学过计算机网络的朋友们应该都知道OSI七层模型，今天要聊的数据链路层是属于七层模型中的第二层。所以应该算是计算机网络体系中的底层了。

数据链路层使用的信道主要有两种类型：

1. 点对点信道：也就是字面意思，点对点得通信方式。
2. 广播信道：这种信道是一对多的方式，所以整个过程也比较复杂。必须使用一些信道协议来协调网络中的主机数据发送。

我们先来通过一个例子数据链路层所处的位置。下图展示的是典型的网络图。

主机1向主机2发送数据，下图展示的数据真正流动的路径（画的有点丑，意思到了就行了）：

当我们专门研究链路层的时候，我们只需要关心链路层即可。于是，主机1向主机2发送数据时，我们可以认为是从左到右的数据传递。如下图：

链路层的意义

物理层的线路有传输介质与通信设备组成，比特流在传输介质上传输时肯定会存在误差的。这样就引入了数据链路层在物理层之上，采用差错检测、差错控制和流量控制等方法，向网络层提供高质量的数据传输服务。

对于网络层，由于链路层的存在，而不需要关心物理层具体采用了那种传输介质和通信设备。

那链路层的功能有哪些呢？需要完成哪些事情呢？

1. 链路管理，帧同步
2. 流量控制，差错控制
3. 数据和控制信息分开
4. 透明传输和寻址

怎么组帧的呢？

其实就是在帧的前后添加首部和尾部，这样就能界定帧的边界了。一帧多大呢？MTU就是帧的数据部分的最大长度，也就是IP数据报的最大长度。如下图：

怎样进行帧的界定呢？

答案就是在帧的开始和结束的地方加上特定的字符，一般是0X7E，如下图：

怎样透明传输呢？

答案就是如果帧内部的数据出现了0x7e，则要转义，转义的方法如下：

（1） 字符填充

因为0x7E=0111 1110，字符填充是在这两个字节中，填充进0xD5。变为（0x7D,0x5E）的组合。

即0111 1101 1001 1110

（2）零比特填充

因为0x7E=0111 1110，带有连续的6个1.因此发送端发送帧数据时，每当发现有连续的5个1，立即填充一个0发送。接收端对帧中的比特流扫描，每当发现5个连续的1，就把后面的1个0删除

eg：0111 1110变成0111 1101 0进行传输

差错的产生的原因

差错是不可避免的。而且不同的传输介质的差错程度也是不同的。链路层的任务就是分析差错产生的原因，检查差错，然后纠正差错。下面的图展示了差错的来源

当数据信号从发送端发送到物理线路时，由于物理线路存在噪声，因此数据信号经过物理线路的噪声，到达接收端时，已经是数据+噪声的叠加。这就是差错的来源。

怎样进行差错控制呢？

差错控制分为两种不同的策略：

纠错码：每个传输的分组带上足够的冗余信息，接收端能发现并自动纠正差错。

检测吗：分组包含能够发现差错的冗余信息，接收端能够发现差错。

由于纠错码实现比较复杂，检测码虽然不能纠错，但是足够简单，能够检测出差错，配合重传机制即可。所以广泛采用检测码。

检测码有循环冗余编码（CRC）等方式，工作原理就暂且略过，讲起来很费篇幅。

数据链路的工作过程到底是怎样的？

数据链路层的工作过程分为三个阶段：建立数据链路，帧传输，释放数据链路；结合数据链路和物理层的流程如下图：

滑动窗口协议

前面提到了用检错码来检测帧传输过程中是否发生了差错，如果发生了错误，就需要滑动窗口协议来解决。滑动窗口协议分为两种类型：

单帧停止等待协议：发送端发送1帧之后，需要等待接受端返回确认帧，如果接收到ack，表示OK，发送下一帧；如果接收到nak，表示传输错误，重新发送该帧。如下图所示（字反了见谅）：

多帧发送协议：分为两种类型，后退N帧（GBN）拉回重发方式和选择重发（SR）方式。前者是只要有一帧发送失败，则当前发送的全部帧都重新发送，这样就会导致重发很多帧，流量控制不佳。后者是当前发送的帧中有差错，在下次发送的时候只是重新发送错误的帧就行了。

滑动窗口机制？

在GBN和SR中，发送端可以连续发送多个数据帧，从流量控制的角度出发，发送端连续发送数据帧的数量必然会收到限制：

1. 接收端的缓冲区可以用于接受新的帧的容量

2. 接收端处理数据帧的速度

3. 接收端需要等待重传的帧的数量

引入滑动窗口的目的：对可以连续发出的最多帧数（已发出但未确认的帧）作限制

图片来源网络

发送窗口（Ws）：表示在收到对方确认的信息之前，以连续发出的最多数据帧数

接受窗口（Wr）：可以连续接收的最多数据帧数（只有序号在窗口内的帧才可以接收，否则丢弃）

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