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「專欄簡(jiǎn)介」：此文章已錄入專欄《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)零基礎(chǔ)快速入門》

本章重點(diǎn)

1. 了解封裝成幀的原理
2. 掌握PPP協(xié)議的作用及實(shí)現(xiàn)原理
3. 熟悉鏈路層的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和工作原理

透明傳輸

透明是指，鏈路層傳輸數(shù)據(jù)的方式是透明的，也就是透明傳輸。
這個(gè)透明相對(duì)的，從上層的角度看，鏈路層只是一個(gè)「通道」，「只傳輸」數(shù)據(jù)，而「不處理」數(shù)據(jù)。
但實(shí)際上，鏈路層會(huì)處理數(shù)據(jù)，只是處理的過(guò)程，不向上層展示（上層并不在乎你怎么處理，上層只希望你把數(shù)據(jù)傳輸過(guò)來(lái)）。

一、封裝成幀

鏈路層處理數(shù)據(jù)的第一步，就是封裝成幀。封裝成幀是指，將傳輸?shù)臄?shù)據(jù)「分隔」成多組數(shù)據(jù)，每一組數(shù)據(jù)稱為一個(gè)數(shù)據(jù)幀，當(dāng)傳輸出現(xiàn)差錯(cuò)時(shí)，只需要重發(fā)數(shù)據(jù)幀，而不再重傳所有的數(shù)據(jù)。

鏈路層的差錯(cuò)控制和流量處理功能，都是在組幀的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。

點(diǎn)擊此連接深入了解什么是透明傳輸以及封裝成幀的方式。

二、鏈路層的功能

數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，由于外界不可控因素造成的沖擊噪聲，會(huì)使數(shù)據(jù)的傳輸出現(xiàn)差錯(cuò)。

1. 差錯(cuò)控制

這種差錯(cuò)可以分為兩種：「位錯(cuò)」和「幀錯(cuò)」。

位錯(cuò)就是比特位出現(xiàn)差錯(cuò)，比如1變成0，或0變成1。

幀錯(cuò)就是數(shù)據(jù)幀出現(xiàn)差錯(cuò)，比如幀丟失、幀重復(fù)、幀失序。

這種差錯(cuò)通常會(huì)用編碼技術(shù)來(lái)解決，比如：奇偶校驗(yàn)碼和海明碼。

1.1 奇偶校驗(yàn)碼

奇偶校驗(yàn)碼根據(jù)二進(jìn)制數(shù)據(jù)中「1的個(gè)數(shù)」來(lái)判斷數(shù)據(jù)的完整性。

比如，數(shù)據(jù)傳輸前有奇數(shù)個(gè)1，傳輸后卻變成了偶數(shù)個(gè)1，就判定數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)了差錯(cuò)，重新發(fā)送這個(gè)數(shù)據(jù)幀。

點(diǎn)擊此連接了解奇偶校驗(yàn)碼的檢錯(cuò)原理。

1.2 海明碼

海明碼算是奇偶校驗(yàn)碼的升級(jí)版，是一種「多重校驗(yàn)」。

他將數(shù)據(jù)幀分為多個(gè)小組，每個(gè)小組都進(jìn)行一次奇偶校驗(yàn)，從而指出具體的差錯(cuò)位置，進(jìn)而糾錯(cuò)。

2. 流量控制

當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)「過(guò)快」時(shí)，接收方就會(huì)發(fā)生「阻塞」，導(dǎo)致數(shù)據(jù)幀的「丟失」。

因此，我們需要對(duì)發(fā)送的數(shù)據(jù)流量進(jìn)行管控，也就是流量控制；

流量控制的協(xié)議有很多，我們來(lái)一個(gè)一個(gè)了解。

2.1 停止等待協(xié)議

停止等待協(xié)議很簡(jiǎn)單，每發(fā)送完一個(gè)幀就停止發(fā)送，等待對(duì)方「確認(rèn)」；

收到對(duì)方的確認(rèn)幀后再發(fā)送下一個(gè)幀。

停止等待協(xié)議可以保證數(shù)據(jù)不丟包或包亂序，但利用率不高。

2.2 滑動(dòng)窗口協(xié)議

滑動(dòng)窗口是指，在「窗口」允許的范圍內(nèi)，可以「同時(shí)發(fā)送多個(gè)數(shù)據(jù)」。

比如，窗口的大小設(shè)置為6個(gè)，發(fā)送方發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)，在沒有收到確認(rèn)幀的情況下，仍然可以發(fā)送第二個(gè)、第三個(gè)數(shù)據(jù)，以此類推，可以同時(shí)發(fā)送五個(gè)數(shù)據(jù)。

當(dāng)同時(shí)有6個(gè)數(shù)據(jù)沒有收到確認(rèn)幀時(shí)，就到達(dá)了窗口的數(shù)量上限，發(fā)送方將停止發(fā)送數(shù)據(jù)，等待接收方的確認(rèn)幀，每收到一個(gè)確認(rèn)幀，就可以再發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)。

