太多，一篇肯定是講不完的所以我決定把它分為好幾個(gè)部分進(jìn)行學(xué)習(xí)與講解。大家可以關(guān)注以后文章的發(fā)布。

數(shù)據(jù)鏈路層（Data Link Layer）

數(shù)據(jù)鏈路層是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中的第二層，它位于物理層之上，網(wǎng)絡(luò)層之下。數(shù)據(jù)鏈路層的主要任務(wù)是確保在物理層提供的可靠傳輸基礎(chǔ)上，能夠有效地進(jìn)行數(shù)據(jù)幀的可靠傳輸。它負(fù)責(zé)在局部網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)之間傳輸數(shù)據(jù)包（幀），并處理傳輸過程中可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤和流量控制。

數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能

1. 幀的封裝與解封裝： 數(shù)據(jù)鏈路層的最基本功能是將網(wǎng)絡(luò)層傳遞下來的數(shù)據(jù)包（Packet）封裝成幀（Frame），然后在物理層上進(jìn)行傳輸。在接收到數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)鏈路層會(huì)將物理層傳輸?shù)谋忍亓鹘夥庋b成數(shù)據(jù)包并交給上層網(wǎng)絡(luò)層處理。

2. 錯(cuò)誤檢測與糾正： 數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)檢測在物理層傳輸過程中可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤，如位錯(cuò)誤、丟失或重復(fù)的幀。最常見的錯(cuò)誤檢測方法是循環(huán)冗余檢查（CRC）。如果數(shù)據(jù)鏈路層發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，它可以請(qǐng)求重發(fā)（ARQ協(xié)議），以確保數(shù)據(jù)的正確性。

3. 流量控制： 數(shù)據(jù)鏈路層需要管理網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的傳輸速度，防止因接收端處理能力不足導(dǎo)致丟失數(shù)據(jù)幀。流量控制通過一些機(jī)制（如窗口控制）來調(diào)整數(shù)據(jù)發(fā)送的速率。

4. 介質(zhì)訪問控制（MAC）： 數(shù)據(jù)鏈路層管理對(duì)共享傳輸介質(zhì)的訪問。在共享介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)中（如以太網(wǎng)、無線網(wǎng)絡(luò)），多個(gè)設(shè)備需要爭用網(wǎng)絡(luò)帶寬，數(shù)據(jù)鏈路層采用介質(zhì)訪問控制協(xié)議來避免沖突并管理數(shù)據(jù)傳輸。

5. 物理地址（MAC地址）管理： 數(shù)據(jù)鏈路層使用物理地址（通常是MAC地址）來唯一標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備。MAC地址是一種硬件地址，它由網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的制造商賦予，并用于確保幀能夠被正確地發(fā)送到目標(biāo)設(shè)備。

數(shù)據(jù)鏈路層的子層

數(shù)據(jù)鏈路層通常被分為兩個(gè)子層：

1. 邏輯鏈路控制子層（LLC，Logical Link Control）：
   • LLC子層負(fù)責(zé)在數(shù)據(jù)鏈路層與網(wǎng)絡(luò)層之間建立邏輯連接。它處理與網(wǎng)絡(luò)層的交互，提供幀的封裝和差錯(cuò)控制。LLC子層使得數(shù)據(jù)鏈路層能夠支持多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。
2. 介質(zhì)訪問控制子層（MAC，Medium Access Control）：
   • MAC子層負(fù)責(zé)控制對(duì)物理介質(zhì)的訪問。它通過協(xié)議來決定如何在共享的通信媒介上調(diào)度數(shù)據(jù)的發(fā)送。MAC子層使用硬件地址（MAC地址）來進(jìn)行數(shù)據(jù)幀的目標(biāo)定位，并解決沖突。
   • 典型的MAC協(xié)議有：CSMA/CD（以太網(wǎng)）、CSMA/CA（Wi-Fi）等。

數(shù)據(jù)鏈路層的常見協(xié)議

1. 以太網(wǎng)（Ethernet）：

   • 以太網(wǎng)是廣泛使用的局域網(wǎng)協(xié)議，基于CSMA/CD（載波偵聽多路訪問/碰撞檢測）協(xié)議，它在數(shù)據(jù)鏈路層提供幀的封裝、錯(cuò)誤檢測和介質(zhì)訪問控制。

2. 無線局域網(wǎng)（Wi-Fi）：

   • Wi-Fi協(xié)議基于IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)，定義了在無線環(huán)境中如何通過MAC協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸與訪問。

3. 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議（PPP，Point-to-Point Protocol）：

   • PPP是一種常用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接的協(xié)議，通常用于撥號(hào)連接、DSL和VPN等。PPP協(xié)議提供了數(shù)據(jù)封裝、錯(cuò)誤檢測、流量控制等功能。

4. 幀中繼（Frame Relay）：

   • 幀中繼是一種廣域網(wǎng)協(xié)議，使用虛擬電路傳輸數(shù)據(jù)幀，通常用于傳輸速率較高的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。幀中繼提供錯(cuò)誤檢測、流量控制和數(shù)據(jù)鏈路的管理。

5. ATM（異步傳輸模式）：

   • ATM是一種面向連接的技術(shù)，用于廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)。它將數(shù)據(jù)分成固定長度的53字節(jié)的單元（稱為單元，或Cell），提供錯(cuò)誤檢測和流量控制。

數(shù)據(jù)鏈路層的錯(cuò)誤檢測與糾正

1. 循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC，Cyclic Redundancy Check）：

