概述

数据链路层是OSI模型的第二层，介于物理层和网络层之间。它在物理层提供的服务的基础上，为网络层提供服务。其提供的基本服务是：将来自源主机的网络层的数据可靠地传输到目标主机的网络层。

引入数据链路层的主要原因是：

• 因为物理线路上存在着噪声，所以接收信号必然是数据信号和噪声信号的叠加，这就是差错出现的原因。设计数据链路层的目的是：在原始的、有差错的物理线路的基础上，采取差错检测、差错控制、流量控制等方法，将有差错的物理线路改进成逻辑上无差错的数据链路，向网络层提供高质量的服务
• 从网络参考模型的角度看，物理层之上的每一层都有改善数据传输质量的责任，其中，数据链路层是最重要的一层

其主要功能有：

• 链路管理
  • 通信开始前，建立数据链路连接
  • 数据传输过程中，维护数据链路连接
  • 通信结束后，释放数据链路连接
• 透明传输
  • 数据链路层上传输的数据的内容、格式及编码没有限制
• 帧同步
  • 数据链路层将来自上层的数据封包（packet）转换成帧（frame），帧是数据链路层传输数据的单位，有了帧之后，就可以只将传输过程中发生差错的帧进行重发
  • 帧的数据结构必须被设计成：使接收方能从物理层收到的比特流中区分出帧的起始与终止。并且，每个帧除了包含要传送的数据之外，还要包含校验码，以使接收方能够发现传输过程中发生的差错
• 差错控制
  • 接收端在收到帧之后，先根据校验码进行差错检测，然后向发送端反馈一个是否正确接收的信息，发送端据此来决定是否需要重发
  • 物理线路上的突发噪声可能导致反馈信息帧丢失，进而导致发送方永远接收不到接受方的反馈信息，从而使传输过程停滞，为了避免这种状况，发送方在发送一个帧的时候，需要启动一个定时器，若在限定的时间间隔内未收到接收方的反馈信息，则认为帧已丢失或出错，会重新发送该帧
  • 通过上段描述可知，同一个帧可能被重复发送多次，如果不采取任何措施，就会导致同一个帧被多次提交给接收端的网络层，为了防止这种危险，发送端需要赋予每个帧一个序号，接收端根据这个序号来判断接收到的帧是否已经被成功接收过
  • 综上，数据链路层通过使用定时器和序号，来保证每帧都被正确地提交给接收端的网络层
• 流量控制
  • 流量控制并不是数据链路层所特有的功能，许多高层协议也提供流控功能，只不过流控的对象不同而已。数据链路层控制的是相邻两个节点之间的流量；传输层控制的是从源端到目的端之间的流量
  • 流量控制是对发送方的数据流量进行控制，使其发送速率不能超过物理线路的处理能力或接收方的接收能力。这个过程需要通过某种反馈机制，使发送方知道接收方能够跟上发送方、发送方什么时候可以发送下一帧、发送方什么时候必须暂停发送，在收到某种反馈信息后继续发送

分层

数据链路层比较特殊，因为它的下层是物理实体的定义，上层是软件封包的定义。因此，它分为两个子层：

• 介质访问层
  • 偏硬件介质的部分
  • 介质访问层主要负责Media Access Control。它经由通讯协议获取网络介质的访问权，然后将帧通过物理层发送到接收方。目前最常用的协议有以太网协议和PPP协议
• 逻辑链路层
  • 偏软件的部分
  • 主要负责将来自网络层的数据封包（packet）转换成帧（frame），并负责流量控制、差错控制等工作

滑动窗口协议

数据链路层的差错控制和流量控制采用了滑动窗口协议。关于滑动窗口协议，可以参考：https://blog.csdn.net/jeffleo/article/details/53932693。

也可以参考传输层的滑动窗口协议：http://blog.timd.cn/tcp-window/。

参考文档

• https://baike.baidu.com/item/%E6%95%B0%E6%8D%AE%E9%93%BE%E8%B7%AF%E5%B1%82/4329290
• https://blog.csdn.net/jeffleo/article/details/53932693