數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能

　　什么是數(shù)據(jù)鏈路層

　　數(shù)據(jù)鏈路層是OSI參考模型中的第二層，介乎于物理層和網(wǎng)絡(luò)層之間。數(shù)據(jù)鏈路層在物理層提供的服務(wù)的基礎(chǔ)上向網(wǎng)絡(luò)層提供服務(wù)，其最基本的服務(wù)是將源自網(wǎng)絡(luò)層來的數(shù)據(jù)可靠地傳輸?shù)较噜徆?jié)點的目標(biāo)機(jī)網(wǎng)絡(luò)層。為達(dá)到這一目的，數(shù)據(jù)鏈路必須具備一系列相應(yīng)的功能，主要有：如何將數(shù)據(jù)組合成數(shù)據(jù)塊，在數(shù)據(jù)鏈路層中稱這種數(shù)據(jù)塊為幀（frame），幀是數(shù)據(jù)鏈路層的傳送單位；如何控制幀在物理信道上的傳輸，包括如何處理傳輸差錯，如何調(diào)節(jié)發(fā)送速率以使與接收方相匹配；以及在兩個網(wǎng)絡(luò)實體之間提供數(shù)據(jù)鏈路通路的建立、維持和釋放的管理。

　　移動通信系統(tǒng)中Uu口協(xié)議的第二層，也叫層二或L2。

　　數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能

　　1. 成幀（幀同步）

　　為了向網(wǎng)絡(luò)層提供服務(wù)，數(shù)據(jù)鏈路層必須使用物理層提供的服務(wù)。而物理層是以比特流進(jìn)行傳輸?shù)?，這種比特流并不保證在數(shù)據(jù)傳輸過程中沒有錯誤，接收到的位數(shù)量可能少于、等于或者多于發(fā)送的位數(shù)量。而且它們還可能有不同的值，這時數(shù)據(jù)鏈路層為了能實現(xiàn)數(shù)據(jù)有效的差錯控制，就采用了一種”幀”的數(shù)據(jù)塊進(jìn)行傳輸。而要采幀格式傳輸，就必須有相應(yīng)的幀同步技術(shù)，這就是數(shù)據(jù)鏈路層的”成幀”（也稱為”幀同步”）功能。

　　采用幀傳輸方式的好處是：在發(fā)現(xiàn)有數(shù)據(jù)傳送錯誤時，只需將有差錯的幀再次傳送，而不需要將全部數(shù)據(jù)的比特流進(jìn)行重傳，這就在傳送效率上將大大提高。

　　采用幀傳輸方式的好處是帶來了兩方面的問題：

　?。?）如何識別幀的開始與結(jié)束；

　　（2）在夾雜著重傳的數(shù)據(jù)幀中，接收方在接收到重傳的數(shù)據(jù)幀時是識別成新的數(shù)據(jù)幀，還是識別成重傳幀呢？這就要靠數(shù)據(jù)鏈路層的各種”幀同步”技術(shù)來識別了?！睅健奔夹g(shù)既可使接收方能從并不是完全有序的比特流中準(zhǔn)確地區(qū)分出每一幀的開始和結(jié)束，同時還可識別重傳幀。

　　2. 差錯控制

　　在數(shù)據(jù)通信過程中可能會因物理鏈路性能和網(wǎng)絡(luò)通信環(huán)境等因素，難免會出現(xiàn)一些傳送錯誤，但為了確保數(shù)據(jù)通信的準(zhǔn)確，又必須使得這些錯誤發(fā)生的幾率盡可能低。這一功能也是在數(shù)據(jù)鏈路層實現(xiàn)的，就是它的”差錯控制”功能。

　　在數(shù)字或數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，通常利用抗干擾編碼進(jìn)行差錯控制。一般分為4類：前向糾錯（FEC）、反饋檢測（ARQ）、混合糾錯（HEC）和信息反饋（IRQ）。

　　FEC方式是在信息碼序列中，以特定結(jié)構(gòu)加入足夠的冗余位–稱為”監(jiān)督元”（或”校驗元”）。接收端解碼器可以按照雙方約定的這種特定的監(jiān)督規(guī)則，自動識別出少量差錯，并能予以糾正。FEC最適合于實時的高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r。

