一、数据链路层的设计问题
数据链路层的功能：提供给网络层的服务、成帧、错误控制、流量控制。
注：本章学习的许多原理(如错误控制、流量控制等)也适用于传输层协议和其他层协议。
1.1 提供给网络层的服务
提供了三种基本服务：
- 无确认的无连接服务
- 有确认的无连接服务
- 有确认的面向连接的服务
1.1.1 无确认的无连接服务
源主机向目的主机发送独立的帧，而目的主机对收到的帧不进行确认。
- 不存在逻辑连接的建立和释放的过程
- 数据链路层对丢失的帧不作恢复工作
适用于：
- 误码率很低的场合，如以太网
- 实时通信，如视频传输或语音
1.1.2 有确认的无连接服务
对发送的每一帧进行确认，让发送方知道帧是否安全到达。
- 不存在逻辑连接的建立和释放的过程
- 可提高可靠性
适用于：
- 不可靠信道，如无线系统。
1.1.3 有确认的面向连接的服务
- 源主机和目的主机在传输数据前，先建立连接。
- 在该连接上发送的每一帧都进行编号，数据链路层保证所发的每一帧都被真正接收到，而且保证每帧都接收一次，并且所有帧按顺序接收。
- 数据传输结束后，释放连接。
适用于：
- 长距离且不可靠的线路。如卫星信道或长途电话电路。
1.2 成帧
什么是成帧？
- 数据链路层把比特流分成离散的帧。
为什么要成帧？
- 数据链路层接收的比特流可能有错误。
- 错误检测/控制适用于块，而不是比特流。
成帧的方法：
- 字节计数法
- 字节填充的标志字节法
- 位填充的标志位法
- 物理层编码违例法
1.2.1 字节计数法
在帧头部使用一个字段来标明帧中的字符数。
缺点：计数值有可能由于传输差错而被 “篡改”。
1.2.2 字节填充的标志字节法
- 每一帧以标志字节 FLAG 作为开头和结束分界符。
- 在传输数据中出现 FLAG 时，在字符前插入一个特殊的转义字符( ESC )，字节填充。
- 如果转义字符出现在传输数据中，则用一个转义字节来填充。
1.2.3 位填充的标志位法
1.2.4 物理层编码违例法
1.3 错误控制
目的：保证所有的帧都能正确的，并按正确的顺序交付给目的主机的网络层。
采用的方法：
- 向发送方提供有关接收情况的反馈信息，接收方收到数据帧后，判断是否错误，发确认帧或否认帧。
- 发送方收到否认帧后，重传
发送方发送的数据帧在链路上完全丢失或其确认帧丢失，可能会产生死锁
- 引入定时器，超时重传
接收方发送的确认帧丢失，使发送方重发原来的帧,接收方无法区别重复帧和新帧
- 采用方法是对每个发送帧进行编号
1.4 流量控制
目的：解决发送方和接收方的速率、处理能力及缓冲区数量不匹配问题。限制发送方所发出的数据流量，使其发送速率不要超过接收方能处理的速率。
常用的两种方法：
- 基于反馈的流控制
- 基于速率的流控制
三、简单的数据链路层协议
- 乌托邦式的单工协议(协议1)
- 无错误信道上的单工停一等协议(协议2)
- 有错误信道上的单工停一等协议(协议3)
3.1 乌托邦式的单工协议(协议1)
3.2 无错误信道上的单工停一等协议(协议2)
3.3 有错误信道上的单工停一等协议(协议3)
四、提高效率
目标: 双向传输，多帧在途
- 双向传输：捎带确认
- 滑动窗口
全双工、滑动窗口协议示例
- 1位滑动窗口协议(协议4)
- 回退N协议(协议5)
- 选择重传协议 (协议6)
4.1 双向传输，多帧在途
4.1.1 双向传输：捎带确认
4.1.2 滑动窗口
4.2 全双工、滑动窗口协议示例
4.2.1 1位滑动窗口协议(协议4)
4.2.2 回退N协议(协议5)
4.2.3 选择重传协议(协议6)
- 接收方的数据链路层存储坏帧后的所有正确帧，当发送方得知某个帧出错时，只是重传此坏帧，而不是所有的后继帧。
- 在这个协议中，发送方和接收方都维持一个可接收序列号的窗口。
- 接收窗口的大小>1，并为窗口中的每个序列号都提供一个缓冲区，每个缓冲区用一位判断其是否为空。
当某一帧到达时，接收方检查其序列号，看其是否落在窗口内。如果落在窗口内且从未接收过，就接收并存储，接收到的此帧保存在数据链路层，而不交给网络层，直到比它序列号小的所有帧都按次序已交给了网络层，此帧才能提交给网络层。
窗口大小选择 （N为表示序号的长度）
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