1.基本概念

可以把数据链路层理解成“小秘书”，网络层理解成“大BOSS”，当网络层需要数据链路层帮忙传送数据给另一个网络层时，数据链路层会把数据进行编号发送给物理层，物理层特别“傻”，容易把数据弄丢！数据丢失就回来继续找数据链路层要丢失的数据。

1.1 数据链路层的简单模型

1.2 数据链路和帧

2.封装成帧与透明传输

数据链路层三个基本问题

2.1 封装成帧

就是加将数据加头加尾，相当于将数据打包

2.2 透明传输

就是为了防止特殊的数据无法正常传输的的情况的发生，比如说在封装成帧的过程中出现数据中的某些标记符与开始/结束标记符恰巧重复等等情况。

解决方法如下：

2.2.1 字符计数法

前面一个字符传递出现错误，会导致后续全部错误。

在帧的首部做计数，看看数据是否错误
缺点：如果在某一个帧内，标记位后面的某个字节的数据丢失，那么会影响后面的帧
比如3 1 1 和 4 2 2 2，如果前面的帧丢失变成 3 1，那么后面的4就会被补到前面变成 3 1 4导致错误

2.2.2 字符填充法

加头加尾分别标记开始结束，和零比特填充法对比，开始和结束的对应的字符不一样
但有可能出现数据内某段比特流数据正好与标记字段重复，从而导致误判断的情况，所以会加转义字符。

练习题

答案：7E FE 27 7D 7D 65 7E

2.2.3 零比特填充法

练习题

答案：两个，只要遇见连续的五个1，直接插入一个0.

2.2.4 违规编码法

因为曼彻斯特编码只使用高-低，低-高来表示，所以如果使用高-高，低-低来表示帧起始和终止就不会与数据冲突

3.差错控制

3.1 差错从何而来？

数据链路层的差错检测的是比特的错误

3.2 差错控制

3.2.1 奇偶校验码

缺点：只能检测出1，3，5，7…等等奇位数错误，检测成功率位50%

3.2.2 循环冗余码CRC

除数是随机生成的，得出的余数FCS最终再加到源数据M上，再除一次，除得尽就认为没问题。

冗余码计算举例

就是用传输数据除以生成多项式得到冗余码

这个除法有点类似于异或运算哦！

1.阶数就是最高位是哪位，然后位数-1，如10011就是5-1=4,1011就是4-1=3
2.异或运算就是相同得0，不同得1，比如100和101做异或，结果就是001
3.出书和最后的余数添加到要发送的数据后面，称为帧检验序列FCS

3.2.3 纠错编码（海明码）

分为四步

第一步确认校验码位数r

第二步确定校验码和数据的位置
1.为什么是10为数据位？因为4位校验码+6位信息位=10位
2.校验码放到2的几次方的位置，其他的地方按顺序放已知的信息位

第三步求出校验码的值
1.先是通过二进制位确定有几位。本题中因为最大位10的二进制是101 0，所以是4为，将其标注
2.然后从p1开始看，看p1的二进制位的数值和所有信息位的对应位置的数值是否相同，然后找出来这些位
这里有点难理解，这里以p1为例辅助理解，这里找出来的就是P1,D1,D2,D4,D5
然后计算异或值，比如说这里D1=1,D2=0,D4=1,D5=0,就是p1要同时和0,1，0,1进行异或之后得到0，为了标识我加粗原始计算数据
举例：0和1异或得1,1和0异或得1,1和1异或得0，那么p1和0异或得0，p1就是0了
3.其他同理，按顺序计算出P2,P3,P4,然后填入表格

第四步检测并纠错
就是和上面一样，将所有校验位进行运算，得出的结果的值就是错误的位。

3.3 是否为可靠传输？

可靠传输是不重复、不丢失、不失序！

这里CRC可还差远啦！

3.4 思维导图：

4.数据链路层的流量控制和可靠传输

4.1 流量控制与可靠传输

流量控制是为了让传输过程中的发送速度和接受速度匹配，减少传输出错与资源浪费
可靠传输是发送端发送什么，接收端就要受到什么

4.1.1 停止等待协议（Stop-and-Wait）

停止等待协议的无差错情况
因为一次就一个，所以用0和1标记ack就行

停止等待协议的有差错情况

1.数据帧丢失或接受端检测出错

2.ACK丢失

3.ACK迟到

停止等待协议的优缺点
1.简单
2.信道利用率低。大部分时间数据都在路上，发送方很长时间闲置，资源浪费。

补充知识点信道利用率

4.1.2 后退N帧协议（GBN）

因为停止等待协议太浪费时间了，所以尝试采用GBN，发送连续多个数据帧，以增大信道利用率。
累计确认：就是收到一个确认帧，那么它和它之前的所有帧都默认已收到，反之，如果某个确认帧没收到，那么它和它之后的所有帧都默认丢失（即使收到了也丢掉），进行重传。

实例
此图发送2帧时丢失，所以接收方几首收到后面的帧也是直接丢弃并且发送最晚收到的有效帧1的ACK，直至2帧的超时重传机制被触发进行重传并得到ACK之后，接收方才会接受2帧以及后面的帧。