   • 數(shù)據(jù)鏈路層通過CRC來檢測數(shù)據(jù)幀在傳輸過程中是否出現(xiàn)了錯(cuò)誤。發(fā)送端會(huì)根據(jù)數(shù)據(jù)內(nèi)容計(jì)算一個(gè)CRC值，并將其附加到數(shù)據(jù)幀中。接收端使用相同的算法檢查數(shù)據(jù)的完整性，若CRC值不匹配，表示數(shù)據(jù)幀在傳輸中出錯(cuò)。

2. 自動(dòng)重傳請(qǐng)求（ARQ，Automatic Repeat reQuest）：

   • 數(shù)據(jù)鏈路層使用ARQ協(xié)議來請(qǐng)求丟失或損壞的數(shù)據(jù)幀重發(fā)。常見的ARQ協(xié)議有停等ARQ（Stop-and-Wait ARQ）、連續(xù)ARQ（Go-Back-N ARQ）、選擇重傳ARQ（Selective Repeat ARQ）等。

數(shù)據(jù)鏈路層與物理層的區(qū)別

• 物理層： 主要負(fù)責(zé)比特的傳輸，將數(shù)據(jù)通過物理媒介從一個(gè)設(shè)備傳輸?shù)搅硪粋€(gè)設(shè)備，它不涉及數(shù)據(jù)的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)。
• 數(shù)據(jù)鏈路層： 負(fù)責(zé)對(duì)比特進(jìn)行封裝形成數(shù)據(jù)幀，提供錯(cuò)誤檢測、流量控制等功能，確保數(shù)據(jù)能夠可靠地在物理媒介上傳輸。

下面講解幀封裝的知識(shí)：

幀封裝（Frame Encapsulation）

幀封裝是數(shù)據(jù)鏈路層的核心功能之一，它指的是將來自上層（通常是網(wǎng)絡(luò)層）的數(shù)據(jù)包附加上數(shù)據(jù)鏈路層的控制信息，形成一個(gè)完整的數(shù)據(jù)幀，然后通過物理介質(zhì)傳輸?shù)侥繕?biāo)設(shè)備。幀封裝的主要目的是確保數(shù)據(jù)在傳輸過程中得到可靠的傳輸和正確的識(shí)別。

幀封裝的過程

幀封裝的過程通常包括以下幾個(gè)步驟：

1. 添加幀頭（Header）：在網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)包之前附加一個(gè)幀頭。幀頭通常包含目標(biāo)地址、源地址、類型信息、幀序號(hào)、流量控制和錯(cuò)誤檢測等信息。

2. 封裝數(shù)據(jù)：幀頭之后是上層傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包，這是數(shù)據(jù)幀的主要內(nèi)容部分，也就是數(shù)據(jù)載荷（payload）。

3. 添加幀尾（Trailer）：在數(shù)據(jù)部分之后附加幀尾。幀尾通常包含循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）或其他形式的錯(cuò)誤檢測碼，用于檢測幀在傳輸過程中是否發(fā)生錯(cuò)誤。

4. 幀邊界標(biāo)識(shí)（Frame Boundary Identification): 通過在幀的其實(shí)和結(jié)束位置使用特定的標(biāo)志位，可以明確區(qū)分幀之間的界限，確保在傳輸過程中數(shù)據(jù)不會(huì)混淆。

幀封裝的結(jié)構(gòu)

幀的結(jié)構(gòu)因協(xié)議而異，但通常包含以下幾個(gè)常見的字段：

• 幀頭（Header）：包含控制信息，如目標(biāo)MAC地址、源MAC地址、協(xié)議類型等。
• 數(shù)據(jù)（Data）：包含要傳輸?shù)膶?shí)際數(shù)據(jù)，即來自網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)包。
• 幀尾（Trailer）：包含錯(cuò)誤檢測碼（例如CRC），用于檢測幀在傳輸過程中的完整性。

幀封裝的作用

1. 確保數(shù)據(jù)完整性：通過添加錯(cuò)誤檢測碼，幀封裝可以幫助接收方檢測并定位傳輸過程中是否有數(shù)據(jù)損壞或丟失。

2. 地址識(shí)別和定位：幀頭中包含源地址和目標(biāo)地址，確保數(shù)據(jù)幀能夠到達(dá)正確的目標(biāo)設(shè)備。

3. 分段和組裝：封裝成幀的數(shù)據(jù)可以在發(fā)送端分段處理，接收端則可以按照幀序號(hào)將數(shù)據(jù)重新組合成完整的信息。

4. 流量控制和順序控制：通過幀頭中的控制信息，可以有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)流的控制，并保證數(shù)據(jù)按順序到達(dá)。

幀封裝的典型例子

1. 以太網(wǎng)幀：

   • 以太網(wǎng)幀是數(shù)據(jù)鏈路層的典型幀格式之一。它由以太網(wǎng)協(xié)議（如IEEE 802.3）定義，幀頭包括目標(biāo)MAC地址、源MAC地址、幀類型等字段，幀尾通常包含CRC校驗(yàn)碼。

2. PPP幀：

   • 在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議（PPP）中，幀封裝結(jié)構(gòu)為標(biāo)志字段、地址字段、控制字段、協(xié)議字段、數(shù)據(jù)和幀校驗(yàn)序列。PPP廣泛用于通過電話線或?qū)拵нB接等點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路傳輸數(shù)據(jù)。