需要注意的是：滑動(dòng)窗口的大小最好等于接收窗口的大?。ù罅藭?huì)溢出，小了沒意義）

2.2.1 后退N幀協(xié)議（GBN）

GBN協(xié)議是滑動(dòng)窗口機(jī)制的一種應(yīng)用協(xié)議。采用「累積確認(rèn)機(jī)制」，如果某一個(gè)幀未收到確認(rèn)，則重新發(fā)送窗口內(nèi)這個(gè)幀以及前面的所有幀。

GBN協(xié)議有一個(gè)「缺點(diǎn)」，如果某個(gè)幀超時(shí)，即使之前的幀已經(jīng)成功被接收，仍然會(huì)被重新發(fā)送，從而造成「資源浪費(fèi)」。而選擇重傳協(xié)議可以解決這個(gè)問題。

2.2.2 選擇重傳協(xié)議（SR）

選擇重傳協(xié)議是滑動(dòng)窗口機(jī)制的另一個(gè)應(yīng)用協(xié)議，他在GBN協(xié)議的基礎(chǔ)上取消了累積確認(rèn)的機(jī)制，采用「一個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)一個(gè)確認(rèn)幀」的方式，在窗口大小允許的范圍內(nèi)同時(shí)傳遞多個(gè)數(shù)據(jù)，只有超時(shí)的數(shù)據(jù)才會(huì)重傳，未超時(shí)的數(shù)據(jù)不會(huì)重傳。

三、鏈路層的協(xié)議

1. PPP協(xié)議

PPP協(xié)議（Point to Point Protocol），翻譯成中文是「點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議」，是鏈路層的數(shù)據(jù)通信協(xié)議，檢錯(cuò)但不糾錯(cuò)，是一種不可靠的傳輸協(xié)議。

1）通信開始時(shí)，調(diào)制解調(diào)器確認(rèn)撥號(hào)，并建立物理連接。

2）而后鏈路控制協(xié)議（LCP）建立通信鏈路，發(fā)送數(shù)據(jù)幀。

3）網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議（NCP）給接入的主機(jī)分配臨時(shí)IP地址。

4）通信完畢時(shí)，網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議（NCP）回收IP地址。

5）鏈路控制協(xié)議（LCP）斷開通信鏈路。

6）最后釋放物理層的連接。

四、鏈路層設(shè)備

物理層的集線器可擴(kuò)展的「網(wǎng)絡(luò)距離」有限，想要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的網(wǎng)絡(luò)通信，需要借助鏈路層的網(wǎng)橋或交換機(jī)。

1. 網(wǎng)橋

網(wǎng)橋是早期的「兩端口」二層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，后來(lái)被更多端口的交換機(jī)取代。

網(wǎng)橋也叫橋接器，可以連接兩個(gè)局域網(wǎng)，一個(gè)端口連接一個(gè)網(wǎng)段，根據(jù)數(shù)據(jù)幀的目的MAC地址轉(zhuǎn)發(fā)到對(duì)應(yīng)接口的網(wǎng)絡(luò)。

1.1 工作原理

1）網(wǎng)橋中有一個(gè)「網(wǎng)橋表」，保存「MAC地址」和「接口」的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

2）數(shù)據(jù)幀經(jīng)過(guò)網(wǎng)橋時(shí)，先在網(wǎng)橋表中搜索「源MAC地址」：

• 如果不存在，就學(xué)習(xí)新MAC地址，將地址與對(duì)應(yīng)的接口保存到表中；

3）然后再搜索「目的MAC地址」：

• ? 如果存在，就轉(zhuǎn)發(fā)到地址對(duì)應(yīng)的接口； ?
• 如果不存在，就轉(zhuǎn)發(fā)到其他所有的網(wǎng)絡(luò)。

1.2 網(wǎng)橋和路由器的區(qū)別

網(wǎng)橋和路由器都是連接兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備。但網(wǎng)橋是「存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)」設(shè)備，路由器是「路徑選擇」設(shè)備。

他們的區(qū)別主要體現(xiàn)在四個(gè)方面：

1）端口方面：網(wǎng)橋只有兩個(gè)端口，而路由器最少16個(gè)端口，最多48個(gè)端口。

2）網(wǎng)絡(luò)方面：網(wǎng)橋只能連接兩個(gè)相同網(wǎng)絡(luò)，而路由器可以連接多個(gè)不同的網(wǎng)絡(luò)。

3）廣播方面：網(wǎng)橋不隔離廣播，而路由器可以隔離廣播

4）工作層次方面：網(wǎng)橋是二層設(shè)備，不考慮使用的協(xié)議報(bào)文；而路由器是三層設(shè)備，需要處理協(xié)議和報(bào)文。

2. 交換機(jī)

交換機(jī)相當(dāng)于「多端口網(wǎng)橋」，每個(gè)端口都具有橋接功能，根據(jù)MAC地址在多個(gè)網(wǎng)絡(luò)間交換數(shù)據(jù)幀。

交換機(jī)可以“學(xué)習(xí)”新的MAC地址，并存儲(chǔ)在內(nèi)部的地址表中，在發(fā)送者和接受者之間建立臨時(shí)路徑，完成數(shù)據(jù)的交換。

交換機(jī)的工作原理與網(wǎng)橋大同小異，這里不再闡述。文章來(lái)源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-779632.html

到了這里，關(guān)于數(shù)據(jù)鏈路層 ，數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能，數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議，數(shù)據(jù)鏈路層的設(shè)備。的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！