[网络协议]计算机网络模型（六）：数据链路层以及ARP协议

前言

本章节概述数据链路层和ARP协议。实际上ARP协议被用在IP协议里，但是ARP确实是对IP与MAC地址的转换，更贴近数据链路层的协议。无论将ARP归属于哪层协议都可以。

数据链路层

数据链路层主要是规定数据传输的方式，并非指双绞线等传输媒介。一般来说，数据在信道中传输有两种方式：

1. 点对点信道：一对一通信
2. 广播信道：一对多通信

我们本章是基于数据链路层的，因此暂时不关心物理层和网络层数据的流向。

点对点数据链路

数据链路和帧

链路≠数据链路

• 链路：从一个节点到相邻接点的一段物理线路，中间没有其他节点。
• 数据链路：链路＋数据传输协议。

所以我们的数据链路层，说的就是相邻接点间的可靠传输。

点对点数据链路层在进行通信时主要步骤如下：

1. 节点A的数据链路层把网络层交下来的IP数据报添加首部和尾部封装成帧。
2. 节点A将帧发送给节点B，通过数据链路层
3. 节点B判断收到的帧是否有差错，若有差错则丢弃，无差错则向上层交付。

所以，一切的一切都是三点：

1. 封装成帧
2. 透明传输
3. 差错校验

封装成帧

在一段数据前后分别添加首部和尾部，便构成了一个帧。接收方收到帧后，通过首部和尾部信息，就可以知道一个帧的开始与结束。

SOH十六进制编码是01，二进制是00000001
EOT十六进制编码是04，二进制是00000100

只有一个帧同时存在SOH和EOT，才认为指可用的。

透明传输

我们之前说，EOT是结束符，但是如果帧中间意外的出现了一个帧结束符，那么后续部分就会被丢弃，这样帧数据便不是我们需要的帧。那我们怎么解决这个问题，就是透明传输要解决。

具体的方法是：发送端的数据链路层在数据中出现控制字符SOH或者EOT的前面加一个转义字符“ESC”，其十六进制编码是1B，二进制为00011011。接收端的数据链路层在网上传递信息时丢弃该字符。如果接收端收到两个转义字符，则丢弃前面的一个。

这种方法被称为字节填充。

差错校验

本章节说的差错都是比特差错。所谓比特差错，就是0变成了1,1变成了0。传输错误的比特占总传输比特的比率叫做误码率。

实际上的信道不是理想的，会出现噪音来导致比特差错。为了缓解比特差错，链路层使用CRC校验（循环冗余校验）。其基本原理如下：

发送端：

1. 将数据划分为组，假设每组$k$比特。假设发送的数据$M=101001$（即k=6）。
2. 在源数据后面加n位冗余码，构成一个帧发送过去，一共发送n+k位。
3. n位冗余码：二进制模2运算，得到$2^n?M$，其实就是在M后加n个0。
4. 得到的（k+n）位数除以收发双方实现商定的长度为（n+1）位的除数P。
5. 假设得到的商是Q，余数是R。R即为冗余码附在源数据之后。

二进制除法不作详解。

接收方：

1. 得到的帧进行对P的模2运算。
2. 若余数为0，则认为无差错，否则丢弃帧

点对点协议PPP

1. 最头与最尾都是标志字段F（Flag），规定为0x7E。这是帧定界符，连续两个帧之间应该只存在一个F，若出现两个连续的F，则丢弃。
2. A为0xFF，C为0x03，至今未定义，只是保留。
3. 协议部分，当协议为0x0021，指的是IP数据报，0xC021是LCP控制协议数据，0x8021是网络层控制数据。

字节填充与零比特填充

当数据部分含有0x7E这个数据段时，会被误认为是帧结束符。因此我们需要避免这种情况：

1. 信息字段中出现的每一个0x7E变成两个字节：（0x7D，0x5E）
2. 若信息中出现一个0x7D，则将其转变成（0x7D，0x5D）
3. 若信息中出现ASCII码控制符，即数值小于0x20的字符，在该字符前加一个0x7D，并将其转换成2字节序列。比如0x03变成0x23

当PPP协议采用同步传输（上面是异步传输），同步传输发来的就是一串比特序列，就会用零比特传输防止出现连续6个1。具体做法是，在出现连续6个1时，在第五个1后添加一个0。

广播信道的数据链路层

我们把广播信道分为局域网和以太网，重点是局域网的广播信道，就是一对多的通信。

局域网

----开学了，剩下的以后更—