　　在非實時數(shù)據(jù)傳輸中，常用ARQ差錯控制方式。解碼器對接收碼組逐一按編碼規(guī)則檢測其錯誤。如果無誤，向發(fā)送端反饋”確認(rèn)”ACK信息；如果有錯，則反饋回ANK信息，以表示請求發(fā)送端重復(fù)發(fā)送剛剛發(fā)送過的這一信息。ARQ方式的優(yōu)點在于編碼冗余位較少，可以有較強(qiáng)的檢錯能力，同時編解碼簡單。由于檢錯與信道特征關(guān)系不大，在非實時通信中具有普遍應(yīng)用價值。

　　HEC方式是上述兩種方式的有機(jī)結(jié)合，即在糾錯能力內(nèi)，實行自動糾錯；而當(dāng)超出糾錯能力的錯誤位數(shù)時，可以通過檢測而發(fā)現(xiàn)錯碼，不論錯碼多少都可以利用ARQ方式進(jìn)行糾錯。

　　IRQ方式是一種全回執(zhí)式最簡單差錯控制方式。在該檢錯方式中，接收端將收到的信碼原樣轉(zhuǎn)發(fā)回發(fā)送端，并與原發(fā)送信碼相比較，若發(fā)現(xiàn)錯誤，則發(fā)送端再進(jìn)行重發(fā)。只適于低速非實時數(shù)據(jù)通信，是一種較原始的做法。

　　3. 流量控制

　　在雙方的數(shù)據(jù)通信中，如何控制數(shù)據(jù)通信的流量同樣非常重要。它既可以確保數(shù)據(jù)通信的有序進(jìn)行，還可避免通信過程中不會出現(xiàn)因為接收方來不及接收而造成的數(shù)據(jù)丟失。這就是數(shù)據(jù)鏈路層的”流量控制”功能。

　　數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收必須遵循一定的傳送速率規(guī)則，可以使得接收方能及時地接收發(fā)送方發(fā)送的數(shù)據(jù)。并且當(dāng)接收方來不及接收時，就必須及時控制發(fā)送方數(shù)據(jù)的發(fā)送速率，使兩方面的速率基本匹配。

　　4. 鏈路控制

　　數(shù)據(jù)鏈路層的”鏈路管理”功能包括數(shù)據(jù)鏈路的建立、維持和釋放三個主要方面。

　　當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的兩個節(jié)點要進(jìn)行通信時，數(shù)據(jù)的發(fā)送方必須確知接收方是否已處在準(zhǔn)備接收的狀態(tài)。為此通信雙方必須先要交換一些必要的信息，以建立一條基本的數(shù)據(jù)鏈路。在傳輸數(shù)據(jù)時要維持?jǐn)?shù)據(jù)鏈路，而在通信完畢時要釋放數(shù)據(jù)鏈路。

　　5. MAC尋址

　　這是數(shù)據(jù)鏈路層中的MAC子層主要功能。這里所說的”尋址”與下一章將要介紹的”IP地址尋址”是完全不一樣的，因為此處所尋找的地址是計算機(jī)網(wǎng)卡的MAC地址，也稱”物理地址”、”硬件地址”，而不是IP地址。

　　在以太網(wǎng)中，采用媒體訪問控制（Media Access Control， MAC）地址進(jìn)行尋址，MAC地址被燒入每個以太網(wǎng)網(wǎng)卡中。這在多點連接的情況下非常必需，因為在這種多點連接的網(wǎng)絡(luò)通信中，必須保證每一幀都能準(zhǔn)確地送到正確的地址，接收方也應(yīng)當(dāng)知道發(fā)送方是哪一個站。

　　6. 區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)和控制信息

　　由于數(shù)據(jù)和控制信息都是在同一信道中傳輸，在許多情況下，數(shù)據(jù)和控制信息處于同一幀中，因此一定要有相應(yīng)的措施使接收方能夠?qū)⑺鼈儏^(qū)分開來，以便向上傳送僅是真正需要的數(shù)據(jù)信息。

　　7. 透明傳輸

　　這里所說的”透明傳輸”是指可以讓無論是哪種比特組合的數(shù)據(jù)，都可以在數(shù)據(jù)鏈路上進(jìn)行有效傳輸。這就需要在所傳數(shù)據(jù)中的比特組合恰巧與某一個控制信息完全一樣時，能采取相應(yīng)的技術(shù)措施，使接收方不會將這樣的數(shù)據(jù)誤認(rèn)為是某種控制信息。只有這樣，才能保證數(shù)據(jù)鏈路層的傳輸是透明的。