为什么发送窗口不能无限大？
比如我们发送“01230123”，当前边的0123发送失败，接收方又接收到了0123时，这时候接收方是无法辨别此时这个0123是前边的还是后边的。
GBN的优缺点也显而易见，优点是提高了信道利用率，缺点是因为重传机制的原因导致已经收到数据却需要强行丢弃而造成浪费。

GBN重点总结

练习题

GBN协议的性能

思维导图

4.1.3 选择重传协议（SR）

为了解决GBN的缺点，我们打算尝试只重传错误的帧，这样的话就不用浪费资源吧已经收到的帧再重传一次了。
和GBN相比，两者都有窗口了，和GBN的区别其实就是做了一个数据缓存，已经收到的帧不用扔了，等待之前因意外丢失的帧收到的时候确认即可，但是只能缓存窗口尺寸内的包含的帧（PS，缓存咋可能无限大）
SR运行过程
注释：2帧丢失之后仍然在发送，但是2帧丢失之后只是缓存，并没有移动窗口，直至最后2帧收到后一次性确认2-5帧

同样的，因为编号的问题，发送窗口不能无限大
发送窗口最后和接受窗口大小相同，这样利用率比较高

新帧和旧帧计算机分不清！

SR重点总结

练习题

思维导图

5.介质访问控制技术

就是让节点之间的通信不会进行相互干扰

这里稍微提一下总线型和星型（看见b站弹幕上有人认为这俩种一样），对于总线型，只要总线的某一处断开连接，后面所有节点的连接均会受到影响，而对于星型，某一处节点的连接断开并不会对其他路线产生影响。

介质访问控制

5.1信道划分访问介质

虽然使用一条共享信道，但是通过多路复用技术组合进行传输，提高了信道的利用率

5.1.1频分多路复用FDM

5.1.2时分多路复用TDM

可能造成资源浪费

统计时分复用STDM（TDM的改进版本）
TDM的缺点就是利用率低，所以又衍生出了STDM

STDM的原则是先到先走，满了就发，相对于TDM提高了利用率

5.1.3波分多路复用WDM（了解即可）

实际就是光的频分复用，因为借助了光，所以叫波分复用。

5.1.4码分多路复用CDM（重点）

CDM这块王道网课当中讲得很不清晰（建议大家去看方老师的讲解），这里放上教材里的内容以便读者理解。

补充方老师版本的内容：

码片

CDMA工作原理

简单来说就是“我”本身去和混合后的码片序列求内积，

得到规格化内积结果为1，说明混合码片序列中有“我”本身；

同理，规格化内积结果为-1，说明“我”发送了本站反码（相当于发送比特0）；

规格化内积结果为0，则“我”没有发送；

单个比特分解的码片数越多，就能构成越多的正交码片，就能让更多的用户共享同一信道。

练习题

思路：直接把选项带入分别和码片序列求规格化内积。

答案： 1 、0、无、1

5.2 随机访问介质访问控制

所有用户都可以随机发送信息，发送时可以占用全部带宽，理论上个人使用时比静态分配信道的速度更快

5.2.1 ALOHA协议

比较“无脑”，随性发送，错误就重发

纯ALOHA协议缺点：太随性，导致效率低

改进版本时隙ALOHA协议
相对于纯ALOHA协议就是固定了发送的时间（只能在一个时间片的开始），提高了效率

5.2.2 CSMA协议

1-坚持

非坚持

P坚持（P是人为设定的，无需纠结）

三种协议对比：
（b站上网课关于P坚持有错误，所以这里放2021版教材当中的最新修正内容）

5.2.3 CSMA/CD协议

引入：以太网采取的两个措施

CSMA/CD协议含义

就是因为链路实际有长短，发送数据需要时间，这个时间内可能就被其他节点当成空闲状态导致发生碰撞
知道自己发生碰撞的最长时间是2τ（两倍的传播时延），就是一去一回。

为什么要进行碰撞检测？

传播时延对载波监听的影响

如何确定碰撞后重传时机？

练习题

最小帧长问题

CSMA/CD协议要点
先听后发，边听边发，冲突停止，延迟重发.

5.2.4 CSMA/CA协议

协议工作原理

5.2.5 CSMA/CD 与 CSMA/CA的区别

5.3 轮询访问介质访问控制

主要包括两大类，一个是轮询协议，另一个是令牌传递协议

5.3.1 轮询协议（了解即可）

就是选出一个代表，让他控制所有的传输。
轮询开销在随着服务的节点越多，需要用于查询是否发送数据发送的数据帧也就越多，会造成一定开销。
等待延迟就是因为这是轮流“邀请”，所以难免某个节点需要发送数据，但是主节点还在较远的需要里有需求的节点那边，导致需求得不到立即响应
单点故障很好理解，就是代表挂了。

5.3.2 令牌传递协议（重点内容）

在节点之间没有收发数据的需求时，令牌在节点之间循环。
发送数据的流程
1.当一个节点需要时就可以获得这个令牌。然后修改这个令牌的状态（空闲->占用）
再将令牌与数据帧结合，让其在节点构成的环之间流动。
2.不是目的地的节点收到令牌也不接受，直接略过，目标节点收到信息并复制一份到本地（传输完成），因为是个闭环，所以发送节点最后得到令牌。
3.最后，发送令牌的节点对令牌的内容进行检查，如果发现数据出错还要重新发一遍。
问题基本和轮询协议相同。