數據鏈路層的三個基本問題

• 2020 年 7 月 20 日
• 筆記
• 電腦網路

封裝成幀

• 封裝成幀（framing）就是在一段數據的前後分別添加首部和尾部，然後就構成了一個幀。確定幀的界限。
• 首部和尾部的一個重要作用就是進行幀定界。

透明傳輸

• 若傳輸的數據是ASCll碼中「可列印字元(共95個)「集時，就正常。
• 若傳輸的數據不是僅由「可列印字元」組成時，就會出問題。
  
  用位元組填充法解決透明傳輸的問題
• 發送端的數據鏈路層在數據中出現控制字元SOH或EOT的前面插入一個轉義字元ESC（其十六進位編碼是1B）。
• 位元組填充（byte stuffing）或字元填充（character stuffing）—接收端的數據鏈路層在將數據送往網路層之前刪除插入的轉義字元。
• 如果轉義字元也出現數據當中，那麼應在轉義字元前再插入一個轉義字元。當接收端收到連續的兩個轉義字元時，就刪除其中前面的一個。
  

差錯控制

• 傳輸過程中可能會產生比特差錯：1可能會變成0而0也可能變成1。
• 在一段時間內，傳輸錯誤的比特占所傳輸比特總數的比率稱為誤碼率BER(Bit Error Rate)。
  誤碼率與信噪比有很大的關係。
• 為了保證數據傳輸的可靠性，在電腦網路傳輸數據時，必須採用各種差錯檢測措施。

循環冗餘檢驗CRC(Cyclic Redundancy Check)

• 在發送端，先把數據劃分為組。假定每組k個比特。
  假設待傳送的一組數據M=101001（現在k=6）。我們在M的後面再添加供差錯檢測用的n位冗餘碼一起發送。

冗餘碼的計算

• 用二進位的模2運算進行20乘M的運算，這相當於在M後面添加n個0。
• 得到的（k+n）位的數除以事先選定好的長度為（n+1）位的除數 P，得出商是Q而餘數是R，餘數R比除數P少1位，即R是n位。

計算過程

• 10100是要傳輸的數據，則在後面添加n個0，再除以n+1位數，這裡是添加3個0，所以除以1101四位數(不一定是1101，自定義)
• 高位是1則夠除，商1
• 高位是0不夠除，商0
• 減的時候，上下相同為0，上下不同為1
• 然後把得到的餘數001添加到原數據後面，就是101001001，傳輸完後，再用這個數除以之前的1101，如果得到0就說明傳輸過程中沒有差錯

幀檢驗序列FCS
剛才最後得到的餘數，就是在數據後面添加上的冗餘碼，稱為幀檢驗序列FCS(Frame Check Sequence)

循環冗餘檢驗CRC和幀檢驗序列FCS並不等同。

• CRC(Cyclic Redundancy Check)是一種常用的檢錯方法，而FCS是添加在數據後面的冗餘碼
• FCS(Frame Check Sequence)可以用CRC這種方法得出，但CRC並非用來獲得FCS唯一方法。

小結：CRC差錯檢測技術

僅用循環冗餘檢驗CRC差錯檢測技術只能做到無差錯接受(accept)

• 「無差錯接受」是指：「凡是接受的幀（即不包括丟棄的幀），我們以非常接近於1的概率認為這些幀在傳輸過程中沒有產生差錯」。也說：「凡是接收端數據鏈路層接受的幀都沒有傳輸差錯」（有差錯的丟棄而不接受）。

要做到「可靠傳輸」（即發送什麼就收到什麼）就必須再加上確認和重傳

• 考慮：幀重複、幀丟失、幀亂序的情況

可以說CRC是一種無比特差錯，而不是無傳輸差錯的檢測機制

• 0Sl/RM模型的觀點：數據鏈路層要做成無傳輸差錯的！但這種理念目前不被接受！