计算机网络：数据链路层 —— 数据链路层概述

数据链路层

在计算机网络中，链路层（Data Link Layer）是网络协议栈中的一层，负责管理和控制链路的建立、维护和释放，以及处理链路层的数据帧传输和错误控制等功能。各种协议和技术（如以太网、PPP 点对点协议等）都在链路层进行操作，以实现可靠的数据传输和链路的有效利用。

主要功能

• 帧同步：数据链路层负责将来自网络层的数据分割成合适大小的数据帧，并在接收端重新组装这些帧。帧同步确保每个帧的开始和结束可以被正确识别。

• 差错检测与控制：使用校验和（checksum）或循环冗余校验（CRC, Cyclic Redundancy Check）等技术来检测传输过程中的错误。如果检测到错误，则数据链路层会要求重发受影响的数据帧。

• 流量控制：避免发送方发送数据的速度超过接收方处理的能力，通常采用滑动窗口（sliding window）等机制来控制数据流。

• 拥塞控制：当网络中的数据量过大时，数据链路层会采取措施减少数据发送量，防止网络拥塞。

• 介质访问控制（MAC）：确定何时以及如何访问共享介质（如以太网中的电缆）。常用的访问控制方法有 CSMA/CD（载波监听多址/碰撞检测）和 CSMA/CA（载波监听多址/冲突避免）。

• 地址分配：分配唯一的硬件地址（如MAC地址）给网络上的每个设备，以便正确地寻址和转发数据帧。

• 链路管理：建立、维护和终止数据链路连接，确保链路的有效性和可靠性。

基本概念

链路

链路（Link）是指用来连接两个节点（例如计算机、路由器等）的物理或逻辑路径。它提供了节点之间的通信通路。即从一个节点到相邻节点的一段物理线路（有线或无线），而中间没有任何其他的交换节点。

链路的可靠性和带宽是网络连接的重要指标。可靠性指链路传输数据的稳定性和抗干扰能力，带宽则表示链路能够承载的数据传输速率。链路的性能和限制会根据具体的物理介质和网络设备而有所不同。

数据链路

数据链路（Data Link）是基于链路的。当在一条链路上传送数据时，除需要链路本身，还需要一些必要的通信协议来控制这些数据的传输，把实现这些协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路。

数据链路负责将原始的比特流转化为有结构的数据帧，并管理数据的传输和错误控制。数据链路层的主要作用是提供可靠的点对点数据传输，并检测和纠正数据传输中出现的错误。

计算机中的网络适配器（俗称网卡）和其相应的软件驱动程序就实现了这些协议。一般的网络适配器都包含了物理层和数据链路层这两层的功能。

帧

帧（Frame）是数据链路层中的基本传输单位。它是由数据链路层定义的，存储了一个或多个数据字段，包括数据和控制信息。即，数据链路层对等实体之间在水平方向进行逻辑通信的协议数据单元PDU。每个帧通常包含了帧头（Frame Header）和帧尾（Frame Trailer）等控制字段，用于标识帧的开始和结束，并提供错误检测和纠正的机制。

在数据链路层的传输过程中，发送节点将数据进行分帧，并添加帧头和帧尾，形成完整的帧。接收节点通过接收到的帧进行帧解析，提取出数据和控制信息，并进行错误检测、纠正和确认。

帧在数据链路层的传输中起着重要的作用，它通过将数据划分为较小的块，并添加控制信息，实现了数据链路层的功能，如流量控制、差错检测和处理等。帧的具体结构和字段的定义会根据不同的数据链路协议而有所不同，例如以太网、PPP 协议（Point-to-Point Protocol）等。